MATLAB在数字图像增强中的应用

2007年第5期 中图分类号：1P317．4文献标识码：A 文章编号：1009—2552(2007)c15—0065一04 MATLAB在数字图像增强中的应用 冯安，王希常 (山东师范大学信息科学与工程学院，济南250014) 摘要：基于数字图像增强对图像处理的重要性，将计算软件MAlLAB应用于数字图像增强中， 给出了用这一软件完成图像的对比度增强、直方图均衡化、平滑滤波、锐化等操作的示例，并 给出了处理前后的对照图像。同时论述了MA，IIAB在进行图像处理试验时简洁、高效的特点。 关键词：图像增强；MAllAB；直方图均衡化；平滑滤波；锐化 Application0fMATLABinIligitalimageenhancement neNGAn，WANG)(i．c11ang (S曲od0fhfbtm础∞sd蛐∞andD呼呻喇雌，鼢柚dong№恤lalUl曲锄鲫，Jjnan250014，Q面a) Abs崃t：B嬲ed0ntlleiIllp0咖ofdi舀taliIllagee妇伽Ientto沛agepIoc∞siIlg，吐屺唧tation9硪一 w眦MAⅢABisusediIldi西talim孵础衄cement．nis缸iclegi嘲ade玎姗stIation0fusiIlg㈣Bt0 completecontr鹊teIlll趴c伽∞nt，his的g豫mequalizati伽，sIll00dlfilteIing，sharpeIling，锄dal∞giV鹤吐Iecon吣 picturesbef．oreandafkrt}lepIDcessing．AttIIe涨tilnedlis讲D(圮鸥showsⅡlatitissirllple锄de伍cient协 u∞MAⅡAB，iIli瑚geproce∞iIlg麟p耐I№n诅ti帆． K叮w砌s：iImge姐h距黜蛐t；MAlLAB；hist0=弘珊equalization；sⅡ脚吐lmb函119；shaIl撒lillg 0 引言 ’ 数字图像处理是20世纪60年代发展起来的一 门新兴学科。随着微型计算机性能的提高，数字图 像处理技术也得到了广泛的普及，当前图像处理技 术在工业自动化、工业 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 、医学、遥感探测等各个 方面都发挥着十分重要的作用。 对于图像处理系统来说，处理 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 基本可以划分 为三个阶段，首先是对获得的原始图像进行预处理； 其次是抽取图像特征；最后是识别分析。其中图像预 处理阶段即图像增强阶段极为重要，如果此阶段选择 的处理方式不当，后面的工作将很难取得成功。 在具体的应用过程中，获取的原始图像未必是 最适合处理的，例如由于光照、移动、噪声等原因，导 致了图像的质量不高。但是受条件所限又不能再次 取样，这就需要对采集的图像进行增强，使其比原始 图像更适合于特定的应用。因为针对的具体应用并 不相同，因此图像增强并没有通用的理论。其具体 的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 分为两大类：空间域方法和频域方法。“空间 域”一词是指图像平面自身，这类方法是以对图像的 像素点直接处理为基础的，通过点运算处理将产生 一幅新的图像，是一种既简单又重要的图像处理 技术。 1 MAⅡAB简介 MArllAB全称是№Iahtofy(矩阵实验 室)，最初由CleveMoler博士在70年代末讲授矩阵 理论和数据分析等课程时编写的软件包Hnkpack与 Eispack组成，旨在使应用人员免去大量经常重复的 矩阵运算和基本数学运算等繁琐的编程工作。在1982年由Mad黜公司正式发布之后，经过多年 的发展，现已推出了7．O和7．1版本。如今它的应 用已覆盖了许多领域，如矩阵代数、微积分、应用数 学、数字信号处理、数字图像处理、神经网络和小波 分析等，是科学计算、系统仿真、信号与图像处理的 主流软件。将MAllAB用于数字图像增强，其优点 在于以下几个方面： ’ 收稿日期：加06—1l一20 作者简介：冯安(1982一)，男，硕士研究生，主要研究方向为图像处 理与数字水印。 一65— 万方数据 (1)强大、高效的矩阵和数组运算功能。 (2)语法规则与一般的高级语言类似，一个稍有 编程基础的人能很快熟悉掌握。 (3)语言简洁紧凑，使用灵活，程序书写形式自 由。而且库函数十分丰富，避免了繁杂的子程序编 程任务。 (4)向用户提供各种方便的绘图功能。 (5)提供了图像处理工具箱、数字信号处理工具 箱、小波工具箱等各种功能强大的工具箱。 (6)集成了各种变换函数，不仅方便了研究人 员，而且使源程序简洁明了、易实现。 (7)MAⅡ．AB与Ⅵsualc++有良好的接口。 2 MA，ⅡAB在图像增强中的应用 在获取用于处理的图像的过程中，影响图像可 利用程度的因素很多，例如光照度不足会造成图像 灰度整体偏低；由图象传感器(CCD)获得的图像在 经刖D转换及线路传送过程中都会产生噪声污染 等等。受此影响图像质量均会产生一定程度的降 低，轻者使图像不够清晰，细节方面难以把握；重者 使图像过于模糊，连概貌也难于辨别。因此，在对图 像进行分析之前，有必要先对图像质量进行改善。 图像增强并不考虑引起图像质量下降的原因，只是 选择性的将图像中需要的特征突出，而衰减甚至抹 掉不需要的特征，其目的是提高图像在当前需求下 的可利用度。 2．1 MAll．AB实现对直方图的操作 图像的直方图是图像中各灰度值统计特性与图 像灰度值的函数，它统计了一幅图像中各个灰度级 出现的次数或概率。 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现在图形上，直方图是一个 二维图，其横坐标表示了图像中所有可能出现的灰 度级，纵坐标为各个灰度级对应的图像中像素点出 现的次数或概率。直方图很直观地描述了一幅图像 的灰度级内容，任何一幅图像的直方图都包含了丰 富的信息，因此直方图成为图像处理中一种十分重 要的图像分析工具。它主要用在图像分割、图像灰 度变换等处理过程中。 2．1．1图像的对比度调整 MA，IIAB中提供了专门绘制直方图的函数iIll． hist()，该函数可以直接绘制出图像的灰度直方图。 对比度调整函数叫just()可以用于原直方图 对比度较低的图像，将占有图像中绝大多数像素点 的一段灰度级或感兴趣的一段灰度级扩展到整个灰 度范围，以达到突出需要的特征，增强图像可利用度 的效果。 程序如下： ——66—— a=酬(‘pic嘶．jpg’)；％读取图像一 砌st(a，256)；％分256级显示图像a的直方图 b=irn删ust(a，[0，255，30，255]，[])；％这幅图像 就是因为采光不足造成原图像对比度较小，灰度值 集中在0。30之间，该操作只取了这段灰度扩展到 [O，255]，会明显增强图像对比度。fi舭，№(b)；％显示图像b figure，mist(b，256)； 试验产生的对比图l一2所示。 图l原始图像 从图l可以看出原始图像动态范围较小，整体 较暗，反映在直方图上像素主要集中在低灰度的一 侧，如图2所示。经过对比度调整，图像变亮，可以 看到更多的细节如图3—4所示。 图2原始图像的真方图 2．1．2图像的直方图均衡化 直方图均衡化的基本思想是把原始图像的直方 图变换成均匀分布的形式，这样就增加了像素灰度 值的动态范围，从而达到了增强图像整体对比度的 效果。MAⅡ^B中提供的llis咖()命令可实现这一 操作。 程序如下： a=酬(‘pic慨．jpg’)；％读取图像 c=hisceq(a)；％对图像a进行均衡化生成图像c 万方数据 图3对比调整后的图像 图4对比调整后的直方图 缸how(c)； figuIe，ilIlIlist(c，256)； 对图1试验产生的图像如图5所示。 图5均衡化后的图像 从图5可以看出，经过直方图均衡化处理后，图 像变得清晰了，处理后的图像直方图分布更均匀了， 在每个灰度级上图像都有像素点，如图6所示。 2．2 MA耵AB实现图像的平滑滤波 获得的图像可能会因为各种原因而被污染。产 生噪声。常见的图像噪声主要有加性噪声、乘性噪 声和量化噪声等。噪声并不仅限于人眼所见的失 真，有些噪声只针对某些具体的图像处理过程产生 图6均衡化后的直方图 影响。图像中的噪声往往和正常信号交织在一起。 尤其是乘性噪声，如果处理不当，就会破坏图像本身 的细节，如会使线条、边界等变得模糊不清。图像平 滑就是针对图像噪声的操作，其主要作用是为了消 除噪声。如何既平滑掉噪声又尽量保持图像细节。 是图像平滑的主要研究任务。 图像平滑的方法分为空域法和频域法两大类， 在空域法中，图像平滑的常用方法是采用均值滤波 或中值滤波，均值滤波是一种线性空间滤波，它用一 个有奇数点的掩模在图像上滑动，将掩模中心对应 像素点的灰度值用掩模内所有像素点灰度的平均值 代替，如果规定了在取均值过程中掩模内各像素点 所占的权重，即各像素点所乘系数，这时就称为加权 均值滤波。这与频率域中卷积处理的概念很相似， 所以线性空间滤波经常被称为“掩模与图像的卷 积”；中值滤波是一种非线性空间滤波，其与均值滤 波的区别是掩模中心对应像素点的灰度值用掩模内 所有像素点灰度值的中间值代替。 MA，11AB的图像处理工具箱设计了许多种滤波 器，如均值滤波器、中值滤波器、维纳滤波器等。可 以很方便地运用一些函数完成图像的滤波工作，从 而起到改善图像质量的作用。 MAⅡAB中用滤波器消除图像噪声(分别用均 值滤波、中值滤波及维纳滤波去除加入图像中的椒 盐噪声)的程序如下： a=酬(‘iIIl孵．jpg’)； b=iIIⅡlo&(a，‘sah&pepper’，O．05)；％加入强 度为0．05的椒盐噪声 c=filter2(fjpecial(‘ave赠’，[3，3])，b)／255．；％ 用3×3的平均掩模对加入椒盐噪声的图像进行均 值滤波 ， d=medfih2伯，[3，3])；％用3×3的掩模对加 入椒盐噪声的图像进行中值滤波 e=埘ener2(b，[5，5])；％进行维纳滤波 一67— 万方数据 试验产生的图像如图7—11所示。 图7原始图像 图8加入椒盐噪声后的图像 图9对图8进行均值滤波后的图像 图lO对图8进行中值滤波后的图像 图11对图8进行维纳滤波后的图像 一68一 从以上试验可以看出，选取不同的滤波器产生 的最终效果也不同，中值滤波对含有椒盐噪声的图 像滤波效果较好。因此在进行图像滤波时要针对噪 声的类型选择合适的滤波器。 2．3 MA耵AB实现图像的锐化 图像在采集过程中可能因为错误操作或采集方法 的固有影响而造成模糊不清，锐化处理就是解决这类 现象的方法，其目的是突出图像中的细节或增强被模 糊了的细节。图像锐化在数字印刷设计、图像扫描、医 学成像、军事系统等领域有着广泛的应用。 从效果上说，平滑和锐化是一对互逆的操作。 平滑滤波使图像变得模糊的实质是图像受到了平均 或积分运算，因此可以考虑对其进行逆运算(如微分 运算)从而使图像清晰。从频率域上分析，图像模糊 的根本原因是其高频分量被衰减，因此可以用高通 滤波器来使图像变得清晰。 可以尝试用拉普拉斯算子法对图像进行锐化， 代码如下： a=iIllread(‘iI瑚ge．jpg’)；b=蛐(a)；％将图像矩阵转化为批类型 s=size(b)； c=zeroS(s(1，1)，s(1，2))； forx=2：s(1，1)一l fory=2：s(1，2)一l q(x，y)=(一b(x+l，y)一b(x一1，y)一b (x，y+1)一b(x，y—1)+4*b(x，y))； end end％用拉氏算子对图像滤波，这个过程相当 于运用了一个3×3的掩模[O，一l，O；一l，4，一l； 0，一1，0] d=b+c；％当拉普拉斯掩模中心系数为正时， 增强图像为原图像与拉氏算子滤波图像之和 d=uiIlt8(d)；％将矩阵变回uim8格式便于保存 比较图12所示的原始图像和图13所示的经过 锐化后的图像可以发现，经过锐化后图像模糊部分 得到了强化，特别是边缘部分有比较明显的加强，边 界更加明显。 图12原始图像 (下转第73页) 万方数据 图3 I胤eds与ASRc的摄像机运动估计模型参数野 h 图4 lM。dS与AsRc的摄像机运动估计模型参数Px 表l视频段中第400帧和404帧内【^bdS与AsRC四个估计参数值对比表 4 结束语 ， 本文提出一种在MPEG一2压缩域中的鲁棒性 摄像机运动估计——ASRC估计算法，它结合改进 的鲁棒性黜埘sAC和Ⅱ；sE估计，达到高于80％的 击穿点，并适用于多重结构噪声污染的数据，大大减 小了加PEG一2矢量场中不可靠的运动矢量和奇异 值的影响，提高了摄像机运动估计的准确性，保证了 之后可能进行的独立对象的剩余图像运动分析，如 对象轨迹追踪、对象分割等。实验结果表明，本文采 取的摄像机运动估计算法取得了令人满意的效果， 具有很好的鲁棒性。 参考文献： [1]“ew钿一Nm培，Hgiaow苟一c蛔．c饵删一Ba捌Vid∞Rdlie- 砌Ba8cd帆0bjectM撕∞Tmj咖[J]．珊旺，2002：0—78∞一 7713—3，02． [2]w∞g}br画．RobustSta血6∞‘Ⅱcoq舡t盯visi∞：M0ddFimIlg。 hImgese弘Hnali∞andVi飘lalM撕∞Ar菌徊8[D]．All酬ia．．Db pa巾憎札t0fⅡ即匝cala11dc‘栅呻匈蜘n嚼t崩耐rIg0fM碱 UniV面ty，Febm日Iy2004· [3]slIldieA，IIoeyr畦M，amJR．I删cⅢ叫商tya出alM曲∞E出- 蒯mhP一‰心mv咖细麟一7州i洲Ⅻ[J]． 玎￡EE．2000：O一7803一1529r7—7枷． [4]Jin黜jiK，I吕llib曲his，KmemH．A180ritIlm蕾孵棚Itomad伪1ly融一 面培№蒯酬蛔坶dele捌∞c鲫辫a删忸l删[J]．n呻砌n铲 ⅢEEIntm谢oflalc0疵m嘴mhna护n∞∞BillgIa叭997，NoⅧ叮． b口．199r7：767—770． [5]伽e8piew，N印y∞DT．瑚锄i唱0f加强GM撕∞V∞torFie地细 峨iIIM撕∞一Basedvideoh麟唱捌脯eval[c]．PIo‘蒯峙 7tIIhtm叫伽_al却唧。日i啪mDigit8lSigfIalPr嗍sil'g缸c0咖埘d- c商∞两st嬲，G0ldC0喊，删ia，Dec幽2003：8—11． [6]伽e印iewJ，№肿DT．Itohl武蹦删∞0fc衄mM旆nin hⅡ)I略D哪Iain[J]．刀皿，20D4：O一7803—8560一8，04． 责任编辑：么丽苹 (上接第鹤页) 图13经过锐化后的图像 3 结束语 本文讨论了MAlfIAB在数字图像增强方面的 应用。重点介绍了直方图均衡、平滑滤波、锐化等操 作。实验结果表明，应用MAⅡAB进行图像增强具 有较好的效果和实际应用价值。 M脚。AB图像处理工具箱中提供的图像处理功 能远不止上述几种，如图像的几何运算，图像的压缩， 图像分割等操作都可以使用M娅AB图像处理工具 箱中提供的工具来完成。 M娅AB为图像处理提供了一种简单、快捷的方 法，大大提高了图像处理的效率，提升了图像处理的 效果。只需掌握基本的编程基础，就可以进行眦乙 LAB程序的编写，并运用到图像处理的各个方面。 参考文献： ’ [1]R也dcG‘mzal茁，彤dlardEw00ds，ste啪LEddi叫．Digitalltm萨 PI-㈣ssiIlgsⅫlldEdid∞[M]．北京：电子工业出版社，2002． [2]张铮，杨文平，石博强，等．MArllAB程序设计与实例应用[M]． 北京：中国铁道出版社，2003． [3]张志涌．精通MAⅡ．AB6．5版[M]．jE京：北京航空航天大学出 版社，2003． ‘ 责任编辑：么丽苹 一73— 万方数据 MATLAB在数字图像增强中的应用 作者： 冯安， 王希常， FENG An， WANG Xi-chang 作者单位： 山东师范大学信息科学与工程学院,济南,250014 刊名： 信息技术 英文刊名： INFORMATION TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2007(5) 被引用次数： 3次 参考文献(3条) 1.张志涌 精通MATLAB 6.5版 2003 2.张铮;杨文平;石博强 MATLAB程序设计与实例应用 2003 3.Rafael C G onzalez;Richard E Woods;Steven L Eddins Digital Image Processing 2002 本文读者也读过(10条) 1. 王斌.WANG Bin MATLAB实现数字图像增强处理[期刊论文]-佳木斯大学学报（自然科学版）2005,23(1) 2. 杨新华.王艳.段永军.王关平.YANG Xin-hua.WANG Yan.DUAN Yong-jun.WANG Guan-ping 基于MATLAB的图像增强 处理系统的设计与实现[期刊论文]-火力与指挥控制2008,33(6) 3. 丁洁.姜庆伟 基于MATLAB的数字图像增强处理系统设计与实现[期刊论文]-科技信息2009(8) 4. 徐辉.XU Hui 基于matlab的图像增强技术的分析与研究[期刊论文]-湖北第二师范学院学报2008,25(8) 5. 汪志云.黄梦为.胡钋.饶强.WANG Zhi-yun.HUANG Meng-wei.HU Po.RAO Qiang 基于直方图的图像增强及其 MATLAB实现[期刊论文]-计算机工程与科学2006,28(2) 6. 吕红.安秀芳.LV Hong.AN Xiu-fang 基于matlab的图像增强技术分析与实现[期刊论文]-电脑知识与技术（学术 交流）2006(11) 7. 张彩甜 基于Matlab的图像增强技术研究[期刊论文]-科技信息2009(21) 8. 王斌 应用MATLAB实现数字图像增强[学位论文]2005 9. 余章明.张元.廉飞宇.陈得民.王红民.Yu Zhang-ming.Zhang Yuan.Lian Fei-yu.Chen De-min.Wang Hong-min 数字图像增强中灰度变换方法研究[期刊论文]-电子质量2009(6) 10. 柏春岚.BAI Chun-lan 基于频域的图像增强及其MATLAB实现[期刊论文]-测绘2009,32(6) 引证文献(3条) 1.万巍 应用于光声成像的图像处理与分析[期刊论文]-信息技术 2008(2) 2.段群.吴粉侠 基于MatLab的数字图像清晰化方法[期刊论文]-计算机时代 2008(4) 3.全星慧.范武君.张华 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