《数字信号处理论文97565》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字信号处理论文97565（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数字信号处理中图像处理应用 摘要本文介绍了MATLAB 语言的特点,基于MATLAB的数字图像处理环境，介绍了如何利用MATLAB及其图像处理工具箱进行数字图像处理，并通过一些例子来说明利用MATLAB图像处理工具箱进行图像处理的方法。主要论述了利用MATLAB实现图像增强、二值图像分析等图像处理。关键词：MATLAB，数字图像处理，图像增强，二值图像一、 Matlab的介绍MATLAB 是MATrix LABoratory（“矩阵实验室”）的缩写，是由美国MathWorks 公司开发的集数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体的，功能强大、操作简单的语言。是国际公认的优秀数学应用软件
2、之一。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多。MATLAB包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包(Toolbox).工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包.功能工具包用来扩充MATLAB的符号计算,可视化建模仿真,文字处理及实时控制等功能.学科工具包是专业性比较强的工具包,控制工具包,信号处理工具包,通信工具包等都属于此类。MATLAB的主要特点。（1）语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。MATLAB程序书写形式自由，利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务
3、，压缩了一切不必要的编程工作。由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性。可以说，用MATLAB进行科技开发是站在专家的肩膀上。（2）运算符丰富。由于MATLAB是用C语言编写的，MATLAB提供了和C语言几乎一样多的运算符，灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简短。 （3）MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环，while循环，break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。（4）程序限制不严格，程序设计自由度大。例如，在MATLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。（5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。（6）M
4、ATLAB的图形功能强大。在FORTRAN和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。（7）MATLAB的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。（8）功能强大的工具箱是MATLAB的另一特色。MATLAB包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。（9）源程序的开放性。二、图像处理的原理所谓数字图像就是把传统图像的画面分割成如图2-1所示的被成为像素（picture element, 简称pixel。有时候也用pel这一简写词
5、）的小的离散点，各像素的灰度值也是用离散值即整数值来表示的。数字图像（digital imagine）和传统的图像即模拟图像(picture)是有差别的。图2-1 数字图像数字图像处理(Digital Image Processing)是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。数字图像处理主要研究的内容有以下几个方面：（1）图像变换；（2）图像编码压缩；（3）图像增强和复原；（4）图像分割；（5）图像描述；（6）图像分类（识别）。（1）图像变换。由于图像阵列很大，直接在空间域中进行处理，涉及计算量很大。因此，往往采用各种图像变换的方法，如傅立叶变换、沃尔什变
6、换、离散余弦变换等间接处理技术，将空间域的处理转换为变换域处理，不仅可减少计算量，而且可获得更有效的处理（如傅里叶变换可在频域中进行数字滤波处理）。目前新兴研究的小波变换在时域和频域中都具有良好的局部化特性，它在图像处理中也有着广泛而有效的应用。 （2）图像编码压缩。图像编码压缩技术可减少描述图像的数据量（即比特数），以便节省图像传输、处理时间和减少所占用的存储器容量。压缩可以在不失真的前提下获得，也可以在允许的失真条件下进行。编码是压缩技术中最重要的方法，它在图像处理技术中是发展最早且比较成熟的技术。（3）图像增强和复原。图像增强和复原的目的是为了提高图像的质量，如去除噪声，提高图像的清晰度
7、等。图像增强不考虑图像降质的原因，突出图像中所感兴趣的部分。如强化图像高频分量，可使图像中物体轮廓清晰，细节明显；如强化低频分量可减少图像中噪声影响。图像复原要求对图像降质的原因有一定的了解，一般讲应根据降质过程建立“降质模型”，再采用某种滤波方法，恢复或重建原来的图像。（4）图像分割。图像分割是数字图像处理中的关键技术之一。图像分割是将图像中有意义的特征部分提取出来，其有意义的特征有图像中的边缘、区域等，这是进一步进行图像识别、分析和理解的基础。虽然目前已研究出不少边缘提取、区域分割的方法，但还没有一种普遍适用于各种图像的有效方法。因此，对图像分割的研究还在不断深入之中，是目前图像处理中研究
8、的热点之一。（5）图像描述。图像描述是图像识别和理解的必要前提。作为最简单的二值图像可采用其几何特性描述物体的特性，一般图像的描述方法采用二维形状描述，它有边界描述和区域描述两类方法。对于特殊的纹理图像可采用二维纹理特征描述。随着图像处理研究的深入发展，已经开始进行三维物体描述的研究，提出了体积描述、表面描述、广义圆柱体描述等方法。（6）图像分类（识别）。图像分类（识别）属于模式识别的范畴，其主要内容是图像经过某些预处理（增强、复原、压缩）后，进行图像分割和特征提取，从而进行判决分类。图像分类常采用经典的模式识别方法，有统计模式分类和句法（结构）模式分类。三、MATLAB图像处理的应用l 图像
9、处理工具包是由一系列支持图像处理操作的函数组成的。所支持的图像处理操作有:图像的几何操作、邻域和区域操作、图像变换、图像恢复与增强、线性滤波和滤波器设计、变换(DCT变换等) 、图像分析和统计、二值图像操作等。下面就MATLAB 在图像处理中各方面的应用分别进行介绍。 （1） 图像文件格式的读写和显示。MATLAB 提供了图像文件读入函数 imread()， X,map=imread(filename,fmt)（A=imread(filename,fmt)）；用来读取如:bmp、tif、tiffpcx 、jpg 、gpeg 、hdf、xwd等格式图像文；图像写出函数 imwrite() ，X,
10、map=Imread(canoe.tif);Imwrite(X,map, canoe.tif,Compression,none,WriteMode,append);还有图像显示函数 image()、imshow()等等。image(x,y,C)，x，y分别为图像显示位置的左上角坐标，C表示所需显示的图像。 （2） 图像处理的基本运算。MATLAB 提供了图像的和、差等线性运算 ，以及卷积、相关、滤波等非线性算。（3） 图像变换。MATLAB 提供了一维和二维离散傅立叶变换(DFT) 、快速傅立叶变换(FFT) 、离散余弦变换 (DCT) 及其反变换函数，以及连续小波变换(CWT)、离散小波变换
11、(DWT)及其反变换。（4） 图像的分析和增强。针对图像的统计计算MATLAB 提供了校正、直方图均衡、中值滤波、对比度调整、自适应滤波等对图像进行的处理。（5） 图像的数学形态学处理。针对二值图像，MATLAB 提供了数学形态学运算函数；腐蚀(Erode)、膨胀(Dilate)算子，以及在此基础上的开 (Open)、闭(Close)算子、厚化 (Thicken) 、薄化 (Thin) 算子等丰富的数学形态学运算。l MATLAB支持的集中图像文件格式：（1） PCX（Windows Paintbrush）格式。（2） BMP（Windows Bitmap）格式（3） HDF（Hierarch
12、ical Data Format）格式。（4） JPEG(Joint Photographic Experts Group)格式。（5） TIFF（Tagged Image File Format）格式。（6） XWD(X Windows Dump)格式。（7） PNG（Portable Network Graphics）格式。l MATLAB中有四种基本的图像类型：（1）索引图像（2）灰度图像（3）二进制图像（4）RGB图像以下具体对灰度图像和二进制图像进行分析，并运用MATLAB进行仿真验证。四、图像处理4.1基本图像处理（1）首先显示两张图片，程序如下：clear all;close a
13、ll;I=imread(C:Documents and SettingsAdministratorwawa1.jpg);%用imread读入图片J=imread(C:Documents and SettingsAdministratorwawa2.jpg);subplot(221);imshow(I);subplot(224);imshow(J); （2）实现两图像相减程序如下：I=imread(C:Documents and SettingsAdministrator桌面wawa1.jpg);%用imread函数读入图片K=imread(C:Documents and SettingsAdm
14、inistrator桌面wawa2.jpg);Z=imsubtract(I,K);%用imsubtract函数实现两图片相减的功能imshow(Z)%显示相减后的图片title(两娃娃图片相减)（3）实现两图像相加程序如下：I=imread( C:Documents and SettingsAdministrator桌面wawa1.jpg);%用imread函数读入图片J=imread( C:Documents and SettingsAdministrator桌面wawa2.jpg);K=imadd(I,J,uint8);%用imadd函数实现两图片相加的功能imshow(K)title(两
15、图像相加)（4）图像切割程序如下：I=imread(C:Documents and SettingsAdministrator桌面wawa3.jpg); i=imcrop(I,70,70,60,60);%用imcrop函数实现切割图片的功能 subplot(121); imshow(I); title(娃娃原图); subplot(122); imshow(i); title(切割后的娃娃图片);（5）图像旋转 程序如下：clear all;close all;I=imread(C:Documents and SettingsAdministrator桌面wawa4.jpg);i=imrotate(I,-45,bilinear);% 用imrotate函数实现旋转图片的功能subplot(121);imshow(I);title(娃娃原图);subplot(122);imshow(i);title(旋转后的娃娃);4.2灰度图像的灰度级显示4.2.1图像求反对图像求反是将原来的灰度值翻转，简单的说就是使黑变白，使白变黑。
