圖像預(yù)解決流程:

國(guó)“億七百〃/

圖2.2圖像預(yù)解決流程圖

2.2系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)方法

系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)重要依靠圖像解決技術(shù)，按照上面的流程實(shí)現(xiàn)，每一

部分的具體環(huán)節(jié)如下：

1原始圖像：由數(shù)碼相機(jī)或其它掃描裝置拍攝到的圖像;

2預(yù)處理：對(duì)采集到的圖像進(jìn)行灰度化、圖像增強(qiáng)，濾波、二值化等解決

以克服圖像干擾：

3字輪定位：用圖像剪切的方法獲取儀表字輪；

4字符分割：運(yùn)用字符輪廓凹凸檢測(cè)定位分割方法得到單個(gè)的字符；

5字符辨認(rèn)：運(yùn)用模板匹配的方法與數(shù)據(jù)庫(kù)中的字符進(jìn)行匹配從而確認(rèn)出字符,

得到最后的儀表達(dá)數(shù)。

2.3.1MATLAB簡(jiǎn)介

MATLAB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)

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，重要涉及MATLAB和Simulink兩大部分。

MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室(MatrixLaboratory)的簡(jiǎn)稱，和Mathematica、

Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。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，重要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、

信號(hào)解決與通訊、圖像解決、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。

MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的

形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C,FORTRAN等語(yǔ)言完

相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且mathwork也吸取了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使

MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C,

FORTRAN,C++,JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用，用戶也可以將自己編寫的

實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的

MATLAB愛(ài)好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以

用。

2.3.2MATLAB的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)

1.MATLAB的優(yōu)勢(shì)

(1)和諧的工作平臺(tái)和編程環(huán)境

MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文

獻(xiàn)，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。涉及MATLAB桌面和命令窗口、

歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、途徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空

間、文獻(xiàn)的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件自身的不斷升級(jí).

MATLAB的用戶界面也越來(lái)越精致，更加接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)

交互性更強(qiáng)，操作更簡(jiǎn)樸。并且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、

幫助系統(tǒng).極大的方便了用戶的使用。簡(jiǎn)樸的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)

試系統(tǒng)，程序不必通過(guò)編譯就可以直接運(yùn)營(yíng)，并且可以及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的

錯(cuò)誤及進(jìn)行犯錯(cuò)因素分析。

(2)簡(jiǎn)樸易用的程序語(yǔ)言

MATLAB是一種高級(jí)的矩陣/陣列語(yǔ)言，它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、

輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)

行命令同步，也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序(M文獻(xiàn))后再一

起運(yùn)營(yíng)。新版本的MATLAB語(yǔ)言是基于最為流行的C++語(yǔ)言基礎(chǔ)上的，因

此語(yǔ)法特性與C++語(yǔ)言極為相似，并且更加簡(jiǎn)樸，更加符合科技人員對(duì)數(shù)

學(xué)表達(dá)式的書(shū)寫格式，使之更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。并且這

種語(yǔ)言可移植性好、可拓展性極強(qiáng),這也是MATLAB可以進(jìn)一步到科學(xué)研

究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要因素。

(3)強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)解決能力

MATLAB是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有600多個(gè)工程中要用到

的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù).可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。函數(shù)中所使用

的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而前通過(guò)了各種優(yōu)化和容

錯(cuò)解決。在通常情況下，可以用它來(lái)代替底層編程語(yǔ)言，如C和C++o在

計(jì)算規(guī)定相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會(huì)大大減少。

MATLAB的這些函數(shù)集涉及從最簡(jiǎn)樸最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特性向

量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問(wèn)題其大體涉及矩陣運(yùn)

算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號(hào)運(yùn)算、

傅立葉變換和數(shù)據(jù)的記錄分析、工程中的優(yōu)化問(wèn)題、稀疏矩陣運(yùn)算、復(fù)數(shù)

的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作以及建模動(dòng)態(tài)

仿真等。

(4)杰出的圖形解決功能

圖形解決功能MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向

量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來(lái)，并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。高層次的作

圖涉及二維和三維的可視化、圖象解決、動(dòng)畫和表達(dá)式作圖?？捎糜诳茖W(xué)

計(jì)算和工程繪圖。新版本的MATLAB對(duì)整個(gè)圖形解決功能作了很大的改善和

完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能(例如二維曲線和三

維曲面的繪制和解決等)方面更加完善，并且對(duì)于一些其他軟件所沒(méi)有的

功能(例如圖形的光照解決、使度解決以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等)，MATLAB

同樣表現(xiàn)了杰出的解決能力。同時(shí)對(duì)一些特殊的可視化規(guī)定，例如圖形對(duì)

話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的規(guī)定。此外新

版本的MATLAB還著重在圖形用戶界面(GUI)的制作上作了很大的改善，對(duì)

這方面有特殊規(guī)定的用戶也可以得到滿足。

(5)應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱

MATLAB對(duì)許多專門的領(lǐng)域都開(kāi)發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。一般來(lái)

說(shuō)，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開(kāi)發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)

用和評(píng)估不同的方法而不需要自己編寫代碼。目前，MATLAB已經(jīng)把工具箱

延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫(kù)接口、概

率記錄、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、

信號(hào)解決、圖像解決、系統(tǒng)辨識(shí)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、LMI控制、魯棒控制、

模型預(yù)測(cè)、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)快速

原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、定點(diǎn)仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)

仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。

（6）實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái)

新版本的MATLAB可以運(yùn)用MATLAB編譯器和C/C++數(shù)學(xué)庫(kù)和圖形庫(kù)，將自己

的MATLAB程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于MATLAB運(yùn)營(yíng)的C和C++代碼。允許用戶編

寫可以和MATLAB進(jìn)行交互的C或C++語(yǔ)言程序。此外，MATLAB網(wǎng)頁(yè)服務(wù)程

序還允許在Web應(yīng)用中使用自己的MATLAB數(shù)學(xué)和圖形程序。MATLAB的一個(gè)

重要特色就是具有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程

序。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫(kù)，每一個(gè)工具箱都是為某一類學(xué)科專

業(yè)和應(yīng)用而定制的，重要涉及信號(hào)解決、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、

小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。

⑺應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)（涉及用戶界面）

在開(kāi)發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個(gè)文獻(xiàn)和圖形窗口；在編程方面支

持了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強(qiáng)大的圖形標(biāo)注和

解決功能，涉及對(duì)性對(duì)起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel

和HDF5進(jìn)行連接。

2.MATLAB的特點(diǎn)

(1)此高級(jí)語(yǔ)言可用于技術(shù)計(jì)算;

(2)此開(kāi)發(fā)環(huán)境可對(duì)代碼、文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理；

(3)交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計(jì)及求解問(wèn)題；

(4)數(shù)學(xué)函數(shù)可用于線性代數(shù)、記錄、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積

分等；

(5)二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù)；

(6)各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面；

⑺各種函數(shù)可將基于MATLAB的算法與外部應(yīng)用程序和語(yǔ)言(如C.C++、

Fortran、Java、COM以及MicrosoftExcel)集成。

2.3.3MATLAB圖像解決

MATLAB一開(kāi)始時(shí)是一種專門用于矩陣數(shù)值計(jì)算的軟件，從這一點(diǎn)上也可

以看出，它在矩陣運(yùn)算上有自己獨(dú)特的特點(diǎn)。事實(shí)上MATLAB中的絕大多數(shù)的

運(yùn)算都是通過(guò)矩陣這一形式進(jìn)行的。這一特點(diǎn)也就決定了MATLAB在解決數(shù)字

圖像上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。理論上講，圖像是一種二維的連續(xù)函數(shù)，然而在計(jì)算機(jī)上對(duì)

圖像進(jìn)行數(shù)字解決的時(shí)候，一方面必須對(duì)其在空間和亮度上進(jìn)行數(shù)字化，這就是

圖像的采樣和量化的過(guò)程。二維圖像進(jìn)行均勻采樣，就可以得到一幅離散化成M

XN樣本的數(shù)字圖像，該數(shù)字圖像是一個(gè)整數(shù)陣列，因而用矩陣來(lái)描述該數(shù)字圖

像是最直觀最簡(jiǎn)便的了。而MATLAB的長(zhǎng)處就是解決矩陣運(yùn)算，因此用

MATLAB解決數(shù)字圖像非常的方便。

MATLAB支持五種圖像類型，即索引圖像、灰度圖像、二值圖像、RGB圖像和

多幀圖像陣歹|J;支持BMP、GIF、HDF、JPEG、PCX、PNG、TIFF、XWD、CUR、

ICO等圖像文獻(xiàn)格式的讀，寫和顯示。MATLAB對(duì)圖像的解決功能重要集中在

它的圖像解決工具箱(ImageProcessingToolbox)中。圖像解決工具箱是由一系

列支持圖像解決操作的函數(shù)組成，可以進(jìn)行諸如兒何操作、線性濾波和濾波器設(shè)

計(jì)、圖像變換、圖像分析與圖像增強(qiáng)、二值圖像操作以及形態(tài)學(xué)解決等圖像解決

操作。下面進(jìn)行簡(jiǎn)樸說(shuō)明：

(1)圖像的讀寫與顯示

MA1LAB中運(yùn)用函數(shù)imrcad來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像文獻(xiàn)的讀取操作。其歪,要格式有以

下幾種類型：

A=imread(filenamc.fmt)

[X,map]=iimread(filename.fmt)

[...]=imread(filename)

[...]=imrad(URL,...)

MATLAB中運(yùn)用函數(shù)imwrile來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像文獻(xiàn)的寫入操作，與imread函數(shù)

的作用相對(duì)，其重要調(diào)用格式有以下幾種：

imwrite(A,filename.fmt)

iimwrite(X,map,filename.fmt)

imwrite(.filename)

imwrite(.Param1,Vai1,Param2,Val2...)

在MATLAB中用于顯示圖像的方式有兩種，一種是使用MATLAB圖像瀏覽器

(ImageViewer),通過(guò)調(diào)用imview函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一種是使用MATLAB的通用

圖形圖像視窗，通過(guò)調(diào)用imshow函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(2)圖像的代數(shù)操作

代數(shù)運(yùn)算是指對(duì)兩幅輸入圖像進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的加、減、乘和除計(jì)算而得到輸出圖像

的運(yùn)算。對(duì)于相加和相乘的情形，也許不止有兩幅圖像參與運(yùn)算。圖像相加的一

個(gè)重要應(yīng)用是對(duì)同一場(chǎng)景的多幅圖像求平均值。這點(diǎn)被經(jīng)常用來(lái)有效地減少加性

(additive)隨機(jī)噪聲的影響

(3)圖像的空間域變換操作

簡(jiǎn)樸的說(shuō)，圖像的空間域變換操作就是為了達(dá)成某種視覺(jué)效果，變換輸

入圖像的像素位置，通過(guò)把輸入圖像的像素為止映射到一個(gè)新的位置已達(dá)成改

變?cè)瓐D像顯示效果的母的。其實(shí)也就是變換圖像的坐標(biāo)系統(tǒng)。圖像的空間域變換

操作涉及以下幾個(gè)方面：

圖像差值(Interpolation)

圖像縮放(Resizing)

圖像旋轉(zhuǎn)(Rotation)

圖像剪切(Cropping)

一般變換操作(Affine,Projeclive,Box,Cuslom,etc)

(4)圖像變換

在MATLAB圖像解決工具箱中，提供了幾種常用的圖像變換函數(shù)，它們是傅里

葉變換(FourierTransform)離散余弦變換(DiscreteCosineTransform)Radon變

換(RadonTransform)o

(5)圖像增強(qiáng)

圖像增強(qiáng)是一個(gè)相對(duì)的概念，增強(qiáng)效果的好壞，除與算法自身的優(yōu)劣有一定

的關(guān)系外，還與圖像的數(shù)據(jù)特性有直接關(guān)系，因此增強(qiáng)方法只能有選擇地使用。

圖像增強(qiáng)一般涉及點(diǎn)解決、空間域?yàn)V波、頻域?yàn)V波、彩色增強(qiáng)、代數(shù)運(yùn)算等。

(6)圖像分割

圖像分割方法按其重要特性分為三組：第一組是有關(guān)圖像或圖像部分的

全局知識(shí)(globalknowledge),這種知識(shí)一般有圖像特性的直方圖來(lái)表達(dá).第二

組是基于邊沿(edge-based)的分割，而第三組是基于區(qū)域(region-based)的分

割

完整的數(shù)字圖像解決過(guò)程可分為如下幾個(gè)方面：

1.圖像信息的獲取；

2.圖像信息的存儲(chǔ)；

3.圖像信息的傳送；

4.圖像信息解決；

5.圖像信息的輸出和顯示。

圖像信息解決就是我們平時(shí)所說(shuō)的數(shù)字圖像解決(DigitalImageProcessing),

有時(shí)也稱之為計(jì)算機(jī)圖像解決(ComputerImageProcessing)o數(shù)字圖像解決概括的

說(shuō)重要涉及如下幾項(xiàng)內(nèi)容：

幾何解決(GeometricalProcessing)；

算數(shù)解決(ArithmeticProcessing)；

圖像增強(qiáng)(ImageEnhancement)；

圖像復(fù)原(ImageRestoration)；

圖像重建(ImageReconstruction)；

圖像編碼(ImageEncoding)；

圖像辨認(rèn)(ImageRecognition)；

圖像理解(ImageUnderstanding)o

1\幾何解決

2、幾何解決重要涉及坐標(biāo)變換.圖像的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)，多個(gè)圖像配準(zhǔn),

全景畸