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1、wordMatlab在图像处理中的应用本文首先介绍了数字图像处理的开展现状与其应用优势，再阐述了matlab在图像处理方面的强大功能与其工具箱，然后结合实例细致讲述了图像处理各个层面的应用。 众所周知，MATLAB在数值计算、数据处理、自动控制、图像、信号处理、神经网络、优化计算、模糊逻辑、小波分析等众多领域有着广泛的用途，特别是MATLAB的图像处理和分析工具箱支持索引图像、RGB图像、灰度图像、二进制图像，并能操作*.bmp、*.jpg、*.tif等多种图像格式文件。如果能灵活地运用MATLAB提供的图像处理分析函数与工具箱，会大大简化具体的编程工作，充分表现在图像处理和分析中的优越性。1
2、数字图像处理介绍数字图像处理开展概况数字图像处理Digital Image Processing又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进展处理的过程。数字图像处理最早出现于20世纪50年代，当时的电子计算机已经开展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年代初期。早期的图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。图像处理中，输入的是质量低的图像，输出的是改善质量后的图像，常用的图像处理方法有图像增强、复原、编码、压缩等。首次获得实际成功应用的是美国喷气推进实验室JPL。他们对航天
3、探测器徘徊者7号在1964年发回的几千月球照片使用了图像处理技术，如几何校正、灰度变换、去除噪声等方法进展处理，并考虑了太阳位置和月球环境的影响，由计算机成功地绘制出月球外表地图，获得了巨大的成功。随后又对探测飞船发回的近十万照片进展更为复杂的图像处理，以致获得了月球的地形图、彩色图与全景镶嵌图，获得了非凡的成果，为人类登月创举奠定了坚实的根底，也推动了数字图像处理这门学科的诞生。在以后的宇航空间技术，如对火星、土星等星球的探测研究中，数字图像处理技术都发挥了巨大的作用。数字图像处理取得的另一个巨大成就是在医学上获得的成果。1972年英国EMI公司工程师Housfield发明了用于头颅诊断的X
4、射线计算机断层摄影装置，也就是我们通常所说的CTputerTomograph。CT的根本方法是根据人的头部截面的投影，经计算机处理来重建截面图像，称为图像重建。1975年EMI公司又成功研制出全身用的 CT装置，获得了人体各个部位鲜明清晰的断层图像。1979年，这项无损伤诊断技术获得了诺贝尔奖，说明它对人类作出了划时代的贡献。与此同时，图像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓性成就，属于这些领域的有航空航天、生物医学工程、工业检测、机器人视觉、公安司法、军事制导、文化艺术等，使图像处理成为一门引人注目、前景远大的新型学科。随着图像处理技术的深入开展，从70年代中期开始，随着计算
5、机技术和人工智能、思维科学研究的迅速开展，数字图像处理向更高、更深层次开展。人们已开始研究如何用计算机系统解释图像，实现类似人类视觉系统理解外部世界，这被称为图像理解或计算机视觉。很多国家，特别是兴旺国家投入更多的人力、物力到这项研究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是70年代末MIT的Marr提出的视觉计算理论，这个理论成为计算机视觉领域其后十多年的主导思想。图像理解虽然在理论方法研究上已取得不小的进展，但它本身是一个比拟难的研究领域，存在不少困难，因人类本身对自己的视觉过程还了解甚少，因此计算机视觉是一个有待人们进一步探索的新领域。 数字图像处理主要研究的容数字图像处理主要研究的
6、容有以下几个方面： 1) 图像变换由于图像阵列很大，直接在空间域中进展处理，涉与计算量很大。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立叶变换可在频域中进展数字滤波处理。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展。编码是压缩技术中最重要的方法，
7、它在图像处理技术中是开展最早且比拟成熟的技术。 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局部。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局部提取出来，其有意义的特征有图像中的边缘、区域等，这是进一步进展图像识别、分析和理解的根底。虽然目前已研
8、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开展，已经开始进展三维物体描述的研究，提出了体积描述、外表描述、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畴，其主要容是图像经过某些预处理增强、复原、压缩后，进展图像分割和特征提取，从而进展
9、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，近年来新开展起来的模糊模式识别和人工神经网络模式分类在图像识别中也越来越受到重视。数字图像处理的根本特点1目前，数字图像处理的信息大多是二维信息，处理信息量很大。如一幅256256低分辨率黑白图像，要求约64kbit的数据量；对高分辨率彩色512512图像，如此要求768kbit数据量；如果要处理30帧/秒的电视图像序列，如此每秒要求500kbit22.5Mbit数据量。因此对计算机的计算速度、存储容量等要求较高。2数字图像处理占用的频带较宽。与语言信息相比，占用的频带要大几个数量级。如电视图像的带宽约5.6MHz，
10、而语音带宽仅为4kHz左右。所以在成像、传输、存储、处理、显示等各个环节的实现上，技术难度较大，本钱亦高，这就对频带压缩技术提出了更高的要求。3数字图像中各个像素是不独立的，其相关性大。在图像画面上，经常有很多像素有一样或接近的灰度。就电视画面而言，同一行中相邻两个像素或相邻两行间的像素，其相关系数可达0.9以上，而相邻两帧之间的相关性比帧相关性一般说还要大些。因此，图像处理息压缩的潜力很大。4由于图像是三维景物的二维投影，一幅图象本身不具备复现三维景物的全部几何信息的能力，很显然三维景物背后局部信息在二维图像画面上是反映不出来的。因此，要分析和理解三维景物必须作适宜的假定或附加新的测量，例如
11、双目图像或多视点图像。在理解三维景物时需要知识导引，这也是人工智能中正在致力解决的知识工程问题。5数字图像处理后的图像一般是给人观察和评价的，因此受人的因素影响较大。由于人的视觉系统很复杂，受环境条件、视觉性能、人的情绪爱好以与知识状况影响很大，作为图像质量的评价还有待进一步深入的研究。另一方面，计算机视觉是模仿人的视觉，人的感知机理必然影响着计算机视觉的研究。例如，什么是感知的初始基元，基元是如何组成的，局部与全局感知的关系，优先敏感的结构、属性和时间特征等，这些都是心理学和神经心理学正在着力研究的课题。 数字图像处理的优点1. 再现性好数字图像处理与模拟图像处理的根本不同在于，它不会因图像
12、的存储、传输或复制等一系列变换操作而导致图像质量的退化。只要图像在数字化时准确地表现了原稿，如此数字图像处理过程始终能保持图像的再现。 2处理精度高按目前的技术，几乎可将一幅模拟图像数字化为任意大小的二维数组，这主要取决于图像数字化设备的能力。现代扫描仪可以把每个像素的灰度等级量化为16位甚至更高，这意味着图像的数字化精度可以达到满足任一应用需求。对计算机而言，不论数组大小，也不论每个像素的位数多少，其处理程序几乎是一样的。换言之，从原理上讲不论图像的精度有多高，处理总是能实现的，只要在处理时改变程序中的数组参数就可以了。回想一如下图像的模拟处理，为了要把处理精度提高一个数量级，就要大幅度地改
13、良处理装置，这在经济上是极不合算的。 3适用面宽图像可以来自多种信息源，它们可以是可见光图像，也可以是不可见的波谱图像例如X射线图像、射线图像、超声波图像或红外图像等。从图像反映的客观实体尺度看，可以小到电子显微镜图像，大到航空照片、遥感图像甚至天文望远镜图像。这些来自不同信息源的图像只要被变换为数字编码形式后，均是用二维数组表示的灰度图像彩色图像也是由灰度图像组合成的，例如RGB图像由红、绿、蓝三个灰度图像组合而成组合而成，因而均可用计算机来处理。即只要针对不同的图像信息源，采取相应的图像信息采集措施，图像的数字处理方法适用于任何一种图像。 4灵活性高图像处理大体上可分为图像的像质改善、图像
14、分析和图像重建三大局部，每一局部均包含丰富的容。由于图像的光学处理从原理上讲只能进展线性运算，这极限制了光学图像处理能实现的目标。而数字图像处理不仅能完成线性运算，而且能实现非线性处理，即但凡可以用数学公式或逻辑关系来表达的一切运算均可用数字图像处理实现。 数字图像处理的应用图像是人类获取和交换信息的主要来源，因此，图像处理的应用领域必然涉与到人类生活和工作的方方面面。随着人类活动围的不断扩大，图像处理的应用领域也将随之不断扩大。 1航天和航空技术方面的应用数字图像处理技术在航天和航空技术方面的应用，除了上面介绍的JPL对月球、火星照片的处理之外，另一方面的应用是在飞机遥感和卫星遥感技术中。许
15、多国家每天派出很多侦察飞机对地球上有兴趣的地区进展大量的空中摄影。对由此得来的照片进展处理分析，以前需要雇用几千人，而现在改用配备有高级计算机的图像处理系统来判读分析，既节省人力，又加快了速度，还可以从照片中提取人工所不能发现的大量有用情报。从60年代末以来，美国与一些国际组织发射了资源遥感卫星如LANDSAT系列和天空实验室如SKYLAB，由于成像条件受飞行器位置、姿态、环境条件等影响，图像质量总不是很高。因此，以如此昂贵的代价进展简单直观的判读来获取图像是不合算的，而必须采用数字图像处理技术。如LANDSAT系列陆地卫星，采用多波段扫描器MSS，在900km高空对地球每一个地区以18天为一
16、周期进展扫描成像，其图像分辨率大致相当于地面上十几米或100米左右如1983年发射的LANDSAT-4，分辨率为 30m。这些图像在空中先处理数字化，编码成数字信号存入磁带中，在卫星经过地面站上空时，再高速传送下来，然后由处理中心分析判读。这些图像无论是在成像、存储、传输过程中，还是在判读分析中，都必须采用很多数字图像处理方法。现在世界各国都在利用陆地卫星所获取的图像进展资源调查如森林调查、海洋泥沙和渔业调查、水资源调查等，灾害检测如病虫害检测、水火检测、环境污染检测等，资源勘察如石油勘查、矿产量探测、大型工程地理位置勘探分析等，农业规划如土壤营养、水份和农作物生长、产量的估算等，城市规划如地质结构、水源与环境分析等。我国也陆续开展了以上诸方面的一些实际应用，并获得了良好的效果。在气象预报和对太空其它星球研究方面，数字图像处理技术也发挥了相当大的作用。 2生物医学工程方面的应用数字图像处理在生
