Matlab在圖像處理中的應用-計算機論文

摘要 :MATLAB是集公式演算推導與數值計算于一體的可視化科學計算軟件，它的工具箱對相關學科和各種基于技術都采用了當今最先進的算法有極強的圖形和圖像處理功能，其語法簡單易學。為此，介紹了如何利用MATLAB圖像工具箱來實現圖像處理基本操作，說明如何用MATLAB實現經典的圖像處理方法與技巧，驗證了該語言是簡潔的易學的。

關鍵詞：圖像處理、應用、MATLAB工具箱、實例

引言

圖像是人們從客觀世界獲取信息的重要來源、圖像處理通常強調在圖像之間進行變換，比較狹義的主要指對圖像進行各種加工，改善著圖像的視覺效果，或對圖像進行壓縮編碼以減少對其所需存儲空間、傳輸時間和傳輸道路的要求。對圖像處理一般可用算法的的形式描述、而大多數算法可用軟件來實現。這依賴于圖像處理技術水平，圖像處理技術迅速發(fā)展，已經成為工程學、計算機科學、信息科學、統(tǒng)計學、物理學、、化學、生物學、醫(yī)學甚至社會科學等領域學習和研究的對象。如今圖像處理技術已給人類帶來了巨大的經濟和社會效益。

MATLAB（矩陣實驗室）語言經過多年逐步發(fā)展與不斷完善，現已經成為國際公認的最優(yōu)秀的科學計算于數學應用軟件之一，其內容涉及矩陣代數、微積分、應用數學、信號與系統(tǒng)、神經網絡、數字圖像處理、計算機圖形學、電子線路、電機學、自動控制與通訊技術、物理、力學和機械振動等方面它的特點是語法結構簡單、數值計算高效、界面友好用戶環(huán)境，而且還具有可擴展性特征。

1 MATLAP 概述

MATLAP是當今最優(yōu)秀的科技應用軟件之一，具有強大的科學計算能力、可視化功能同時具有其他高級語言難以比擬的一些優(yōu)點：編寫簡單、效率高、易懂易學。在信號處理、通信、自動控制及科學計算等領域中被廣泛應用，被認為最能夠提高工作效率，改善設計手段的工具軟件。MATLAP最新版本軟件工具實現數字信號處理、圖像處理、小波分析和系統(tǒng)仿真等相關應用領域有了新的突破。MATLAB應用領域主要有三個方面：數字信號處理、系統(tǒng)建模與仿真、圖像處理。

1.1        MATLAB 特點

作為第四代計算機語言的MATLAB語法結構簡單，數據計算高效，圖形功能完備，特別受到以完成數據處理與圖形圖像成為目的技術研發(fā)人員的青睞，同時可用其豐富的函數資源，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

因語法結構簡單、數據類型單一，命令表達方式接近于常用的數學公式，這使MATLAB用戶在很短的時間內能夠快速掌握其主要內容和基本操作。MATLAB不僅能免去大量的經常重復的基本數學運算，而且編譯和執(zhí)行速度都遠遠超過了C和FORTRAN語言設計的程序。

1.1.2功能強大，可擴展性強

   MATLAB 針對不同領域的應用，推出了自動控制、信號處理、圖像處理、模糊邏輯、神經網絡、小波分析、通訊、數據統(tǒng)計、偏微分方程、財經金融等具有專門功能的工具箱。各種工具箱中的函數可以互相調用，也可以由用戶更改。MATLAB支持用戶對其函數進行二次開發(fā)，用戶的應用程序可以作為新的函數添加到相應的工具箱中。

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、動畫等多媒體技術直接表述數值計算結果，可以選擇不同坐標系、可以設置顏色、線性、視角，還可以在圖中加上比例尺、標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，有利于學習

   用戶可以借助于MATLAB環(huán)境下的“在線幫助”學習各種函數的用法及其內涵。

2 MATLAB圖像處理

MATLAB中基本數據結構式由一組有序的實數或復數元素構成的數組，圖像對象的表達采用的是一組 有序的灰度或色彩數據元素構成的實值數組。MATLAB中通常用二維數組來存儲圖像，數組的每一個元素對應與圖像的一個像素值。

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，主要可以完成以下功能：

l  圖像的幾何操作；

l  圖像的領域和圖像塊操作；

l  線性濾波和濾波器設計；

l  圖像變換；

l  圖像分析和增強；

l  二值圖像形態(tài)學操作；

l  圖像復原；

l  圖像編碼；

l  感興趣區(qū)域處理。

2.2MATLAB圖像處理應用

   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,由于有的函數對圖像類型有限制,這四種類型可以用工具箱的類型轉換函數相互轉換。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現的常用功能。

2.3 常用圖像操作及實例

   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。Imcrop（）對圖像進行裁剪,圖像的插值縮放可用imresize()函數實現,旋轉用imrotate()實現。

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給圖像進行整體亮度增加：

圖像相加運算

    X=imread('bird.jpg');

Y=imdivide(X,0.5);

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

    subplot(1,2,2),imshow(Y)

2.3.4 實現圖像直方圖均衡化：

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 結論

 MATLAB語言簡潔，可讀性強，工具箱涉及的專業(yè)領域廣泛且功能強大。圖像工具箱幾乎包括所有經典的圖像處理方法。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函數功能，同時，MATLAB中的小波工具箱也有許多函數可運用于圖像處理技術。因此，在圖像處理技術中使用MATLAB語言可以快速實現模擬仿真，大大提高實驗效率，如果要開發(fā)實用程序，MATLAB語言還可以通過MEX動態(tài)連接庫實現與C語言的混合編程,為工程應用提供了更多的便利條件。

參考文獻：

（1）Kenneth.R.Castleman. 數字圖像處理技術[M], 北京：電子工業(yè)出版社,1998 .

（2）王新成，高級圖像處理技術[M]，北京：中國科學技術出版社，2001.

（3）孫兆林，MATLAB 6.x圖像處理[M]，北京：清華大學出版社，2002.

（4）賀興華，MATLAB 7.x 圖像處理，北京：人民郵電出版社，2006

（5）高展宏，基于圖像處理的案例教程，北京：清華大學出版社，2011