圖像幾何變換程序設(shè)計

1、*實踐教學(xué)*蘭州理工大學(xué)計算機與通信學(xué)院2012年秋季學(xué)期計算機圖象處理課程設(shè)計題 目： 圖像幾何變換程序設(shè)計 專業(yè)班級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 成 績： 目錄摘要2一、前言3二、算法分析與描述4三、詳細(xì)設(shè)計過程6四、調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及相應(yīng)解決辦法10五、程序運行截圖及其說明11六、 簡單操作手冊14設(shè)計總結(jié)15參考文獻(xiàn)16致謝17附錄18摘要本次課程設(shè)計我的題目是圖像幾何變換和圖像分割程序設(shè)計，計算機圖像處理的實現(xiàn)主要以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，通過建立合適的算法來實現(xiàn)具體的圖像處理，幾何變換是最常見的圖像處理手段，通過對變形的圖像進(jìn)行幾何校正，可以得出準(zhǔn)確的圖像。常用的幾何變換功能包括

2、圖像的平移、圖像的旋轉(zhuǎn)、圖像的縮放、圖像的錯切等。作為數(shù)字圖像處理的一個重要部分，一般用MATLAB編程工具設(shè)計一個完整的應(yīng)用程序，實現(xiàn)相應(yīng)的圖像幾何變換功能。圖像分割是一種非常重要的圖像處理技術(shù)，它不僅得到了廣泛的重視和研究，也在實際中得到了大量的應(yīng)用。本文主要介紹了計算機圖像處理中的圖像分割程序的設(shè)計與實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：圖像幾何變換、平移、旋轉(zhuǎn)、放大縮小一、前言圖形圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域涉及人類生活和工作的各個方面，它是從60年代以來隨計算機的技術(shù)和VLSI的發(fā)展而產(chǎn)生、發(fā)展和不斷成熟起來的一個新技術(shù)領(lǐng)域，理論上和實際應(yīng)用上都并取得了巨大的成就。數(shù)字圖像處理與模擬圖像處理的根本不同在于，它不會因圖

3、像的存儲、傳輸或復(fù)制等一系列變換操作而導(dǎo)致圖像質(zhì)量的退化，所以圖形圖像的處理在我們的生活中又很重要的作用。在對圖像的研究和應(yīng)用中，人們往往只對圖像中的某些部分感興趣。這些部分通常稱為目標(biāo)或前景，它們一般對應(yīng)圖像中特定的、具體獨特性質(zhì)的區(qū)域。為了辨識和分析目標(biāo)，需要將它們分別提取出來，在此基礎(chǔ)上才有可能對目標(biāo)進(jìn)一步利用。二、算法分析與描述2.1圖像幾何變換2.1.1圖像的平移變換圖像的平移變換就是將圖像中的像素點按照要求的量進(jìn)行垂直、水平移動。圖像的水平處理，只是改變了原有景物在畫面上的位置，而圖像的內(nèi)容不發(fā)生變化。初始坐標(biāo)為(x0,y0)的點經(jīng)過平移(tx,ty)(以向右，向下為正方向)后，坐

4、標(biāo)變?yōu)?x1,y1)。這兩點之間的關(guān)系是：x1=x0+txy1=y0+ty使用矩陣的形式來表達(dá)如下：x1 y1 1 = x0 y0 1 值得注意的是，一個數(shù)字圖像（灰度圖）是以一個矩陣來描述的，因此，如果不擴大存放處理后的矩陣的大小，則會出現(xiàn)圖像的部分內(nèi)容移出畫面的情況。2.1.2圖像的旋轉(zhuǎn)變換 圖像的旋轉(zhuǎn)是指以圖像中的某一點為原點以逆時針或順時針方向翻轉(zhuǎn)一定的角度，其翻轉(zhuǎn)公式如下：x1=x0cosa-y0sina；y1=-x0sina+y0cosa；用矩陣表示為： x1 y1 1 = x0 y0 1 其中，（x1,y1）是原圖像的像素點的坐標(biāo)；（x0,y0）是對應(yīng)像素點經(jīng)過翻轉(zhuǎn)變換后的圖像的

5、像素點的坐標(biāo)。 我們旋轉(zhuǎn)所在的坐標(biāo)系和圖像顯示時對應(yīng)的Windows屏幕坐標(biāo)系是不一樣的，這里xoy為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，xoy為屏幕坐標(biāo)系。實際上我們可以分為三步進(jìn)行整個旋轉(zhuǎn)變換：1.將坐標(biāo)系xoy變成xoy；2.將該點順時針旋轉(zhuǎn)a角；3.將坐標(biāo)系xoy變回xoy將上面三步變換進(jìn)行合成得到三個矩陣的級聯(lián)矩陣；(x0，y0)和(x1,y1)都是xoy坐標(biāo)系中的點；2.1.3圖像的放大以及縮小如果一幅圖像要放大k1*k2倍，就是將圖像中每個像素復(fù)制到k1*k2個像素所構(gòu)成的子塊中，這些子塊再按原來的排列順序進(jìn)行排列，就可以實現(xiàn)圖像的方的方法。圖像縮小的方法跟圖像放大的方法雷同。三、詳細(xì)設(shè)計過程3.1圖像

6、幾何變換圖像的平移圖像的鏡像圖像的旋轉(zhuǎn)圖像的放縮圖像幾何變化系統(tǒng)垂直鏡像水平鏡像圖像的放大上下平移上下左右平移左右平移圖像的縮小 3.1.1圖像平移：1. 圖像平移的基本原理圖像平移是將一副圖像中所有的點都按照指定的平移量在水平，垂直方向移動，平移后的圖像與源圖像相同。平移后的圖像上的每一點都可以在原圖像中找到對應(yīng)的點。 X = X0 + X Y = Y0 + Y利用其次坐標(biāo)，變換前后圖像上的點F0（X0，Y0）和P（X,Y）之間的關(guān)系可以用如下的矩陣變換表示為：X0 1 0 X X Y = 0 1 Y Y 1 0 0 1 1 圖像放縮的基本理論圖像比例縮放是指將給定的圖像在X軸方向按比例縮放

7、FX倍，在Y軸方向上按比例縮放FY倍從而獲得一副新的圖像。比例縮放前后兩點F0（X0，Y0），P（X，Y）之間的關(guān)系用矩形形式可以表示為： X FX 0 0 X0 X=FxX0 Y = 0 Fy 0 y0 1 0 0 0 1 Y=FyY0 三個入口參數(shù)：原圖像1， 縮放倍數(shù)r,插值方式mode掃描新圖像，計算對應(yīng)原圖像坐標(biāo)根據(jù)不同插值算法計算輸出圖像判斷插值結(jié)束計算新原圖像行列數(shù)獲取原圖像行列數(shù)初始化 最近鄰雙線性插值插值雙三次插值 獲取原圖像大小3.1.2圖像的旋轉(zhuǎn) 求cos.sin求旋轉(zhuǎn)圖像行列坐標(biāo)（以圖像左上角為坐標(biāo)原點）計算旋轉(zhuǎn)圖像尺寸掃描旋轉(zhuǎn)圖像，計算像素點對應(yīng)原圖像行列坐標(biāo)結(jié)束3.

8、1.3圖像的放大放大倍數(shù)為1.25倍D=imread(wa.jpg);F=imresize(D,1.25);figure,imshow(F),title(放大后的圖像);截圖： 四、調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及相應(yīng)解決辦法通過MATLAB界面運行程序進(jìn)行圖像幾何變換時，圖像有可能變換不了?？赡苁撬枰儞Q的圖片為灰度圖像或者二值圖像。需要先將RGB圖像轉(zhuǎn)換一下。五、程序運行截圖及其說明圖像幾何變換圖像平移： 圖5.1 圖象低通濾波 圖像的旋轉(zhuǎn) 圖5.2圖像的旋轉(zhuǎn)圖像的放大 圖5.3圖像的放大圖像的鏡像 圖5.4 圖像的水平鏡像 圖5.5 圖像的垂直鏡像6、 簡單操作手冊 打開MATLAB軟件，單擊F

9、ile下拉菜單。選擇NEW或者Open創(chuàng)建一個新的GUI或者打開一個已有的GUI（后綴名為.fig的文件）。然后根據(jù)提示進(jìn)行操作。打開已經(jīng)創(chuàng)建好的GUI程序。然后進(jìn)行所需要的操作。比如我需要進(jìn)行圖像的水平翻轉(zhuǎn)設(shè)計總結(jié)我的綜合訓(xùn)練題目是圖像幾何變換程序設(shè)計，在這兩周的圖形圖像處理綜合訓(xùn)練過程當(dāng)中，收獲很多。在平常的課程學(xué)習(xí)過程當(dāng)中，書上的知識感覺不是太難，只要自己認(rèn)真聽講，下課后再仔細(xì)回顧回顧就能很快掌握，自以為什么都明白了，但在課設(shè)過程中卻發(fā)現(xiàn)，要將知識實際運用起來卻是十分困難的，所以在今后的學(xué)習(xí)過程中我一定要加強實際運用的能力訓(xùn)練，更好的將學(xué)來的知識轉(zhuǎn)化到解決實際問題之中。通過此次綜合訓(xùn)練，

10、使我計算機圖像處理的工程及其實現(xiàn)有了更深的理解，獲得了很多寶貴的經(jīng)驗。特別是怎么樣通過理論與實踐相結(jié)合，把理論知識應(yīng)用到我們做的程序?qū)嵺`過程上去。學(xué)會了很多關(guān)于計算機圖像處理的經(jīng)驗和技巧，更重要的是，知道應(yīng)如何在困難重重中一步一步細(xì)心的發(fā)現(xiàn)問題，解決問題,并在遇到問題時同學(xué)之間相互幫助中，深刻體會到了團體合作精神的重要性。參考文獻(xiàn)1 朱虹.計算機圖象處理基礎(chǔ)M. 科學(xué)出版社, 20052 R C.Gonzalez, R E.Woods著,阮秋琦,阮宇智等譯.計算機圖象處理(第2版).北京:電子工業(yè)出版社,20033 K.R.Castleman. 計算機圖象處理.北京:電子工業(yè)出版社,20024

11、 章毓晉.圖像處理與分析-圖像工程（上冊）,清華大學(xué),20015 何斌等編著.Visual C+計算機圖象處理.人民郵電出版社,2002 6 張宏林編著.Visual C+計算機圖象模式識別技術(shù)及工程實踐.人民郵電出版社,2003.7 黃維通.Visual C+面向?qū)ο笈c可視化程序設(shè)計.清華大學(xué)出版社,20038 R C.Gonzalez, R E.Woods, S L. Eddins著,阮秋琦,阮宇智等譯.計算機圖象處理(MATLAB版).北京:電子工業(yè)出版社,2005致謝首先我要感謝我的老師，在設(shè)計過程中給了我很多寶貴意見和豐富的資料并指引我閱讀相關(guān)的資料和書籍，使我在不熟悉的領(lǐng)域中仍能迅

12、速掌握新的技術(shù)。同時感謝我的同學(xué)，在設(shè)計中遇到問題時和我積極地討論，并提出了很多建設(shè)性的意見，沒有他們的幫助，只靠我自己一定很難完成這次任務(wù)。在今后的學(xué)習(xí)和工作中，我一定要發(fā)揚團隊精神，齊心協(xié)力完成相應(yīng)的設(shè)計工作。附錄實現(xiàn)圖像平移的文件的代碼：figure,imshow(F,);title(平移后圖形);figure,imshow(D);function pushbutton6_Callback(hObject, eventdata, handles)global Taxes(handles.axes2); %定義圖像顯示位置 I=handles.img;%選定操作圖 T=getimage;%

13、獲取圖像信息 prompt=輸入?yún)?shù):; defans=0; p=inputdlg(prompt,input,1,defans); %創(chuàng)建數(shù)據(jù)輸入窗口 p1=str2num(p1); J = double(I);%定義為雙精度型 H = size(I);%定義尺寸 I_moveresult = zeros(H) %平移后背景變成了黑色的x_move =p1;y_move =p1;I_moveresult(x_move+1:H(1),y_move+1:H(2),1:H(3)= J(1:H(1)-x_move,1:H(2)-y_move,1:H(3); imshow(mat2gray(I_move

14、result); if ispc & isequal(get(hObject,BackgroundColor), get(0,defaultUicontrolBackgroundColor) set(hObject,BackgroundColor,white);endglobal Taxes(handles.axes2); %定義圖像顯示位置; I=handles.img; %選定操作圖 T=getimage; %獲取圖像信息 prompt=輸入?yún)?shù):; defans=0;%定義數(shù)據(jù)放大縮小 p=inputdlg(prompt,input,1,defans);%創(chuàng)建數(shù)據(jù)輸入窗口 p1=str2

15、num(p1); f=imresize(I,p1,nearest); %選用插值方法最近鄰法 figure,%新建窗口 imshow(f);%顯示結(jié)果 title(處理后);if ispc & isequal(get(hObject,BackgroundColor), get(0,defaultUicontrolBackgroundColor) set(hObject,BackgroundColor,white);End.實現(xiàn)圖像旋轉(zhuǎn)的文件的代碼：function pushbutton8_Callback(hObject, eventdata, handles)global Taxes(han

16、dles.axes2); %定義圖像顯示位置; T=getimage; %獲取圖像信息 prompt=旋轉(zhuǎn)角度:; defans=0; p=inputdlg(prompt,input,1,defans); %創(chuàng)建數(shù)據(jù)輸入窗口 p1=str2num(p1);%把字符串轉(zhuǎn)換為數(shù)值 f=imrotate(handles.img,p1,nearest);%旋轉(zhuǎn)并定義插值方法 imshow(f); %顯示結(jié)果if ispc & isequal(get(hObject,BackgroundColor), get(0,defaultUicontrolBackgroundColor) set(hObject,

17、BackgroundColor,white);End實現(xiàn)圖像放大的文件的代碼：global Taxes(handles.axes2); %定義圖像顯示位置; I=handles.img; %選定操作圖 T=getimage; %獲取圖像信息 prompt=輸入?yún)?shù):; defans=0;%定義數(shù)據(jù)放大縮小 p=inputdlg(prompt,input,1,defans);%創(chuàng)建數(shù)據(jù)輸入窗口 p1=str2num(p1); f=imresize(I,p1,nearest); %選用插值方法最近鄰法 figure,%新建窗口 imshow(f);%顯示結(jié)果 title(處理后);if ispc

18、& isequal(get(hObject,BackgroundColor), get(0,defaultUicontrolBackgroundColor) set(hObject,BackgroundColor,white);endglobal Taxes(handles.axes2); %定義圖像顯示位置; T=getimage; %獲取圖像信息 prompt=旋轉(zhuǎn)角度:; defans=0; p=inputdlg(prompt,input,1,defans); %創(chuàng)建數(shù)據(jù)輸入窗口 p1=str2num(p1);%把字符串轉(zhuǎn)換為數(shù)值 f=imrotate(handles.img,p1,nearest);%旋轉(zhuǎn)并定義插值方法 imshow(f); %顯示結(jié)果if ispc & isequal(get(hObject,BackgroundColor), get(0,defaultUicontrolBackgroundColor) set(hObject,BackgroundColor,white);end實現(xiàn)圖像鏡像的文件的代碼：axes(handles.axes2); %定義圖像顯示位置; A1=handles.img; %選定操作圖