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基于matlab的数字图像处理毕业设计.doc

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.40M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    1 绪论
    1.1 课题研究目的及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本课题研究工作与结构安排
    2 数字图像处理的简介
    2.1 什么是数字图像
    2.2 数字图像处理概述
    2.2.1 基本概念
    2.2.2 研究内容
    2.2.3 基本特点
    2.2.4 主要应用
    2.3 图像处理文件格式
    2.3.1 MATLAB图像文件格式
    2.3.2 图像类型
    3 MATLAB基本知识介绍
    3.1 MATLAB的概述
    3.2 MATLAB产生的历史背景
    3.3 MATLAB语言的特点
    3.4 MATLAB在图像处理中的应用
    4 图像增强
    4.1 空域变换增强
    4.1.1 增强对比度
    4.1.2 图像求反
    4.2 空域滤波增强
    4.2.1 基本原理
    4.2.2 线性平滑滤波器
    4.2.3 非线性平滑滤波器
    4.2.4 线性锐化滤波器
    4.3 频域增强
    4.3.1 基本原理
    4.3.2 低通滤波
    4.3.3 高通滤波
    5 二值图像分析
    5.1 引言
    5.2 二值形态学的基本运算
    5.2.1 膨胀
    5.2.2 腐蚀
    5.3 二值分析进行图像处理综合应用
    5.3.1 噪声滤除
    5.3.2 边界提取
    6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
    致谢
    参考文献
    摘 要 数字图像处理是一门新兴技术，随着计算机硬件的发展，数字图像 的实时处理已经成为可能，由于数字图像处理的各种算法的出现，使得 其处理速度越来越快，能更好的为人们服务。数字图像处理是一种通过 计算机采用一定的算法对图形图像进行处理的技术。数字图像处理技术 已经在各个领域上都有了比较广泛的应用。图像处理的信息量很大，对 处理速度的要求也比较高。MATLAB 强大的运算和图形展示功能，使图像 处理变得更加的简单和直观。本文介绍了 MATLAB 语言的特点,基于 MATLAB 的数字图像处理环境，介绍了如何利用 MATLAB 及其图像处理工 具箱进行数字图像处理，并通过一些例子来说明利用 MATLAB 图像处理工 具箱进行图像处理的方法。主要论述了利用 MATLAB 实现图像增强、二值 图像分析等图像处理。 关键词：MATLAB，数字图像处理，图像增强，二值图像 I
    Abstract Digital faster and faster processing speed, better image processing is an emerging technology, with the development of computer hardware, real-time digital image processing has become possible due to digital image processing algorithms to appear, making it for People services .Digital image processing is used by some algorithms computer graphics image processing technology. Digital image processing technology has been in various areas have a relatively wide range of applications. Image processing large amount of information on the processing speed requirement is relatively high. MATLAB powerful computing and graphics display capabilities, so that image processing becomes more simple and intuitive. This paper introduces characteristics of MATLAB language and this MATLAB-based digital image processing environment, describes how to use the MATLAB Image Processing Toolbox for its digital image processing, and through some examples to illustrate the use of MATLAB Image Processing Toolbox for image processing method. Mainly discusses the use of MATLAB for image processing technologies. Keywords: MATLAB, digital image processing, 2-numeric image image enhancement,2-numeric image and other image enhancement, II
    目 录 1 绪论 ...................................................... 1 1.1 课题研究目的及意义 ................................... 1 1.2 国内外研究现状 ....................................... 2 1.3 本课题研究工作与结构安排 ............................. 3 2 数字图像处理的简介 ........................................ 4 2.1 什么是数字图像 ....................................... 4 2.2 数字图像处理概述 ..................................... 6 2.2.1 基本概念 ....................................... 6 2.2.2 研究内容 ....................................... 6 2.2.3 基本特点 ....................................... 8 2.2.4 主要应用 ....................................... 9 2.3 图像处理文件格式 .................................... 10 2.3.1 MATLAB 图像文件格式 ............................ 10 2.3.2 图像类型 ...................................... 11 3 MATLAB 基本知识介绍 ....................................... 13 3.1 MATLAB 的概述 ....................................... 13 3.2 MATLAB 产生的历史背景 ............................... 13 3.3 MATLAB 语言的特点 ................................... 15 3.4 MATLAB 在图像处理中的应用 ........................... 17 4 图像增强 ................................................. 19 4.1 空域变换增强 ........................................ 19 4.1.1 增强对比度 .................................... 19 4.1.2 图像求反 ...................................... 21 4.2 空域滤波增强 ........................................ 23 i
    4.2.1 基本原理 ...................................... 23 4.2.2 线性平滑滤波器 ................................ 24 4.2.3 非线性平滑滤波器 .............................. 25 4.2.4 线性锐化滤波器 ................................ 26 4.3 频域增强 ............................................ 28 4.3.1 基本原理 ...................................... 28 4.3.2 低通滤波 ...................................... 29 4.3.3 高通滤波 ...................................... 30 5 二值图像分析 ............................................. 33 5.1 引言 ................................................ 33 5.2 二值形态学的基本运算 ................................ 34 5.2.1 膨胀 .......................................... 34 5.2.2 腐蚀 .......................................... 35 5.3 二值分析进行图像处理综合应用 ........................ 36 5.3.1 噪声滤除 ...................................... 36 5.3.2 边界提取 ...................................... 38 6 总结与展望 ............................................... 41 6.1 总结 ................................................ 41 6.2 展望 ................................................ 41 致谢 ....................................................... 42 参考文献 ................................................... 43 ii
    1 绪论 本章简略介绍课题的研究目的及意义，该课题国内外研究现状以及 论文内容安排等。 1.1 课题研究目的及意义 数字图像处理（Digital Image Processing），就是利用数字计算机 或者其他数字硬件，对从图像信息转换而得到的电信号进行某些数学运 算，以提高图像的实用性。例如从卫星图片中提取目标物的特征参数， 三维立体断层图像的重建等。总的来说，数字图像处理包括点运算、几 何处理、图像增强、图像复原、图像形态学处理、图像编码、图像重建、 模式识别等。 由于计算机处理能力的不断增强，数字图像处理学科在飞速发展的 同时，也越来越广泛地向许多其他学科快速交叉渗透，使得图像作为信 息获取以及信息的利用等方面也变得越来越重要。目前数字图像处理的 应用越来越广泛，已经渗透到工业、医疗保健、航空航天、军事等各个 领域，在国民经济中发挥越来越大的作用。 MathWorks 公司推出的 MATLAB 软件是学习数理知识的好帮手。应用 MATLAB 友好的界面和丰富、实用、高效的指令及模块，可以使人较快地 认识、理解图像处理的相关概念，逐步掌握图像信号处理的基本方法， 进而能够解决相关的工程和科研中的问题。 图像是人类获取和交换信息的主要来源，因此，图像处理的应 用领域必然涉及到人类生活和工作的方方面面。随着人类活动范围 的不断扩大，图像处理的应用领域也将随之不断扩大，已在国家安 全、经济发展、日常生活中充当越来越重要的角色,对国计民生的作 用不可低估。 1
    1.2 国内外研究现状 数字图像处理最早出现于 20 世纪 50 年代，当时的电子计算机 已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。 数字图像处理作为一门学科大约形成于 20 世纪 60 年代初期。 早期的图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对象，以 改善人的视觉效果为目的。图像处理中，输入的是质量低的图像， 输出的是改善质量后的图像，常用的图像处理方法有图像增强、复 原、编码、压缩等。首次获得实际成功应用的是美国喷气推进实验 室（JPL）。他们对航天探测器徘徊者 7 号在 1964 年发回的几千张 月球照片使用了图像处理技术，如几何校正、灰度变换、去除噪声 等方法进行处理，并考虑了太阳位置和月球环境的影响，由计算机 成功地绘制出月球表面地图，获得了巨大的成功。随后又对探测飞 船发回的近十万张照片进行更为复杂的图像处理，以致获得了月球 的地形图、彩色图及全景镶嵌图，获得了非凡的成果，为人类登月 创举奠定了坚实的基础，也推动了数字图像处理这门学科的诞生。 在以后的宇航空间技术，如对火星、土星等星球的探测研究中，数 字图像处理技术都发挥了巨大的作用。数字图像处理取得的另一个 巨大成就是在医学上获得的成果。1972 年英国 EMI 公司工程师 Hou sfield 发明了用于头颅诊断的 X 射线计算机断层摄影装置，也就是 我们通常所说的 CT（Computer Tomograph）。CT 的基本方法是根据 人的头部截面的投影，经计算机处理来重建截面图像，称为图像重 建。1975 年 EMI 公司又成功研制出全身用的 CT 装置，获得了人体 各个部位鲜明清晰的断层图像。1979 年，这项无损伤诊断技术获得 了诺贝尔奖，说明它对人类作出了划时代的贡献。 与此同时，图像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重 2
    大的开拓性成就，属于这些领域的有航空航天、生物医学工程、工业检 测、机器人视觉、公安司法、军事制导、文化艺术等，使图像处理成为 一门引人注目、前景远大的新型学科。随着图像处理技术的深入发展， 从 70 年代中期开始，随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速 发展，数字图像处理向更高、更深层次发展。人们已开始研究如何用计 算机系统解释图像，实现类似人类视觉系统理解外部世界，这被称为图 像理解或计算机视觉。很多国家，特别是发达国家投入更多的人力、物 力到这项研究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是 70 年 代末 MIT 的 Marr 提出的视觉计算理论，这个理论成为计算机视觉领域其 后十多年的主导思想。图像理解虽然在理论方法研究上已取得不小的进 展，但它本身是一个比较难的研究领域，存在不少困难，因人类本身对 自己的视觉过程还了解甚少，因此计算机视觉是一个有待人们进一步探 索新的领域。 1.3 本课题研究工作与结构安排 本文主要以 MATLAB 为工具来实现数字图像的处理。全文共分 6 章， 结构安排如下： 第一章 绪论，介绍了课题研究目的及意义和国内外研究现状。 第二章 介绍了数字图像和数字图像处理的基本知识。 第三章 介绍了 Matlab 仿真工具。 第四章 介绍了图像增强的原理及利用 MATLAB 来实现图像增强。 第五章 介绍了二值图像操作原理及利用 MATLAB 实现二值图像操 作。 第六章 总结与展望。 3
    2 数字图像处理的简介 2.1 什么是数字图像 所谓数字图像就是把传统图像的画面分割成如图 2-1 所示的被成为 像素（picture element, 简称 pixel。有时候也用 pel 这一简写词）的小的 离散点，各像素的灰度值也是用离散值即整数值来表示的。数字图像 （digital imagine）和传统的图像即模拟图像(picture)是有差别的。 图 2-1 数字图像 为了从一般的照片，景物等模拟图像中得到数字图像，需要对传统 的模拟图像进行采样与量化两种操作（二者统称为数字化）。 1．采样 采样（sampling）就是把在时间上和空间上连续的图像变成离散点 （采样点，即像素）的集合的一种操作。 图像基本上是在二维平面上连续分布的信息形式要把它输入到计算 机中，首先要把二维信号变成一维信号，因此要进行扫描（scanning）。 最常用的扫描方法是在二维平面上按一定间隔顺序地从上方顺序地沿水 平方向的直线（扫描线）扫描，从而取出浓淡值（灰度值）的线扫描（Laster 扫描）。对于由此得到的一维信号，通过求出每一特定间隔的值，可以得 到离散的信号。对于运动图像除进行水平，垂直两个方向的扫描以外， 还有进行时间轴上的扫描。 通过采样，如设横向的像素数为 M，纵向的像素数为 N，则画面的大 4
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