數(shù)字圖像處理課程設(shè)計(jì)1

1、<p><b>　　1.課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　1.通過(guò)Matlab仿真軟件，針對(duì)課程教學(xué)中的相關(guān)內(nèi)容開(kāi)展仿真分析與研究，以加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，培養(yǎng)學(xué)生的方針?lè)治瞿芰Α?lt;/p><p>　　2.加深對(duì)貼標(biāo)簽的基本理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)獨(dú)立開(kāi)展科研的能力和編程能力，掌握MATLAB對(duì)圖形處理的基本語(yǔ)句，學(xué)會(huì)使用MATLAB。</p>

2、;<p>　　3.鼓勵(lì)學(xué)生就自己感興趣的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)際制作測(cè)試，以豐富學(xué)生課余電子制作內(nèi)容及培養(yǎng)自我創(chuàng)作能力。</p><p><b>　　2.課程設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1.掌握課程設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)、概念清晰。</p><p>　　2.程序設(shè)計(jì)合理、能夠正確運(yùn)行。</p><p>　　3．掌握課

3、程設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)、概念清晰，程序設(shè)計(jì)合理、能夠正確運(yùn)行，獨(dú)立完成。</p><p><b>　　.</b></p><p><b>　　3相關(guān)知識(shí)</b></p><p>　　3.1 數(shù)字圖象處理</p><p>　　數(shù)字圖像處理(DigitalImageProcessing)是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行

4、去除噪聲、增強(qiáng)、復(fù)原、分割、提取特征等處理的方法和技術(shù)。數(shù)字圖像處理的產(chǎn)生和迅速發(fā)展主要受三個(gè)因素的影響:一是計(jì)算機(jī)的發(fā)展;二是數(shù)學(xué)的發(fā)展(特別是離散數(shù)學(xué)理論的創(chuàng)立和完善);三是廣泛的農(nóng)牧業(yè)、林業(yè)、環(huán)境、軍事、工業(yè)和醫(yī)學(xué)等方面的應(yīng)用需求的增長(zhǎng)。 </p><p>　　20世紀(jì)20年代,圖像處理首次應(yīng)用于改善倫敦和紐約之間海底電纜發(fā)送的圖片質(zhì)量。到20世紀(jì)50年代,數(shù)字計(jì)算機(jī)發(fā)展到一定的水平后,數(shù)字圖像處理才真正引

5、起人們的興趣。1964年美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室用計(jì)算機(jī)對(duì)“徘徊者七號(hào)”太空船發(fā)回的大批月球照片進(jìn)行處理,收到明顯的效果。20世紀(jì)60年代末,數(shù)字圖像處理具備了比較完整的體系,形成了一門新興的學(xué)科。20世紀(jì)70年代,數(shù)字圖像處理技術(shù)得到迅猛的發(fā)展,理論和方法進(jìn)一步完善,應(yīng)用范圍更加廣泛。在這一時(shí)期,圖像處理主要和模式識(shí)別及圖像理解系統(tǒng)的研究相聯(lián)系,如文字識(shí)別、醫(yī)學(xué)圖像處理、遙感圖像的處理等。20世紀(jì)70年代后期到現(xiàn)在,各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?shù)字圖像處

6、理提出越來(lái)越高的要求,促進(jìn)了這門學(xué)科向更高級(jí)的方向發(fā)展。特別是在景物理解和計(jì)算機(jī)視覺(jué)(即機(jī)器視覺(jué))方面,圖像處理已由二維處理發(fā)展到三維理解或解釋。近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)和其它各有關(guān)領(lǐng)域的迅速發(fā)展,例如在圖像表現(xiàn)、科學(xué)計(jì)算可視化、多媒體計(jì)算技術(shù)等方面的發(fā)展,數(shù)字圖像處理已從一個(gè)專門的研究領(lǐng)域變成了科學(xué)研究和人機(jī)界面中的一種普遍應(yīng)用的工具。 </p><p>　　圖像處理工具箱提供一套全方位的參照標(biāo)準(zhǔn)算法和圖形工具，用于

7、進(jìn)行圖像處理、分析、可視化和算法開(kāi)發(fā)?？捎闷鋵?duì)有噪圖像或退化圖像進(jìn)行去噪或還原、增強(qiáng)圖像以獲得更高清晰度、提取特征、分析形狀和紋理以及對(duì)兩個(gè)圖像進(jìn)行匹配。工具箱中大部分函數(shù)均以開(kāi)放式 MATLAB 語(yǔ)言編寫(xiě)。這意味著可以檢查算法、修改源代碼和創(chuàng)建自定義函數(shù)。圖像處理工具箱在生物測(cè)定學(xué)、遙感、監(jiān)控、基因表達(dá)、顯微鏡技術(shù)、半導(dǎo)體測(cè)試、圖像傳感器設(shè)計(jì)、顏色科學(xué)及材料科學(xué)等領(lǐng)域?yàn)楣こ處熀涂茖W(xué)家提供支持。它也促進(jìn)了圖像處理技術(shù)的教學(xué)</p&

8、gt;<p>　　3.2 MATLAB</p><p>　　MATLAB 是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。</p><p>　　MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來(lái)，并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和

9、打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫(huà)和表達(dá)式作圖?？捎糜诳茖W(xué)計(jì)算和工程繪圖。新版本的MATLAB對(duì)整個(gè)圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對(duì)于一些其他軟件所沒(méi)有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時(shí)對(duì)一些特殊的可視化要求，例如圖形對(duì)話等，MATLAB也有相應(yīng)的

10、功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對(duì)這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。</p><p><b>　　3.3 貼標(biāo)簽</b></p><p>　　貼標(biāo)簽處理是對(duì)二值圖像的每個(gè)不同的連通域進(jìn)行不同的編號(hào)，來(lái)區(qū)分不同的連通域。在二值圖像中，不同的對(duì)象被用不同的整數(shù)值來(lái)標(biāo)記，形象的說(shuō)，每一個(gè)

11、對(duì)象被貼上不同的標(biāo)簽以便于標(biāo)識(shí)。通常，設(shè)置一個(gè)與原圖像大小相同的標(biāo)簽矩陣，也稱為標(biāo)簽圖像，用以描述對(duì)二值圖像不同連通域下的劃分結(jié)果。 </p><p>　　貼標(biāo)簽的方法實(shí)際上包括了兩個(gè)關(guān)鍵步驟，首先是按照從上到下，從左到右的順序掃描所有像素職為1的像素，并判斷是否與已經(jīng)貼過(guò)標(biāo)簽的像素屬于同一個(gè)連通域，如果是，則貼相同的標(biāo)簽，判定為不同的連通域，貼新的標(biāo)簽。另一個(gè)關(guān)鍵的步驟是，對(duì)已經(jīng)貼好的標(biāo)簽進(jìn)行校正，對(duì)在下方連接

12、在一起的，貼為不同標(biāo)簽的像素歸并為同一個(gè)標(biāo)簽，并對(duì)整體的標(biāo)簽號(hào)進(jìn)行調(diào)整。</p><p>　　3.4 貼標(biāo)簽的具體方法</p><p>　　貼標(biāo)簽的具體步驟如下：</p><p>　　(1)設(shè)標(biāo)簽r=0，已貼標(biāo)簽N=0，按照從左到右，從上到下的順序進(jìn)行掃描，尋找像素值為1的目標(biāo)點(diǎn)像素。</p><p>　　(2)對(duì)尚未貼標(biāo)簽的目標(biāo)點(diǎn)像素f(

13、I,j)，根據(jù)已經(jīng)掃描過(guò)的四個(gè)鄰接像素，進(jìn)行一下判斷：</p><p>　　1.如果所有的值為0（背景）,r=r+1,g(i,j)=r,已貼標(biāo)簽數(shù)N=N+1;</p><p>　　2.如果其標(biāo)簽值相同，則,g(i,j)=r,；</p><p>　　3.如果標(biāo)簽值有兩種，這時(shí)稱為標(biāo)簽沖突，令,g(i,j)=r,，將所有已經(jīng)貼標(biāo)簽為r’的像素，該貼標(biāo)簽為r,同時(shí)將已貼標(biāo)

14、簽數(shù)進(jìn)行修正，N=N-1。</p><p>　?。?）將全部像素都進(jìn)行第二步驟的處理，直到所有的像素都全部處理完；</p><p>　　判斷是否滿足r=N,如果是，則完成貼標(biāo)簽操作，算法結(jié)束；如果不是，則表明（4）已貼標(biāo)簽不是連續(xù)編號(hào)，這是一次影射編碼，將所有的不連續(xù)編號(hào)的標(biāo)簽 校正為連續(xù)編號(hào)，完成貼標(biāo)簽處理。</p><p><b>

15、;　　4.課程設(shè)計(jì)分析</b></p><p><b>　　貼標(biāo)簽</b></p><p>　　在MATLAB圖像處理中，bwlabel函數(shù)可以進(jìn)行二值圖像的連接部分標(biāo)注操作。語(yǔ)法是：</p><p>　　這種形態(tài)操作主要是對(duì)于二值圖像BW中各個(gè)分離的對(duì)象進(jìn)行標(biāo)識(shí)，BW可以是double型或unit8型。用戶指定輸入圖像BW和特定的

16、邊沿約定類型n,n可取的值有4和8，分別對(duì)應(yīng)著4-連接和8-連接邊沿約定，其默認(rèn)值為8.調(diào)用bwlabel函數(shù)后，返回一個(gè)與輸入圖像相同大小的矩陣L,L是double型的，而num中存儲(chǔ)著對(duì)象個(gè)數(shù)的數(shù)據(jù)。有了這個(gè)輸出數(shù)據(jù)矩陣，我們就可以利用它包含的不同的整數(shù)值來(lái)區(qū)分輸入圖像中的不同對(duì)象。</p><p>　　假如有二進(jìn)制圖像如下;</p><p><b>　　I(8,8)=0;&

17、lt;/b></p><p>　　I(2:4,2:3)=1;</p><p>　　I(5:7,4:5)=1;</p><p><b>　　I(2,6)=1;</b></p><p>　　I(2:3,7:8)=1</p><p>　　調(diào)用bwlabel函數(shù)，指定4-連接邊沿約定：</p&

18、gt;<p>　　[L,num]=bwlabel(I,4)</p><p>　　調(diào)用bwlabel函數(shù)，指定8-連接邊沿約定：</p><p>　　[L,num]=bwlabel(I,8)</p><p>　　我們還可以將bwlabel函數(shù)與find函數(shù)結(jié)合起來(lái)使用，可以得到所指定對(duì)象中各像素的矩陣矢量，例如，返回上例中，對(duì)象2中各像素的坐標(biāo):<

19、/p><p>　　[r,c]=find(bwlabel(I)==2)</p><p><b>　　rc=[r,c]</b></p><p>　　從例子中可以看出，輸出矩陣不是一個(gè)二進(jìn)制圖像，訪問(wèn)該矩陣的一個(gè)有效方法是將其顯示為偽彩色索引圖像。將每個(gè)對(duì)象都顯示成不同的顏色，所以在這樣的顯示圖像中，對(duì)象更容易從整個(gè)圖像中分辨出來(lái)，如下面的例子：<

20、/p><p>　　L=bwlabel(I,4);</p><p>　　map=[0 0 0;jet(3)];</p><p>　　imshow(L+1,map,'notruesize')</p><p>　　%顯示的圖像如下圖所示</p><p>　　%指定8-連接邊沿約定</p><p

21、>　　L=bwlabel(I,8);</p><p>　　map=[0 0 0;jet(3)];</p><p>　　imshow(L+1,map,'notruesize')</p><p>　　%顯示的圖像如圖所示</p><p><b>　　5.仿真</b></p><p&g

22、t;<b>　　6．結(jié)果分析</b></p><p><b>　　7.感悟體會(huì)</b></p><p>　　通過(guò)此次數(shù)字圖像課程設(shè)計(jì)的編程與仿真實(shí)踐，我完成了這次設(shè)計(jì)的任務(wù)。貼標(biāo)簽處理是對(duì)二值圖像的每個(gè)不同的連通域進(jìn)行不同的編號(hào)，來(lái)區(qū)分不同的連通域。在二值圖像中，不同的對(duì)象被用不同的整數(shù)值來(lái)標(biāo)記，形象的說(shuō)，每一個(gè)對(duì)象被貼上不同的標(biāo)簽以便于標(biāo)識(shí)。通

23、常，設(shè)置一個(gè)與原圖像大小相同的標(biāo)簽矩陣，也稱為標(biāo)簽圖像，用以描述對(duì)二值圖像不同連通域下的劃分結(jié)果。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)讓我更加了解了MATLAB，也使我掌握了一些基本的對(duì)圖像處理的編程語(yǔ)句。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我更加了解了二值圖像中貼標(biāo)簽的相關(guān)知識(shí)，對(duì)于各種方法都有了更加深入的了解。我以后會(huì)繼續(xù)學(xué)習(xí)這方面的知識(shí)。</p><p>　　實(shí)踐與理論相結(jié)合的課程對(duì)學(xué)生掌握理論知識(shí)和鞏固相關(guān)知識(shí)是非常有幫助的，進(jìn)行這次課程設(shè)計(jì)使

24、我進(jìn)一步對(duì)數(shù)字圖像理論知識(shí)的加深和理解。我也非常感謝老師的幫助，使我解決很多實(shí)質(zhì)性的問(wèn)題。</p><p><b>　　8.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 章毓晉等.數(shù)字圖像處理與分析[M].北京，清華大學(xué)出版社，1999：1-2</p><p>　　[2] 龔聲容等. 數(shù)字圖像處理與分析原理[M].清華大學(xué)出版社，2008: 1

25、-2</p><p>　　[3] 張圣勤. MATLAB7.0實(shí)用教程[M].機(jī)器工業(yè)出版社，2006:4-5</p><p>　　[4] 霍洪濤.數(shù)字圖像處理 [M].北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2003：1-2</p><p>　　[5] 阮沈勇.MATLAB程序設(shè)計(jì)[M].電子工業(yè)出版社，2004: 4-5.</p><p>　　[6] 鄧華