圖像增強——頻域增強法課程設計

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文檔簡介

1、　　《 MATLAB 實踐》　　課程設計　　題目：圖像增強——頻域增強法　　二○○六年 6 月 29 日　姓名學號　　目錄<

2、;p>　　1、設計目的2　　2、題目分析2　　3、總體設計3　　4、具體設計4　　4.1圖像的讀取和保存

3、4　　4.1.1利用“讀入圖像”按鈕實現(xiàn)圖片的讀取 4　　4.1.2圖像保存6　　4.2 程序的還原與撤銷7　　4.3 圖像的截取7　　4.4 加入各種噪聲，并通過幾種濾波算法實現(xiàn)去噪。8<

4、p>　　4.4.1 加入噪聲8　　4.5 濾除噪聲11　　4.6.1圖像翻轉15　　4.6.2 圖像旋轉16　　5、結果分析17　　6、心得體會18<

5、/b>　　參考書目19　　摘要：圖像增強是指按特定的需要突出一幅圖像中的某些信息，同時消弱或去除某些不需要的信息。其主要目的是處理后的圖像對某些特定的應用比原來的圖像更加有效。圖像增強的方法分為空域法和頻域法兩類，空域法主要是對圖像中的各個像素點進行操作；而頻域法是在圖像的某個變換域內(nèi)，對圖像進行操作，修改變

6、換后的系數(shù)，例如傅立葉變換，DCT變換等的系數(shù)，然后再進行反變換得到處理后的圖像。關鍵字：高斯噪聲，巴特沃斯濾波，理想低通濾波，梯形低通濾波　　1、設計目的　　綜合運用MATLAB工具箱實現(xiàn)圖像處理的GUI程序設計，利用MATLAB圖像處理工具箱，實現(xiàn)圖像增強—頻域增強。

7、　　2、題目分析 　　利用matlab的GUI程序設計一個簡單實用的圖像處理程序，該程序應具備圖像處理的常用功能，以滿足用戶的使用。現(xiàn)設計程序有以下基本功能：　　1）圖像的讀取和保存。　　2）設計圖形用戶界面，讓用戶能夠對圖像進行任意角度的翻轉。&l

8、t;p>　　3）設計圖形用戶界面，讓用戶能夠用鼠標截取圖像感興趣區(qū)域，并顯示和保存該選擇區(qū)域。　　4）設計圖形用戶界面，讓用戶能夠對圖像添加任意參數(shù)的各種噪聲，如椒鹽噪聲、高斯噪聲、乘性噪聲等。　　5）設計圖形用戶界面，讓用戶能夠對圖像實現(xiàn)中值濾波、線性濾波、自適應濾波等操作。　　6）設計圖形用戶界面，讓用

9、戶能夠對噪聲圖像實現(xiàn)理想低頻濾波、巴特沃斯濾波、指數(shù)濾波、梯形低通濾波。　　7）額外功能。　　3、總體設計　　圖一　　軟件的總體設計界面布局如上圖所示，主要

10、分為兩個部分：顯示區(qū)域與操作區(qū)域。　　顯示區(qū)域：顯示載入原圖，以及通過處理后的圖像。　　操作區(qū)域：通過功能鍵實現(xiàn)對圖像的各種處理。　　左部的一系列功能按鍵如“讀入圖像”、“存儲圖像”、“還原”、“撤銷”、“截圖”。右部的一系列功能按鍵如“巴特沃斯濾波”、“理想低通濾波”、“梯形低通濾波”、“指數(shù)濾波”、“退出”。

11、　　界面正中部分為圖片顯示部分，界面中下方為一系列功能選擇組。　　設計完成后運行的軟件界面如下：　　圖二 　　與圖一相比，運行后的界面更為簡潔。　　4、具體設計

12、;　　現(xiàn)介紹各個模塊的功能與實現(xiàn)。　　4.1圖像的讀取和保存　　4.1.1利用“讀入圖像”按鈕實現(xiàn)圖片的讀取 　　利用matlab中 “ uigetfile”、“imread” “imshow”等函數(shù)實現(xiàn)圖像文件的讀取與顯示：　　function o

13、penfile_Callback(hObject, eventdata, handles)　　% hObject handle to openfile (see GCBO)　　% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

14、;　　% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)　　[filename,pathname]=uigetfile({'*.jpg';'*.bmp';'*.tif';'*.*'},'載入圖像');

15、　　if isequal(filename,0)|isequal(pathname,0)　　errordlg('沒有選中文件','出錯');　　return;　　else <p

16、>　　file=[pathname,filename];　　global S %設置一個全局變量S，保存初始圖像路徑，以便之后的還原操作　　S=file;　　x=imread(file);　　set(handles.axes

17、1,'HandleVisibility','ON');　　axes(handles.axes1);　　imshow(x);　　set(handles.axes1,'HandleVisibility','OFF');<p&

18、gt;　　axes(handles.axes2);　　imshow(x);　　handles.img=x;　　guidata(hObject,handles);　　end

19、程序關鍵部分： 　　通過[filename,pathname]=uigetfile({'*.jpg';'*.bmp';'*.tif';'*.*'},'載入圖像')選擇相應路徑打開的圖像；通過file=[pathname,filename]; x=imread(file); 讀取選中的圖像；最后，

20、通過imshow(x)在顯示區(qū)域上顯示圖像。　　4.1.2圖像保存　　利用“uiputfile”、“imwrite”函數(shù)實現(xiàn)圖像文件的保存。　　function save_Callback(hObject, eventdata, handles)<

21、;p>　　% hObject handle to save (see GCBO)　　% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB　　% handles structure with handles and user data (see GUIDAT

22、A)　　[sfilename ,sfilepath]=uiputfile({'*.jpg';'*.bmp';'*.tif';'*.*'},'保存圖像文件','untitled.jpg');　　if ~isequal([sfilename,sfilepath],

23、[0,0])　　sfilefullname=[sfilepath ,sfilename];　　imwrite(handles.img,sfilefullname);　　else　　msgbox('你按了取消鍵',

24、9;保存失敗');　　end 　　程序關鍵部分：　　通[sfilename ,sfilepath]=uiputfile({'*.jpg';'*.bmp';'*.tif';'

25、*.*'},'保存圖像文件','untitled.jpg')選擇圖像文件保存的路徑與格式；然后，通過sfilefullname=[sfilepath ,sfilename];　　imwrite(handles.img,sfilefullname); 實現(xiàn)對圖像的保存。　　4.2 程序的還原與撤銷

26、　　通過一個全局變量保存原始圖像路徑，在需要還原至原始圖像時，重新讀取該全局變量即可。實現(xiàn)程序段如下：　　function pushbutton_huanyuan_Callback(hObject, eventdata, handles)　　% hObject handle to pushbutton_huanyuan (se

27、e GCBO)　　% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB　　% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)　　global S

28、 %還原　　axes(handles.axes2);　　y=imread(S);　　f=imshow(y);　　handles.img=y;　　guidata(hObject,handl

29、es);　　撤銷是指撤銷上一步的操作,通過另設一個全局變量T保存是上一次操作后的圖像。實現(xiàn)程序段如下：　　function pushbutton_chexiao_Callback(hObject, eventdata, handles)　　% hObject handle to pushbutton3 (s

30、ee GCBO)　　% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB　　% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)　　axes(handles.

31、axes2); %撤銷　　global T　　imshow(T);　　handles.img=T;　　guidata(hObject,handles);　　4.3 圖像

32、的截取　　通過imcrop(x)函數(shù)來實現(xiàn)對圖片某一區(qū)域的截取，截取的圖片在右框中顯示，并保存在指定的路徑。　　實現(xiàn)程序段如下：　　function pushbutton_jietu_Callback(hObject, eventdata, handles

33、)　　% hObject handle to pushbutton_jietu (see GCBO)　　% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB　　% handles structure with handl

34、es and user data (see GUIDATA)　　global T　　axes(handles.axes2);　　T=getimage;　　x=imcrop(handles.img); %截圖&l

35、t;/p>　　imshow(x);　　handles.img=x;　　guidata(hObject,handles);　　4.4 加入各種噪聲，并通過幾種濾波算法實現(xiàn)去噪。　　4.4.1 加入噪聲

36、通過imnoise(I,type,parameters)來加入各種噪聲。　　<1>加入椒鹽噪聲　　<2>加入高斯噪聲：　　<3>加入乘性噪聲：　　實現(xiàn)程序段如下：

37、;　　function uipanel1_SelectionChangeFcn(hObject, eventdata, handles)　　% hObject handle to the selected object in uipanel1 　　% eventdata structure with th

38、e following fields (see UIBUTTONGROUP)　　% EventName: string 'SelectionChanged' (read only)　　% OldValue: handle of the previously selected object or empty if none was

39、selected　　% NewValue: handle of the currently selected object　　% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)　　global T

40、　　str=get(hObject,'string');　　axes(handles.axes2);　　switch str　　case '椒鹽噪聲'　　T=getimage;

41、　　prompt={'輸入椒鹽噪聲參數(shù):'};　　defans={'0.02'};　　p=inputdlg(prompt,'input',1,defans);　　p1=str2num(p{1});　　f

42、=imnoise(handles.img,'salt & pepper',p1);　　imshow(f);　　handles.img=f;　　guidata(hObject,handles);　　case '高斯噪聲'</p&

43、gt;　　T=getimage;　　prompt={'輸入高斯噪聲參數(shù)1:','輸入高斯噪聲參數(shù)2'};　　defans={'0','0.02'};　　p=inputdlg(prompt,'input',1,de

44、fans);　　p1=str2num(p{1});　　p2=str2num(p{2});　　f=imnoise(handles.img,'gaussian',p1,p2);　　imshow(f);　　handles

45、.img=f;　　guidata(hObject,handles); 　　case '乘性噪聲'　　T=getimage;　　prompt={'輸入乘性噪聲參數(shù)1:'};　　defans={&

46、#39;0.02'};　　p=inputdlg(prompt,'input',1,defans);　　p1=str2num(p{1});　　f=imnoise(handles.img,'speckle',p1);　　imshow(f

47、);　　handles.img=f;　　guidata(hObject,handles); 　　End　　4.5 濾除噪聲

48、　　濾波前　　中值濾波后　　線性濾波后　　實現(xiàn)程序段如下：　　function uipanel3_SelectionChangeFcn(h

49、Object, eventdata, handles)　　% hObject handle to the selected object in uipanel3 　　% eventdata structure with the following fields (see UIBUTTONGROUP)　　%

50、 EventName: string 'SelectionChanged' (read only)　　% OldValue: handle of the previously selected object or empty if none was selected　　% NewValue: handle of the cur

51、rently selected object　　% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)　　global T　　str=get(hObject,'string');</

52、p>　　axes(handles.axes2);　　switch str　　case '中值濾波'　　T=getimage;　　k=medfilt2(handles.img);　　ims

53、how(k);　　handles.img=k;　　guidata(hObject,handles);　　case '線性濾波'　　T=getimage;　　h=[1 1 1;1 1 1;1 1 1];</p&

54、gt;　　H=h/9;　　i=double(handles.img);　　k=convn(i,h);　　imshow(k,[]);　　handles.img=k;　　gu

55、idata(hObject,handles);　　case '自適應濾波'　　T=getimage;　　k=wiener2(handles.img,[5,5]);　　imshow(k);　　handles.img=

56、k;　　guidata(hObject,handles);　　end 　　理想低通濾波器濾波后巴特沃斯濾波器濾波后　　實現(xiàn)程序如下：　　% --- Exe

57、cutes on button press in pushbutton14.　　function pushbutton_bsiwote(hObject, eventdata, handles)　　% hObject handle to pushbutton14 (see GCBO)　　% eventdata

58、 reserved - to be defined in a future version of MATLAB　　% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)　　axes(handles.axes2);　　y1=handles.i

59、mg; 　　f=double(y1); % 數(shù)據(jù)類型轉換，matlab不支持圖像的無符號整型的計算　　g=fft2(f); % 傅里葉變換　　g=fftshift(g); % 轉換數(shù)據(jù)矩陣　　[M,N]=size(g);

60、;　　nn=2; %巴特沃斯低通濾波器　　d0=50; %截止頻率50　　m=fix(M/2); n=fix(N/2);　　for i=1:M　　for j=1

61、:N　　d=sqrt((i-m)^2+(j-n)^2);　　h=1/(1+0.414*(d/d0)^(2*nn)); % 計算低通濾波器傳遞函數(shù)　　result(i,j)=h*g(i,j);　　end<

62、;/p>　　end　　result=ifftshift(result);　　y2=ifft2(result);　　y3=uint8(real(y2));　　imshow(y3);

63、 % 顯示處理后的圖像　　% --- Executes on button press in pushbutton15.　　function pushbutton_lixiangditong(hObject, eventdata, handles)　　% hObject

64、handle to pushbutton15 (see GCBO)　　% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB　　% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

65、　　axes(handles.axes2);　　x=(handles.img); 　　f=double(x); % 數(shù)據(jù)類型轉換　　k=fft2(f);

66、% 傅里葉變換　　g=fftshift(k); % 轉換數(shù)據(jù)矩陣　　[M,N]=size(g);　　nn=2;　　d0=25;

67、 %截止頻率25　　m=fix(M/2); n=fix(N/2);　　for i=1:M　　for j=1:N　　d=sqrt((i-m)^2+(j-n)^2); %

68、計算理想低通濾波器傳遞函數(shù)　　if d<=d0　　h=0;　　else h=1;　　end

69、　　result(i,j)=h*g(i,j);　　end　　end　　result=ifftshift(result);　　y2=ifft2(result);

70、　　y3=uint8(real(y2));　　imshow(y3); % 顯示濾波處理后的圖像　　4.6圖像變形　　4.6.1圖像翻轉

71、　　左右翻轉：　　上下翻轉　　實現(xiàn)程序如下：　　function uipanel7_SelectionChangeFcn(hObject, eventdata, handles)&

72、lt;/p>　　% hObject handle to the selected object in uipanel7 　　% eventdata structure with the following fields (see UIBUTTONGROUP)　　% EventName: string 'Se

73、lectionChanged' (read only)　　% OldValue: handle of the previously selected object or empty if none was selected　　% NewValue: handle of the currently selected object</p

74、>　　% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)　　str=get(hObject,'string');　　axes(handles.axes2);　　global T

75、　　switch str　　case '左右翻轉'　　T=handles.img;　　f=fliplr(handles.img);　　imshow(f);

76、;　　handles.img=f;　　guidata(hObject,handles); 　　case '上下翻轉'　　T=handles.img;　　f=flipud(handles.img);　　imshow

77、(f);　　handles.img=f;　　guidata(hObject,handles); 　　end　　程序關鍵部分：通過f=fliplr(handles.img); f=flipud(handles.img);分別實現(xiàn)左右

78、鏡像翻轉與上下鏡像翻轉。　　4.6.2 圖像旋轉　　實現(xiàn)圖像的逆時針旋轉任意角度。　　實現(xiàn)程序段如下：　　function pushbutton15_Callback(hObject, eventdata, handles)</

79、p>　　%圖像愛那個旋轉　　% hObject handle to pushbutton3 (see GCBO)　　% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB<p

80、>　　% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)　　global T　　axes(handles.axes2);　　T=getimage;　　p

81、rompt={'旋轉角度:'};　　defans={'0'};　　p=inputdlg(prompt,'input',1,defans);　　p1=str2num(p{1});　　f=imrotate(handles.img

82、,p1,'bilinear','crop');　　imshow(f);　　handles.img=f;　　guidata(hObject,handles);　　關鍵部分：通過p=inputdlg(prompt,'input'

83、,1,defans);p1=str2num(p{1}); 來輸入旋轉參數(shù)。　　通過函數(shù)f=imrotate(handles.img,p1,'bilinear','crop');實現(xiàn)翻轉。　　5、結果分析　　軟件測試基本成功，課題所要求的功能

84、均能較好實現(xiàn)。但一些功能只支持灰度圖像的處理。　　其中值得一提的是在濾波處理中的低通濾波與高通濾波的效果。由于一般圖像中含有較多的低頻信息成分高頻成分較少，通過低通濾波后，噪聲以及高頻成分被濾除，圖像雖有少量失真，略顯模糊，但尚可辨識。但若是通過高通濾波后，大量的有效低頻信息被濾除，圖像嚴重失真，不可辨識。　　椒鹽噪聲的幅值近似相等，但發(fā)生的位置是隨機的

85、；　　高斯噪聲存在于每一點像素，但幅值是隨機分布的。　　中值濾波的原理是取合理的鄰近像素值來替代噪聲點，所以只適合于椒鹽噪聲的去除，不適合高斯噪聲的去除。　　理想低通濾波器的平滑作用非常明顯，但由于變換有一個陡峭的波形，它的反變換h(x,y)有強烈的振鈴特性，使濾波后圖像產(chǎn)生模糊效果。因此這種理想低通濾波實用中不

86、能采用。　　6、心得體會　　通過為期兩周的matlab課程設計實踐，使我對matlab的使用有了進一步的了解和熟悉。　　當我第一次拿到此次的課題時，感到有些無所適從。雖然，曾經(jīng)學習過matlab的課程，在課程的考核中也取得了較好的成績，但由于對matlab的學習更多的只是停留

87、在理論上的學習，在課時內(nèi)的試驗也只是簡單的基礎性試驗，所以對matlab實際運用不是很熟練。　　雖然對課題感到很懵懂，但在鄭老師的簡單提示與指導后，我開始找到了解決問題的路徑。我選擇的是“利用matlab的GUI程序設計一個簡單實用的圖像處理程序”這一課題。本課題的重點是句柄的使用、GUI的使用以及matlab中相關圖像處理函數(shù)使用。　　為此，在實踐正

88、式開始前，我利用課余時間，重新復習了matlab教材，專門借閱了利用matlab進行圖像處理的相關教程，通過索引網(wǎng)絡上的相關資料，為課設做了較為充分的準備。在參考了相關材料及源程序，我對自己要做的課設內(nèi)容有了進一步的了解，并對matlab的使用有了更深的體會。　　當然，在課設的進行過程中，我還是遇到了不少問題。例如，起初由于我對句柄使用以及一些函數(shù)使用的不恰當，使得在對圖像文件的保存上就遇到了問

89、題，不過最后還是在老師的提示下解決了。隨著課設的進行，對matlab的的熟悉度逐步加深。在基本功不斷扎實的基礎上，我開始進行一些擴張功能的嘗試，比如還原操作、對功能鍵實現(xiàn)顯示和隱藏的功能、實現(xiàn)撤銷多次前操作等。其中前兩個較為成功的完成，但在第三個功能上出現(xiàn)了些問題，由于對matlab中數(shù)組結構體與循環(huán)套用使用的不當，到實踐結束之際也未實現(xiàn)所犯的錯誤，只能退而求次，實現(xiàn)執(zhí)行撤銷功能（恢復到上次操作），不能不說不是一個遺憾……</p

90、>　　但是，總體來說，此次的課程設計，還是較為滿意的。它不但鞭策著我去鞏固matlab的基礎理論知識，還提高了我對matlab的實際操作運用，使得理論與實踐相結合，為進一步學習matlab打下堅實的基礎；同時，在實踐的工程中，也讓我體會到一種努力付出并得到回報的滿足感覺。 　　參考書目

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