1、1.概述數(shù)字圖像處理(DigitalImageProcessing)是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行去除噪聲、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)。數(shù)字圖像處理研究的內(nèi)容主要有:(1)圖像獲取和圖像表現(xiàn)階段主要是把模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)所能接受的數(shù)字形式,以及把數(shù)字圖像用所需要的形式顯示出來(lái)。(2)圖像復(fù)原當(dāng)造成圖像退化的原因已知時(shí),復(fù)原技術(shù)可用來(lái)進(jìn)行圖像的校正。復(fù)原技術(shù)是基于模型和數(shù)據(jù)的圖像恢復(fù),其目的是消

2、除退化的影響,從而產(chǎn)生一個(gè)等價(jià)于理想成像系統(tǒng)所獲得的圖像。(3)圖像增強(qiáng)當(dāng)無(wú)法知道與圖像退化有關(guān)的定量信息時(shí),可以使用圖像增強(qiáng)技術(shù)較為主觀地改善圖像的質(zhì)量。(4)圖像分析對(duì)圖像中的不同對(duì)象進(jìn)行分割、特征提取和表示,從而有利于計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行分類、識(shí)別、理解或解釋。(5)圖像重建由圖像的多個(gè)一維投影重建該圖像,可看成是特殊的圖像復(fù)原技術(shù)。(6)圖像編碼和壓縮對(duì)圖像進(jìn)行編碼的主要目的是為了壓縮數(shù)據(jù),便于存儲(chǔ)和傳輸。當(dāng)前的一些編碼方法對(duì)圖像分析和圖像加密也有越來(lái)越多的應(yīng)用。MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱，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)

3、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。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。2.MATLAB常用圖像操作函數(shù)2.1 圖像的讀寫(xiě)(1) imreadimread函數(shù)用于讀入各種圖像文件，如:a=imread('e:w01.tif')注：計(jì)算機(jī)E盤(pán)上要有w01相應(yīng)的.tif文件。(2) imwriteimwri

4、te函數(shù)用于寫(xiě)入圖像文件，如：imwrite(a,'e:w02.tif',tif)(3) imfinfoimfinfo函數(shù)用于讀取圖像文件的有關(guān)信息，如：imfinfo('e:w01.tif')2.2 圖像的顯示(1) imageimage函數(shù)是MATLAB提供的最原始的圖像顯示函數(shù)，如： a=1,2,3,4;4,5,6,7;8,9,10,11,12; image(a);(2) imshowimshow函數(shù)用于圖像文件的顯示，如： i=imread('e:w01.tif'); imshow(i);(3) colorbarcolorbar函數(shù)用顯示

5、圖像的顏色條，如： i=imread('e:w01.tif'); imshow(i); colorbar;(4) figurefigure函數(shù)用于設(shè)定圖像顯示窗口，如：figure(1)； /figure(2)；2.3 圖像的變換(1) fft2fft2函數(shù)用于數(shù)字圖像的二維傅立葉變換，如： i=imread('e:w01.tif'); j=fft2(i);(2) ifft2ifft2函數(shù)用于數(shù)字圖像的二維傅立葉反變換，如： i=imread('e:w01.tif'); j=fft2(i); k=ifft2(j);(3) 利用fft2計(jì)算二維卷積

6、利用fft2函數(shù)可以計(jì)算二維卷積,如: a=8,1,6;3,5,7;4,9,2; b=1,1,1;1,1,1;1,1,1; a(8,8)=0; b(8,8)=0; c=ifft2(fft2(a).*fft2(b); c=c(1:5,1:5);利用conv2(二維卷積函數(shù))校驗(yàn), 如： a=8,1,6;3,5,7;4,9,2; b=1,1,1;1,1,1;1,1,1; c=conv2(a,b);3.理論論證3.1離散傅里葉變換傅里葉變換的數(shù)學(xué)定義：傳統(tǒng)的傅立葉變換是一種純頻域分析，它可將一般函數(shù)f(x)表示為一簇標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)的加權(quán)求和，而權(quán)函數(shù)亦即f的傅立葉變換。設(shè)f是R上的實(shí)值或復(fù)值函數(shù)，則f為一

7、能量有限的模擬信號(hào)，具體定義如下：一維傅立葉變換： （3.1）一維傅立葉逆變換： (3.2)傅立葉變換的物理意義是將圖像的灰度分布函數(shù)變換為圖像的頻率分布函數(shù)，傅立葉逆變換是將圖像的頻率分布函數(shù)變換為灰度分布函數(shù)。3.2離散傅立葉變換的 Matlab 實(shí)現(xiàn) Matlab 函數(shù) fft、fft2 和 fftn 分別可以實(shí)現(xiàn)一維、二維和 N 維 DFT 算法；而函數(shù) ifft、ifft2 和 ifftn 則用來(lái)計(jì)算反 DFT 。這些函數(shù)的調(diào)用格式如下：         Afft(X,N,DIM)其中，X 表示

8、輸入圖像；N 表示采樣間隔點(diǎn)，如果 X 小于該數(shù)值，那么 Matlab 將會(huì)對(duì) X 進(jìn)行零填充，否則將進(jìn)行截取，使之長(zhǎng)度為 N ；DIM 表示要進(jìn)行離散傅立葉變換。        Afft2(X,MROWS,NCOLS)其中，MROWS 和 NCOLS 指定對(duì) X 進(jìn)行零填充后的 X 大小。        Afftn(X,SIZE)其中，SIZE 是一個(gè)向量，它們每一個(gè)元素都將指定 X 相應(yīng)維進(jìn)行零填充后的長(zhǎng)度。函數(shù) ifft、ifft2 和 ifftn的

9、調(diào)用格式于對(duì)應(yīng)的離散傅立葉變換函數(shù)一致。例子：圖像的二維傅立葉頻譜% 讀入原始圖像Iimread('lena.bmp');imshow(I)% 求離散傅立葉頻譜J=fftshift(fft2(I);figure;imshow(log(abs(J),8,10)3.3快速卷積原理傅立葉變換的一個(gè)重要特性就是能夠?qū)崿F(xiàn)快速卷積。由線性系統(tǒng)的理論可知，兩個(gè)函數(shù)的卷積的傅立葉變換等于兩個(gè)函數(shù)的傅立葉變換的乘積。該特性與快速傅立葉變換一起，可以快速計(jì)算函數(shù)的卷積。假設(shè)A為M*N的矩陣，B為P*Q的矩陣，則快速計(jì)算卷積的方法如下：對(duì)A和B補(bǔ)零，使其大小都為（M+P1）*（N+Q-1）。利用ff

10、t2函數(shù)對(duì)A和B分別進(jìn)行二維FFT變換。將兩個(gè)FFT結(jié)果相乘，利用函數(shù)ifft2對(duì)乘積進(jìn)行傅立葉反變換。4.程序設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)原理在本次課設(shè)中我們希望在圖像text.tif中定位字母“a”，那么我們首先將包含字母“a”的圖像與text.tif圖像進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，也就是首先將字線a和圖像text.tif進(jìn)行傅立葉變換，然后利用快速卷積的方法，計(jì)算字母a和圖像text.tif的卷積，提取卷積運(yùn)算的峰值，從而得到白色亮點(diǎn)，這即是在圖像text.tif中對(duì)字母a”的定位結(jié)果。4.2主程序程序如下：I=imread('jm.tif');%讀入圖像text.tifa=I(28:62,16:4

11、8);%從圖像中抽取字母a的圖像subplot(2,2,1),imshow(I);subplot(2,2,2),imshow(a);C=real(ifft2(fft2(I).*fft2(rot90(a,2),242,346);subplot(2,2,3),imshow(C,);thresh=11500000;%找到C中的那個(gè)最大值，選擇一個(gè)小于該數(shù)的數(shù)值作為閾值subplot(2,2,4),imshow(C>thresh);%顯示像素超過(guò)的閾值5.仿真結(jié)果及分析將所用圖片jm.tif放入MATLAB的work文件夾中，打開(kāi)MATLAB新建M_file，將程序輸進(jìn)去，保存運(yùn)行。運(yùn)行結(jié)果如下

12、圖所示。圖5.1 運(yùn)行結(jié)果右下角的圖像中3個(gè)亮點(diǎn)就是原圖中字母a的位置。6.心得體會(huì)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，數(shù)字圖像處理已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域， 在生活中可以說(shuō)得是無(wú)處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來(lái)說(shuō)掌握單片機(jī)的開(kāi)發(fā)技術(shù)是十分重要的?；仡櫰鸫舜螌I(yè)課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整一星期的日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)

13、有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說(shuō)傅里葉卷積的計(jì)算，MATLAB軟件的應(yīng)用技巧，對(duì)編程掌握得不好通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)重新溫故。學(xué)習(xí)是一個(gè)不斷再學(xué)習(xí)的過(guò)程，我會(huì)秉著謙虛，認(rèn)真的態(tài)度一直學(xué)習(xí)下去。參考文獻(xiàn)1 姚敏

14、.數(shù)字圖像處理.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20062 楊杰，黃朝兵.數(shù)字圖像處理及MATLAB實(shí)現(xiàn).北京：電子工業(yè)出版社，20093 羅平輝，馮平.MATLAB7.0在圖像處理中的應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20074 鄧?yán)^忠，張秦嶺.數(shù)字圖像處理技術(shù).廣州：廣東科技出版社，20055 孫即祥.圖像分析.北京：科學(xué)出版社，2007致謝在學(xué)習(xí)中,老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識(shí)、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范是我終生學(xué)習(xí)的楷模，老師們的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)精神，將永遠(yuǎn)激勵(lì)著我。這三年中還得到眾多老師的關(guān)心支持和幫助。在此，謹(jǐn)向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！另外，感謝校方給予我這樣一次機(jī)會(huì)，能夠獨(dú)立地完成一個(gè)課程設(shè)計(jì)，并在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，給予我們各種方便，使我們?cè)谶@學(xué)期快要結(jié)課的時(shí)候