毕业设计(论文)基于MATLAB的数字图像处理仿真分析.doc
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1、烟台大学毕业论文基于MATLAB的数字图像处理仿真分析Simulation and Analysis of Digital Image Processing based on MATLAB申请学位:学士学位院系:文经学院电子信息与计算机科学专业:电子信息科学与技术姓名: 学号:指导老师: 2011年4月24日烟台大学文经学院基于MATLAB的数字图像处理仿真分析姓名: 导师:2011年4月24日烟台大学文经学院烟台大学毕业论文(设计)任务书院(系):文经学院姓名学号毕业届别专业毕业论文(设计)题目指导教师刘悦林学历博士职称讲师所学专业主要内容: 本文基于密度泛函理论采用总能量的方法,并且推广梯
2、度近似, 系统地探讨钨(W)单晶的理想的抗拉强度。为钨作为一种PFM核聚变托卡马克提供有用的参考。基本要求: 着重培养解决实际问题的能力及初步的理论研究能力;查阅文献资料、调查收集信息的能力;独立思考,认真钻研,提出方案并论证方案的能力;设计、计算、绘图能力;开展社会调查,进行综合概括的能力和实验仪器设备的安装、调整与测试的能力,包括实验数据分析与处理的能力;外文阅读、计算机应用能力;撰写实验报告、设计说明书、技术总结和论文的能力;语言表达、思辨能力。进度安排:5-6 周:查找、阅读,翻译文献。 6-7 周:素材加工,系统分析。 7-8 周:撰写论文大纲。 8-10 周:撰写论文。 12 周:
3、论文修改完善。 13-14 周:定稿,打印论文,准备答辩。指导教师(签字): 年 月 日院(系)意见: 教学院长(主任)(签字): 年 月 日备注:基于MATLAB的数字图像处理仿真分析摘要:数字图像处理是指用数字计算机来加工处理图像,也就是通过某些数学运算对图像信息进行加工和处理,以满足人的视觉心理和实际应用需求。MATLAB是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言。我们可以利用MATLAB强大的矩阵计算功能来实现对图像的理。本文简单介绍了数字图像处理所研究的主要内容,包括图像的几何变换,图像变换,图像编码压缩,图像增强和复原图像,图像分割,图像描述,图像分类(识别)等。主要内容
4、是利用MATLAB数字图像处理工具箱来模拟仿真数字图像的灰度处理、亮度处理、截图、缩放、旋转、噪声、滤波、直方图统计、频谱分析等。MATLAB数字图像处理工具箱具有强大的图像处理功能,我们只需改变处理的程序即可改变处理方法,达到所求的处理效果。关键词 数字图像处理;MATLAB Abstract :Digital image processing is using digital computers to processing image, in which process images and information through some mathematical operation a
5、re to meet the persons visual psychology and actual application requirements. MATLAB is a new high-level language which is widely used in engineering calculation and numerical analysis field .We can use the powerful matrix to calculate function of Richards MATLAB so as to achieve the process of imag
6、es. In this thesis, we investigate main content of digital image processing simplely, including image geometric transformation, image transformation, image coding compression, image enhancement, restored image, image segmentation, image description, and image classification (identification).The main
7、 content is using MATLAB digital image processing toolbox to simulation digital image, including the level of gray , brightness, screenshots, scaling, rotating, noise, filtering, histogram statistics, and spectrum analysis. MATLAB digital image processing toolbox has strong image processing function
8、, in which we can do is changing procedure of treatment to alter processing method and achieve the desired result. Key words Digital image processing, MATLAB目录引言0第一章:绪论11.1数字图像处理概述11.2数字图像处理主要研究的内容21.21 图像的几何变换21.22图像变换21.23图像编码压缩21.24图像增强和复原图像21.25图像分割31.26图像描述31.27图像分类(识别)41.3 MATLAB软件简介4第二章 基于MAT
9、LAB数字图像处理的实现和仿真42.1 使用MATLAB实现对图像的各种编辑42.1.1 图像灰度调节42.1.2 图像亮度调节62.1.3 截图72.1.4 缩放82.2 使用MATLAB对图像进行旋转变形92.2.1 上下翻转112.2.2 左右翻转112.2.3 任意角度旋转122.3 噪声132.4 滤波132.4.1 中值滤波132.4.3 平滑滤波142.5 直方图统计152.6 频谱分析172.6.1 频谱图172.6.2 通过高通滤波器182.6.3 通过低通滤波器19参考文献21致谢22附录23引言图像是对客观存在的物体的一种相似性的生动模仿和描述,是物体的一种不完全的、不精
10、确的描述,但是在某种意义上是适当的表示。在现实生活中人们主要通过大量的图像信息来认识和判断事物,解决实际问题。 人类在自然环境和社会环境中获取大量的原始图像信息 ,通过对原始图像进行处理,从中提取出我们所需要的信息来进行深入细致的学习和研究。因此,就现实意义来讲,图像处理有着其不可忽视的作用。MATLAB是MATrix LABoratory(矩阵实验室)的缩写,是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言。MATLAB拥有可靠的数值计算和符号计算功能、强大的绘图功能、简单易学的语言体系以及为数众多的应用工具箱,广泛的应用于科学研究和解决具体的实际问题。用MATLAB对图像进行处理是当前
11、科技领域的一个重要的课题,它是用一组有序的灰度或彩色数据元素构成图像的一个像素值。这样MATLAB就可以利用其强大的矩阵计算功能实现对图像的理。第一章:绪论1.1数字图像处理概述数字图像处理(Digital Image Processing)是将图像信号转化为数字信号并通过计算机进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的过程。影响数字图像处理的产生和飞速发展的因素主要有三个:一是计算机的发展;二是数学的发展(特别是离散数学理论的创立和完善);三是广泛的农牧业、林业、环境、军事、工业和医学等方面的应用需求的增长。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
12、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
13、理,并取得了月球的地形图、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。在以后的数字图像处理技术,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Housfield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
14、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,说明它对人类做出了划时代的贡献。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
15、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的新领域。 1.2数字图像处理主要研究的内容数字图像处理的主要研究的内容,就其处理目的而言可以分为:恢复退化图像的本来面目、改善人的视觉效果、突出图像中目标物的某些特征、提取目标中的特征参数。根据其主要的处理流程与处理目标大致可以分为图像信息描述、图像信息处理、图像信息分析、图像信
16、息的编码以图像信息的显示等几个方面。1.21 图像的几何变换图像几何变换的目的是改变一副图像的大小或形状。我们可以通过进行平移、旋转、放大、缩小得等操作来对图像进行编辑,以进行两幅以上图像内容的配准,以便于进行图像之间内容的对比检验。1.22图像变换图像变换是通过一种数学映射的方法,将空域中的信息转换到如频域、实频域等空间上进行分析的数学手段。最常用的变换有傅里叶变换、小波变换等。由于图像阵列很大,直接在空间域中进行处理,涉及计算量很大。因此,往往采用各种图像变换的方法,将空间域的处理转换为变换域处理,不仅可减少计算量,而且可获得更有效的处理。目前新兴研究的小波变换在时域和频域中都具有良好的局
17、部化特性,它在图像处理中也有着广泛而有效的应用。 1.23图像编码压缩图像编码压缩技术可减少描述图像的数据量(即比特数),以便节省图像传输、处理时间和减少所占用的存储器容量。压缩可以在不失真的前提下获得,也可以在允许的失真条件下进行。编码是压缩技术中最重要的方法,它在图像处理技术中是发展最早且比较成熟的技术。 1.24图像增强和复原图像 图像增强可以包含非常广泛的内容,凡改变原图像的灰度结构关系,以取得更好的判断和应用效果的所有处理手段,包括去噪声和去模糊复原等,都可以归结为图像增强。图像增强包括对比度增强,空域变换增强,图像锐化,图像伪色彩增强,图像频域增强等。图像增强的目的是将一幅图像中的
18、有用信息(即感兴趣的信息)进行增强,同时将无用的信息(即干扰信息或噪声)进行抑制,提高图像的可观察性。图像恢复的目的是将退化了的以及模糊了的图像的原有信息进行恢复,以达到清晰化的目的。图像退化是指图像经过长时间的保存之后,因发生化学反应而是画面的颜色以及对比度发生退化改变的现象,或者因噪声污染等导致画面退化现象,或者因为现场的亮暗范围太大,导致暗区或者高光区信息退化的现象。图像的模糊则常常是因为运动以及拍摄时镜头的散焦等原因所导致的。无论是图像的退化还是图像的模糊,本质上都是原始信息部分丢失,或者原始信息相互混叠,或者原始信息与外来信息相互混叠造成的,因此,根据退化模糊长生的原因不同,采用不同
19、的图像恢复方法即可达打破图像清晰化的目的。图像增强的处理技术的分类方法可以有很多种,常见的方法是按照算子做分类,有两种分类方法。一是根据算子所覆盖的运算面积,可分为局部运算和整体运算两种。局部运算每次运算取一块子图像,子图像的面积可以是固定的或变动的;整体运算是同时对整幅图像进行处理,计算中占有存储量比局部运算大。另一种是按照算子所属的技术范畴分类,可分为频域法科空域法,以及兼有这两者的伪色彩处理法。1.25图像分割图像分割是数字图像处理中的关键技术之一。图像分割是将图像中有意义的特征部分提取出来,其有意义的特征有图像中的边缘、区域等,这是进一步进行图像识别、分析和理解的基础。虽然目前已研究出
20、不少边缘提取、区域分割的方法,但还没有一种普遍适用于各种图像的有效方法。因此,对图像分割的研究还在不断深入之中,是目前图像处理中研究的热点之一。 图像分割的方法很多。从分割所依据的手段出发,可以分为阈值法、界线探测法、区域法等。按照算法本身来分,可以分为模板匹配法、跟踪法、纹理匹配法、聚类法等。按照工作对象来分,可以分为像素点相关分割和趋于相关分割等。另外,人的视觉系统对图像分割相当有效,但十分复杂,其原理和模型至今还未搞清楚,故有人提出应用模糊数学理论,在模糊意义上进行分割。1.26图像描述图像描述是图像识别和理解的必要前提。作为最简单的二值图像可采用其几何特性描述物体的特性,一般图像的描述
21、方法采用二维形状描述,它有边界描述和区域描述两类方法。对于特殊的纹理图像可采用二维纹理特征描述。随着图像处理研究的深入发展,已经开始进行三维物体描述的研究,提出了体积描述、表面描述、广义圆柱体描述等方法。 1.27图像分类(识别)图像分类(识别)属于模式识别的范畴,其主要内容是图像经过某些预处理(增强、复原、压缩)后,进行图像分割和特征提取,从而进行判决分类。图像分类常采用经典的模式识别方法,有统计模式分类和句法(结构)模式分类,近年来新发展起来的模糊模式识别和人工神经网络模式分类在图像识别中也越来越受到重视。 1.3 MATLAB软件简介MATLAB是 Math works公司于1884年推
22、出的一套高性能的数值计算和可视化软件,其全称是 Matrix Laboratory,亦即矩阵实验室,经过多年的逐步发展与不断完善,现已成为国际公认的最优秀的科学计算与数学应用软件之一,是近几年来在国内外广泛流行的一种可视化科学计算软件。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体,构成了一个方便等学科,因此数理及相关的边缘学科对图像处理科学的发的、界面友好的用户环境,而且还具有可扩展性特征。用 MATLAB对图像进行处理是当前科技领域的一个重要的课题,它是用一组有序的灰度或彩色数据元素构成图像的一个像素值。这样MATLAB就可以利用其强大的矩阵计算功能实现对图像的理。MATLAB的图像处理
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