電子信息工程-圖像幾何變換算法研究

]。在Guide作區(qū)域中名為按鈕Selectimage的pushbutton，實現(xiàn)讀取及顯示圖像的功能;axed用于提供顯示所讀取圖像的區(qū)域位置，并在m文件編輯器中設置好相關回調函數(shù)。然后在菜單欄添加“文件”菜單并添加子菜單實現(xiàn)“打開”、“保存”和“退出”功能。如圖3-6所示。圖3.6文件菜單設計在回調函數(shù)的響應設計代碼中，應用圖像讀取和保存的相關函數(shù)來讀取和顯示圖像文件，并對相關結果進行相應的處理和保存。如圖3-7和3-8所示。圖3.7圖像讀取對話框圖3.8圖像保存對話框3.2.4直方圖及直方圖均衡化的實現(xiàn)直方圖反映了圖像灰度的分布?？梢哉f，直方圖離不開對圖像的觀察分析和對圖像處理結果的評價。為了使人機界面更加簡潔，采用radiobutton按鈕設計，點擊按鈕即顯示圖像直方圖或均衡化的圖像及均衡化后圖像直方圖。在界面中將名為originalhistogram,histogramequalization,equalizationhistogram的按鈕和axes2,axes3,axes4用來顯示源圖像直方圖、均衡化后圖像、均衡化圖像直方圖。直方圖顯示函數(shù)為imhist，直方圖顯示函數(shù)為histeq。在本設計的直方圖模塊中，運用了radiobutton按鈕進行顯示直方圖及圖像直方圖均衡化的處理，如圖3-9所示。圖3.9直方圖處理個功能按鈕外觀為了防止在讀入圖像前，使用顯示直方圖或直方圖處理功能，在初始化時應設置相關組件失效，如圖3-10所示。圖3.10直方圖處理模塊初始化后按鈕外觀3.2.5直方圖處理GUI界面按照直方圖處理功能分析、設計流程及相關組件的設計，最終設計本模塊的人機界面如圖3-11所示。圖3.11圖像直方圖處理GUI界面3.3圖像平滑處理模塊根據(jù)系統(tǒng)功能需求分析和總體設計，本模塊需要解決圖像的讀取及顯示；對圖像進行加入噪聲處理；從空域和頻域兩個方面對加噪圖像進行濾波處理，最后將處理后的圖像顯示輸出。該模塊的總體設計應包括五個部分，一是圖像的讀取和顯示部分，二是噪聲類型參數(shù)的選擇和噪聲添加圖像的顯示部分；三是空域濾波的平滑模板選擇部分；四是頻域濾波截止頻率輸入及濾波方式的選擇部分；五是圖像平滑增強處理后的顯示及輸出部分。模塊框圖如圖3-12所示。圖3.12圖像平滑模塊框圖3.3.1開發(fā)流程根據(jù)圖像平滑處理模塊的功能分析，該模塊應解決圖像的讀取和顯示、不同類型噪聲的產(chǎn)生等問題。噪聲濾波方法的選擇（空域濾波和頻域濾波后的傅里葉變換）。最后，對噪聲圖像進行濾波前顯示、圖像對比度顯示和濾波后輸出。因此，開發(fā)了該模塊的開發(fā)過程，如圖3-13所示。圖3.13圖像平滑處理開發(fā)流程圖3.3.2組件的創(chuàng)建及初始化在Guide工作區(qū)域(MATLAB圖形用戶界面設計界面)中添組件statictext用來顯示標題文本，然后添加pushbutton1和axes，分別命名為selectimage和axeslo其中selectimage是用來讀入選擇原始圖像、axed是用來顯示讀入圖像的區(qū)域。接著添加pushbutton2(命名為Addnoise，實現(xiàn)加入噪聲功能)和axes2(用于顯示加噪聲后的圖像區(qū)域)，pop-upmenu(命名為Selectnoise，用來選擇和加入不同類型的噪聲)和slider(用于控制噪聲的輸入?yún)?shù))，buttongroup1(命名為Spacedomain，用于空域平滑濾波參數(shù)的選擇)、buttongroup2(命名為Frequencydomain,用于頻域濾波器的選擇)和幾個edittext(用于輸入頻域濾波器的截止頻率及階數(shù))，最后加上axes3組件作為顯示處理后圖像的顯示區(qū)域。各組件類型及功能描述如表3-2所示。表3.2組件類型通討添加各組件之后，設計界而如圖3-14所示。圖3.14圖像平滑處理界面組件構成3.3.3讀取、顯示及保存圖像的實現(xiàn)在Guide工作區(qū)域中界面中添加selectimage按鈕和axes坐標軸對象，分別用來讀入原始圖像及顯示圖像位置。使用unread和imshow函數(shù)實現(xiàn)相應的函數(shù)，使用imwrite函數(shù)保存處理后的圖像，并在m文件編輯器中設置相應的回調函數(shù)語句。在菜單欄添加“文件”菜單并添加子菜單實現(xiàn)“打開”、“保存”和“退出”功能。具體函數(shù)的用法及實現(xiàn)方式和直方圖模塊相同。3.3.4添加噪聲功能的實現(xiàn)在界面中繼續(xù)添加一個名為selectnoise的popumeun和addnoise的pushbutton和axes2用來選擇噪聲以及在指定位置顯示噪聲圖像。并添加三個滑動條((Slider)和三個靜態(tài)文本框(Text)用來輸入和顯示噪聲的參數(shù)。加噪的函數(shù)為imnoise。在本設計的噪聲添加模塊中，我們使用下拉菜單來選擇噪聲。噪聲有三種選擇：高斯噪聲、椒鹽噪聲和散斑噪聲?？梢孕薷脑肼晠?shù)以達到不同的效果。如圖3-15所示。圖3.15添加噪聲界面圖中顯示的噪聲類型和強度參數(shù)都是在預處理中設置好的，我們可以改變滑動條的值進行修改，以加入其它強度噪聲。在這里首先要實現(xiàn)的是對原始圖像進行添加噪聲處理，使用MATLAB工具箱中的加噪函數(shù)就能實現(xiàn)。3.3.5空域平滑濾波的實現(xiàn)空間過濾模塊需要選擇過濾和過濾模板，所以在界面中增加了單選按鈕模塊來選擇需要的過濾，使用彈出菜單模塊來選擇過濾模板，然后過濾相應的模板。最后通過初始化創(chuàng)建的axes3區(qū)域，顯示處理后圖像。相關模板及參數(shù)選擇如圖3-16所示。圖3.16空域模板選擇界面(1)中值濾波的設計與實現(xiàn)：中值濾波法的實現(xiàn)要用到medfilt2函數(shù)，該函數(shù)用來對指定圖像進行中值濾波。對圖像進行二維中值濾波。每個輸出像素是mxn鄰域的中值。圖像邊界處用0填充。因此，邊緣的中值是[m，n]/2區(qū)域的中值，它可能被扭曲。但是進行設計時將模板設為可選擇項，這樣可以對多個模板進行選擇，也可以提高濾波的效果。中值濾波是空域濾波中比較重要的方法之一，設計中采用popupmenu組件提供了4種不同的中值濾波模版，如圖3-17所示。圖3.17中值濾波模板選擇界面（2）均值濾波的設計與實現(xiàn)：局部平均濾波法中要用到兩個重要的函數(shù)：fspecial和filter2。均值濾波類似于中值濾波，但它也會選擇合適的模板進行濾波。在設計中，popupmenu模塊還提供了四種不同的均值過濾模板。該模塊的外觀設計與中值濾波模板相同。（3）Wiener濾波器的設計與實現(xiàn)：Wiener濾波所用的函數(shù)為wiener2。它需要設置的參數(shù)是選擇模版的大小，設計中也采用popupmenu組件提供了4種模版供用戶選擇，組件外觀設計同中值濾波模版。3.3.6頻域低通濾波的實現(xiàn)在頻域濾波模塊的設計中，采用了自行設計的參數(shù)化方法。通過adiobutton選擇過濾方式，然后在后面的參數(shù)設置框中設置參數(shù)，并選擇相應的確認鍵執(zhí)行相應的過濾操作。最后同空域濾波一樣將處理后圖像顯示在相應位置(axse3)oRadiobutton的名稱及及參數(shù)選擇如圖3-18所示。圖3.18頻域濾波器選擇界面（1）理想低通濾波器的設計與實現(xiàn)：根據(jù)上述創(chuàng)建的單選按鈕組件ilpf，使用滑塊為用戶設置截止頻率參數(shù)，并在右側編輯框中顯示相應的值。然后使用名為confirm的按鈕鍵進行過濾，如圖3-19所示。圖3.19理想低通濾波器組件設計（2）巴特沃斯低通濾波器的設計與實現(xiàn)：使用名為confirm的按鈕鍵執(zhí)行，如圖3-20所示。圖3.20巴特沃斯低通濾波器組件設計（3）梯形低通濾波器的設計與實現(xiàn)：根據(jù)上面創(chuàng)建的一個名為tlpf的adiobutton組件，由于該濾波方法的設計與butterworth低通濾波器相同，所以首先將其轉換為乘傳遞函數(shù)。然后把結果轉換成空域。因此，需要在界面中設置兩個編輯文本框來輸入d和d，另外，添加了一個名為confirmkey的按鈕來過濾確認操作，組件設計與butterworthfilter相同。（4）指數(shù)低通濾波器的設計與實現(xiàn)：通過上述創(chuàng)建的一個名為elpf的adiobutton組件，設置兩個編輯框（編輯文本），輸入指數(shù)濾波器的截止頻率和階數(shù)參數(shù)f、n。然后使用名為confirm的按鈕鍵過濾確認操作。該元件的外觀設計與巴特沃斯濾波器相同。3.3.7圖像平滑處理GUI界面按照圖像平滑處理功能分析、設計流程及相關組件的設計，最終設計本模塊的人機界面如圖3-21所示。圖3.21圖像平滑GUI界面3.4圖像銳化處理模塊根據(jù)系統(tǒng)功能需求分析和總體設計，本模塊需要解決圖像的讀取及顯示；對讀取的圖像從空域和頻域兩個方面對其進行濾波處理；最后將運算結果圖像進行顯示輸出。因此，在細化設計中加入分量時，模塊應考慮空間濾波中使用的灰度梯度算子的類型?？偟膩碚f，本模塊整體設計應包含四個部分，一是圖像的讀入及顯示部分；二是空域濾波的銳化模板選擇部分；三是頻域濾波截止頻率輸入和濾波方式的選擇部分；四是圖像銳化增強處理后的顯示及輸出部分。模塊框圖如圖3-22所示。圖3.22圖像銳化模塊框圖3.4.1開發(fā)流程由于圖像的邊緣信息是在選擇了圖像銳化算子后提取的，所以邊緣信息和原始圖像也被提取出來。圖像被疊加以得到銳化圖像。最后，對銳化前的圖像和銳化后的圖像進行對比顯示和輸出。因此，開發(fā)了該模塊的開發(fā)過程，如圖3-23所示。圖3.23圖像銳化處理流程圖3.4.2組件的創(chuàng)建及初始化在Guide工作區(qū)域（MATLAB圖形用戶界面設計界面）中添組件statictext用來顯示標題文本，然后添加pushbutton1和axes，分別命名為selectimage和axeslo其中selectimage是用來讀入選擇原始圖像、axed是用來顯示讀入圖像的區(qū)域。接著添加pushbutton2（命名為Edge，用于計算圖像的灰度梯度，提取圖像邊緣輪廓信息）和axes2（用于顯示提取邊緣輪廓后的圖像區(qū)域），pop-upmenu（命名為Selecttemplate，用來選擇不同的銳化算子）和slider（用于鼠標控制截止頻率的輸入），pushbutton2，pushbutton3（用于輪廓與原圖像的疊加計算方式）、buttongroup（命名為Frequencydomain，用于頻域濾波器的選擇）和幾個edittext（用于輸入頻域濾波器的截止頻率及階數(shù)），最后加上axes3組件作為顯示處理后圖像的顯示區(qū)域。各組件類型及功能描述參照表3-1及表3-2。通過添加各組件之后，設計界面如圖3-24所示。圖3.24圖像銳化處理組件構成3.4.3讀取、顯示及保存圖像的實現(xiàn)在Guide工作區(qū)域中界面中添加selectimage按鈕和axes坐標軸對象，分別用來讀入原始圖像及顯示圖像位置。分別采用unread和imshow函數(shù)實現(xiàn)相應功能，用imwrite函數(shù)實現(xiàn)保存處理后的圖像功能，并在m文件編輯器中設置好相關回調函數(shù)語句。在菜單欄添加“文件”菜單并添加子菜單實現(xiàn)“打開”、“保存”和“退出”功能。具體函數(shù)的用法及實現(xiàn)方式與直方圖模塊和圖像平滑處理模塊相同。3.4.4空域銳化濾波的實現(xiàn)銳化增強濾波處理中要用到兩個重要的函數(shù):fspecial和filter2。其語法格式和平滑濾波類似，所不同的是模板系數(shù)不一樣，常見的銳化模板為Roberts,Prewitt,Sobel和Laplacian等算子。銳化濾波是利用灰度梯度算子計算圖像的高頻部分(邊緣和輪廓)，它需要設置的灰度梯度的算子(如robets,sobel,prewitt,laplacian等)，提取出圖像的邊緣和輪廓，進而將源圖像與邊緣輪廓信息疊加，使得圖像邊緣得到加強，達到銳化的作用。相關模板及參數(shù)選擇如圖3-25所示。圖3.25空域銳化模板選擇界面3.4.5頻域濾波的實現(xiàn)在頻域濾波模塊的設計中，采用了自行設計的參數(shù)化方法。通過adiobutton選擇過濾方式，然后在后面的參數(shù)設置框中設置參數(shù)，并選擇相應的確認鍵執(zhí)行相應的過濾操作。最后同空域濾波一樣將處理后圖像顯示在相應位置（axse3）。相關濾波器命名及參數(shù)選擇如圖3-26所示。圖3.26頻域銳化濾波器選擇界面(1)理想高通濾波器的設計與實現(xiàn):根據(jù)上面創(chuàng)建的名為IHPF的:adiobutton組件，一個滑動條用來給用戶設置參數(shù)，右邊的編輯框內顯示相應的數(shù)值。再用名為confirm的pushbutton鍵進行濾波確認操作，如圖3-27所示。圖3.27理想高通濾波器組件設計(2)巴特沃思高通濾波器的設計與實現(xiàn):利用上面創(chuàng)建的名為BHPF的radiobutton組件和兩個可編輯文本框(Edittext)的組件，用來輸入巴特沃思高通濾波器的截止頻率和階數(shù)兩個參數(shù)f和n，再用命名為confirm的pushbutton鍵進行濾波確認操作，如圖3-28所示。圖3.26巴特沃思高通濾波器組件設計3.4.6圖像銳化處理GUI界面按照圖像銳化處理功能分析、設計流程及相關組件的設計，最終設計本模塊的人機界面如圖3-29所示。圖3.29圖像銳化GUI界面4結論在圖像平滑模塊中，利用Matlab仿真了各種常見噪聲模型的生成函數(shù)。編制了頻域低通濾波算法和空間平滑模板程序。通過在界面上選擇參數(shù)，比較了圖像平滑濾波的最終結果。例如，中值濾波對椒鹽噪聲圖像效果最好，維納濾波對高斯噪聲圖像效果最好。在銳化增強處理模塊中，通過選擇和調整接口參數(shù)，調用不同的頻域高通濾波程序。最后比較了它們的銳化增強效果。除了在頻域中應用高通濾波器外，還利用空間域中的各種銳化濾波算子提取圖像邊緣，并對原始圖像進行疊加以增強邊緣。同時，對處理結果進行比較，得出不同處理算法的特點。為了提高演示的可視性，對大量的圖像處理結果進行了比較。主要設計是基于matlab圖像工具箱提供的圖像函數(shù)參數(shù)的修改和選擇，取得了良好的效果。參考文獻[1]陳松林.圖像增強技術對紅外熱成像系統(tǒng)性能影響的評價研究[D].北京理工大學，2015.[2]丁瑩.復雜環(huán)境運動目標檢測若干關鍵問題研究[D].吉林大學，2010.[3]張峰.紅外成像ATR系統(tǒng)中的數(shù)字圖像處理及識別檢測分類技術研究[D].西安電子科技大學，2010.[4]李強.掌靜脈身份識別技術的理論與實驗研究[D].華中科技大學，2010.[5]周欣.紅外圖像視覺效果增強技術的研究[D].天津大學，2009.[6]王炳健.微弱紅外目標圖像增強技術研究[D].西安電子科技大學，2005.[7]于天河.針對人眼視覺特性的紅外圖像增強技術研究[D].哈爾濱工業(yè)大學，2010.[8]王文龍.基于小波變換的紅外圖像處理技術研究[D].西安電子科技大學，2008.[9]康志亮.基于小波的紅外圖像增強算法研究[D].電子科技大學，2008.[10]張冬云.激光雷達紅外點目標圖像預處理技術研究[D].電子科技大學，2008.[11]石海泉.紅外成像系統(tǒng)圖像數(shù)據(jù)輸出及常用算法實現(xiàn)[D].重慶大學，2008.[12]李柯.紅外動態(tài)目標檢測算法研究[D].重慶大學，2009.[13]劉啟海.高溫構件三維尺寸紅外視覺測量的理論和實驗研究[D].天津大學，2011.[14]張國云．計算機視覺與圖像識別[M]．科學出版社，2012：16-44[15]TuDanandShenJianjun.Thedesignofwaveletdomainwienerfilteranditsapplicationininagedenoising.SystemsE