圖像預(yù)處理流程

1、圖像預(yù)處理流程:2.2系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)方法系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠圖像處理技術(shù)，按照上面的流程一一實(shí)現(xiàn)，每一部分的具體步驟如下：1原始圖像：由數(shù)碼相機(jī)或其它掃描裝置拍攝到的圖像；2預(yù)處理：對采集到的圖像進(jìn)行灰度化、圖像增強(qiáng)，濾波、二值化等處理以克服圖像干擾；3字輪定位：用圖像剪切的方法獲取儀表字輪；4字符分割：利用字符輪廓凹凸檢測定位分割方法得到單個(gè)的字符；5字符識別：利用模板匹配的方法與數(shù)據(jù)庫中的字符進(jìn)行匹配從而確認(rèn)出字符，得到最后的儀表示數(shù)。2.3.1 MATLAB簡介MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級技術(shù)計(jì)算語言和

2、交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室(MatrixLaboratory)的簡稱，和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C,FORTRAN等語言完相同的事情簡捷得多，并且mathwork

3、也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對C,FORTRAN,C+,JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用，用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAE0數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。2.3.2 MATLAB的優(yōu)勢和特點(diǎn)(1) MATLAB的優(yōu)勢(1)友好的工作平臺和編程環(huán)境MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工

4、作空間、文件的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。(2) 簡單易用的程序語言MATLAB是一種高級的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序(M文件)后再一起運(yùn)

5、行。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C語言基礎(chǔ)上的，因此語法特征與C語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員對數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫格式。使之更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是MATLAB能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。(3) 強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力MATLAB是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有600多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C和C+。在計(jì)算要求相同的

6、情況下，使用MATLAB的編程工作量會大大減少。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作以及建模動(dòng)態(tài)仿真等。(4) 出色的圖形處理功能圖形處理功能MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫和表達(dá)式作圖?？捎糜诳?/p>

7、學(xué)計(jì)算和工程繪圖。新版本的MATLAB對整個(gè)圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能(例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等)方面更加完善，而且對于一些其他軟件所沒有的功能(例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等)，MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時(shí)對一些特殊的可視化要求，例如圖形對話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶界面(GUI)的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。(5) 應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱MATLAB對許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集

8、和工具箱。一般來說，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。目前，MATLAB已經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、概率統(tǒng)計(jì)、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、LMI控制、魯棒控制、模型預(yù)測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點(diǎn)仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱(Toolbox)家族中有了自己的一席之地。(6) 實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺新版本的MATLAB可以利用

9、MATLAB編譯器和C/C+數(shù)學(xué)庫和圖形庫，將自己的MATLA卸序自動(dòng)轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于MATLAB運(yùn)行的C和C+代碼。允許用戶編寫可以和MATLAB進(jìn)行交互的C或C+語言程序。另外，MATLAB網(wǎng)頁服務(wù)程序還容許在Web應(yīng)用中使用自己的MATLAB數(shù)學(xué)和圖形程序。MATLAB的一個(gè)重要特色就是具有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫，每一個(gè)工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。(7) 應(yīng)用軟件開發(fā)(包括用戶界面)在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個(gè)文件和圖形窗口；在

10、編程方面支持了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強(qiáng)大的圖形標(biāo)注和處理功能，包括對性對起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel和HDF5進(jìn)行連接。2) MATLAB的特點(diǎn)(1)此高級語言可用于技術(shù)計(jì)算；(2)此開發(fā)環(huán)境可對代碼、文件和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理；3) )交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計(jì)及求解問題；(4)數(shù)學(xué)函數(shù)可用于線性代數(shù)、統(tǒng)計(jì)、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積分等；(5)二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù)；(6)各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面；(7)各種函數(shù)可將基于MATLAB的算法與外部應(yīng)用程序和語言(如C、C+、Fortran、Java、COM以及Mic

11、rosoftExcel)集成。2.3.3MATLAB圖像處理MATLAB一開始時(shí)是一種專門用于矩陣數(shù)值計(jì)算的軟件，從這一點(diǎn)上也可以看出，它在矩陣運(yùn)算上有自己獨(dú)特的特點(diǎn)。實(shí)際上MATLAB中的絕大多數(shù)的運(yùn)算都是通過矩陣這一形式進(jìn)行的。這一特點(diǎn)也就決定了MATLAB在處理數(shù)字圖像上的獨(dú)特優(yōu)勢。理論上講，圖像是一種二維的連續(xù)函數(shù)，然而在計(jì)算機(jī)上對圖像進(jìn)行數(shù)字處理的時(shí)候，首先必須對其在空間和亮度上進(jìn)行數(shù)字化，這就是圖像的采樣和量化的過程。二維圖像進(jìn)行均勻采樣，就可以得到一幅離散化成MXN樣本的數(shù)字圖像，該數(shù)字圖像是一個(gè)整數(shù)陣列，因而用矩陣來描述該數(shù)字圖像是最直觀最簡便的了。而MATLAB的長處就是處理

12、矩陣運(yùn)算，因此用MATLAB處理數(shù)字圖像非常的方便。MATLAB支持五種圖像類型，即索引圖像、灰度圖像、二值圖像、RGB圖像和多幀圖像陣列；支持BMP、GIF、HDF、JPEG、PCX、PNG、TIFF、XWD、CUR、ICO等圖像文件格式的讀，寫和顯示。MATLAB對圖像的處理功能主要集中在它的圖像處理工具箱(ImageProcessingToolboR中。圖像處理工具箱是由一系列支持圖像處理操作的函數(shù)組成，可以進(jìn)行諸如幾何操作、線性濾波和濾波器設(shè)計(jì)、圖像變換、圖像分析與圖像增強(qiáng)、二值圖像操作以及形態(tài)學(xué)處理等圖像處理操作。下面進(jìn)行簡單說明：(1)圖像的讀寫與顯示MATLAB中利用函數(shù)imre

13、ad來實(shí)現(xiàn)圖像文件的讀取操作。其主要格式有以下幾種類型：A=imread(filename.fmt)X,map=iimread(filename.fmt)=imread(filename)=imrad(URL,)MATLAB中利用函數(shù)imwrite來實(shí)現(xiàn)圖像文件的寫入操作，與imread函數(shù)的作用相對，其主要調(diào)用格式有以下幾種：imwrite(A,filename.fmt)iimwrite(X,map,filename.fmt)imwrite(,filename)imwrite(，Param1,Val1,Param2,Val2)在MATLAB中用于顯示圖像的方式有兩種，一種是使用MATLAB圖

14、像瀏覽器(ImageViewer)，通過調(diào)用imview函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。另一種是使用MATLAB的通用圖形圖像視窗，通過調(diào)用imshow函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。(2)圖像的代數(shù)操作代數(shù)運(yùn)算是指對兩幅輸入圖像進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的加、減、乘和除計(jì)算而得到輸出圖像的運(yùn)算。對于相加和相乘的情形，可能不止有兩幅圖像參加運(yùn)算。圖像相加的一個(gè)重要應(yīng)用是對同一場景的多幅圖像求平均值。這點(diǎn)被經(jīng)常用來有效地降低加性(additive)隨機(jī)噪聲的影響(3)圖像的空間域變換操作簡單的說，圖像的空間域變換操作就是為了達(dá)到某種視覺效果，變換輸入圖像的像素位置，通過把輸入圖像的像素為止映射到一個(gè)新的位置已達(dá)到改變原圖像顯示效果的母的。其實(shí)也就是變

15、換圖像的坐標(biāo)系統(tǒng)。圖像的空間域變換操作包括以下幾個(gè)方面：圖像差值(Interpolation)圖像縮放(Resizing)圖像旋轉(zhuǎn)(Rotation)圖像剪切(Cropping)一般變換操作(Affine,Projective,Box,Custom,etc)(4)圖像變換在MATLAB圖像處理工具箱中，提供了幾種常用的圖像變換函數(shù)，它們是傅里葉變換(FourierTransform)、離散余弦變換(DiscreteCosineTransformm口Radon變換(RadonTransform)。(5)圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng)是一個(gè)相對的概念，增強(qiáng)效果的好壞，除與算法本身的優(yōu)劣有一定的關(guān)系外，還與圖像的

16、數(shù)據(jù)特征有直接關(guān)系，因此增強(qiáng)方法只能有選擇地使用。圖像增強(qiáng)一般包括點(diǎn)處理、空間域?yàn)V波、頻域?yàn)V波、彩色增強(qiáng)、代數(shù)運(yùn)算等。(6)圖像分割圖像分割方法按其主要特征分為三組：第一組是有關(guān)圖像或圖像部分的全局知識(globalknowledge),這種知識一般有圖像特征的直方圖來表達(dá).第二組是基于邊緣(edge-based的分割，而第三組是基于區(qū)域(region-base。的分割完整的數(shù)字圖像處理過程可分為如下幾個(gè)方面：1、圖像信息的獲??；2、圖像信息的存儲；3、圖像信息的傳送；4、圖像信息處理；5、圖像信息的輸出和顯示。圖像信息處理就是我們平時(shí)所說的數(shù)字圖像處理(DigitalImageProcess

17、ing)有時(shí)也稱之為計(jì)算機(jī)圖像處理(ComputerImageProcessing)數(shù)字圖像處理概括的說主要包括如下幾項(xiàng)內(nèi)容：幾何處理(GeometricalProcessing；)算數(shù)處理(ArithmeticProcessing)；圖像增強(qiáng)(ImageEnhancement；)圖像復(fù)原(ImageRestoration)；圖像重建(ImageReconstruction)；圖像編碼(ImageEncoding)；圖像識別(ImageRecognition)；圖像理解(ImageUnderstanding)。1、幾何處理幾何處理主要包括坐標(biāo)變換，圖像的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)，多個(gè)圖像配準(zhǔn)，全

18、景畸變校正，扭曲校正，周長、面積、體積校正等等。2、算數(shù)處理主要對圖像進(jìn)行+、-、*、/等運(yùn)算，雖然該處理是主要針對像素點(diǎn)的處理，但非常有用。3、圖像增強(qiáng)主要是突出圖像中感興趣的信息，從而是有用的信息得到加強(qiáng)，便于區(qū)分和解釋。主要方法有直方圖增強(qiáng)、偽彩色增強(qiáng)法、灰度窗口等技術(shù)。4、圖像復(fù)原其主要目的是去除干擾和模糊，恢復(fù)圖像的本來面目。去噪聲和去模糊是圖像復(fù)原處理的主要任務(wù)。圖像噪聲包括隨機(jī)噪聲和相干噪聲。圖像模糊來自鏡頭散焦、相對運(yùn)動(dòng)、大氣湍流、云層遮擋等。5、圖像重建幾何處理、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原都是從圖像到圖像的處理，即輸入的原始數(shù)據(jù)是圖像，處理后的結(jié)果也是圖像，而重建處理則是從數(shù)據(jù)到圖像的處理，該處理的典型應(yīng)用是CT技術(shù)，由于它和本文的關(guān)系不大，這里不再贅述。6、圖像編碼