小型图形处理软件设计

中国矿业大学计算机学院13级本科生课程报告课程名称信息处理课程设计报告时间2016年4月学生姓名周静专业电子信息科学与技术任课教师姚睿任课教师评语任课教师评语（①对课程基础理论的掌握；②对课程知识应用能力的评价；③对课程报告相关实验、作品、软件等成果的评价；④课程学习态度和上课纪律；⑤课程成果和报告工作量；⑥总体评价和成绩；⑦存在问题等）：成绩：任课教师签字：年月日摘要随着数字图像技术的发展，数字图像处理广泛应用于几乎所有与图像处理有关的领域。图像的几何变换是数字图像处理的一个基本的、非常重要的变换，而图像的二值化、平滑、锐化、边缘检测、去噪等是几何变换中常用的变换。本文中主要分析了上述的几种图像变换，运用的OTSU、均值滤波、中值滤波、基于sobel算子的边缘检测等。其次详细的阐述了每种算法的原理及特点；最后运用Matlab软件对图片进行仿真处理，通过分析仿真结果得出各种算法的优缺点及适用场合。关键字：Matlab；图像二值化；图像平滑、图像锐化；图像去噪；图像边缘检测目录第一章研究内容及意义...............................................................51.1研究内容：图像处理软件设计..................................................51.2研究意义....................................................................5第二章理论基础.....................................................................52.1图像二值化..................................................................52.1.1平均值法：............................................................62.1.2最大类间方差：........................................................62.2图像平滑....................................................................62.2.1均值滤波法：..........................................................62.2.2高斯滤波法：..........................................................62.2.3巴特沃斯滤波法：......................................................72.3图像锐化....................................................................72.3.1高斯高通滤波：........................................................72.3.2巴特沃斯高通滤波器：..................................................72.4边缘检测....................................................................82.5去噪........................................................................82.5.1.均值滤波法：..........................................................82.5.2.中值滤波法：..........................................................8第三章系统设计与实现...............................................................93.1设计原则....................................................................93.2设计步骤....................................................................93.3系统功能的模块设计.........................................................10第四章系统测试与分析..............................................................104.1读入图片...................................................................104.2二值化.....................................................................114.2.1.平均值法.............................................................114.2.2OTSU最大类间方差法..................................................124.3平滑.......................................................................134.3.1均值滤波法...........................................................134.3.2高斯滤波法...........................................................134.3.3巴特沃斯滤波法.......................................................144.4锐化.......................................................................154.4.1高斯高通滤波法.......................................................154.4.2巴特沃斯高通滤波法...................................................164.5边缘检测...................................................................164.6去噪.......................................................................17第五章课程设计中遇到的问题及解决办法..............................................185.1关于图像显示的问题.........................................................185.2关于卷积的问题.............................................................195.3关于fftshift和ifftshift:.................................................195.4关于MATLAB使用时的遇到的问题...............................错误!未定义书签。第六章参考文献....................................................................20第一章研究内容及意义1.1研究内容：图像处理软件设计1.1.1.内容：二值化、边缘检测、分割、去噪、平滑、锐化、傅里叶变换等1.1.2.基本要求：①理解各种图像处理算法的理论知识；②实现4~6种图像处理技术。1.1.3.扩展要求：①利用C语言编写；②不利用Matlab的现有函数去处理。1.2研究意义图像信息是人类获取外界信息的主要来源，近代科学研究、军事技术、工农业生产、医学、气象及天文学等领域中，人们越来越多的利用图像信息来认识和判断事物，解决图像问题，由此可见图像信息的重要性，数字图像处理技术将会伴随着未来信息领域技术的发展，更加深入到生产和科研活动中，成为人类生产和生活中必不可少的内容。MATLAB软件不断吸收各界学科领域权威人士所编写的实用程序，经过多年的逐步发展和不断完善，是近几年来在国内外广泛流行的一中可视化科学计算机软件。由于图像处理的基本原理大多是依赖数学公式的，所以用MATLAB编程显得条理清晰、结构简单、效果很好。第二章理论基础2.1图像二值化图像二值化就是讲图像上的像素值点的灰度设置为0或255，将整个图像呈现出明显的黑白效果，所以阈值的求解是图像处理的关键。本次采用了平均值法和最大类间方差法（OTSU）求阈值2.1.1平均值法：平均值法就是分别求出图像像素的最大值和最小值，将它俩之和除以二。2.1.2最大类间方差：将图像分为前景点和后景点，分别求出前景点和后景点占图像的比例W0和W1，以及平均灰度U0和U1，求出总的灰度U，所以前景点和背景点之间的方差就可以求出，最后按照这个阈值对图像进行二值化即可。2.2图像平滑指用于突出图像的宽大区域、低频成分、主干部分或抑制图像噪声和干扰高频成分，使图像亮度平缓渐变，减小突变梯度，改善图像质量的图像处理方法。本次采用了均值滤波法、高斯滤波法和巴特沃斯滤波法。2.2.1均值滤波法：是一种典型的线性滤波，指在图像上对目标像素给一个模板，该模板包括了其周围的临近像素，再用模板中的全体像素的平均值来代替原来像素值，既g（x，y）=1/m∑f（x，y）m为该模板中包含当前像素在内的像素总个数，g为处理后的图像在该点的灰度值。2.2.2高斯滤波法：也是一种线性平滑滤波器，适用于消除高斯噪声，简单的说它就是一个对图像进行加权平均的过程，每一个像素点的值，都由其本身和邻域内的其他像素值经过加权平均后得到。高斯滤波的具体操作是：用一个模板（或称卷积、掩模）扫描图像中的每一个像素，用模板确定的邻域内像素的加权平均灰度值去替代模板中心像素点的值。它的主要公式：d=sqrt((i-m1)^2+(j-n1)^2);h=exp(-d^2/2/d0^2)，其中，d是点到频率平面原点的距离，h为二维高斯滤波器函数，只要将这个函数与进行傅里叶变换的图像进行卷积既可以得到处理后的图像，再进行傅里叶变换就可以得到时域的图像。2.2.3巴特沃斯滤波法：是电子滤波器的一种，他的特点是通频带的频率响应曲线最平滑，通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。在振幅的对数对角频率的波特图上,从某一边界角频率开始,振幅随着角频率的增加而逐步减少,趋向负无穷大。所以将这个函数和图像卷积就可以得到平滑的图像，d=sqrt((i-m1)^2+(j-n1)^2);h=1/(1+(d/d0)^(2*N));其中d是点到原点的距离，h为巴特沃斯低通滤波器函数。2.3图像锐化是补偿图像的轮廓，增强图像的边缘及灰度跳变的部分，是图像变得清晰。目的是为了使图像的边缘、轮廓线以及图像的细节变的清晰，它和平滑的作用刚好相反。本次运用了高斯高通滤波法和