MATLAB中图像增强技术的实现毕业论文.doc
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1、摘要 I 摘 要 图像增强是指依据图像所存在的问题,按特定的需要突出一幅图像中的某些 信息,同时,削弱或去除某些冗余信息的处理方法。其主要目的是使得处理后的 图像对给定的应用比原来的图像更加有效同时可以有效的改善图像质量。图像增 强技术主要包含直方图修改处理、图像平滑化处理、图像尖锐化处理和彩色处理 技术等。 图像增强单纯从技术上可分成两大类:一类是频域处理法;一类是空域处理 法。频域处理法的采用的是卷积定理,它利用修改图像傅立叶变换的方法实现对 图像的增强处理;空域处理法则是对图像中的像素进行直接的处理,大多数是以 灰度映射变换为基础的,所用的映射变换取决于增强的目的。 在本论文中,利用 M
2、atlab 提供的若干函数,用于图像类型的转换。Matlab 支持五种图像类型,即二值图像、索引图像、灰度图像、RGB 图像和多帧图像阵 列。在 Matlab 中要查询一个图像文件的信息,只要用 imfinfo 指令加上文件及 其完整路径名即可。Matlab 提供了两个重要的用于图像文件的读写的指令,分别 是从图像文件中读取数据的 imread,以及将数据写入到图像文件中的 imwrite。 至于多个图像的显示,则可分为两个方面:在不同的图形窗口显示不同的图像, 可以用 figure 指令来实现;在同一个图形窗口显示多图,可以用 subplot 来实 现。 关键字:matlab 图像增强 灰度
3、 滤波器 Abstract II Abstract The image intensification is refers specificly according to needs to highlight in an image certain informations, simultaneously, weakens the information processing method which or removes certain does not need.After its main purpose is the processing image is more effective
4、 than to certain specific applications the original image.The image intensification technology mainly contains histogram revision processing, image smooth processing, image intensification processing and the colored processing technology and so on. The image intensification technology basically sepa
5、rable becomes two big kinds: One kind is the frequency range processing law, one kind is the air zone processing law.The frequency range processing method foundation convolutes the theorem.It uses the revision image Fourier transformation the method realization to image enhancement processing. Image
6、 of point operations, point operations will enter the image map for the output image, output image each pixel gray value only by the corresponding input pixel value decision. Nonlinear point operations correspond to non-linear mapping function, mapping, including the square of the typical functions,
7、 logarithmic functions, the interception function (window function), field-valued functions, such as multi-value quantization function. Threshold processing is the most common point of a nonlinear operator, its function is to select a threshold value, the image binarization, and then use the resulti
8、ng binary image for image segmentation and edge tracking processing. Keyword: the image intensification of matlab 、gray、filter 、 武汉科技大学中南分校大学毕业论文 III 毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师 的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以 标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究 成果,也不包
9、含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而 使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均 已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日 期: 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文) 的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本; 学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与 阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论 文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名: 日 期: IV 目 录 摘摘 要要I ABSTRACT
10、.II 目目 录录.III 第一章第一章 绪论绪论 4 第二章第二章MATLAB 的简介的简介.6 2.1MATLAB 主要功能6 2.2MATLAB 优势7 2.2.1工作平台和编程环境7 2.2.2实用的程序语言7 2.2.3计算机数据处理能力7 2.2.4图形处理功能8 2.2.5应用的模块集合工具箱8 2.3MATLAB 函数与数据类型.8 2.3.1整型9 2.3.2浮点数9 2.3.3字符9 2.3.4常用的字符操作函数9 2.4MATLAB 常用工具箱10 2.5小结.10 第三章第三章MATLAB 图像增强图像增强 .12 3.1图像增强技术概述.12 3.1.1空域滤波增强1
11、2 3.1.2平滑滤波器12 3.1.3中值滤波器13 3.1.4锐化滤波器14 3.1.5低通滤波器14 3.1.6高通滤波器15 3.1.7同态滤波器15 3.2MATLAB 图像增强函数15 3.3 MATLAB 应用于数字图像增强和滤波.16 武汉科技大学中南分校大学毕业论文 V 3.3.1目的16 3.3.2内容17 3.4实验.22 总结总结39 致谢致谢40 参考参考文文献献.41 6 第一章 绪论 图像增强技术的发展大致经历了初创期、发展期、普及期和应用期4 个阶段。初创期开始于 20 世纪 60 年代,当时的图像采用像素型光栅进行扫 描显示,大多采用中、大型机对其进行处理。
12、20 世纪 70 年代进入了发展期, 开始大量采用中、大型机进行处理,图像处理也逐渐改用光栅扫描显示方式, 特别是出现了 CT 和卫星遥感图像,对图像增强处理提出了一个更高的要求。 到了 20 世纪 80 年代,图像增强技术进入普及期,此时的计算机已经能够承 担起图形图像处理的任务。 20 世纪 90 年代进入了应用期,人们运用数字图 像增强技术处理和分析遥感图像,以有效地进行资源和矿藏的勘探、调查、 农业和城市的土地规划、作物估产、气象预报、灾害及军事目标的监视等。 在生物医学工程方面,运用图像增强技术对X 射线图像、超声图像和生物 切片显微图像等进行处理,提高图像的清晰度和分辨率。在工业和
13、工程方面, 主要应用于无损探伤、质量检测和过程自动控制等方面。在公共安全方面, 人像、指纹及其他痕迹的处理和识别,以及交通监控、事故分析等都在不同 程度上使用了图像增强技术。图像增强是图像处理的重要组成部分,传统的 图像增强方法对于改善图像质量发挥了极其重要的作用。随着对图像技术研 究的不断深入和发展,新的图像增强方法不断出现。例如一些学者将模糊映 射理论引入到图像增强算法中,提出了包括模糊松弛、模糊熵、模糊类等增 强算法来解决增强算法中映射函数选择问题,并且随着交互式图像增强技术 的应用,可以主观控制图像增强效果。同时利用直方图均衡技术的图像增强 也有许多新的进展:例如提出了多层直方图结合亮
14、度保持的均衡算法、动态 分层直方图均衡算法。这些算法通过分割图像,然后在子层图像内做均衡处 理,较好地解决了直方图均衡过程中的对比度过拉伸问题,并且可以控制子 层灰度映射范围,增强效果较好。 Matlab 名字由 MATrix 和 LABoratory 两词的前三个字母组合而成。那是 20 世纪七十年代后期的事:时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的 Cleve Moler 教授出于减轻学生编程负担的目的,为学生设计了一组调用 LINPACK 和 EISPACK 库程序的“通俗易用”的接口,此为用 FORTRAN 编写的初期状 态的 MATLAB。 经校园广泛使用,由 Little、Moler
15、、Steve Bangert 合作,于 1984 年成立了 MathWorks 公司,并把 MATLAB 正式推向市场。从这时起,MATLAB 的内 核采用 C 语言编写,而且除了原有的数值计算能力外,还添加了数据图视功能。 到九十年代初期,在国际上 30 几个数字类科技应用软件中,Matlab 在数值 第二章 Matlab 的简介 7 计算方面独占鳌头,而 Mathematica 和 Maple 则分居符号计算软件的前两名。 Mathcad 因其提供计算、图形、文字处理的统一环境而深受学生欢迎。 4.x 版在继承和发展其原有的数值计算和图形可视能力的同时,出现了以 下几个重要变化: (1)推
16、出了 SIMULINK,一个交互式操作的动态系统建模、仿真、分析 集成环境。 (2)推出了符号计算工具包。一个以 Maple 为“引擎”的 Symbolic Math Toolbox 1.0。此举结束了国际上数值计算、符号计算孰优孰劣的长期争论,促 成了两种计算的互补发展新时代。 (3)构作了 Notebook 。MathWorks 公司瞄准应用范围最广的 Word ,运 用 DDE 和 OLE,实现了 MATLAB 与 Word 的无缝连接,从而为专业科技工 作者创造了融科学计算、图形可视、文字处理于一体的高水准环境。从 1997 年春的 5.0 版起,后历经 5.1、5.2、5.3、6.0
17、、6.1 等多个版本的不断改进, MATLAB“面向对象”的特点愈加突出,数据类型愈加丰富,操作界面愈加友 善。2002 年初夏所推 6.5 版的最大特点是:该版本采用了 JIT 加速器,从而使 MATLAB 朝运算速度与 C 程序相比肩的方向前进了一大步。 第二章 Matlab 的简介 MATLAB 是建立在向量、数组和矩阵基础上的一种分析和仿真工具软件包, 包含各种能够进行常规运算的“工具箱”,如常用的矩阵代数运算、数组运算、 方程求根、优化计算及函数求导积分符号运算等;同时还提供了编程计算的编 程特性,通过编程可以解决一些复杂的工程问题;也可绘制二维、三维图形, 输出结果可视化。目前,已
18、成为工程领域中较常用的软件工具包之一。 2.1 Matlab 主要功能 它是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术 8 计算语言和交互式环境。使用它,可以较使用传统的编程语言,如 C、C+等, 更快的解决技术计算问题。 高级语言可用于技术计算;开发环境可对代码、文件和数据进行管理;数 学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分等;二 维和三维图形函数可用于可视化数据;各种工具可用于构建自定义的图形用户 界面;各种函数可将基于 matlab 的算法与外部应用程序和语言;其应用范围非 常广,包括信号和图像处理、通迅、控制系统设计、测试和测量等众多应用领 域
19、。 2.2 Matlab 优势 2.2.1 工作平台和编程环境 MATLAB 由一系列工具组成。这些工具方便用户使用 MATLAB 的函数和 文件,其中许多工具采用的是图形用户界面。包括 MATLAB 桌面和命令窗口、 历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、 文件的浏览器。随着 MATLAB 的商业化以及软件本身的不断升级,MATLAB 的用户界面也越来越精致,更加接近 Windows 的标准界面,人机交互性更强, 操作更简单。而且新版本的 MATLAB 提供了完整的联机查询、帮助系统,极 大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统,程序不 必经
20、过编译就可以直接运行,而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因 分析。 2.2.2 程序语言 Matlab 一个高级的矩阵语言,它包含控制语句、函数、数据结构、输入和 输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步, 也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序(M 文件)后再一起运行。新版本 的 MATLAB 语言是基于最为流行的 C语言基础上的,因此语法特征与 C语言极为相似,而且更加简单。使之更利于非计算机专业的科技人员使 用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强,这也是 MATLAB 能够深入到 科学研究及工程计算各个领域的重要原因。 第二章 Matlab 的简介 9
21、 2.2.3 科学计算机数据处理能力 MATLAB 是一个包含大量算法的集合。其可以快捷的实现用户所需的各种 计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果,而前 经过了各种优化和差错处理。在通常情况下,可以用它来代替底层编程语言, 如 C 和 C+ 。在计算要求相同的情况下,使用 MATLAB 的编程工作量会大大 减少。MATLAB 的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵,特征向 量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和 线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变 换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算
22、、复数的各种运算、 三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。 2.2.4 图形处理功能 图形处理功能 MATLAB 自产生之日起就具有方便的数据可视化功能,以 将向量和矩阵用图形表现出来,并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作 图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算 和工程绘图。新版本的 MATLAB 对整个图形处理功能作了很大的改进和完善, 使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能(例如二维曲线和三维曲面的绘 制和处理等)方面更加完善,而且对于一些其他软件所没有的功能(例如图形 的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等) ,MATLAB 同
23、样表现了出色的 处理能力。同时对一些特殊的可视化要求,例如图形对话等,MATLAB 也有相 应的功能函数,保证了用户不同层次的要求。另外新版本的 MATLAB 还着重 在图形用户界面(GUI)的制作上作了很大的改善,对这方面有特殊要求的用 户也可以得到满足。 2.2.5 模块集合工具箱 MATLAB 对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来 说,它们都是由特定领域的专家开发的,用户可以直接使用工具箱学习、应用 和评估不同的方法而不需要自己编写代码。目前,MATLAB 已经把工具箱延伸 到了科学研究和工程应用的诸多领域,诸如数据采集、数据库接口、概率统计、 样条拟合、优化算法、偏
24、微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图 像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI 控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻 10 辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌 入式系统开发、定点仿真、DSP 与通讯、电力系统仿真等,都在工具箱 (Toolbox)家族中有了自己的一席之地。 2.3 Matlab 函数与数据类型 它提供了以下类型的函数,用于执行数学运算和数据分析: 矩阵操作和线性代数 多项式和内插 傅立叶分析和筛选 数据分析和统计 优化和数值积分 Matlab 可对包括双精度浮点数、单精度浮点数和整型在内的多种数据类型 进行运算。附加的工具箱提供了专门的数学
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