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1、. . . . . . . 图像校正及分割处理软件设计与实现 图像分析与模式识别课程期末大作业报告 课程名称：课程名称： 图像分析与模式识别图像分析与模式识别 . . . . . . . 目录 图像校正及分割处理软件设计与实现.1 1 软件需求.1 1.1 操作界面需求分析 .1 1.2 图像几何校正需求分析 .1 1.2 ISODATA 聚类算法的图像分割需求分析.2 2 算法原理及流程图.2 2.1 Hough 变换.2 2.1.1 Hough 变换原理 .2 2.1.2 图像几何校正流程.3 2.2 ISODATA 算法原理.3 2.2.1 ISODATA 算法原理步骤 .3 2.2.1
2、 ISODATA 算法流程图 .5 3 程序设计框图.6 4 实验结果及分析.7 4.1 图像几何 .7 4.1.1 支票图像几何校正结果.7 4.1.1 支票图像几何校正结果分析.8 4.2 图像分割 .8 4.2.1 图像分割结果 .8 4.2.1 图像分割结果分析 .10 附录：.11 附录一：图像几何校正代码 .11 附录一：ISODATA 聚类算法图像分割代码.11 附录一：MATLAB 的 GUI 操作界面代码.17 . . . . . . . 图像校正及分割处理软件设计与实现 摘要：设计一种图像几何校正及图像分割处理软件，实现对倾斜支票图像 校正为水平，及对已给的图像进行分割。图
3、像几何校正主要通过边缘检测、 Hough 变换、求倾斜角、图像旋转等算法实现；图像分割采用 ISODATA 聚类算 法实现。实验结果表明，实现了对倾斜支票图像几何校正和对图像的分割功能。 关键词：边沿检测；Hough 变换、图像旋转、ISODATA 算法；图像分割； 1 软件需求 需求分析是指对要解决的问题进行详细的分析，弄清楚问题的要求，包括 整个系统所要实现的功能。 根据题目，设计需要编写带有操作界面的图像处理软件，功能包含图像几 何校和基于 ISODATA 聚类算法的图像分割。开发工具使用 MATLAB。根据 MATLAB 的特点及需要实现的软件功能，软件需求分析如下： 1.1 操作界面
4、需求分析 软件实现的功能是图像处理，因此操作界面中需要一个按钮，用于选择待 处理的图像，称为“图像选择”按钮；选择的原始图像需要在操作界面中显示， 因此需要一个用于显示原始图像的坐标控件；由于软件需要实现多功能，需要 一个下拉框实现功能的选择；一个开始功能处理的按钮，称为“开始处理”按 钮；一个用于显示图像处理结果的坐标控件。最后需要一个退出操作界面的按 钮，称为“退出”按钮。 1.2 图像几何校正需求分析 原始图像在拍照时出现了倾斜，需要将图像校正，消除倾斜。通过对图像 的观察，图像是一支票，支票上存在表格。因此想法是通过检测支票表格边框 线的倾斜角，就是整图像的倾斜程度，然后根据这个倾斜角
5、旋转，便可得到校 正的水平图像。要检测支票图像表格边框直线。需要对图像的边缘进行检测， 图像的边缘检测方法很多，如：sobel 算子边缘检测，prewitt 算子边缘检测， roberts 算子边缘检测，log 算子边缘检测，canny 算子边缘检测等，由于原图 的噪声并不是很严重，因此上面这些边缘检测办法都能胜任，这里使用 log 算 子进行边缘检测，为了适应其它边缘检测方法，本设计需要尽量在改变边缘检 测方法时尽可能少地修改代码。边缘检测后，采用 Hough 变换提取直线，然后 在提取的直线上找两个点，计算出直线的倾斜角度。最后根据这个倾斜角度对 图像进行旋转。 . . . . . . .
6、 1.2 ISODATA 聚类算法的图像分割需求分析 ISODATA 聚类算法的图像分割功能，ISODATA 比较复杂，因此主要是 ISODATA 算法的实现。设计的处理过程是，在操作界面选择了待处理的图像后， 选择图像分割功能，点击开始处理按钮后，弹出图像，通过鼠标左键选择聚类 中心点，然后按回车键或者单击鼠标右键确认后，调用 ISODATA 对图像进行分 割。 2 算法原理及流程图 设计的功能有图像几何和基于 ISODATA 聚类算法的图像分割。图像几何校 正功能中，采用 Hough 变换对支票表格边框直线进行检测；ISODATA 聚类算法 的图像分割功能和核心是 ISODATA 聚类算法
7、。对其原理及实现的流程图分析如 下。 2.1 Hough 变换 哈夫变换是利用图像全局特性而直接检测目标轮廓，就可将边缘像素连接 起来组成区域封闭边界的一种方法。在预先知道区域形状的条件下，利用哈夫 变换可以方便地得到边界曲线而将不连续的边缘像素点连接起来。 2.1.1 Hough 变换原理 哈夫变换的基本思想是点-线对偶性。图像变换前在图像空间，变换后在参 数空间。在图像空间 XY 里，所有过点(x, y)的直线都满足方程: y=px+q 写成： q=-px+y （1） 可以认为代表参数空间 PQ 中过点(p,q)的一条直线。 ii yx , jj yx , X Y P Q ii ypxq
8、jj ypxq q p 图 1 图像空间 图 2 参数空间 图像空间的点(xi, yi)和(xj, yj)对应参数空间两条直线，它们的交点 (p, q)对应图像空间 XY 中过(xi, yi)和(xj, yj)的直线，这样，图像空间 . . . . . . . XY 中过(xi, yi)和(xj,yj)的直线上的所有点都对应参数空间 PQ 里的一条直线， 这些直线相交于点(p, q) 。 在图像空间中共线的点对应在参数空间中相交的线，反过来，在参数空间 于同一个点的所有直线在图像空间中都有共线的点相对应，这就是点-线对偶性。 根据点-线对偶性，当给定图像空间的一些边缘点，就可以通过哈夫变换确定
9、连 接这些点的直线方程，哈夫变换把图像空间中的直线检测问题转换到参数空间 里点检测的问题。 2.1.2 图像几何校正流程 图像几何校正中使用的 Hough 变换算法采用 MATLAB 已经封装好的 hough 函 数，这里不要详细阐述其流程，整个图像几何校正的流程如图 3 所示： 开始开始 边缘检测 细化 Hough变换 提取直线 提取坐标 计算斜率 计算角度 旋转 结束 图 3 图像几何校正流程图 2.2 ISODATA 算法原理 ISODATA 算法的思想是，在每轮迭代过程中，样本重新调整类别之后计算 类及类间有关参数，并和设定的门限比较，确定是两类合并为一类还是一类分 裂为两类，不断地“
10、自组织” ，以达到在各参数满足设计要求条件下，使各模式 到其类心的距离平方和最小。 2.2.1 ISODATA 算法原理步骤 预置 . . . . . . . 设定聚类分析控制参数： =预期的类数，c =初始聚类中心个数(可以不等于 c)， Nc =每一类中允许的最少模式数目， n =类各分量分布的距离标准差上界，(分裂用) s =两类中心间的最小距离下界，(合并用) D =在每次迭代中可以合并的类的最多对数，L =允许的最多迭代次数。I 将待分类的模式特征矢量读入； 选定初试聚类中心，可从待分类的模式特征矢量集中任选 Nc个模 式特征矢量作为初始聚类中心； （2）按最小距离原则将模式集中每一
11、个模式分到某一类中； （3）依据每一类中允许的最少模式数目判断合并； （4）计算分类后的参数：分类中心， ；类平均距离及中体平均距离； 计算各类的中心 （2） ji x i j j x n z 1 ),2 ,1( c Nj 计算各类中模式到类心的平均距离 （3） ji x ji j j zx n d 1 ),2 ,1( c Nj 计算各个模式到其类中心的总体平均距离 （4） j c N j jd n N d 1 1 （5）依据 Ip, Nc判断停止、分类或合并； （6）计算各类类距离的标准差矢量； ),( 21 njjjj ),2 ,1( c Nj （5）),2 ,1,2 ,1()( 1 2 1 2 c x kjki j kj Njnkzx n ji （7）对每一次聚类，求出类距离标准差矢量中的最大分量； （8）在（7）所得结果中对任一最大值大于类各分量分布的距离标准差上 137 . . . . . . . 界则分裂； （9）计
