毕业设计_MATLAB在数字图像处理中的应用
目 录
1 绪 论 ................................................................................................................................... 1
1.1 研究背景 ................................................................................................................... 1 1.2 课题研究目的和意义 ............................................................................................... 2 1.3研究内容 .................................................................................................................... 2 2 数字图像处理的基础知识简介 ......................................................................................... 2
2.1 什么是数字图像 ....................................................................................................... 2 2.2 数字图像处理概述 ................................................................................................... 4
2.2.1 基本概念 ......................................................................................................... 4 2.2.2 研究内容 ......................................................................................................... 4 2.2.3 基本特点 ......................................................................................................... 6 2.2.4 主要应用 ......................................................................................................... 6 2.3 图像处理文件格式 ................................................................................................... 7
2.3.1 MATLAB图像文件格式 ................................................................................. 7 2.3.2 图像类型 ......................................................................................................... 8
3 利用MATLAB增强图像清晰度 ....................................................................................... 9
3.1 空域变换增强 ........................................................................................................... 9
3.1.1 增强对比度 ..................................................................................................... 9 3.1.2 图像求反 ....................................................................................................... 11 3.2 空域滤波增强 ......................................................................................................... 12
3.2.1 基本原理 ....................................................................................................... 12 3.2.2 线性平滑滤波器 ........................................................................................... 13 3.2.3 非线性平滑滤波器 ....................................................................................... 14 3.2.4 线性锐化滤波器 ........................................................................................... 15 3.3 频域增强 ................................................................................................................. 16
3.3.1 基本原理 ....................................................................................................... 16 3.3.2 低通滤波 ....................................................................................................... 17 3.3.3 高通滤波 ....................................................................................................... 18
4 结束语 ............................................................................................................................... 20
i 参考文献 ............................................................................................................................... 21 致 谢 ..................................................................................................................................... 22
ii
1 绪 论
1.1 研究背景
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，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[1]。
与此同时，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。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。
1.2 课题研究目的和意义
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。
1.3研究内容
本论文主要在于提高图像的清晰度。以某彩色图像为例，进行图像边缘检测和几种常见滤波的处理，在前人研究的基础上突出自己编制程序和调用函数的合理配合使用，进而得到获得高清图像的方法。
2 数字图像处理的基础知识简介
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所示的被称为像素(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[2]。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，则画面的大小可以表示为“M*N”个像素。
(2) 量化
经过采样，图像被分解成在时间上和空间上离散分布的像素，但是像素的值(灰度值)还是连续值。像素的值，是指白色-灰色-黑色的浓淡值，有时候也指光的强度(亮度)值或灰度值[3]。把这些连续的浓淡值或灰度值变为离散的值(整数