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数字图像处理课程设计-基于matlab图像增强的比较及其理论分析.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.20M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    摘要
    1 Matlab软件简介
    1.1 Matlab语言的历史
    1.2 Matlab软件概况
    2 原理分析
    2.1 数字图像噪声
    2.2 空间域图像增强
    2.3 均值滤波
    2.4 中值滤波
    3 程序设计
    3.1 程序设计思路
    3.2 要使用的Matlab函数
    4 程序流程图
    4.1 添加高斯噪声流程图
    4.2 添加椒盐噪声流程图
    4.3 均值滤波流程图
    4.4 中值滤波流程图
    5 源程序
    5.1 添加高斯噪声再滤波
    5.2 添加椒盐噪声再滤波
    6 程序运行结果及分析
    6.1 高斯噪声滤波结果
    6.2 椒盐噪声滤波结果
    6.3 结果分析
    7 课程设计心得体会
    参考文献
    致谢
    课程设计任务书 学生姓名: 指导教师: 专业班级: 工作单位: 题 目:基于 matlab 图像增强的比较及其理论分析 初始条件: 1. 提供实验室机房及其 matlab 软件； 2. 给定一张灰度图片，模拟加入高斯噪声、椒盐噪声等若干噪声，然 后使用中值滤波、均值滤波等方法进行图像增强。 要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体 要求): （1）了解对灰度图片处理的基本原理和方法； （2）熟悉掌握 matlab 软件； （3）对灰度图片模拟加入噪声； （4）利用 matlab 对加入噪声的该图片进行处理，记录每一种方法的过程，并进 行比较，分析哪种噪声的所对应的增强方法效果最好； （5）在进行处理时要对每一步处理进行理论分析； （6）要求阅读相关参考文献不少于 5 篇； （7）根据课程设计有关规范，按时、独立完成课程设计说明书。 时间安排: (1) 布置课程设计任务,查阅资料 (2) 利用软件进行的图片处理，记录其结果 (3) 完成课程设计报告书 四天； 一周； 三天； 指导教师签名: 年 月 日 系主任(或责任教师)签名: 年 月 日
    XX 大学《专业课程设计》说明书 目录 摘要 ································································································· I 1 Matlab 软件简介 ···············································································1 1.1 Matlab 语言的历史 ···································································· 1 1.2 Matlab 软件概况 ······································································· 1 2 原理分析 ······················································································· 3 2.1 数字图像噪声 ··········································································3 2.2 空间域图像增强 ·······································································3 2.3 均值滤波 ················································································3 2.4 中值滤波 ················································································4 3 程序设计 ······················································································· 6 3.1 程序设计思路 ··········································································6 3.2 要使用的 Matlab 函数 ································································6 4 程序流程图 ···················································································· 8 4.1 添加高斯噪声流程图 ·································································8 4.2 添加椒盐噪声流程图 ·································································8 4.3 均值滤波流程图 ·······································································9 4.4 中值滤波流程图 ····································································· 10 5 源程序 ·························································································12 5.1 添加高斯噪声再滤波 ······························································· 12 5.2 添加椒盐噪声再滤波 ······························································· 13 6 程序运行结果及分析 ·······································································15 6.1 高斯噪声滤波结果 ·································································· 15 6.2 椒盐噪声滤波结果 ·································································· 15 6.3 结果分析 ·············································································· 16 7 课程设计心得体会 ··········································································17 参考文献 ·························································································18 致谢 ······························································································· 19
    XX 大学《专业课程设计》说明书 摘要 图像在实际应用中可能会遇到各种噪声干扰，如高斯噪声、椒盐噪声等。可 以采用空间域图像增强的办法对其进行处理，减少噪声的影响。本次课设使用的 是空间滤波对图片处理，包括均值滤波和中值滤波。 关键词：高斯噪声，椒盐噪声，均值滤波，中值滤波 I
    XX 大学《专业课程设计》说明书 1 Matlab 软件简介 1.1 Matlab 语言的历史 70 年代后期,身为美国 New Mexico 大学计算机系系主任的 Cleve Moler 发现 学生用 FORTRAN 编写接口程序很费时间,于是他开始自己动手,利用业余时间为 学生编写 EISPACK 和 LINPACK 的接口程序。Cleve Moler 给这个接口程序取名 为 Matlab。1984 年，为了推广 Matlab 在数值计算中的应用，Cleve Moler、Johon Little 等正式成立了 Math works 公司，从而把 Matlab 推向市场，并开始了对 Matlab 工具相等的开发设计。 1.2 Matlab 软件概况 Matlab 是 Matrix Laboratory 的缩写，意为矩阵实验室。它具有强大的矩阵 处理功能和绘图功能，进还能进行文字处理，绘图，建模仿真等功能。随着版本 的不断升级，它在数值计算及符号计算功能上得到了进一步完善。Matlab 已经发 展成为多学科、多种工作平台的功能强大的大型软件。在欧美等高校，Matlab 已经成为线性代数、自动控制理论、概率论及数理统计、数字信号处理、时间序 列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具。 Matlab 有以下一些特点： Matlab 的帮助功能很强大，自带有详细的帮助手册，基于 HTML 的完整的 帮助功能，也可以用 help 命令来得到帮助信息。 程序语法与 C 语言类似，设计自由度大，方便我们编程。例如在 Matlab 里， 用户无需对变量预定义就可使用。大量数学函数已经定义好，并且有很强的用户 自定义函数的能力。 Matlab 有高级的程序环境，但程序环境很简单易用，有与其它语言编写的程 序结合和输入输出格式化数据的能力；Matlab 既具有结构化的控制语句，又有面 向对象编程的特性。 还有一个原因使 Matlab 受人们欢迎的，那就是 Matlab 源程序具有很大的开 放性。除了内部函数以外，所有 Matlab 的核心文件和工具箱文件都是可读可改 的源文件，用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。 Matlab 有强大的的图形绘制功能。在 Matlab 里，数据可视化的操作非常简 1
    XX 大学《专业课程设计》说明书 单易用。Matlab 还有较强的编辑图形界面的能力。可以用来声成图解和可视化的 二维、三维图。 Matlab 还拥有功能强大的各种工具箱。其工具箱分为两类：功能性工具箱和 学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能， 文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱用于多种学科。而学科性 工具箱是专业性比较强的，如（control、signal proceessing 、commumnication） toolbox 等。这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，所以用户 无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高，精，尖的研究，能极大地 促进我们的学习研究工作。 虽然 Matlab 有很多优点，但它也有一些缺点，比如：由于 Matlab 的程序不 用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。 2
    XX 大学《专业课程设计》说明书 2 原理分析 2.1 数字图像噪声 数字图像在图像获取集数字化过程，以及在数字图像传输的过程中，有可能 会受到噪声干扰。图像传感器在获取图像中会受到环境和原件质量的影响，产生 噪声。例如照相机照相时会受到光照影响。数字图像在传输过程中，由于传输信 道回手到噪声干扰，也会产生噪声。 噪声有很多种类，例如：高斯噪声，瑞利噪声，椒盐噪声，指数分布噪声等 等。本次课设讨论的是高斯噪声和椒盐噪声。 高斯噪声符合高斯分布，高斯噪声的产生源于电子电路噪声和由低照明度或 高温带来的传感器噪声。其概率密度函数为： )( zp  1 2  ( ze  2  2 2/ ) 椒盐噪声又称（双极）脉冲噪声，其概率密度函数为： )( zp  a b , zPa    , zPb    其他,0  b>a,灰度级 b 在图像中将显示为一个亮点，灰度级 a 为一个暗点。椒盐噪声 最主要表现在成像中的短暂停留中。 2.2 空间域图像增强 对噪声图片处理要使用图像增强的方法。图像增强技术是为了人类视觉系统 的生理接受特点而设计一种改善图像的方法，处理图像，使其更适合于特定应用。 图像增强的方法有空间域方法和频域方法。 本次课设使用的是空间域方法。空间域指图像平面本身，以图像像素直接处 理为基础。空间域增强包括灰度变换，直方图处理，用算数、逻辑操作增强，空 间滤波等。其中空间滤波包括平滑空间滤波器，锐化空间滤波器。平滑空间滤波 器包括平滑线性滤波器和统计排序滤波器。 2.3 均值滤波 平滑线性滤波器，即为均值滤波，其输出是包含在滤波掩模邻域内像素的简 单平均值。这种处理减小了图像灰度的尖锐变化，可以减噪，也会有灰度边缘模 糊的负面效应。 3
    XX 大学《专业课程设计》说明书 一幅 M×N 的图像经过一个 m×n（m 和 n 是奇数）的加权平均值滤波器滤 波的过程可由下式给出： b a   s  a t  b ,( yxg )  ),( tsw ( xf  , ys  t ) b a   s  a t  b ),( tsw 如下图 2.1、2.2 显示了两个 3×3 线性平滑滤波器： 1 9  1 16  1 1 1 1 1 1 1 1 1 图 2.1 空间均值滤波器 1 2 1 2 4 2 1 2 1 图 2.2 加权平均滤波器 图 2.1 所有系数都相等的空间均值滤波器，又称为盒滤波器，设 R 是由掩膜 定义的 3×3 邻域像素灰度的平均值，则： R  1 9  19 i  iz 归一化常数。 ，在滤波处理后，所有图像被 9 除。m×n 掩膜应有等于 1/mn 的 图 2.2 所示的掩膜叫加权平均，一些像素比另一些像素更为重要，对于图 2.2， 掩膜中心位置的像素权值大一些，因此这一像素比较重要，其他像素不太重要。 随着距中心距离的增加权值也在减小，这样设定可以减小平滑处理中的模糊。另 外，掩膜中所有系数的和为 16，很方便于计算机的实现。 2.4 中值滤波 统计排序滤波器是一种非线性的空间滤波器，它的响应就与图像滤波器包围 的图像区域中像素的排序，然后由统计排序结果决定的值代替中心像素的值。最 常见的例子就是中值滤波器。为对一幅图像上的某个点做中值滤波处理，必须先 4
    XX 大学《专业课程设计》说明书 将掩模内欲求的像素及其邻域的像素排序，确定出中值，并将该值赋予该像素点。 中值滤波器有优秀的去噪能力，比小尺寸的线性平滑滤波器的模糊程度要低很 多。 5
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