數(shù)字圖像處理課程設(shè)計1

1、1.課程設(shè)計目的1.通過Matlab仿真軟件，針對課程教學(xué)中的相關(guān)內(nèi)容開展仿真分析與研究，以加深對教學(xué)內(nèi)容的理解，培養(yǎng)學(xué)生的方針分析能力。2.加深對貼標(biāo)簽的基本理論知識的理解，培養(yǎng)獨立開展科研的能力和編程能力，掌握MATLAB對圖形處理的基本語句，學(xué)會使用MATLAB。3.鼓勵學(xué)生就自己感興趣的內(nèi)容進(jìn)行實際制作測試，以豐富學(xué)生課余電子制作內(nèi)容及培養(yǎng)自我創(chuàng)作能力。2.課程設(shè)計要求1.掌握課程設(shè)計的相關(guān)知識、概念清晰。2.程序設(shè)計合理、能夠正確運(yùn)行。3掌握課程設(shè)計的相關(guān)知識、概念清晰，程序設(shè)計合理、能夠正確運(yùn)行，獨立完成。.3相關(guān)知識3.1 數(shù)字圖象處理數(shù)字圖像處理(DigitalImagePro

2、cessing)是通過計算機(jī)對圖像進(jìn)行去除噪聲、增強(qiáng)、復(fù)原、分割、提取特征等處理的方法和技術(shù)。數(shù)字圖像處理的產(chǎn)生和迅速發(fā)展主要受三個因素的影響:一是計算機(jī)的發(fā)展;二是數(shù)學(xué)的發(fā)展(特別是離散數(shù)學(xué)理論的創(chuàng)立和完善);三是廣泛的農(nóng)牧業(yè)、林業(yè)、環(huán)境、軍事、工業(yè)和醫(yī)學(xué)等方面的應(yīng)用需求的增長。 20世紀(jì)20年代,圖像處理首次應(yīng)用于改善倫敦和紐約之間海底電纜發(fā)送的圖片質(zhì)量。到20世紀(jì)50年代,數(shù)字計算機(jī)發(fā)展到一定的水平后,數(shù)字圖像處理才真正引起人們的興趣。1964年美國噴氣推進(jìn)實驗室用計算機(jī)對“徘徊者七號”太空船發(fā)回的大批月球照片進(jìn)行處理,收到明顯的效果。20世紀(jì)60年代末,數(shù)字圖像處理具備了比較完整的體系

3、,形成了一門新興的學(xué)科。20世紀(jì)70年代,數(shù)字圖像處理技術(shù)得到迅猛的發(fā)展,理論和方法進(jìn)一步完善,應(yīng)用范圍更加廣泛。在這一時期,圖像處理主要和模式識別及圖像理解系統(tǒng)的研究相聯(lián)系,如文字識別、醫(yī)學(xué)圖像處理、遙感圖像的處理等。20世紀(jì)70年代后期到現(xiàn)在,各個應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?shù)字圖像處理提出越來越高的要求,促進(jìn)了這門學(xué)科向更高級的方向發(fā)展。特別是在景物理解和計算機(jī)視覺(即機(jī)器視覺)方面,圖像處理已由二維處理發(fā)展到三維理解或解釋。近年來,隨著計算機(jī)和其它各有關(guān)領(lǐng)域的迅速發(fā)展,例如在圖像表現(xiàn)、科學(xué)計算可視化、多媒體計算技術(shù)等方面的發(fā)展,數(shù)字圖像處理已從一個專門的研究領(lǐng)域變成了科學(xué)研究和人機(jī)界面中的一種普遍應(yīng)用的

4、工具。 圖像處理工具箱提供一套全方位的參照標(biāo)準(zhǔn)算法和圖形工具，用于進(jìn)行圖像處理、分析、可視化和算法開發(fā)。可用其對有噪圖像或退化圖像進(jìn)行去噪或還原、增強(qiáng)圖像以獲得更高清晰度、提取特征、分析形狀和紋理以及對兩個圖像進(jìn)行匹配。工具箱中大部分函數(shù)均以開放式 MATLAB 語言編寫。這意味著可以檢查算法、修改源代碼和創(chuàng)建自定義函數(shù)。圖像處理工具箱在生物測定學(xué)、遙感、監(jiān)控、基因表達(dá)、顯微鏡技術(shù)、半導(dǎo)體測試、圖像傳感器設(shè)計、顏色科學(xué)及材料科學(xué)等領(lǐng)域為工程師和科學(xué)家提供支持。它也促進(jìn)了圖像處理技術(shù)的教學(xué)3.2 MATLABMATLAB 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、

5、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。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、動畫和表達(dá)式作圖?？捎糜诳茖W(xué)計算和工程繪圖。新版本的MATLAB對整個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。同時對一些特殊的可視

6、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。3.3貼標(biāo)簽貼標(biāo)簽處理是對二值圖像的每個不同的連通域進(jìn)行不同的編號，來區(qū)分不同的連通域。在二值圖像中，不同的對象被用不同的整數(shù)值來標(biāo)記，形象的說，每一個對象被貼上不同的標(biāo)簽以便于標(biāo)識。通常，設(shè)置一個與原圖像大小相同的標(biāo)簽矩陣，也稱為標(biāo)簽圖像，用以描述對二值圖像不同連通域下的劃分結(jié)果。貼標(biāo)簽的方法實際上包括了兩個關(guān)鍵步驟，首先是按照從上到下，從左到右的順序掃描所有像素職為1的像素，并判斷是否與已經(jīng)貼

7、過標(biāo)簽的像素屬于同一個連通域，如果是，則貼相同的標(biāo)簽，判定為不同的連通域，貼新的標(biāo)簽。另一個關(guān)鍵的步驟是，對已經(jīng)貼好的標(biāo)簽進(jìn)行校正，對在下方連接在一起的，貼為不同標(biāo)簽的像素歸并為同一個標(biāo)簽，并對整體的標(biāo)簽號進(jìn)行調(diào)整。3.4貼標(biāo)簽的具體方法貼標(biāo)簽的具體步驟如下：(1)設(shè)標(biāo)簽r=0，已貼標(biāo)簽N=0，按照從左到右，從上到下的順序進(jìn)行掃描，尋找像素值為1的目標(biāo)點像素。(2)對尚未貼標(biāo)簽的目標(biāo)點像素f(I,j)，根據(jù)已經(jīng)掃描過的四個鄰接像素，進(jìn)行一下判斷：1.如果所有的值為0（背景）,r=r+1,g(i,j)=r,已貼標(biāo)簽數(shù)N=N+1;2.如果其標(biāo)簽值相同，則,g(i,j)=r,；3.如果標(biāo)簽值有兩種，

8、這時稱為標(biāo)簽沖突，令,g(i,j)=r,，將所有已經(jīng)貼標(biāo)簽為r的像素，該貼標(biāo)簽為r,同時將已貼標(biāo)簽數(shù)進(jìn)行修正，N=N-1。（3）將全部像素都進(jìn)行第二步驟的處理，直到所有的像素都全部處理完；判斷是否滿足r=N,如果是，則完成貼標(biāo)簽操作，算法結(jié)束；如果不是，則表明（4）已貼標(biāo)簽不是連續(xù)編號，這是一次影射編碼，將所有的不連續(xù)編號的標(biāo)簽 校正為連續(xù)編號，完成貼標(biāo)簽處理。4.課程設(shè)計分析貼標(biāo)簽在MATLAB圖像處理中，bwlabel函數(shù)可以進(jìn)行二值圖像的連接部分標(biāo)注操作。語法是：這種形態(tài)操作主要是對于二值圖像BW中各個分離的對象進(jìn)行標(biāo)識，BW可以是double型或unit8型。用戶指定輸入圖像BW和特定

9、的邊沿約定類型n,n可取的值有4和8，分別對應(yīng)著4-連接和8-連接邊沿約定，其默認(rèn)值為8.調(diào)用bwlabel函數(shù)后，返回一個與輸入圖像相同大小的矩陣L,L是double型的，而num中存儲著對象個數(shù)的數(shù)據(jù)。有了這個輸出數(shù)據(jù)矩陣，我們就可以利用它包含的不同的整數(shù)值來區(qū)分輸入圖像中的不同對象。假如有二進(jìn)制圖像如下;I(8,8)=0;I(2:4,2:3)=1;I(5:7,4:5)=1;I(2,6)=1;I(2:3,7:8)=1調(diào)用bwlabel函數(shù)，指定4-連接邊沿約定：L,num=bwlabel(I,4)調(diào)用bwlabel函數(shù)，指定8-連接邊沿約定：L,num=bwlabel(I,8)我們還可以將

10、bwlabel函數(shù)與find函數(shù)結(jié)合起來使用，可以得到所指定對象中各像素的矩陣矢量，例如，返回上例中，對象2中各像素的坐標(biāo):r,c=find(bwlabel(I)=2)rc=r,c從例子中可以看出，輸出矩陣不是一個二進(jìn)制圖像，訪問該矩陣的一個有效方法是將其顯示為偽彩色索引圖像。將每個對象都顯示成不同的顏色，所以在這樣的顯示圖像中，對象更容易從整個圖像中分辨出來，如下面的例子：L=bwlabel(I,4);map=0 0 0;jet(3);imshow(L+1,map,'notruesize')%顯示的圖像如下圖所示%指定8-連接邊沿約定L=bwlabel(I,8);map=0

11、0 0;jet(3);imshow(L+1,map,'notruesize')%顯示的圖像如圖所示5.仿真6結(jié)果分析7.感悟體會通過此次數(shù)字圖像課程設(shè)計的編程與仿真實踐，我完成了這次設(shè)計的任務(wù)。貼標(biāo)簽處理是對二值圖像的每個不同的連通域進(jìn)行不同的編號，來區(qū)分不同的連通域。在二值圖像中，不同的對象被用不同的整數(shù)值來標(biāo)記，形象的說，每一個對象被貼上不同的標(biāo)簽以便于標(biāo)識。通常，設(shè)置一個與原圖像大小相同的標(biāo)簽矩陣，也稱為標(biāo)簽圖像，用以描述對二值圖像不同連通域下的劃分結(jié)果。通過這次課程設(shè)計讓我更加了解了MATLAB，也使我掌握了一些基本的對圖像處理的編程語句。通過這次課程設(shè)計我更加了解了二值圖像中貼標(biāo)簽的相關(guān)知識，對于各種方法都有了更加深入的了解。我以后會繼續(xù)學(xué)習(xí)這方面的知識。實踐與理論相結(jié)合的課程對學(xué)生掌握理論知識和鞏固相關(guān)知識是非常有幫助的，進(jìn)行這次課程設(shè)計使我進(jìn)一步對數(shù)字圖像理論知識的加深和理解。我也非常感謝老師的幫助，使我解決很多實質(zhì)性的問題。8.參考文獻(xiàn)1 章毓晉等.數(shù)字圖像處理與分析M.北京，清華大學(xué)出版社，1999：1-22 龔聲容等