手勢識(shí)別技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)

摘要社會(huì)的進(jìn)步和科技的進(jìn)展令人們急需一種靠得住、簡便、快捷的手勢識(shí)別技術(shù)。近些年來手勢識(shí)別由于其具有非接觸的識(shí)別方式、快速的識(shí)別進(jìn)程和穩(wěn)固的識(shí)別系統(tǒng)等優(yōu)勢受到了人們普遍的關(guān)注。本文基于MATLAB，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于MATLAB的手勢識(shí)別系統(tǒng)。第一，文章介紹了研究手勢識(shí)別技術(shù)的意義和目的。第二，由于手勢圖像的尺寸、角度、清楚度等問題對(duì)手勢識(shí)別有超級(jí)大的阻礙，因此咱們先對(duì)其進(jìn)行圖像預(yù)處置。本文提供的預(yù)處置方式超級(jí)豐碩。最后，重點(diǎn)講述了本文應(yīng)用的手勢識(shí)別算法。而且在MATLAB上對(duì)手勢識(shí)別算法進(jìn)行仿真。對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)地分析。關(guān)鍵詞；MATLAB；手勢識(shí)別；圖像預(yù)處置ABSTRACTTheprogressofthesocietyandthedevelopmentofscienceandtechnologymakepeopleurgentlyneedareliable,convenientandfastgesturerecognitiontechnology.Gesturerecognitioninrecentyearsbecauseofitsidentificationwithnon-contactway,fastrecognitionprocessandthestabilityoftheadvantagesofrecognitionsystemhasreceivedthewidespreadattention.BasedonMATLAB,thispaperdesignsandrealizesakindofgesturerecognitionsystembasedonMATLAB.First,thispaperintroducestheresearchmeaningandpurposeofgesturerecognitiontechnology.Secondly,asaresultofgestureimageproblemsuchasdimension,Angle,anddefinitionofgesturerecognitionhasgreatinfluence,soweareonthefirstimagepreprocessing.Thisarticleprovidespretreatmentmethodisveryrich.Finally,focusesontheapplicationofgesturerecognitionalgorithminthispaper.AndgesturerecognitionalgorithmonMATLABsimulation.Thesimulationresultsareanalyzedindetail.Keywords；MATLAB；Handgesturerecognition；Imageprerocessing目錄1引言 1課題的背景和意義 1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 12手勢識(shí)別研究綜述 4手勢的概念 4手勢識(shí)別的意義 4手勢識(shí)別的要緊內(nèi)容 4手勢識(shí)別的方式 53手勢圖像的格式及大體操作 6手勢圖像格式 6數(shù)字圖像的表示 6數(shù)字圖像的灰度圖 6TIFF與BMP圖像格式 7通用的圖像操作 9圖像的剪切 9圖像的縮放 9圖像的亮度調(diào)整 104手勢圖像的預(yù)處置 11當(dāng)把觀看到的手勢圖像轉(zhuǎn)換成可用運(yùn)算機(jī)處置的數(shù)字圖像時(shí)，圖像在生成、傳輸或變換進(jìn)程中會(huì)受到各類因素的干擾和阻礙，圖像的畫質(zhì)將會(huì)因噪聲而在不同程度上顯現(xiàn)歧變，本文對(duì)輸入圖像進(jìn)行了滑膩、銳化、二值化等預(yù)處置。預(yù)處置的目的是去除圖像中的噪聲，增強(qiáng)圖像中的有效信息，并對(duì)輸入方式或其他情愿造成的退化現(xiàn)象進(jìn)行恢復(fù)，圖像預(yù)處置進(jìn)程是對(duì)圖像的一個(gè)過濾進(jìn)程，要排除干擾保留需要處置的部份，并過濾掉不需要的部份。由于成像設(shè)備在讀入手勢圖像時(shí)會(huì)擴(kuò)大取景范圍，其中含很多無效的像素點(diǎn)，這會(huì)阻礙以后的處置，增加計(jì)算量，因此第一完成的是盡可能準(zhǔn)確從讀入圖像中掏出包括被測物體的圖像部份，那個(gè)進(jìn)程的要緊難度在于判定圖像是不是屬于需要保留的部份，且必需保證其準(zhǔn)確性，不然將會(huì)對(duì)下一步圖像分析和判定造成嚴(yán)峻的阻礙。 11圖像滑膩 11局部平均法 11中值濾波法 12中值濾波也是一種局部平均滑膩技術(shù)，它對(duì)脈沖干擾和椒鹽的抑制成效好，在抑制隨機(jī)噪聲的同時(shí)能使邊沿減少模糊。中值濾波法是一種非線形的圖像滑膩方式，它對(duì)一個(gè)滑動(dòng)窗口的諸像素灰度排序，用其中值代替窗口中心像素原先的灰度值（假設(shè)窗口中有偶數(shù)個(gè)像幸，那么取兩個(gè)中間值的平均）。中值濾波的成效與局部平均的成效相較較，中值濾波有以下優(yōu)勢:一、降低噪聲的成效比較明顯;二、在灰度值轉(zhuǎn)變較小的情形下能夠取得專門好的滑膩處置;三、降低了圖像邊界部份的模糊程度。 12頻域滑膩技術(shù) 12圖像的滑膩除能夠在空域中進(jìn)行外，也能夠在頻域中進(jìn)行。頻域中的平滑是一維信一號(hào)低通濾波器概念在二維圖像中的直接推行。圖像通過二維傅立葉變換后，噪聲頻譜一樣位于空間頻率較高的區(qū)域，而圖像本身的頻率分量那么處于空間頻率較低的區(qū)域內(nèi)，因此能夠通太低通濾波器的方式，使高頻分量受到抑制，從而實(shí)現(xiàn)圖像的滑膩。濾波器的數(shù)學(xué)表達(dá)式為: 12圖像二值化 12依照?qǐng)D像處置的目標(biāo)要求，需要把多灰度級(jí)的圖像變成只有兩個(gè)灰度級(jí)的圖像，即對(duì)圖像進(jìn)行二值化。設(shè)圖像f(x,y)的灰度值范圍在[a,b]，二值化闡值設(shè)為T(a<=T<=b)，那么二值化處置的一樣式為: 12p-參數(shù)法 13當(dāng)預(yù)先明白對(duì)象物在圖像中所占的面積比率時(shí)，將灰度直方圖中面積比率為P%的點(diǎn)作為閉值，這種方式稱為P一參數(shù)法（p-tilemethod）。但在實(shí)際中，己知對(duì)象所占的面積比率的狀況超級(jí)少見，通常都是依照必然的規(guī)律推算出來例如在書畫作品中，文字部份所占的面積比率一樣情形下是能夠估量出來這時(shí)用這種方式來處置時(shí)比較有效的。 13模式法 13當(dāng)灰度直方圖具有雙峰性的時(shí)候，對(duì)象物和背景的灰度一樣別離在兩個(gè)山峰的周圍，因此，可去山谷的中心點(diǎn)為閉值，這種方式稱為模式法（modemethod）?？墒牵瑢?shí)際情形中，灰度直方圖不是很滑膩的，會(huì)存在一些因小的凹凸而產(chǎn)生的局部極小值，如此給自動(dòng)判定造成專門大的不便。比較簡單的方式是，先將灰度直方圖進(jìn)行滑膩處置，再進(jìn)行閡值的選擇，或是以選出的灰度為中心考查1k的兩點(diǎn)，用此兩點(diǎn)來判定選出的灰度值的點(diǎn)是不是極大值或極小值點(diǎn)。如此的處置方式會(huì)產(chǎn)生一些噪聲，但對(duì)判定可不能造成大的阻礙。 13可變閥值法 13在不均勻的照明條件下所取得的灰度圖像，采納確信閉值進(jìn)行二值化的時(shí)候，到不到期望的圖像。在這種情形下，有兩種解決方案，一種是當(dāng)照明強(qiáng)度可用圖像坐標(biāo)的函數(shù)來表示是，被觀測圖像g(x,y)可用下式來描述: 135MATLAB介紹 14MATLAB概述 14MATLAB的功能 16MATLAB語言特點(diǎn) 16MATLAB語言的優(yōu)勢 18MATLAB數(shù)組與矩陣 20MATLAB函數(shù) 216基于MATLAB的手勢識(shí)別實(shí)現(xiàn)方式 23手勢表現(xiàn)特點(diǎn)分析 23特點(diǎn)提取 23手勢識(shí)別 23MATLAB中手勢識(shí)別的仿真 25輸入待識(shí)別手勢圖片 26判定輸贏 27結(jié)論 29致謝 30參考文獻(xiàn) 31附錄A源代碼 34附錄B英文原文文獻(xiàn) 38附錄B中文翻譯 481引言課題的背景和意義人與運(yùn)算機(jī)的交互活動(dòng)愈來愈成為人們口常生活的一個(gè)重要組成部份。專門是最近幾年，隨著運(yùn)算機(jī)技術(shù)的迅猛進(jìn)展，研究符合人機(jī)交流適應(yīng)的新穎人機(jī)交互技術(shù)變得異樣活躍，也取得了可喜的進(jìn)步。這些研究包括手勢識(shí)別、臉部表情識(shí)別、唇讀、頭部運(yùn)動(dòng)跟蹤、凝望跟蹤、人臉識(shí)別、和體勢識(shí)別等等?？偟膩碇v，人機(jī)交互技術(shù)己經(jīng)從以運(yùn)算機(jī)為中心慢慢轉(zhuǎn)移到以人為中心，是多種媒體、多種模式的交互技術(shù)?；贛ATLAB的手勢識(shí)別研究正是順應(yīng)了這一潮流。手勢是一種自然、直觀、易于學(xué)習(xí)的人機(jī)交互手腕。以人手直接作為運(yùn)算機(jī)的輸入設(shè)備，人機(jī)之間的通信將再也不需要中間媒體，用戶能夠簡單地概念一種適當(dāng)?shù)氖謩輥韺?duì)周圍的機(jī)械進(jìn)行操縱。以人手直接作為輸入手腕與其他輸入方式相較較，具有自然性、簡練性，和豐碩性、直接性的特點(diǎn)，因此用運(yùn)算機(jī)來識(shí)別手勢提供了一個(gè)更自然的人機(jī)接口?？墒怯捎谑謩荼旧砭哂械亩鄻有?、多義性和時(shí)刻和空間上的不同性等特點(diǎn)，加上人手是復(fù)雜變形體和視覺本身的不適定性，因此基于MATLAB的手勢識(shí)別是一個(gè)多學(xué)科交叉的、富有挑戰(zhàn)性的研究課題。為了尋覓沖破口，必需研究人機(jī)交流中的手勢用法，從而確信合理的研究范圍。手勢識(shí)別的研究能夠應(yīng)用于運(yùn)算機(jī)輔助啞語教學(xué)、電視節(jié)目雙語播放、虛擬人的研究、電影制作中的特技處置、動(dòng)畫的制作、醫(yī)療研究、游戲娛樂等諸多方面，同時(shí)也有助于改善和提高聾啞人的生活學(xué)習(xí)和工作條件，為他們供更好的效勞;另外，手勢的研究涉及到教學(xué)、運(yùn)算機(jī)圖形學(xué)、機(jī)械人運(yùn)動(dòng)學(xué)、醫(yī)學(xué)等多學(xué)科。因此，手勢識(shí)別的研究是一個(gè)超級(jí)成心義的課題。手勢輸入在人機(jī)交互中應(yīng)用的精華不在于用來獨(dú)立的用作空間指點(diǎn)，而是作為語言、視線、唇語等交互通道提供空間的或其它約束信息，以排除在單通道輸入時(shí)存在的歧義，如此就能夠夠以充分性取代精準(zhǔn)性。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在新的人機(jī)交互領(lǐng)域，國際上己經(jīng)顯現(xiàn)付諸應(yīng)用的人機(jī)交互系統(tǒng)，2003年12月，美國密歇根州的Cybernet系統(tǒng)公司開發(fā)出一套名為手勢風(fēng)暴的系統(tǒng)，是公司針對(duì)天氣預(yù)報(bào)節(jié)目開發(fā)的，主持人能夠通過簡單的手勢來操縱預(yù)報(bào)的進(jìn)程;美國加州圣何塞的Canesta公司在2004年末推出一種新的設(shè)備，它能夠使個(gè)人數(shù)字助理(PDA)具有手勢識(shí)別功能。該設(shè)備會(huì)通過PDA內(nèi)部透鏡在桌面等平面上投射出鍵盤的影像。與此同時(shí)，它還會(huì)向該“鍵盤”的上方區(qū)域射出一束紅外光。通過檢測紅外光脈沖從離開發(fā)射器、經(jīng)用戶手指反彈后最終回到PDA內(nèi)傳感器的時(shí)刻，該設(shè)備能夠精準(zhǔn)感知用戶手指在任一時(shí)刻的位置。光脈沖的來回程時(shí)刻對(duì)應(yīng)于特定的距離，依照這些不同的距離能夠得出手指在鍵盤上位置的三維圖像，如此PDA就能夠夠準(zhǔn)確地搜集用戶在虛擬鍵盤上的操作信息;美國佐治亞理工學(xué)院有一項(xiàng)用手勢識(shí)別減少汽車事故的研究課題，該校的研究小組開發(fā)了名為“手勢面板”的設(shè)備來取代汽車上通常利用的儀表板操縱設(shè)備，司機(jī)只需要在指定區(qū)域做出某個(gè)手勢，即可調(diào)整車內(nèi)的溫度或音響的音量，而不需要轉(zhuǎn)移對(duì)路面的注意力。在基于視覺手勢識(shí)別方面，具有代表性的研究功效包括:1991年富士通實(shí)驗(yàn)室完成了對(duì)46個(gè)手語符號(hào)的識(shí)別工作；和將戴上尖具有高亮標(biāo)記的視覺手套的手勢作為系統(tǒng)的輸入，可識(shí)別7種手勢；Starner等在對(duì)美國手語中帶有詞性的40個(gè)辭匯隨機(jī)組成的短句子識(shí)別率達(dá)到%；和從視頻錄像中提取特點(diǎn)，采納HMM技術(shù)識(shí)別262個(gè)孤立詞，正確率為%；另外，Vogler[6]與Metaxas將兩種方式結(jié)合用于美國手語識(shí)別，交互采納一個(gè)位置跟蹤器及三個(gè)相互垂直的攝像機(jī)作為手語輸入設(shè)備，完成了53個(gè)孤立詞的識(shí)別，識(shí)別率為%。利用數(shù)據(jù)手套等典型傳感設(shè)備的方式中，CMU的ChristopherLee和Xu在1995年完成了一個(gè)操縱機(jī)械人的手勢操縱系統(tǒng)；用PowerGloves作為手語輸入設(shè)備，識(shí)別由95個(gè)孤立詞組成的詞聚集，正確率為80%。面對(duì)如此多的新型用戶接口，有分析家指出：簡便性和直觀性是其是不是成功的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)在我國，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的吳江琴、高文等給出了ANN與HMM的混合方式作為手語的訓(xùn)練識(shí)別方式，以增加識(shí)別方式的分類特性和減少模型的估量參數(shù)的個(gè)數(shù)，將ANN-HMM混合方式應(yīng)用于有18個(gè)傳感器的CyberGlove型號(hào)數(shù)據(jù)手套的中國手語識(shí)別系統(tǒng)中，孤立詞識(shí)別率為90%，簡單語句級(jí)識(shí)別率為92%。接下來高文等又選取Cyberglove型號(hào)數(shù)據(jù)手套作為手語輸入設(shè)備，并采納了DGMM（ynamicGaussianMixtureMode）為系統(tǒng)的識(shí)別技術(shù)，即利用一個(gè)隨時(shí)刻轉(zhuǎn)變的具有M個(gè)分量的混合GaussianN一元混合密度來模型化手語信號(hào)，可識(shí)別中國手語字典中274個(gè)詞條，識(shí)別率為%。與基于HMM的識(shí)別系統(tǒng)比較，這種模型的識(shí)別精度與HMM模型的識(shí)別精度相當(dāng)，其訓(xùn)練和識(shí)別速度比HMM的訓(xùn)練與識(shí)別速度有明顯的改善。他們?yōu)榱诉M(jìn)一步提高識(shí)別速度，識(shí)別模塊當(dāng)選取了多層識(shí)別器，可識(shí)別中國手語字典中的274個(gè)詞條，識(shí)別率為%。與基于單個(gè)DGMM的識(shí)別系統(tǒng)比較，這種模型的識(shí)別精度與單個(gè)DGMM模型的識(shí)別精度大體相同，但其識(shí)別速度比單個(gè)DGMM的識(shí)別速度有明顯的提高。2000年在國際上他們第一次實(shí)現(xiàn)了5000詞以上的持續(xù)中國手語識(shí)別系統(tǒng)。另外，清華大學(xué)祝遠(yuǎn)新、徐光裕等給出了一種基于視覺的動(dòng)態(tài)孤立手勢識(shí)別技術(shù)，借助于圖像運(yùn)動(dòng)的變階參數(shù)模型和魯棒回歸分析，提出一種基于運(yùn)動(dòng)分割的圖像運(yùn)動(dòng)估量方式，基于圖像運(yùn)動(dòng)參數(shù)，構(gòu)造了兩種表現(xiàn)轉(zhuǎn)變模型別離作為手勢的表現(xiàn)特點(diǎn)，利用最大最小優(yōu)化算法來創(chuàng)建手勢參考模板，并利用基于模板的分類技術(shù)進(jìn)行識(shí)別，對(duì)12種手勢的識(shí)別率超過90%;在進(jìn)一步研究中，他們又給出了有關(guān)持續(xù)動(dòng)態(tài)手勢的識(shí)別，融合手勢運(yùn)動(dòng)信息和皮膚顏色信息，進(jìn)行復(fù)雜背景下的手勢分割，通過結(jié)合手勢的時(shí)序信息、運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)及形狀表現(xiàn)，提出動(dòng)態(tài)手勢的時(shí)空表現(xiàn)模型，并提出基于顏色、運(yùn)行和形狀等多模式信息的分層融合策略抽取時(shí)空表觀模型的參數(shù)。最后，提出動(dòng)態(tài)時(shí)空規(guī)整算法用于手勢識(shí)別，對(duì)12種手勢，平均識(shí)別率高達(dá)97%。臺(tái)灣大學(xué)的Liang等人利用單個(gè)VPL數(shù)據(jù)手套作為手語輸入設(shè)備，可識(shí)別臺(tái)灣手語講義中的250個(gè)大體詞條，識(shí)別率為%。2手勢識(shí)別研究綜述手勢的概念由于手勢（gesture）本身具有多樣性和多義性，具有在時(shí)刻空間上的不同性加上不同文化背景的阻礙對(duì)手勢的概念是不同的。那個(gè)地址把手勢概念為:手勢是人手或手和臂結(jié)合所產(chǎn)生的各類姿勢和動(dòng)作，它包括靜態(tài)手勢（指姿態(tài)，單個(gè)手形）和動(dòng)態(tài)手勢（指動(dòng)作，由一系列姿態(tài)組成）。靜態(tài)手勢對(duì)應(yīng)模型參數(shù)空間里的一個(gè)點(diǎn)，而動(dòng)態(tài)手勢對(duì)應(yīng)著模型參數(shù)空間里的一條軌跡，需要利用隨時(shí)刻轉(zhuǎn)變的空間特點(diǎn)來表述。手勢和姿勢（posture）的要緊區(qū)別在于姿勢更為強(qiáng)調(diào)手和軀體的形態(tài)和狀態(tài)而手勢更為強(qiáng)調(diào)手的運(yùn)動(dòng)。手勢識(shí)別的意義目前，手勢識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用在當(dāng)前是比較熱點(diǎn)的研究課題，已經(jīng)有了相當(dāng)豐碩的手勢識(shí)別理論研究，并有很多的應(yīng)用實(shí)踐。由于人們的研究目的需求不同，在具體的處置方面就產(chǎn)生了不同的處置技術(shù)。將運(yùn)算機(jī)手勢識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于圖書館虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航系統(tǒng)當(dāng)中，利用戶能夠身臨其境的以自然的方式，在虛擬的場景中取得真實(shí)的感受成為一種可能。用手勢進(jìn)行人機(jī)交互十分自然、高效。以人手直接作為輸入手腕與其它輸入方式相較較，具有自然性、簡練性和豐碩性、直接性的特點(diǎn)。因此，用運(yùn)算機(jī)來識(shí)別手勢提供了一個(gè)更自然的人機(jī)接口。利用運(yùn)算機(jī)手勢識(shí)別技術(shù)去識(shí)別用戶輸入的手勢動(dòng)作，并依照其識(shí)別的結(jié)果去驅(qū)動(dòng)圖書館虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航系統(tǒng)，用戶將擺脫諸多外部硬件設(shè)備的限制，解放軀體，自由的在空間中以簡單的手勢動(dòng)作驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。因此，研究手勢識(shí)別技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，并利用運(yùn)算機(jī)手勢去操作圖書館虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航系統(tǒng)具有現(xiàn)實(shí)意義。

手勢識(shí)別的要緊內(nèi)容針對(duì)手勢輸入技術(shù)和方式的研究，采納基于運(yùn)算機(jī)視覺的手勢輸入方

法，識(shí)別自然手勢，令人機(jī)交互加倍靈活、方便。一一分析手勢識(shí)別各環(huán)節(jié)的技術(shù)，對(duì)手勢圖像進(jìn)行處置、分割、特點(diǎn)

提取、匹配，選取適合技術(shù)，設(shè)計(jì)圖書館虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航系統(tǒng)方案。結(jié)合以上各項(xiàng)研究功效，應(yīng)用VC++開發(fā)工具，構(gòu)建圖書館虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航

系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)以上研究的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)行評(píng)測和驗(yàn)證。手勢識(shí)別的方式在基于形狀特點(diǎn)的識(shí)別算法中，咱們在邊界圖像的基礎(chǔ)上依照手勢區(qū)域的形狀特點(diǎn)對(duì)手勢圖像進(jìn)行粗分類，依照手勢圖像中手指的方向及數(shù)量把手勢圖像分成向上、向右、向劣等類別，然后別離在邊界圖像和二值圖像的中提取手勢圖像面積、周長、重心距等特點(diǎn)，組成s維特點(diǎn)向量，最后采納類似度進(jìn)行模板匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)字母手勢的細(xì)分類;在基于傅立葉描述子的識(shí)別算法中。第一采納八鄰域搜索法對(duì)二值化的手勢圖像進(jìn)行邊緣檢測，取得連通的手勢外輪廓，然后計(jì)算邊界點(diǎn)序列的傅立葉系數(shù)取得傅立葉描述子，并將傅立葉描述子進(jìn)行歸一化，構(gòu)建手勢圖像的特點(diǎn)向量，最后通過計(jì)算輸入手勢的特點(diǎn)向量與樣本庫中每一圖像的特點(diǎn)向量的歐式距離，判定輸入圖像與樣本圖像間的匹配程度，咱們把待識(shí)輸入圖像歸為距離最小的那一類。實(shí)驗(yàn)對(duì)中國手語中字母手勢進(jìn)行識(shí)別，取得了較好的成效。本文采納的識(shí)別流程如圖：圖片預(yù)處理特征提取手勢識(shí)別輸入圖片圖片預(yù)處理特征提取手勢識(shí)別輸入圖片圖手勢識(shí)別流程圖

3手勢圖像的格式及大體操作為了使運(yùn)算性能夠?qū)Ω黝惉F(xiàn)象進(jìn)行分類識(shí)別，要用運(yùn)算性能夠運(yùn)算的符號(hào)來表示所研究的對(duì)象。通常輸入對(duì)象的信息有三種類型:二維圖像如文字、指紋、地圖、照片這種對(duì)象。一維波形如腦電圖、心電圖、機(jī)械振動(dòng)波形等。物理參量和邏輯值前者如在疾病診斷中病人的體溫及各類化驗(yàn)數(shù)據(jù)等;后者如對(duì)某參量正常與否的判定或?qū)Σ“Y有無的描述，如疼與不疼，可用邏輯值0和1來表示。在引入模糊邏輯的系統(tǒng)中，這些值還能夠包括模糊邏輯值，比如專門大、大、比較大等。在手勢識(shí)別中，處置的對(duì)象是手勢的照片，咱們提取數(shù)據(jù)的目標(biāo)確實(shí)是將手勢的圖像用一個(gè)特點(diǎn)向量來表示出來。在本文中所處置的圖片要緊有TIFF與BMP兩種格式，TIFF格式相對(duì)來講要復(fù)雜一些，能夠存儲(chǔ)的圖像也要豐碩得多，它能夠存儲(chǔ)多張圖片，還能夠存儲(chǔ)多種緊縮格式的圖片，而BMP格式的圖片簡單、通用，一樣在應(yīng)用程序中能夠方便的顯示。因此咱們的工作除熟悉多種格式的圖像文件之外，還包括實(shí)現(xiàn)多種格式圖像文件之間的彼此轉(zhuǎn)換，并最終提掏出表示圖像的特點(diǎn)向量。手勢圖像格式數(shù)字圖像的表示數(shù)字圖像的表示方式能夠分為兩類:位圖方式和矢量方式。位圖方式該方式將一副圖像劃分為一張柵格，格中每一部份（像素）或色彩單獨(dú)記錄，位圖中的一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置決定了該數(shù)據(jù)點(diǎn)所代表的像素，即數(shù)據(jù)點(diǎn)與圖像對(duì)應(yīng)，“位圖”由此而來，位圖適用于色彩、陰影或形狀轉(zhuǎn)變負(fù)責(zé)的圖像，如照片、繪畫或數(shù)字化視頻等。矢量方式這種方式用一系列線段或其他造型描述一副圖像，它適合與線型圖等簡魚的國戒成圖像。數(shù)字圖像的灰度圖灰度又稱為“Graysacle"，它代表像素的亮度值。在一副黑白照片中，不是簡單的非黑即白，而是慢慢過渡的，他們可區(qū)分為不同的亮度品級(jí)即灰度級(jí)?；叶葎澐衷郊?xì)，越能準(zhǔn)確的再現(xiàn)圖像。目前普遍采納的是256灰度級(jí)，即每一個(gè)像素的灰度用一個(gè)字節(jié)(a位)表示，其中0表示全黑，256表示全白。TIFF與BMP圖像格式TIFF圖像文件要緊由三種數(shù)據(jù)組合而成：表頭、標(biāo)識(shí)信息區(qū)和圖像數(shù)據(jù)區(qū)。表頭信息指出了標(biāo)識(shí)信息區(qū)在文件中的地址，而標(biāo)識(shí)信息區(qū)由一組標(biāo)志信息組成，它們表示出了TIFF圖像所有的屬性而且指明了圖像數(shù)據(jù)區(qū)的地址，圖像數(shù)據(jù)區(qū)將圖像的像素?cái)?shù)據(jù)以自上而下，自左到右的順序依次寄存。它們的關(guān)系如下圖：標(biāo)識(shí)信息區(qū)圖像數(shù)據(jù)區(qū)TIFF表頭數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)信息區(qū)圖像數(shù)據(jù)區(qū)TIFF表頭數(shù)據(jù)圖關(guān)系圖假設(shè)標(biāo)識(shí)信息區(qū)結(jié)尾的標(biāo)志參數(shù)不為0，那么該參數(shù)就表示下一個(gè)標(biāo)識(shí)信息區(qū)的地址，在TIFF圖像中，每一個(gè)標(biāo)識(shí)信息區(qū)和一個(gè)圖像數(shù)據(jù)區(qū)就表示一幅圖像，因此假設(shè)文件中含有多個(gè)標(biāo)識(shí)信息區(qū)就說明該文件中存儲(chǔ)了多幅圖像。BMP圖像文件也分為三部份:表頭、調(diào)色板和圖像數(shù)據(jù)。表頭長度固定為54個(gè)字節(jié)，里面包括了圖像所有屬性的數(shù)據(jù)包括寬度、高度、顏色信息等。調(diào)色板數(shù)據(jù)中每一種顏色以四個(gè)字節(jié)來表示，它們別離是Blue分量、Green分量、Red分量和一個(gè)保留值。在BMP圖像文件中，圖像的數(shù)據(jù)以自下而上，自左到右的順序寄存，而且必需保證每行的數(shù)據(jù)必需是4個(gè)字節(jié)的整數(shù)倍。BMP圖像文件中各部份內(nèi)容超級(jí)緊湊，因此省去了標(biāo)志相應(yīng)地址的信息。TIFF圖像和BMP圖像在調(diào)色板數(shù)據(jù)方面存在著不同，這在實(shí)現(xiàn)兩種格式圖像的轉(zhuǎn)換時(shí)超級(jí)重要。在BMP圖像中除全彩色RGB圖像之外，所有不超過256色的圖像必需帶有調(diào)色板信息，即便是單色圖像也不例外;而在T環(huán)F圖像中有三種情形能夠不帶有調(diào)色板信息，一是24位真彩色圖像，二是單色圖像，三是256色灰度圖像。表描述了兩種格式圖像在調(diào)色板數(shù)據(jù)方面的不同。表TIFF格式與BMP格式的圖像調(diào)色板比較TIFF格式圖像BMP格式圖像單色圖像（2色）無有16色圖像有有256色彩色圖像有有256色灰度圖像無有24位全彩色圖像無無為了實(shí)現(xiàn)兩種格式圖像之間的順利轉(zhuǎn)換，專門是從TIFF圖像到BMP圖像，需要填充相應(yīng)的調(diào)色板信息。通過觀看咱們能夠發(fā)覺要填充的調(diào)色板信息存在某種規(guī)律，關(guān)于單色圖像，它所對(duì)應(yīng)的調(diào)色板信息包括兩種顏色，這兩種顏色的RGB表示別離為白（255，255，255）和黑（0，0，0）它將黑與白之間的灰度顏色分成了256個(gè)品級(jí)假定白（255，255，255）對(duì)應(yīng)的品級(jí)為255,黑（0，0，0）對(duì)應(yīng)的品級(jí)為0，那么關(guān)于0到255之間的任一個(gè)灰度品級(jí)k，能夠用相應(yīng)的RGB顏色（k，k，k）來表示。如此咱們就能夠順利地將TIFF圖像文件轉(zhuǎn)換成BMP文件，而反過來操作那么比較簡單，只需要在處置單色圖像和256色灰度圖像時(shí)去除相應(yīng)的調(diào)色板信息即可。由于兩種圖像格式的不同，提取數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的操作是不同的，但在提掏出了圖像的數(shù)據(jù)以后，所進(jìn)行的任何圖像處置操作就與圖像原有的格式再也不相關(guān)，因此咱們在處置圖像時(shí)設(shè)計(jì)了三個(gè)圖像類：CTifTmage、CbmpImage，Clmage，其中CTifImage專門用于TIFF格式圖像的處置，CBmpImage專門用于BMF格式圖像的處置，這兩個(gè)類都繼承于類Cimage，在CImage中包括了圖像數(shù)據(jù)提取與存儲(chǔ)的接口、圖像處置的一些通用操作如剪切、縮放、旋轉(zhuǎn)、二值化等等。如此所有特定格式圖像數(shù)據(jù)提取與存儲(chǔ)的細(xì)節(jié)將封裝在相應(yīng)的派生類中，關(guān)于利用圖像類（Cimage）的用戶來講，只需要明白基類的接口就能夠夠了。通過這種設(shè)計(jì)，咱們還能夠在不阻礙已有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的情形下實(shí)現(xiàn)其它格式圖像的處置，因此具有專門好的擴(kuò)展性。通過以上多種格式圖像的處置，咱們將取得圖像數(shù)據(jù)的矩陣表示，假定圖像的寬度為W，圖像的高度為H，那么取得的矩陣能夠用以下的二維數(shù)組來表示：PixelArray[x,y]其中0<x<W?0<y<H由于在現(xiàn)實(shí)中取得的手勢圖像的色彩不一，有全彩色的，也有黑白的（即256色灰度圖像，如身份證照片）0~256色灰度圖像能夠?qū)ｉT好的保留手勢圖像的特點(diǎn)，為了便于咱們進(jìn)行圖像處置與分析，因此咱們將輸入的手勢圖像統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為256色灰度圖像。如此，獲取的像素矩陣中任一像素的取值范圍為（0~255）在以下的步驟中，咱們處置的對(duì)象確實(shí)是那個(gè)二維的像素?cái)?shù)組。通用的圖像操作手勢識(shí)別中的經(jīng)常使用圖像操作包括圖像的剪切、圖像的縮放、圖像的旋轉(zhuǎn)和圖像的亮度調(diào)整。咱們以PixelArray[x,y]來表示原有圖像的二維像素矩陣，原有圖像的高度用H來表示，原有圖像的寬度用W來表示，用PixelArrayNew[x,y]來表示結(jié)果圖像的二維像素矩陣，結(jié)果圖像的高度為HNew,寬度為Wnew。圖像的剪切圖像的剪切操作的函數(shù)原型為voidCimage：ClipImage(CReet&reet)，需要輸入的參數(shù)為要剪切的圖像的具體的位置，即要剪切圖像左上角的位置和右下角的位置。假定要剪切圖像左上角位置為（left,top），右下角的位置為（right,bottom）那么咱們只需要調(diào)整圖像的寬度為（right-left），調(diào)整圖像的高度為（bottom-top），從圖像的二維數(shù)組中提取左上角到右下角之間的數(shù)據(jù)。剪切后圖像的數(shù)據(jù)能夠表示為:PixelArray[x,y]其中l(wèi)eft<x<right?top<y<bottom圖像的縮放圖像的縮放操作的函數(shù)原型為voidCimageCollapseOrExpandImage（doubledbRatioX,doubledbRatioY）e輸入的參數(shù)為圖像水平方向需要縮放的尺度和圖像垂直方向需要縮放的尺度。假定水平方向縮放的比例為a，垂直方向縮放的比例為b，那么，縮放后圖像的高度為bH縮放后圖像的寬度為aW，關(guān)于原有圖像的任一點(diǎn)PixelArray（x,y），在縮放后對(duì)應(yīng)的像素為:PixeIArray[i,j]ax<i<a(x+1)?by<j<b(y+1)令CountArray[i,j]為結(jié)果圖像中點(diǎn)(i,j)對(duì)應(yīng)原有圖像像素的計(jì)數(shù)，那么每次有點(diǎn)映射到點(diǎn)(i,j)的像素時(shí)，將結(jié)果圖像中點(diǎn)(i,j)的像素值加上該原有圖像點(diǎn)(x,y)的像素值，并將CountArray[i,j]加1。PixelArrayNew[i,j]=PixelArrayNew[i,j]+PixelArray[x,y]CountArray[i,j]=CountArray[i,j]=1由于經(jīng)縮放后，結(jié)果圖像中的某一點(diǎn)的像素可能對(duì)應(yīng)原有圖像中的多個(gè)像素，因此關(guān)于這種情形需要對(duì)該點(diǎn)的像素求取平均值:PixelArrayNew[i,j]=PixelArrayNew[i,j]/CountArray[i,j]圖像的亮度調(diào)整圖像的亮度調(diào)整的函數(shù)原型為voidCimage：AdjustLight（intnLight）。輸入的參數(shù)為要調(diào)整的亮度的大小，nLight為正數(shù)表示增強(qiáng)亮度，為負(fù)數(shù)表示降低亮度。在手勢識(shí)別中咱們采納的均為256色灰度圖像，因此圖像中任一點(diǎn)的像素值的飽合度為0，也確實(shí)是說任一點(diǎn)的R.G,B三值的大小相等。在這種情形下，調(diào)整圖像的亮度能夠通過以下方式進(jìn)行:假定要調(diào)整的亮度為nLight，圖像中任意一種顏色的R.G.B三值別離用nR，nG，nB表示，那么該顏色調(diào)整后的R,G,B三值別離為:nR+nLightnG+nLightnB+nLight

4手勢圖像的預(yù)處置當(dāng)把觀看到的手勢圖像轉(zhuǎn)換成可用運(yùn)算機(jī)處置的數(shù)字圖像時(shí)，圖像在生成、傳輸或變換進(jìn)程中會(huì)受到各類因素的干擾和阻礙，圖像的畫質(zhì)將會(huì)因噪聲而在不同程度上顯現(xiàn)歧變，本文對(duì)輸入圖像進(jìn)行了滑膩、銳化、二值化等預(yù)處置。預(yù)處置的目的是去除圖像中的噪聲，增強(qiáng)圖像中的有效信息，并對(duì)輸入方式或其他情愿造成的退化現(xiàn)象進(jìn)行恢復(fù)，圖像預(yù)處置進(jìn)程是對(duì)圖像的一個(gè)過濾進(jìn)程，要排除干擾保留需要處置的部份，并過濾掉不需要的部份。由于成像設(shè)備在讀入手勢圖像時(shí)會(huì)擴(kuò)大取景范圍，其中含很多無效的像素點(diǎn)，這會(huì)阻礙以后的處置，增加計(jì)算量，因此第一完成的是盡可能準(zhǔn)確從讀入圖像中掏出包括被測物體的圖像部份，那個(gè)進(jìn)程的要緊難度在于判定圖像是不是屬于需要保留的部份，且必需保證其準(zhǔn)確性，不然將會(huì)對(duì)下一步圖像分析和判定造成嚴(yán)峻的阻礙。圖像滑膩圖像在生產(chǎn)和傳輸進(jìn)程中常受到各類噪聲的干擾和阻礙，使圖像質(zhì)量下降，為了抑制噪聲改善圖像質(zhì)量，必需對(duì)圖像進(jìn)行滑膩處置，這可在空域或頻域中進(jìn)行，在滑膩噪聲時(shí)應(yīng)盡可能不損害圖像中邊沿和各類細(xì)節(jié)。關(guān)于濾除圖像中的噪聲，人們已經(jīng)提出了很多的方式。通常，將數(shù)字圖像的滑膩技術(shù)劃分為兩類：一類是全局處置，即對(duì)噪聲圖像的整體或大的塊進(jìn)行校正以取得滑膩的圖像，例如在變換域中利用Wiener濾波、最小二乘濾波等，利用這些技術(shù)需要明白信號(hào)和噪聲的統(tǒng)計(jì)模型，但關(guān)于大多數(shù)圖像而言，人們不明白或不可能用簡單的隨機(jī)進(jìn)程精準(zhǔn)的描述統(tǒng)計(jì)模型，而且，這些技術(shù)計(jì)算量也相當(dāng)大：另一類滑膩技術(shù)是對(duì)噪聲圖像利用局部算子，當(dāng)對(duì)某一像素進(jìn)行滑膩處置時(shí)，僅對(duì)它的局部小鄰域的一些像素加以運(yùn)算，其優(yōu)勢是計(jì)算效率高，而且能夠多個(gè)像素并行處置，因此可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)處置。局部平均法局部平均法是一種直接在空域上進(jìn)行滑膩處置的技術(shù)。以為圖像是由許多灰度恒定的小塊組成，相鄰像素間存在很高的空間相關(guān)性，而噪聲那么是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。因此，可用像素鄰域內(nèi)的像素的平均灰度值代替該像素原先的灰度值，實(shí)現(xiàn)圖像的滑膩。最典型的局部平均法確實(shí)是非加權(quán)鄰域平均，它均等地對(duì)待鄰域中的每一個(gè)像素。該算法簡單，計(jì)算速度快，但要緊缺點(diǎn)是在降低噪聲的同時(shí)使圖像模糊，專門在邊沿和細(xì)節(jié)處。鄰域越大，模糊程度越厲害。對(duì)上述算法的改良算法有超限像素滑膩法、灰度最相近的K個(gè)鄰點(diǎn)平均法、剃度倒數(shù)加權(quán)滑膩、自適應(yīng)濾波等。中值濾波法中值濾波也是一種局部平均滑膩技術(shù)，它對(duì)脈沖干擾和椒鹽的抑制成效好，在抑制隨機(jī)噪聲的同時(shí)能使邊沿減少模糊。中值濾波法是一種非線形的圖像滑膩方式，它對(duì)一個(gè)滑動(dòng)窗口的諸像素灰度排序，用其中值代替窗口中心像素原先的灰度值（假設(shè)窗口中有偶數(shù)個(gè)像幸，那么取兩個(gè)中間值的平均）。中值濾波的成效與局部平均的成效相較較，中值濾波有以下優(yōu)勢:一、降低噪聲的成效比較明顯;二、在灰度值轉(zhuǎn)變較小的情形下能夠取得專門好的滑膩處置;三、降低了圖像邊界部份的模糊程度。頻域滑膩技術(shù)圖像的滑膩除能夠在空域中進(jìn)行外，也能夠在頻域中進(jìn)行。頻域中的平滑是一維信一號(hào)低通濾波器概念在二維圖像中的直接推行。圖像通過二維傅立葉變換后，噪聲頻譜一樣位于空間頻率較高的區(qū)域，而圖像本身的頻率分量那么處于空間頻率較低的區(qū)域內(nèi)，因此能夠通太低通濾波器的方式，使高頻分量受到抑制，從而實(shí)現(xiàn)圖像的滑膩。濾波器的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:G(u,v)=H(u,v)F(u,v)圖像二值化依照?qǐng)D像處置的目標(biāo)要求，需要把多灰度級(jí)的圖像變成只有兩個(gè)灰度級(jí)的圖像，即對(duì)圖像進(jìn)行二值化。設(shè)圖像f(x,y)的灰度值范圍在[a,b]，二值化闡值設(shè)為T(a<=T<=b)，那么二值化處置的一樣式為:g(x,y)=1當(dāng)f(x,y)>=T時(shí)0當(dāng)f(x,y)<T時(shí)g(x,y)是二值圖像，通常咱們用1來表示對(duì)象物(黑色區(qū)域)，用0來表示背景區(qū)域（白色區(qū)域）。對(duì)閉值T的選擇有多種方式，它決定著二值圖像的質(zhì)量。依照閉值T的選擇方式，圖像二值化可分為以下幾種。p-參數(shù)法當(dāng)預(yù)先明白對(duì)象物在圖像中所占的面積比率時(shí)，將灰度直方圖中面積比率為P%的點(diǎn)作為閉值，這種方式稱為P一參數(shù)法（p-tilemethod）。但在實(shí)際中，己知對(duì)象所占的面積比率的狀況超級(jí)少見，通常都是依照必然的規(guī)律推算出來例如在書畫作品中，文字部份所占的面積比率一樣情形下是能夠估量出來這時(shí)用這種方式來處置時(shí)比較有效的。模式法當(dāng)灰度直方圖具有雙峰性的時(shí)候，對(duì)象物和背景的灰度一樣別離在兩個(gè)山峰的周圍，因此，可去山谷的中心點(diǎn)為閉值，這種方式稱為模式法（modemethod）?？墒?，實(shí)際情形中，灰度直方圖不是很滑膩的，會(huì)存在一些因小的凹凸而產(chǎn)生的局部極小值，如此給自動(dòng)判定造成專門大的不便。比較簡單的方式是，先將灰度直方圖進(jìn)行滑膩處置，再進(jìn)行閡值的選擇，或是以選出的灰度為中心考查1k的兩點(diǎn)，用此兩點(diǎn)來判定選出的灰度值的點(diǎn)是不是極大值或極小值點(diǎn)。如此的處置方式會(huì)產(chǎn)生一些噪聲，但對(duì)判定可不能造成大的阻礙。可變閥值法在不均勻的照明條件下所取得的灰度圖像，采納確信閉值進(jìn)行二值化的時(shí)候，到不到期望的圖像。在這種情形下，有兩種解決方案，一種是當(dāng)照明強(qiáng)度可用圖像坐標(biāo)的函數(shù)來表示是，被觀測圖像g(x,y)可用下式來描述:g(x,y)=c(x,y)f(x,y)其中，f(x,y)是在均勻照明條件下的圖像，c(x,y)是表示照明不均勻的程度系數(shù)。另一種方案是把圖像分成假設(shè)干個(gè)子區(qū)域，在各個(gè)子區(qū)域中計(jì)算其灰度直方圖。若是在子區(qū)域中同時(shí)存在背景和對(duì)象物，那么其灰度直方圖呈雙峰，這時(shí)可用模式法等進(jìn)行二值化處置這種情形下，每一個(gè)子區(qū)域一樣都不相同，這種二值化方式稱為可變閉值法（variablethresholdselectionmethod）。5MATLAB介紹MATLAB概述MATLAB，MatrixLaboratory的縮寫，是由Mathworks公司開發(fā)的一套用于科學(xué)工程計(jì)算的可視化高性能語言，具有壯大的矩陣運(yùn)算能力。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處置和圖形顯示于一體，組成了一個(gè)界面友好的用戶環(huán)境，在那個(gè)環(huán)境中，問題與求解都能方便地以數(shù)學(xué)的語言（主若是矩陣形式）或圖形方式表達(dá)出來。與大伙兒經(jīng)常使用的Fortran和C等高級(jí)語言相較，MTALAB的語法規(guī)那么更簡單，更切近人的思維方式，被稱為“草稿紙式的語言”。MATLAB最初作為矩陣實(shí)驗(yàn)室，要緊向用戶提供一套超級(jí)完善的矩陣運(yùn)算命令。隨著數(shù)值運(yùn)算的演變，它慢慢進(jìn)展成為各類系統(tǒng)仿真、數(shù)字信號(hào)處置、科學(xué)可視化的通用標(biāo)準(zhǔn)語言。在科學(xué)研究和工程應(yīng)用的進(jìn)程中，往往需要大量的數(shù)學(xué)計(jì)算，傳統(tǒng)的紙筆和運(yùn)算機(jī)已經(jīng)不能從全然上知足海量計(jì)算的要求，一些技術(shù)人員嘗試?yán)肂asic，F(xiàn)ortran，C/C++等語言編寫程序來減輕工作量。但編程不單單需要把握所用語言的語法，還需要對(duì)相關(guān)算法進(jìn)行深切分析，這對(duì)大多數(shù)科學(xué)工作者而言有必然的難度。與這些語言相較，MATLAB的語法更簡單，更切近人的思維方式。用MATLAB編寫程序，猶如在一張演算紙上排列公式和求解問題一樣高效率，因此被稱為“科學(xué)便箋式”的科學(xué)工程計(jì)算語言。Matlab誕生于20世紀(jì)70年代，它的編寫者是ClevelMoler博士和他的同事。那時(shí)，他們利用Fortran開發(fā)了兩個(gè)子程序庫——ELSPACK和LINPACK。這兩個(gè)程序庫是要求解線性方程的程序庫?？墒?，CleveMoler發(fā)覺學(xué)生利用這兩個(gè)程序庫有困難，要緊問題是因?yàn)榻涌诔绦虿恍袑?，很花費(fèi)時(shí)刻。于是，CleveMoler自己動(dòng)手，在業(yè)余時(shí)刻里編寫了ELSPACK和LINPACK的接口程序。CleveMoler給那個(gè)接口程序取名為MATLAB，意為矩陣（Matrix）和實(shí)驗(yàn)室（Laboratory）的組合。以后幾年，MATLAB作為免費(fèi)軟件在大學(xué)里被普遍利用，深受大學(xué)生的喜愛。1983年早春，CleveModer到Stanford大學(xué)訪問，作為工程師的JohnLittle受到了MATLAB的深深吸引，他靈敏地發(fā)覺到MATLAB在工程領(lǐng)域潛在的應(yīng)用天地。同年，他和CleveModer、SteveBangert一路用C語言合作開發(fā)了第二代專業(yè)版MATLAB。從這一代起，MATLAB的核心利用C語言來編寫，而且在具有數(shù)值計(jì)算能力的基礎(chǔ)上，具有了數(shù)據(jù)視圖的功能。1984年，CleveMoler和JohnLittle成立了MathWorks公司，正式把MATLAB推向場，并繼續(xù)進(jìn)行MATLAB的開發(fā)。MathWorks公司1993年推出MATLAB，1995年推出MATLAB版（For），1997年推出，2000年9月發(fā)布了MATLAB7，2006年3月發(fā)布了MATLAB2006a，2006年9月發(fā)布了MATLAB2006b，2007年3月發(fā)布了最新的MATLABR2007。每一個(gè)新版本的推出都使MATLAB有了長足的進(jìn)步——界面愈來愈友好，內(nèi)容愈來愈豐碩，功能愈來愈壯大，幫忙系統(tǒng)愈來愈完善。MATLAB擅長數(shù)值計(jì)算，能處置大量的數(shù)據(jù)，而且效率比較高。MathWorks公司在此基礎(chǔ)上增強(qiáng)了MATLAB的符號(hào)計(jì)算、文字處置、可視化建模和實(shí)時(shí)操縱能力，增強(qiáng)了MATLAB的市場競爭力，使MATLAB成為市場主流的數(shù)值計(jì)算軟件。MATLAB產(chǎn)品族是支持從概念設(shè)計(jì)、算法開發(fā)、建仿照真到實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的理想的集成環(huán)境。不管進(jìn)行科學(xué)研究仍是產(chǎn)品開發(fā)，MATLAB產(chǎn)品族都是必不可少的工具。在現(xiàn)今30多個(gè)數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中，就軟件數(shù)學(xué)處置的原始內(nèi)核而言，可分為兩大類。一類是數(shù)值計(jì)算型軟件，如MATLAB、Xmath、Gauss等，這種軟件擅長數(shù)值計(jì)算，對(duì)處置大量數(shù)據(jù)效率高；另一類是數(shù)學(xué)分析型軟件，如Mathematica、Maple等，這種軟件以符號(hào)計(jì)算見長，能給出解析解和任意精度解，其缺點(diǎn)是處置大量數(shù)據(jù)時(shí)效率較低。MathWorks公司順應(yīng)多功能需求之潮流，在其卓越數(shù)值計(jì)算和圖示能力的基礎(chǔ)上，又率先在專業(yè)水平上開拓了其符號(hào)計(jì)算、文字處置、可視化建模和實(shí)時(shí)操縱能力，開發(fā)了適合多學(xué)科、多部門要求的新一代科技應(yīng)用軟件MATLAB。通過量年的國際競爭，MATLAB已經(jīng)占據(jù)了數(shù)值型軟件市場的主導(dǎo)地位。在MATLAB進(jìn)入市場前，國際上的許多應(yīng)用軟件包都是直接以FORTRAN和C語言等編程語言開發(fā)的。這種軟件的缺點(diǎn)是利用面窄、接口簡陋、程序結(jié)構(gòu)不開放和沒有標(biāo)準(zhǔn)的基庫，很難適應(yīng)各學(xué)科的最新進(jìn)展，因此很難推行。MATLAB的顯現(xiàn)，為各國科學(xué)家開發(fā)學(xué)科軟件提供了新的基礎(chǔ)。在MATLAB問世不久的20世紀(jì)80年代中期，原先操縱領(lǐng)域里的一些軟件包紛紛被淘汰或在MATLAB上重建。

MATLAB的功能MATLAB的核心是一個(gè)基于矩陣運(yùn)算的快速說明程序，它交互式地同意用戶輸入的各項(xiàng)命令，輸出計(jì)算結(jié)果。MATLAB提供了一個(gè)開放式的集成環(huán)境，用戶能夠運(yùn)行系統(tǒng)提供的大量命令，包括數(shù)值計(jì)算、圖形繪制和代碼編制等。具體來講，MATLAB具有以下功能。（1）數(shù)據(jù)可視化功能。（2）矩陣運(yùn)算功能。（3）大量的工具箱。（4）畫圖功能。（5）GUI設(shè)計(jì)。（6）Simulink仿真。進(jìn)入MATLAB以后，會(huì)看到一個(gè)MATLABCommandWindow，稱為命令窗，它是最要緊的窗口，既是鍵入命令也是顯示計(jì)算結(jié)果的地址。另外還有一個(gè)編程窗，專門用來編輯應(yīng)用程序。還有一個(gè)主窗口，用來記錄已利用過的歷史命令和已打開的目錄，方便利用者查找。若是畫圖還會(huì)自動(dòng)彈出一個(gè)畫圖窗，專門用來顯示繪制的圖形。MATLAB一樣有3種進(jìn)行計(jì)算的方式，第1種就猶如利用計(jì)算器，直接輸入數(shù)值和運(yùn)算符，當(dāng)即從屏幕上取得結(jié)果。第2種先對(duì)變量賦值，然后再輸入由變量組成的表達(dá)式，也可當(dāng)即取得結(jié)果。第3種，確實(shí)是采納編程的方式來解決較復(fù)雜的，諸如含有判定、循環(huán)、迭代、遞歸等算法的較復(fù)雜的問題。上述方式中，第2和第3包括了數(shù)組和矩陣運(yùn)算，只要概念了數(shù)組和矩陣變量，就能夠夠猶如一般代數(shù)運(yùn)算一樣直接用變量進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，十分方便。MATLAB語言特點(diǎn)（1）編程效率高M(jìn)ATLAB是一種面向科學(xué)與工程計(jì)算的高級(jí)語言，許諾用數(shù)學(xué)形式的語言來編寫程序，比BASIC、FORTRAN和C等語言加倍接近人書寫計(jì)算公式的思維方式，用MATLAB編寫程序猶如在演算紙上排列出公式與求解問題一樣。因此,MATLAB語言也能夠通俗地稱為“演算紙”式科學(xué)算法語言，正是由于它編寫簡單，因此編程效率高，易學(xué)易懂。（2）用戶利用方便MATLAB語言是一種說明執(zhí)行的語言，它靈活、方便，調(diào)試手腕豐碩，調(diào)試速度快。人們用任何一種語言編寫程序和調(diào)試程序一樣都要通過4個(gè)步驟：編輯、編譯、連接，和執(zhí)行和調(diào)試。各個(gè)步驟之間是順序關(guān)系，編程的進(jìn)程確實(shí)是在它們之間做瀑布型的循環(huán)。MATLAB語言與其他語言相較，把編輯、編譯、連接和執(zhí)行融為一體。它能在同一界面上進(jìn)行靈活操作，快速排除輸入程序中的書寫錯(cuò)誤、語法錯(cuò)誤，乃至語義錯(cuò)誤，從而加速了開發(fā)者編寫、修改和調(diào)試程序的速度，能夠說，在編程和調(diào)試進(jìn)程中它是一種比VisualBaisc還要簡單的語言。具體地說，在運(yùn)行MATLAB時(shí)，若是直接在命令行輸入MATLAB語句（命令），包括挪用M文件的語句，每輸入一條語句，就會(huì)當(dāng)即對(duì)其進(jìn)行處置，完成編譯、連接和運(yùn)行的全進(jìn)程。又如，將MATLAB源程序編輯為M文件時(shí)，由于MATLAB磁盤文件也是M文件，因此編輯后的源文件就可直接運(yùn)行，而不需要進(jìn)行編譯和連接。在運(yùn)行M文件時(shí)，若是有錯(cuò)誤，運(yùn)算機(jī)屏幕上就會(huì)給出詳細(xì)的犯錯(cuò)信息，使它通過修改后再執(zhí)行，直到正確為止。因此，MATLAB語言不僅是一種語言，廣義上更能夠稱為一種語言開發(fā)系統(tǒng)、語言調(diào)試系統(tǒng)。（3）擴(kuò)充能力強(qiáng)，交互性好高版本的MATLAB語言擁有豐碩的庫函數(shù)，在進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)能夠直接挪用，而且MATLAB的庫函數(shù)同用戶文件在形成上一樣，因此用戶文件也能夠作為MATLAB的庫函數(shù)被挪用。因此，開發(fā)者能夠依照自己的需要方便地成立和擴(kuò)充新的庫函數(shù)，以便提高M(jìn)ATLAB的利用效率和擴(kuò)充它的功能。另外，為了充分利用FORTRAN語言中方便地利用MATLAB的數(shù)值計(jì)算功能，這些良好的交互性使程序員能夠利用以前編寫過的程序，減少重復(fù)性工作，也使編寫的程序具有可重復(fù)利用的價(jià)值。（4）移植性和開放性好MATLAB是用C語言編寫的，而C語言的可移植性專門好。于是，MATLAB能夠很方便地被移植到能運(yùn)行C語言的操作平臺(tái)上。MATLAB適合的工作平臺(tái)有Windows系列、UNIX、Linux、VMS和PowerMac。除內(nèi)部函數(shù)外，MATLAB所有的核心文件和工具箱文件都是公布的，都是可讀可寫的源文件，用戶能夠通過對(duì)源文件的修改和自己編程組成新的工具箱。（5）語句簡單，內(nèi)涵豐碩MATLAB語言中最大體最重要的成份是函數(shù)，其一樣形式為[a,b,c…]=fun(d,e,f,…),即一個(gè)函數(shù)由函數(shù)名、輸入變量“d,e,f,…”和輸出變量“a,b,c,…”組成。同一個(gè)函數(shù)名、不同數(shù)量的輸入變量及不同數(shù)量的輸出變量，代表著不同的含義。這不僅使MATLAB的庫函數(shù)功能更豐碩，而且大大減小了所需要的磁盤空間，使得用MATLAB編寫的M文件簡單、短小而高效。（6）高效方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算MATLAB語言像BASIC、FORTRAN和C語言一樣規(guī)定了矩陣的算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符、條件運(yùn)算符及賦值運(yùn)算符，而且這些運(yùn)算符大部份能夠原封不動(dòng)地照搬到數(shù)組間的運(yùn)算中，有些運(yùn)算符只要增加“.”就可用于數(shù)組間的運(yùn)算。另外，它不需要概念數(shù)組的維數(shù)，只需要給出矩陣的函數(shù)、特殊矩陣專門的庫函數(shù)，使之在求解諸如信號(hào)處置、建模、系統(tǒng)識(shí)別、操縱、優(yōu)化等領(lǐng)域的問題時(shí)，顯得加倍簡捷、高效，這是其他高級(jí)語言所不能比擬的。在此基礎(chǔ)上，高版本的MATLAB已慢慢擴(kuò)展到科學(xué)及工程計(jì)算的其他領(lǐng)域。因此，不久的以后，它必然能名不虛傳地成為“全能演算紙”式的科學(xué)算法語言。（7）方便的畫圖功能MATLAB的畫圖功能是十份方便的，它有一系列畫圖函數(shù)，如線性坐標(biāo)、對(duì)數(shù)坐標(biāo)、半對(duì)數(shù)坐標(biāo)及極坐標(biāo)。利歷時(shí)均只需要挪用不同的畫圖函數(shù)，在圖上標(biāo)出圖題、XY軸標(biāo)注，格（柵）繪制也只需要挪用相應(yīng)的命令，簡單易行。另外，在挪用畫圖函數(shù)時(shí)能夠通過調(diào)整自變量給出不變顏色的點(diǎn)、線、復(fù)線或多重線。這種為科學(xué)研究著想的設(shè)計(jì)是其他通用的編程語言所不及的。MATLAB語言的優(yōu)勢（1）友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶利用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采納的是圖形用戶界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、途徑搜索和用于用戶閱讀幫忙、工作空間、文件的閱讀器。隨著MATLAB的商業(yè)化和軟件本身的不斷升級(jí)，MATLAB的用戶界面也愈來愈精致，加倍接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫忙系統(tǒng)，極大的方便了用戶的利用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序沒必要通過編譯就能夠夠直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告顯現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行犯錯(cuò)緣故分析。（2）簡單易用的程序語言Matlab一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語言，它包括操縱語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶能夠在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也能夠先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M文件）后再一路運(yùn)行。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C＋＋語言基礎(chǔ)上的，因此語法特點(diǎn)與C＋＋語言極為相似，而且加倍簡單，加倍符合科技人員對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫格式。使之更利于非運(yùn)算機(jī)專業(yè)的科技人員利用。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是MATLAB能夠深切到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要緣故。（3）壯大的科學(xué)運(yùn)算機(jī)數(shù)據(jù)處置能力MATLAB是一個(gè)包括大量計(jì)算算法的集合。其擁有600多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，能夠方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各類計(jì)算功能。函數(shù)中所利用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究功效，而前通過了各類優(yōu)化和容錯(cuò)處置。在通常情形下，能夠用它來代替底層編程語言，如C和C++。在計(jì)算要求相同的情形下，利用MATLAB的編程工作量會(huì)大大減少。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡單最大體的函數(shù)到諸如矩陣，特點(diǎn)向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號(hào)運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各類運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作和建模動(dòng)態(tài)仿真等。（4）超卓的圖形處置功能圖形處置功能MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，而且能夠?qū)D形進(jìn)行標(biāo)注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處置、動(dòng)畫和表達(dá)式作圖。可用于科學(xué)計(jì)算和工程畫圖。新版本的MATLAB對(duì)整個(gè)圖形處置功能作了專門大的改良和完善，使它不僅在一樣數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處置等）方面加倍完善，而且關(guān)于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的光照處置、色度處置和四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB一樣表現(xiàn)了超卓的處置能力。同時(shí)對(duì)一些特殊的可視化要求，例如圖形對(duì)話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了專門大的改善，對(duì)這方面有特殊要求的用戶也能夠取得知足。（5）應(yīng)用普遍的模塊集合工具箱MATLAB對(duì)許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能壯大的模塊集和工具箱。一樣來講，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用戶能夠直接利用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評(píng)估不同的方式而不需要自己編寫代碼。目前，MATLAB已經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)搜集、數(shù)據(jù)庫接口、概率統(tǒng)計(jì)、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、信號(hào)處置、圖像處置、系統(tǒng)辨識(shí)、操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)、LMI操縱、魯棒操縱、模型預(yù)測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性操縱設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點(diǎn)仿真、DSP與通信、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。（6）有效的程序接口和發(fā)布平臺(tái)新版本的MATLAB能夠利用MATLAB編譯器和C/C++數(shù)學(xué)庫和圖形庫，將自己的MATLAB程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于MATLAB運(yùn)行的C和C++代碼。許諾用戶編寫能夠和MATLAB進(jìn)行交互的C或C++語言程序。另外，MATLAB網(wǎng)頁效勞程序還允許在Web應(yīng)用中利用自己的MATLAB數(shù)學(xué)和圖形程序。MATLAB的一個(gè)重要特色確實(shí)是具有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫，每一個(gè)工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，要緊包括信號(hào)處置、操縱系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。MATLAB數(shù)組與矩陣MATLAB特擅長數(shù)組（array）及矩陣（matrix）運(yùn)算，而這二者大體運(yùn)算的性質(zhì)完全不同，數(shù)組強(qiáng)調(diào)元素對(duì)元素的運(yùn)算，而矩陣那么采納線性代數(shù)的運(yùn)算方式。數(shù)組多由一維元素組成，而矩陣中多維元素組成。經(jīng)常使用如此的語句來成立一維數(shù)組：x=起始值：步長：終止值，例如x=0::l那么能夠生成從0開始，每次遞增，一直到1的11個(gè)數(shù)組成的一維數(shù)組x。一樣也能夠用linspace（起始值，終止值，等分?jǐn)?shù)）命令，例如運(yùn)行x＝linspace（0，l，50），那么能夠生成從0到1，等分成50等份的51個(gè)數(shù)組成的一維數(shù)組x。假設(shè)不給出等分?jǐn)?shù)，那么自動(dòng)進(jìn)行100等分處置。MATLAB函數(shù)MATLAB之因此運(yùn)算功能壯大，重要緣故之一確實(shí)是它含有豐碩的內(nèi)建函數(shù)，例如數(shù)學(xué)函數(shù)中的三角函數(shù)、復(fù)函數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)、數(shù)據(jù)分析函數(shù)的求平均值、最大最小值、排序等，和邏輯／選擇函數(shù)如if－else等，還有效來模擬隨機(jī)發(fā)生事件的隨機(jī)函數(shù)。盡管MATLAB提供了數(shù)百種內(nèi)建函數(shù)，但也不是一應(yīng)俱全，為了解決那個(gè)問題，MATLAB提供了十分方便的自概念函數(shù)（自建函數(shù)）的壯大功能。（l）常見數(shù)學(xué)函數(shù)MATLAB提供了許多內(nèi)建函數(shù)，如對(duì)數(shù)函數(shù)、三角函數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)等。利用函數(shù)需注意，函數(shù)名要放在等式的右邊，等式左側(cè)是計(jì)算那個(gè)函數(shù)的表達(dá)式。另外，函數(shù)能夠嵌套，被看成另一個(gè)函數(shù)的自變量挪用。一些經(jīng)常使用的內(nèi)建函數(shù)的格式和功能如下：round（x）按四舍五入，對(duì)x取整fix（x）將x值近似至最接近0的整數(shù)floor（x）將x值近似至最接近-的整數(shù)ceil（x）將x值近似至最接近的整數(shù)sign（x）查驗(yàn)x的符號(hào)，x＜0返回值為-1,x=0返回值為0，x＞0返回值為1rem（x，y）求x／y的余數(shù)exp（x）指數(shù)函數(shù)log（x）以e為底的對(duì)數(shù)函數(shù)即自然對(duì)數(shù)log10（x）以10為底的對(duì)數(shù)函數(shù)用fzero函數(shù)來求解，它的大體原理確實(shí)是找x的值，將此x值代人時(shí)，能使該函數(shù)值為零。求非線性方程式的根應(yīng)依照以下步驟：（1）先概念方程式。注意必需將方程式轉(zhuǎn)換成f（x）=0的形態(tài)，例如某方程式為sin（x）=3，那么該方程式應(yīng)表示為f（x）＝sin（x）－3。（2）代人適當(dāng)范圍的x，求出相應(yīng)的f（x）值，然后將該函數(shù)圖畫出，以便了解該方程式的函數(shù)的走向和趨勢。（3）選取圖中可能的f（x）與x軸相交的x0，再挪用fzero（'function'，x0），即可求出在x0周圍可能存在的根，其中function是先前已概念的方程名。若是從函數(shù)散布圖看出根不只一個(gè)，那么需再代人一個(gè)x1，將下一個(gè)根求出。（2）經(jīng)常使用數(shù)據(jù)分析函數(shù)MATLAB提供了很多數(shù)據(jù)處置和分析的函數(shù)，常見的有：max（x）找出數(shù)組x中的最大值。max（x,y）找出數(shù)組x及y的最大值，產(chǎn)生一個(gè)由兩個(gè)數(shù)組中最大的元素組成的新數(shù)組。[y，i]=max（x）將數(shù)組x中的最大值賦給y，其所在位置賦給i。min（x）找出數(shù)組x中的最小值。min（x,y）找出數(shù)組x及y的最小值，產(chǎn)生一個(gè)由兩個(gè)數(shù)組中最小的元素組成的新數(shù)組。[y，i]=min（x）將數(shù)組x中的最小值賦給y，其所在位置賦給i。mean（x）求出數(shù)組x中的平均值。median（x）找出數(shù)組x的中位數(shù)。sum（x）計(jì)算數(shù)組x的總和。prod（x）計(jì)算數(shù)組x的連乘積。cumsum（x）產(chǎn)生新的數(shù)組，每一項(xiàng)都是原數(shù)組x中前項(xiàng)的累加和。cumprod（x）產(chǎn)生新的數(shù)組，每一項(xiàng)都是原數(shù)組x中前項(xiàng)的連乘積。用MATLAB函數(shù)rand可產(chǎn)生在[0，1]區(qū)間平均散布的隨機(jī)數(shù)，產(chǎn)生均勻隨機(jī)數(shù)的函數(shù)是rand（n）和rand（m,n），前者產(chǎn)生n個(gè)隨機(jī)數(shù)，后者產(chǎn)生mn個(gè)隨機(jī)數(shù)。將這些隨機(jī)數(shù)代人數(shù)學(xué)模型中，能夠模擬某種事件顯現(xiàn)的概率。其中要注意seed（種子）那個(gè)選項(xiàng)，它用來設(shè)定隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的起始值，有相同起始值的隨機(jī)數(shù)，其后產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)每次都相同。選擇隨機(jī)數(shù)種子函數(shù)的格式為rand（'seed'，n），n規(guī)定≥0。其中n＝0有專門的意義，現(xiàn)在它第一次產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)的起始值為5；其他的n值確實(shí)是欲利用的起始值。若是利用相同的起始值，那么隨機(jī)數(shù)的序列會(huì)一樣，因?yàn)殡S機(jī)數(shù)是依據(jù)起始值進(jìn)行計(jì)算的。若是所需的隨機(jī)值不在[0，1]區(qū)間，只需對(duì)其進(jìn)行線性處置即可。用MATLAB函數(shù)randn可產(chǎn)生正態(tài)隨機(jī)數(shù)，由于正態(tài)隨機(jī)數(shù)并非以上下限來概念，而是用數(shù)據(jù)的平均值和方差來概念，因此在產(chǎn)生正態(tài)隨機(jī)數(shù)時(shí)，需設(shè)定平均值和方差的大小。randn（n）和randn（m，n）是別離產(chǎn)生含n×n和m×n個(gè)正態(tài)隨機(jī)數(shù)元素的矩陣的函數(shù)，其平均值為0，方差為l。若是需要產(chǎn)生的正態(tài)隨機(jī)數(shù)值的平均值和方差并非0和1，能夠采納以下步驟進(jìn)行轉(zhuǎn)換。假設(shè)要取得一組正態(tài)隨機(jī)數(shù)，它的平均值為b方差為a，第一產(chǎn)生一組隨機(jī)數(shù)r，再將其值乘以方差a，接著再加上平均值b，算式為x＝a*r+b，那么x確實(shí)是具有所需方差和平均值的隨機(jī)數(shù)的矩陣。6基于MATLAB的手勢識(shí)別實(shí)現(xiàn)方式手勢表現(xiàn)特點(diǎn)分析一樣基于圖像表觀的手勢識(shí)別方式是直接從圖像中提取表觀特點(diǎn)，如輪廓矩、區(qū)域矩、直方圖等參數(shù)，而人手是一個(gè)關(guān)節(jié)式的復(fù)雜變形體，隨著關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，手的形狀不斷轉(zhuǎn)變，因此手勢特點(diǎn)參數(shù)構(gòu)造應(yīng)具有必然的相對(duì)不變，在旋轉(zhuǎn)與縮放情形下要能有效實(shí)時(shí)識(shí)別。為實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)與縮放條件下快速有效識(shí)別，本文提取具有旋轉(zhuǎn)縮放不變性的手指弧度、指間弧度和手指數(shù)量別離作為手勢的識(shí)別特點(diǎn)。特點(diǎn)提取在手勢識(shí)別中，確信判據(jù)是重要的，可是如何提取特點(diǎn)也是相當(dāng)重要的。若是特點(diǎn)找不對(duì)，分類就不可能準(zhǔn)確，從一個(gè)手勢中提取什么特點(diǎn)，將因不同的模式而異，而且與識(shí)別的目的、方式等有直接關(guān)系。特點(diǎn)提取與選擇一樣分為三個(gè)步驟:特點(diǎn)形成、特點(diǎn)提取、特點(diǎn)選擇。特點(diǎn)形成依照手勢圖像能夠產(chǎn)生的一組大體特點(diǎn)，如此特點(diǎn)稱作原始特點(diǎn)，如手勢圖像屬于數(shù)字圖像，它的原始測量是各點(diǎn)灰度值，可是這些測量不適于作為特點(diǎn)，還要通過計(jì)算產(chǎn)生一組原始特點(diǎn)。特點(diǎn)提取原始特點(diǎn)的數(shù)量可能專門大，或說樣本是處于一個(gè)多維空間中，通過映射（變換）能夠利用低維空間表示樣本，那個(gè)進(jìn)程稱作特點(diǎn)提取。映射后的特點(diǎn)又稱作二次特點(diǎn)，它們是原始特點(diǎn)的某種組合，因此特點(diǎn)提取在廣義上確實(shí)是一種特點(diǎn)映射。特點(diǎn)選擇從一組數(shù)量為D的原始特點(diǎn)中挑選出數(shù)量為d(d<D)個(gè)最有效的特點(diǎn)，那個(gè)進(jìn)程稱為特點(diǎn)選擇，它能夠起到降低特點(diǎn)空間維數(shù)的作用。手勢識(shí)別靜態(tài)手勢識(shí)別確實(shí)是在某特按時(shí)刻的輸入圖像中，識(shí)別用戶做出的是何種手形，其中模板匹配是圖像識(shí)別中最具代表性的方式之一，其算法實(shí)現(xiàn)容易、匹配速度快。算法的核心是將從待識(shí)別的圖像提取的假設(shè)干特點(diǎn)量與模板對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)量進(jìn)行比較，計(jì)算圖像和模板特點(diǎn)量相等，那么判定所屬類。從所選手勢的形狀特點(diǎn)上能夠看出，最明顯的兩個(gè)特點(diǎn)為角度和手指的個(gè)數(shù)，因此能夠?qū)⑹^、剪子、布三個(gè)手勢依照特點(diǎn)進(jìn)行分類。圖模板圖片利用MATLAB軟件設(shè)計(jì)的手勢識(shí)別要緊代碼如下：clear;clc;BinNum=36;Angle=360;level=2;totalnum=BinNum;fori=1:leveltotalnum=totalnum+4^i*BinNum;endfstandard=zeros(3,totalnum);forn=1:3imgname=sprintf('%',n);im=imread(imgname);ifsize(size(im),2)==3im=rgb2gray(im);endf=feature1(im,Angle,BinNum,level,totalnum);fstandard(n,1:totalnum)=f(1,1:totalnum);endwhile(1)tag=zeros(1,2);forn=1:2xm=sprintf('請(qǐng)輸入第%d個(gè)手勢',n);fname=input(xm,'s');imidentify=imread(fname);ifn==1subplot(1,3,1);imshow(imidentify);endifn==2subplot(1,3,3);imshow(imidentify);endifsize(size(imidentify),2)==3imidentify=rgb2gray(imidentify);endfidentify=feature1(imidentify,Angle,BinNum,level,totalnum);distance=zeros(1,3);fori=1:3forj=1:totalnumdistance(1,i)=distance(1,i)+sqrt((fidentify(j)-fstandard(i,j))^2);endendifdistance(1)==0tag(1,n)=1;%a是布elseifdistance(2)==0tag(1,n)=2;%b是剪子elsedistance(3)==0tag(1,n)=3;%c是石頭break;endendMATLAB中手勢識(shí)別的仿真本文所設(shè)計(jì)的手勢識(shí)別系統(tǒng)在MATLABR2020b上運(yùn)行，系統(tǒng)的主流程圖如下圖。要緊實(shí)現(xiàn)的功能是當(dāng)從石頭、剪子、布三種圖像中輸入兩張手勢圖像時(shí)，系統(tǒng)能夠通過提取特點(diǎn)來識(shí)別手勢圖像，從而完成剪子石頭布的小游戲。判斷輸贏圖片識(shí)別輸入待識(shí)別圖片判斷輸贏圖片識(shí)別輸入待識(shí)別圖片圖仿真流程圖輸入待識(shí)別手勢圖片圖輸入手勢圖從圖庫當(dāng)選擇兩張圖片進(jìn)行輸入，等待識(shí)別。判定輸贏若是左面手勢能夠贏右面手勢，那么輸出“贏”；若是左面手勢和右面手勢一樣，那么輸出“平”；若是左面手勢輸給右面手勢，那么輸出“輸”。圖判定輸贏圖圖判定輸贏圖圖判定輸贏圖想繼續(xù)玩輸入“c”，想退出按“q”。結(jié)論本文是通過利用基于MATLAB的手勢識(shí)別方式，其思想是輸入樣本，依照手勢的手指個(gè)數(shù)和角度等幾何特性進(jìn)行手勢識(shí)別，最終達(dá)到實(shí)現(xiàn)字母的識(shí)別和仿真的目的。通過對(duì)基于MATLAB的手勢識(shí)別技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和仿真，結(jié)果說明此網(wǎng)絡(luò)具有聯(lián)系經(jīng)歷和抗干擾功能，對(duì)手勢具有必然的辨識(shí)能力，是一種對(duì)手勢識(shí)別的有效方式。本次研究也使我對(duì)基于MATLAB的手勢識(shí)別技術(shù)的軟件設(shè)計(jì)流程有了很全面的熟悉，關(guān)于MATLAB的手勢識(shí)別技術(shù)也有了必然的了解。目前來看運(yùn)算機(jī)模式識(shí)別是最近幾年來進(jìn)展起來的技術(shù)。將這種方式應(yīng)用到實(shí)際生活當(dāng)中能夠大大加速咱們的生活節(jié)拍，改善咱們生活質(zhì)量，提高生活效率。既節(jié)省了時(shí)刻，又節(jié)約了人力物力資源。相信在往后MATLAB的手勢識(shí)別技術(shù)必然會(huì)被普遍應(yīng)用到各行各業(yè)中去，有專門大的市場潛力。致謝我這次能夠這么順利地完成論文第一我要感激我的教師和同窗們對(duì)我的大力支持，和無微不至的關(guān)切。最重要的是要感激我的導(dǎo)師秦麗娟教師。能夠說在這次課題的完成進(jìn)程中所碰到的問題，都是在秦麗娟教師的幫忙下才得以解決，秦教師親自指導(dǎo)我程序的設(shè)計(jì)仿真和撰寫論文。在整個(gè)的程序設(shè)計(jì)中，秦教師還提供了很多設(shè)計(jì)思想和有關(guān)資料，這就奠定了課題的研究成功的基礎(chǔ)。固然在這次課題的研究進(jìn)程中我也碰到了許許多多的難以攻克的問題，這些問題都是在秦教師的細(xì)心指導(dǎo)和幫忙下完成的。因此我要超級(jí)超級(jí)地感激秦教師，能夠說沒有秦教師的幫忙我不可能這么順利的完成那個(gè)課題。在那個(gè)地址對(duì)教師道一聲：教師您辛苦了！第二我也要感激和我一路做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同窗們，和同窗們一路探討課題的光陰能夠說是我在做畢業(yè)設(shè)計(jì)這段時(shí)刻最歡樂的光陰了。大伙兒在一路相互學(xué)習(xí)，相互幫忙讓我對(duì)完成課題充滿了信心和動(dòng)力。我愛我這些可愛的同窗們。在如此一種充滿著濃濃的學(xué)習(xí)氣氛當(dāng)中使我超級(jí)順利地完成這次設(shè)計(jì)和論文。最后在本次論文完成之際再一次向幫忙過我和鼓舞過我的老師和同窗說一聲謝謝，你們是最可愛的人。參考文獻(xiàn)[1]MATLAB7基礎(chǔ)與提高.飛思科技產(chǎn)品研發(fā)中心編著.北京：電子工業(yè)出版社，[2]胡小鋒，趙輝.圖像處置與識(shí)別有效案例精選【M】.北京：人民郵電出版社2004.[3]孟娜，周以齊.基于MATLAB的時(shí)序數(shù)據(jù)兩種建模和預(yù)測方式比較.山東農(nóng)業(yè)報(bào).2006，37（3）；471—476.[4]邊肇棋，張學(xué)工等.模式識(shí)別.清華大學(xué)出版社.[5].Pictureprocessingbycomputercomplexandrecognitionofhumanfaces.TechnicalReport,KyotoUniversity.DepartmentofInformationScience,1973[6]任海兵，祝遠(yuǎn)新，徐光佑等.基于視覺手勢識(shí)別的研究一一綜述.電子學(xué)報(bào)，200028(2):118-121[7]郭興偉.基于視覺的手勢識(shí)別算法研究:[碩士學(xué)位論文].上海:上海海運(yùn)學(xué)院，2003[8]andHandgesturecodingbasedonexperimentsusingahandgestureinterfacxdevice.SIGCHIBulletin,1991,23(2):67-73[9]DavisandM.Shah,Visualgesturerecognition,InIEEEProceedingonVision-ImageSignalProcessing,April1994:321-332[10]Starner,T.andPentland,A.VisualRecognitionofAmericanSignLanguageUsingHiddenMarkovModels.TechnicalReportTR306,MediaLab,MIT,1995[11]Starner,T.andPentland,A.Real-timeAmericanSignLanguageRecognitionfromVideoUsingHiddenMarkovModels.TechnicalReportTR375,MediaLab,MI'I',1996[12]KirstiGrobel,MarcellAssam.IsolatedsignlanguagerecognitionusinghiddenMarkovmodels.InProceedingsoftheIEEEInternationalConferenceonSystems,ManandCybernetics,Orlando,FL,1997:162-167[13]WenGao.Enhanceduserinterfacebyusinghandgesturerecognition.ProceedingsofIVYCS'95workshoponsoftwarecomputing,Beijing1995.[14]吳江琴，高文，陳熙霖.基于數(shù)據(jù)手套的漢語手指字母的識(shí)別.模式識(shí)別與人工智能，March,1999,12(1):74-78[15]JiyongMa,WenGao,JiangqinWuandChunliWang.AContinuousChineseLanguageRecognitionSystem,IEEE.InternationalConferenceonFaceandGesture,Mareh,FG'2000:428-433,28-31[16]WenGao,JiyongMa,JiangqinWuandChunliWa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