基于Matlab的图像增强技术

论文总字数：16413字

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章、绪论 1

1.1课题研究的目的及意义 1

1.2国内外的研究现状 1

第二章、数字图像概述 2

2.1基本概念 2

2.2基本特点 2

2.3主要应用领域 3

2.4主要研究内容 3

第三章、MATLAB概述 4

3.1MATLAB产生的背景 4

3.2MATLAB的语言特点 4

3.3 MATLAB在图像处理中的运用 5

第四章、图像增强 5

4.1空域变化增强 6

4.1.1灰度变化 6

4.1.2图像求反 7

4.2空间域滤波增强 9

4.2.1线性平滑滤波器 9

4.2.2非线性平滑滤波器 11

4.2.3锐化滤波器 12

4.3频域增强 14

4.3.1低通滤波 14

4.3.2高通滤波 15

第五章、二值形态分析 16

5.1 膨胀 17

5.2腐蚀 18

5.3噪声去除 19

第六章、 总结与期望 21

参考文献 22

致谢 23

基于MATLAB的图像增强技术

‘

摘要:数字图像主要是通过有限数量的元素构成，各个元素均具有单独的位置以及数值。在进行数字图像处理的研究过程中，最重要的就是采用计算机进行图像处理。数字图像处理是基于计算机并且使用相关算法完成对图像的处理的一项技术。目前，图像处理被多个行业采用。伴随着计算工具的进步，各种数值计算软件层出不穷，MATLAB软件即为其中的佼佼者，该软件界面简洁，编程快捷，包含功能非常实用的函数以及工具箱，对于数学建模与科学技术而言，实用性特别强，可以良好的应对各种数值分析难题。

关键词：MATLAB 数字图像处理 图像增强 去噪

Image enhancement technology based on MATLAB

Abstract: Digital images are mainly composed of a limited number of elements, each of which has its own position and value. In the research process of digital image processing, the most important thing is to use a computer for image processing. Digital image processing is a technique that is based on a computer and uses related algorithms to complete the processing of images. At present, image processing is adopted by many industries. With the progress of computational tools, various numerical calculation softwares emerge one after another. MATLAB software is one of the best. The software has a simple interface, fast programming, and contains functions and toolboxes with very useful functions. For mathematical modeling and science and technology , practicality is particularly strong, can be a good response to a variety of numerical analysis problems.

Key Words: MATLAB digital image processing image enhancement noise removal

第一章、绪论

1.1课题研究的目的及意义

就数字图像处理（）而言，简单来讲，即为基于计算机以及相关硬件将图像信息转变为电信号，随后采用数学运算，这个过程主要是为了进一步增强图像的实用程度。随着科技的日新月异、蓬勃发展，计算机各方面处理能力也不停地进化变强。数字图像处理这门学科也与时俱进，跟上时代的步伐，不断进行自我发展和完善，它与其他学科渗透交叉速度加快、范围变广，导致了图像在信息获取、利用这些方面的重要性一步步加强，被大家挖掘发现。

而MATLAB（一个数学软件）涵盖了很多可被调用的函数。MATLAB的界面友好，它的模块及指令多、效率高、实用，缩短了我们了解图像处理相关知识的时间，进步把握DSP系列方法，在此基础上运用在实际的问题和科研过程中。所以用Matlab处理digital image，能够给图像处理带来很多的方便、快捷。

1.2国内外的研究现状

时间纵轴来看，计算机的更新换代，影响了图像处理向前的进程。计算机包括它的数据存储、输出及显示，这些技术的进步推动了图像处理的升华。请看：1950s中期,DSP技术在太空计划的推动下展开。重要标志是，1964年美国喷气推进实验室用计算机处理了4000多张“徘徊者7号”太空船送回地球的照片，这是太空领域的应用。1960s末、1970s初，数字图像处理扩更大的领域，用于医学图像、地球的遥感监测和天文学图片观察等。1895年，Wilhelm Röntgen发现X射线，在1901年因此发现得诺贝尔物理学奖。1975年，Godfrey N. Hounsfield和Allan M. Cormack发明了计算机断层技术（CT），于1979年得诺贝尔医学奖。

七十年代以来迅猛发展原因：一、眼睛是心的窗，人们获取外界信息，其中有70%左右来自眼睛读图。二、计算机的发展换代和通信手段的多样化为数字图像处理提供了发展的客观可能；体现在以FFT为代表的DSP算法精确、灵活和现代处理信号算法准确度高、通用性大。三、图像处理成熟的标志特性之一是数字化。有人说“一个科学只有在成功地运用数学时才能真正达到完美”。总的来说，数字图像处理是一门统一的学科：理论研究 应用开发两方面。它在今天不仅引领着多种多样复杂的领域，还领跑着一些最活跃的领域。Overall,经过多年的发展，图像处理经历了从静止到主动图像、从单色到彩色图像；从客观到主观图像；二维到三维图像的发展;特别是结合计算机图形学，可以产生极度逼真、尤为纯净和更有创意的图像。VR技术的发展，能够从根本上改变人们劳动、学习和生活方式。

1. 数字图像概述

2.1基本概念

数字图像处理即使用计算机对图像完成一系列操作：去噪声处理或者分割提取等，把图像变成我们需要的样子。在图像处理整个的发展历程来看，长期以来发展状态都非常好。其中，下列3大关键要素在其发展过程中起到至关重要的作用。首先，数学领域的进步（DSP理论的创造和完善）；二是PC的更新换代；最后，农林牧和医学以及工业发展过程中对图像处理数的应用需求上升。

2.2基本特点

1. 数字图像处理过程中需要涉及大量二维信息。For example: A 256 * 256 low resolution black and white image，需要约64k比特数据量；而一幅512*512的高分辨率彩色图像，必须达到的数据量。当在处理的电视序列图像过程中，必须达到的数据量，发现处理信息不同，需要数据量不同。因此处理数字图像要严格要求计算机不仅可以高效计算，而且存储量的要求也更高等。
2. 在进行图像处理的过程中，需要的频带相对更宽。和语言信息频带对比，数字图像的频带更大。因此，不论在成像还是运输等阶段操作相对来讲要复杂得多，同时成本耗费更大。因此，如果采用频带压缩技术，则其实现起来不仅困难、准确度低而且价格又高。
3. 一个数字图像中，每个像素都不是独立的，可以说是息息相关。一幅数字图像内，一般情况下，存在着大量灰度相近或者相同的像素。以电视画面为例，相邻两行像素和同行相邻两个像素之间的相关系数很有可能超过0.9。而且一般来说，相邻两帧像素的相关系数比帧内像素间还要大些。因此，信息压缩在图像处理中还有巨大值得去做深入研究发明创造的领域。
4. 因为图像体现在将三维景物进行二维投影的结果，因此任何一幅图像都不可能复现出所有的三位景物上的几何信息，所以可以直接得出，在三维景物图像中其某些背面信息难以通过二维图像展现。
5. 所以说，必须用恰当的假设或者附加新测量的方法来分析理解抽象的三维景物，如：双目图像、多视点图像这些手段。三维景物是很抽象的图像，想要理解它就需要知识的导引和研究者们之间的交流学习，抽象的三维景物知识也是如今热门AI领域研究的工程知识问题有待解决。
6. 数字图像的使用与评判受人的主观影响比较大，因为它主要是来给人们观察、评价的。由于视觉系统相对而言，复杂程度比较高，其也容易受到大量外界因素的干扰，比如：自然环境、情绪、视力等拥有程度等。能否把人类视觉系统作为图像质量的评价，还需要时间的考察和验证。From the other side，计算机是不存在视觉的，只是模拟人类视觉而已。因此，第一步需要对人的感知机理进行探究，再在此基础上对计算机的视觉进行探究，例：基元的构成要素、感知初始基元以及局部感知和全局感知之间的关系等，目前，不论是心理学领域还是神经学领域均在对于这些疑问进行深度探究，渴望突破。

2.3主要应用领域

（1）生物医学领域。

大致运用于显微图像处理、DNA显示分析、红、白血球分析计数、虫卵及组织切片的分析、识别癌细胞以及染色体的分析等方面。

（2）遥感航天领域。

主要用于军事方面的侦察、定位、导航和指挥方面，其次是多光谱卫。

（3）工业领域 。

采用CAD 与CAM技术，能够用在零件制造、模具开发、服装业、印染业等相关行业之中。

其次是，产品与零件等相关检测、也可以用于焊接等。除此以外，

机场监视、交通管理疏导、识别火车车皮等均有采用。最后，在星图像分析中，区域特征的分析与调查；以及航天航空的探测等。

（4）军事公安领域。

在导弹地形巡逻识别、指纹识别自动化、警戒系统及自动火炮控制、反伪装侦察、到期档案中文字的恢复；不开箱检查集装箱等方面均有采用。

（5）其他领域。

比如：远程图像发送；电话机电视机；视频会议；多媒体系统应用；理发时预测好的发型显示；试穿服装；现场视频管理、办公自动化等。

2.4主要研究内容

数字图像处理主要研究：

1.图像变换：用不同的图像变换方法实现对图像间接处理，good for减少计算量，再更有效处理图片图形。

2.图像压缩编码：描写图像数据量的reduction，便于节省该存储图像的空间，省下图像传输加工处理时间。图像压缩分为：无损压缩、有损压缩。编码技术作为数字图像处理过程中是开发最早同时运用最成熟的技术，编码技术在压缩技术方法中扮演核心角色。

3.图像的增强和复原：为了improve图像视觉效果，例如：用膨胀腐蚀图像去噪、提高图像肉眼清晰度等。图像处理过程不予以考虑图像为何降质，只不过为了彰显我们所需的部分图像。图像增强也是我这次做的数字图像处理主要研究对象、方法、实现目标。而图像复原不一样，它需理解分析图像降质的reason，基于研究中的降质，构建出退化模型。然后，通过滤波的方式，对图像进行还原处理。

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