基于MATLAB的数字二值图像处理与形状分析的实现.doc

本科学生毕业论文论文题目：基于MATLAB的数字二值图像处理与形状分析实现学 院：电子工程学院年 级：2011专 业：电子信息科学与技术姓 名：刘学利学 号：指导教师：王晓飞 2014年06月24日摘要数字图像处理是一门新兴技术，随着计算机硬件的发展，数字图像的实时处理已经成为可能．由于数字图像处理的各种算法的出现，使得其处理速度越来越快，能更好地为人们服务．数字图像处理是一种通过计算机采用一定算法对图形图像处理的技术．数字图像处理技术已经在各个领域上有了比较广泛的应用．图像处理的信息量很大，对处理速度的要求也比较高．MATLAB强大的运算和图像展示功能，使图像处理变得更加的简单和直观．本文介绍了MATLAB语言的特点，基于MATLAB的数字图像处理环境，介绍了如何利用MATLAB及其图像处理工具箱进行图像处理的方法．主要论述了利用MATLAB实现图像的二值化，二值图像的腐蚀、膨胀、开、闭等形态学处理．关键词MATLAB；数字图像处理；二值图像 Abstract Digital image processing is an emerging technology,with the development of computer hardware,real-time digital image processing has become possible due to digital image processing algorithms to appear,making it faster and faster processing speed,better for people services．Digital image processing is used by some algorithms Computer graphics image processing technology．Digital image processing technology has been used in various areas which have a relatively wide range of applications．The amount of information on the processing speed requirement is relatively high．MATLAB is good at computing and graphics display capabilities,so that image processing becomes more simple and intuitive．This paper introduces characteristics of MATLAB language and this MATLAB-based digital image processing environment,describes how to use the MATLAB Image Toolbox for its digital image processing,and through some examples to illustrate the use of MATLAB Image Processing Toolbox for image processing method．Mainly discuss the use of MATLAB for image processing enhancement,binary image and its corrode and dilate and open and close．Key wordsMATLAB;digital image processing;image enhancement and binary image 目录摘要 IAbstract II前言 1第一章 数字图像处理综述 21．1 数字图像处理简介 21．1．1 数字图像处理的概念 21．1．2 数字图像处理的发展 21．2 数字图像处理的研究方法 21．2．1 数字图像处理的基本特点 21．2．2 数字图像处理常用方法 31．3 数字图像处理的优点 41．4 数字图像处理在生活中的应用 41．5 数字图像处理的展望 51．5．1 数字图像处理未来的发展 51．5．2 在发展过程中要注意的问题 5第二章 MATLAB基本知识介绍 62．1 MATLAB概述 62．2 MATLAB的优势特点 62．2．1 编程环境 62．2．2 简单易用 62．2．3 强处理能力 72．2．4 图形处理 72．2．5 程序接口 72．2．6 应用软件开发 82．3 MATLAB在图像处理中的应用 82．3．1 常用图像操作 82．3．2 图像增强功能 82．3．3 灰度直方图均衡化 82．3．4 灰度变换法 92．3．5 平滑与锐化滤波 92．3．6 边缘检测和图像分割功能 9第三章 二值图像分析 103．1 阈值 103．2 几何特性 113．2．1 尺寸和位置 113．2．2 方向 123．2．3 密集度和体态比 143．3 投影 143．4 游程长度编码 163．5 二值图像算法 173．5．1 定义 173．5．2 连通成份标记 193．5．3 欧拉数 213．5．4 区域边界 213．5．5 距离测量 223．5．6 中轴 233．5．7 细化 243．5．8 扩展与收缩 253．6 形态算子 26结论 30参考文献 31致谢 32前言数字图像处理（DigitalImageProcessing），就是利用数字计算机或者其他数字硬件，对从图像信息转换而得到的电信号进行某些数学运算，以提高图像的实用性．总的来说，数字图像处理包括点运算、几何处理、图像增强、图像复原、图像形态学处理、图像编码、图像重建、模式识别等．由于计算机处理能力的不断增强，数字图像处理学科在飞速发展的同时，也越来越广泛地向许多其他学科快速交叉渗透，使得图像作为信息获取以及信息的利用等方面也变得越来越重要．MathWorks公司推出的MATLAB软件是学习数理知识的好帮手．应用MATLAB友好的界面和丰富、实用、高效的指令及模块，可以使人较快地认识、理解图像处理的相关概念，逐步掌握图像信号处理的基本方法，进而能够解决相关的工程和科研中的问题．图像是人类获取和交换信息的主要来源，因此，图像处理的应用领域必然涉及到人类生活和工作的方方面面．随着人类活动范围的不断扩大，图像处理的应用领域也将随之不断扩大，已在国家安全、经济发展、日常生活中充当越来越重要的角色,对国计民生的作用不可低估．早期的图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的．图像处理中，输入的是质量低的图像，输出的是改善质量后的图像，常用的图像处理方法有图像增强、复原、编码、压缩等．与此同时，图像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓性成就，属于这些领域的有航空航天、生物医学工程、工业检测、机器人视觉、公安司法、军事制导、文化艺术等，使图像处理成为一门引人注目、前景远大的新型学科．随着图像处理技术的深入发展，从70年代中期开始，随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速发展，数字图像处理向更高、更深层次发展．人们已开始研究如何用计算机系统解释图像，实现类似人类视觉系统理解外部世界，这被称为图像理解或计算机视觉．很多国家，特别是发达国家投入更多的人力、物力到这项研究，取得了不少重要的研究成果．其中代表性的成果是70年代末MIT的Marr提出的视觉计算理论，这个理论成为计算机视觉领域其后十多年的主导思想．图像理解虽然在理论方法研究上已取得不小的进展，但它本身是一个比较难的研究领域，存在不少困难，因人类本身对自己的视觉过程还了解甚少，因此计算机视觉是一个有待人们进一步探索新的领域．第一章 数字图像处理综述1．1 数字图像处理简介1．1．1 数字图像处理的概念数字图像处理(Digital Image Processing)是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术．1．1．2 数字图像处理的发展图像处理工具箱提供一套全方位的参照标准算法和图形工具，用于进行图像处理、分析、可视化和算法开发．可用其对有噪图像或退化图像进行去噪或还原、增强图像以获得更高清晰度、提取特征、分析形状和纹理以及对两个图像进行匹配．工具箱中大部分函数均以开放式MATLAB语言编写．这意味着可以检查算法、修改源代码和创建自定义函数．1．2 数字图像处理的研究方法1．2．1 数字图像处理的基本特点(1)目前，数字图像处理的信息大多是二维信息，处理信息量很大．如一幅256256低分辨率黑白图像，要求约64kbit的数据量；对高分辨率彩色512512图像，则要求768kbit数据量；如果要处理30帧/秒的电视图像序列，则每秒要求500kbit～22．5Mbit数据量．因此对计算机的计算速度、存储容量等要求较高．(2)数字图像处理占用的频带较宽．与语言信息相比，占用的频带要大几个数量级．如电视图像的带宽约5．6MHz，而语音带宽仅为4kHz左右．所以在成像、传输、存储、处理、显示等各个环节的实现上，技术难度较大，成本亦高，这就对频带压缩技术提出了更高的要求．(3)数字图像中各个像素是不独立的，其相关性大．在图像画面上，经常有很多像素有相同或接近的灰度．就电视画面而言，同一行中相邻两个像素或相邻两行间的像素，其相关系数可达0．9以上，而相邻两帧之间的相关性比帧内相关性一般说还要大些．因此，图像处理中信息压缩的潜力很大．(4)由于图像是三维景物的二维投影，一幅图象本身不具备复现三维景物的全部几何信息的能力，很显然三维景物背后部分信息在二维图像画面上是反映不出来的．因此，要分析和理解三维景物必须作合适的假定或附加新的测量，例如双目图像或多视点图像．(5)数字图像处理后的图像一般是给人观察和评价的，因此受人的因素影响较大．由于人的视觉系统很复杂，受环境条件、视觉性能、人的情绪爱好以及知识状况影响很大，作为图像质量的评价还有待进一步深入的研究．另一方面，计算机视觉是模仿人的视觉，人的感知机理必然影响着计算机视觉的研究．1．2．2 数字图像处理常用方法(1) 图像变换：由于图像阵列很大，直接在空间域中进行处理，涉及计算量很大．因此，往往采用各种图像变换的方法，如傅立叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换等间接处理技术，将空间域的处理转换为变换域处理，不仅可减少计算量，而且可获得更有效的处理（如傅立叶变换可在频域中进行数字滤波处理）． (2)图像编码压缩：图像编码压缩技术可减少描述图像的数据量（即比特数），以便节省图像传输、处理时间和减少所占用的存储器容量．压缩可以在不失真的前提下获得，也可以在允许的失真条件下进行．(3)图像增强和复原：图像增强和复原的目的是为了提高图像的质量，如去除噪声，提高图像的清晰度等．图像增强不考虑图像降质的原因，突出图像中所感兴趣的部分．(4)图像分割：图像分割是。