Matlab在圖像處理中的應(yīng)用-計(jì)算機(jī)論文

摘要 :MATLAB是集公式演算推導(dǎo)與數(shù)值計(jì)算于一體的可視化科學(xué)計(jì)算軟件，它的工具箱對(duì)相關(guān)學(xué)科和各種基于技術(shù)都采用了當(dāng)今最先進(jìn)的算法有極強(qiáng)的圖形和圖像處理功能，其語法簡單易學(xué)。為此，介紹了如何利用MATLAB圖像工具箱來實(shí)現(xiàn)圖像處理基本操作，說明如何用MATLAB實(shí)現(xiàn)經(jīng)典的圖像處理方法與技巧，驗(yàn)證了該語言是簡潔的易學(xué)的。

關(guān)鍵詞：圖像處理、應(yīng)用、MATLAB工具箱、實(shí)例

引言

圖像是人們從客觀世界獲取信息的重要來源、圖像處理通常強(qiáng)調(diào)在圖像之間進(jìn)行變換，比較狹義的主要指對(duì)圖像進(jìn)行各種加工，改善著圖像的視覺效果，或?qū)D像進(jìn)行壓縮編碼以減少對(duì)其所需存儲(chǔ)空間、傳輸時(shí)間和傳輸?shù)缆返囊?。?duì)圖像處理一般可用算法的的形式描述、而大多數(shù)算法可用軟件來實(shí)現(xiàn)。這依賴于圖像處理技術(shù)水平，圖像處理技術(shù)迅速發(fā)展，已經(jīng)成為工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、物理學(xué)、、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)甚至社會(huì)科學(xué)等領(lǐng)域?qū)W習(xí)和研究的對(duì)象。如今圖像處理技術(shù)已給人類帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

MATLAB（矩陣實(shí)驗(yàn)室）語言經(jīng)過多年逐步發(fā)展與不斷完善，現(xiàn)已經(jīng)成為國際公認(rèn)的最優(yōu)秀的科學(xué)計(jì)算于數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件之一，其內(nèi)容涉及矩陣代數(shù)、微積分、應(yīng)用數(shù)學(xué)、信號(hào)與系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、電子線路、電機(jī)學(xué)、自動(dòng)控制與通訊技術(shù)、物理、力學(xué)和機(jī)械振動(dòng)等方面它的特點(diǎn)是語法結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)值計(jì)算高效、界面友好用戶環(huán)境，而且還具有可擴(kuò)展性特征。

1 MATLAP 概述

MATLAP是當(dāng)今最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件之一，具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算能力、可視化功能同時(shí)具有其他高級(jí)語言難以比擬的一些優(yōu)點(diǎn)：編寫簡單、效率高、易懂易學(xué)。在信號(hào)處理、通信、自動(dòng)控制及科學(xué)計(jì)算等領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，被認(rèn)為最能夠提高工作效率，改善設(shè)計(jì)手段的工具軟件。MATLAP最新版本軟件工具實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理、圖像處理、小波分析和系統(tǒng)仿真等相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域有了新的突破。MATLAB應(yīng)用領(lǐng)域主要有三個(gè)方面：數(shù)字信號(hào)處理、系統(tǒng)建模與仿真、圖像處理。

1.1        MATLAB 特點(diǎn)

作為第四代計(jì)算機(jī)語言的MATLAB語法結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)據(jù)計(jì)算高效，圖形功能完備，特別受到以完成數(shù)據(jù)處理與圖形圖像成為目的技術(shù)研發(fā)人員的青睞，同時(shí)可用其豐富的函數(shù)資源，使得編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來。

1.1.1界面友好、編程效率高

因語法結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)據(jù)類型單一，命令表達(dá)方式接近于常用的數(shù)學(xué)公式，這使MATLAB用戶在很短的時(shí)間內(nèi)能夠快速掌握其主要內(nèi)容和基本操作。MATLAB不僅能免去大量的經(jīng)常重復(fù)的基本數(shù)學(xué)運(yùn)算，而且編譯和執(zhí)行速度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了C和FORTRAN語言設(shè)計(jì)的程序。

1.1.2功能強(qiáng)大，可擴(kuò)展性強(qiáng)

   MATLAB 針對(duì)不同領(lǐng)域的應(yīng)用，推出了自動(dòng)控制、信號(hào)處理、圖像處理、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、通訊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、偏微分方程、財(cái)經(jīng)金融等具有專門功能的工具箱。各種工具箱中的函數(shù)可以互相調(diào)用，也可以由用戶更改。MATLAB支持用戶對(duì)其函數(shù)進(jìn)行二次開發(fā)，用戶的應(yīng)用程序可以作為新的函數(shù)添加到相應(yīng)的工具箱中。

1.1.3圖形功能靈活方便

   MATLAB具有靈活的二維與三維繪圖功能，用戶可以方便迅速地用圖形、圖像、聲音、動(dòng)畫等多媒體技術(shù)直接表述數(shù)值計(jì)算結(jié)果，可以選擇不同坐標(biāo)系、可以設(shè)置顏色、線性、視角，還可以在圖中加上比例尺、標(biāo)題等并且還可以將圖形嵌入到用戶的WORD文件中。

1.1.4在線幫助，有利于學(xué)習(xí)

   用戶可以借助于MATLAB環(huán)境下的“在線幫助”學(xué)習(xí)各種函數(shù)的用法及其內(nèi)涵。

2 MATLAB圖像處理

MATLAB中基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)式由一組有序的實(shí)數(shù)或復(fù)數(shù)元素構(gòu)成的數(shù)組，圖像對(duì)象的表達(dá)采用的是一組 有序的灰度或色彩數(shù)據(jù)元素構(gòu)成的實(shí)值數(shù)組。MATLAB中通常用二維數(shù)組來存儲(chǔ)圖像，數(shù)組的每一個(gè)元素對(duì)應(yīng)與圖像的一個(gè)像素值。

2.1MATLAB圖像處理工具箱

MATLAB圖像處理工具提供了豐富的圖像處理函數(shù)，主要可以完成以下功能：

l  圖像的幾何操作；

l  圖像的領(lǐng)域和圖像塊操作；

l  線性濾波和濾波器設(shè)計(jì)；

l  圖像變換；

l  圖像分析和增強(qiáng)；

l  二值圖像形態(tài)學(xué)操作；

l  圖像復(fù)原；

l  圖像編碼；

l  感興趣區(qū)域處理。

2.2MATLAB圖像處理應(yīng)用

   MATLAB圖像處理工具箱支持四種圖像類型,分別為真彩色圖像、索引色圖像、灰度圖像、二值圖像,由于有的函數(shù)對(duì)圖像類型有限制,這四種類型可以用工具箱的類型轉(zhuǎn)換函數(shù)相互轉(zhuǎn)換。MATLAB可操作的圖像文件包括BMP、HDF、JPEG、PCX、TIFF、XWD等格式。下面就圖像處理的基本過程討論工具箱所實(shí)現(xiàn)的常用功能。

2.3 常用圖像操作及實(shí)例

   圖像的讀寫與顯示操作:用imread()讀取圖像,imwrite()輸出圖像,把圖像顯示于屏幕有imshow（）,image（）等函數(shù)。Imcrop（）對(duì)圖像進(jìn)行裁剪,圖像的插值縮放可用imresize()函數(shù)實(shí)現(xiàn),旋轉(zhuǎn)用imrotate()實(shí)現(xiàn)。

2.3.1讀取圖像并顯示：

 X=imread('brid.jpg'); 

>>(d:\matlab\brid.jpg) 指定圖片所在位置

 imshow(X)；

2.3.2顯示圖像尺寸：

X=imread('brid.jpg'); 

image（X）；

2.3.3給圖像進(jìn)行整體亮度增加：

圖像相加運(yùn)算

    X=imread('bird.jpg');

Y=imdivide(X,0.5);

subplot(1,2,1),imshow(X)

    subplot(1,2,2),imshow(Y)

2.3.4 實(shí)現(xiàn)圖像直方圖均衡化：

X=imread(‘bird.jpg’);

Y=rgb2gray(X);

 figure,imhist(Y);  

2.3.5 保存圖像：

clear all;

   x=imread('bird.jpg');

   imwrite(x,'bird2.png');   將圖像由原先的jpg格式另存為png格式

2.3.6 圖像文件信息的查詢

clear all;

      info=imfinfo('bird2.png') 

                       ……

 3 結(jié)論

 MATLAB語言簡潔，可讀性強(qiáng)，工具箱涉及的專業(yè)領(lǐng)域廣泛且功能強(qiáng)大。圖像工具箱幾乎包括所有經(jīng)典的圖像處理方法。由于工具箱具有可靠性和開放性，我們可以方便地直接加以使用，也可以把自己的代碼加到工具箱中以改進(jìn)函數(shù)功能，同時(shí)，MATLAB中的小波工具箱也有許多函數(shù)可運(yùn)用于圖像處理技術(shù)。因此，在圖像處理技術(shù)中使用MATLAB語言可以快速實(shí)現(xiàn)模擬仿真，大大提高實(shí)驗(yàn)效率，如果要開發(fā)實(shí)用程序，MATLAB語言還可以通過MEX動(dòng)態(tài)連接庫實(shí)現(xiàn)與C語言的混合編程,為工程應(yīng)用提供了更多的便利條件。

參考文獻(xiàn)：

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