信息处理系统综合设计课程设计-图像几何变换GUI设计

1、学 号11780122天津城建大学 信息处理系统综合设计 设计说明书图像几何变换软件的GUI设计起止日期： 2014 年 12 月 29 日 至 2015 年 1 月 23 日学生姓名XXX班级成绩指导教师(签字) 计算机与信息工程学院2015年 1月 23日天津城建大学课程设计任务书2014 2015学年第一学期 计算机与信息工程 学院 电子信息科学与技术 专业 11电信科1班 班级课程设计名称： 信息处理系统综合设计 设计题目： 图像几何变换软件的GUI设计 完成期限：自 2014 年 12 月 29 日至 2015 年 1 月 23 日共 4 周设计依据、要求及主要内容（可另加附页）：1. 利用Matlab软件进行GUI设计，实现图像几何变换软件的设计2. 集成不同参数的不同图像几何变换方法（至少4种以上平移/旋转/缩放/镜像/错切），实现不同几何变换效果的对比指导教师（签字）： 系主任（签字）： 批准日期： 2014 年12月 18 日目录第1章 图像几何变换设计原理1引言11.2 程序设计框图1原理介绍21.3.1 平移原理21.3.2 缩放原理21.3.3 旋转原理21.3

2、.4 镜像原理31.3.5 错切原理4第2章 图像几何设计实现52.1 MATLAB GUI设计界面介绍52.1.1 MATLAB GUI介绍5本次研究中所使用的GUI设计界面本52.2 图像几何变换核心程序简介6图像平移6图像缩放6图像旋转7图像镜像7图像错切72.3 界面之间的转换8第3章 设计的结果与分析9图像平移效果及分析9图像缩放效果及分析9图像旋转效果及分析10图像镜像效果及分析10图像错切效果及分析11第4章 总结12参考文献13附录14第1章 图像几何变换设计原理在现实生活中，几何变换对于图像编辑来说具有很大的作用，例如对采集的的照片位置，大小不满意时，都可以借助图像的几何变换来实现改变图像的空间位置的操作1。几何变换又称空间变换，是将原图像的位置坐标映射到新坐标上，但并不改变其图像的像素值，仅仅只是对图像的像素重排，其中由于坐标变换后，某些位置上出现了空洞点，需要通过插值处理，使得图像完整2。本次设计使用MATLAB GUI为载体进行软件设计，程序中所采用的插值均为最近邻插值，所涉及到的图像几何变换有平移、缩放、旋转、镜像和错切。1.2 程序设计框图开始主界面设计平移

3、缩放旋转镜像错切实现相应地各种操作结束图1 程序设计框图1.3.1 平移原理将图像中所有的点都按照指定的平移量水平、垂直移动。设(x0, y0)是原图像上的一点，图像水平平移量为tx，垂直平移量为ty，则平移后点(x0, y0)的坐标变为(x1, y1)。(x0, y0)与(x1, y1)之间的关系为：以矩阵的形式表示为：它的逆变换：平移后的图像中每个像素的颜色是由原图像中的对应点颜色确定3。1.3.2 缩放原理假设x轴放大因子为c， y轴放大因子为d，缩放的变换矩阵为4：1.3.3 旋转原理通常是以图像的中心为圆心旋转，按顺时针方向旋转。旋转前：旋转a角度后：以矩阵的形式表示为： rrab(x0, y0)(x1, y1)yxO图2 旋转示意图式中，坐标系是以图像的中心为原点，向右为x轴正方向，向上为y轴正方向。它和以图像左上角为原点，向右为x轴正方向，向下为y轴正方向的坐标系之间的转换关系如图3所示5。 (x, y)yxOxyO图3 两种坐标系间的转换关系图设图像的宽度为w，高度为h，容易得到：逆变换为：有了以上公式，可以把变换分成三步：第一步，将坐标系变成；第二步，将该点顺时针旋转

4、a角度；第三步，将坐标系变回。这样，我们就得到了变换矩阵，它是上面三个矩阵的级联。那么对于新图像中的每一点，就可以根据对应原图中的点，得到它的灰度。如果超出原图范围，则填成白色。要注意的是，由于有浮点运算，计算出来点的坐标可能不是整数，采用取整处理或插值来处理6。1.3.4 镜像原理图像的镜像变换是以图象垂直中轴线或水平中轴线交换图像的变换，分为垂直镜像变换和水平镜像变换，两者的矩阵形式分别为7： 1.3.5 错切原理变换前和变换后y坐标不变，而x坐标根据y坐标值作线性变换，变换前后点的坐标之间的关系为：式中为变换系数。若，沿X正方向错切；若，则沿着X负方向错切。所以，错切矩阵为：在X、Y平面上不考虑Z轴方向8。第2章 图像几何设计实现2.1 MATLAB GUI设计界面介绍2.1.1 MATLAB GUI介绍在Matlab中，图形用户界面(graphical user interface，GUI)是Matlab中一个专用于GUI程序设计的向导设计器，而GUI是由各种图形对象，如图形窗口、图轴、菜单、按钮、文本框等构建的用户界面，是人机交互的有效工具和方法。通过GUIDE可以很方便地设

5、计出各种符合要求的图形用户界面。用户通过一定的方法(如鼠标或键盘)选择、激活这些图形对象，使计算机产生某种动作或变化，比如实现计算、绘图等。GUI设计既能以基本的Matlab程序设计为主，也能以鼠标为主，利用GUIDE工具进行设计，也可综合以上两种方法进行设计。GUIDE主要是一个界面设计工具集。Matlab将所有GUl支持的用户控件都集成在这个环境中并提供界面外观、属性和行为相应方式的设置方法。GUIDE将用户保存设计好的图形用户界面保存在一个FIG资源文件中，同时自动生成包含图形用户界面初始化和组件界面布局控制代码的M文件，这个M文件为实现回调函数的编写提供了一个参考框架。FIG文件是一个二进制文件，包含系列化的图形窗口对象。所有对象的属性都是用户创建图形窗口时保存的属性。该文件最主要的功能是对象句柄的保存。M文件包含GUI设计、控制函数及控件的回调函数，主要用来控制GUI展开时的各种特征。该文件基本上可以分为GUI初始化和回调函数2个部分，控件的回调函数可根据用户与GUI的具体交互行为分别调用9。下面我们以图4为例，说明界面设计的功能10。图4 GUI设计界面实例通过上图，我们看

6、到本次设计基本上采用静态文本框、按钮、坐标轴和复选按钮。其功能介绍如下：静态文本框：输入文字，将标注的信息显示出来。按钮与复选按钮：通过点击，完成一次命令，可以使载入图像，也可以是返回主界面或者完成命令。坐标轴：也是可视化窗口，将原图和所变换的图像通过两个坐标轴显示出来，以供比较。2.2 图像几何变换核心程序简介核心程序：se=translate(strel(1),40 -40);b=imdilate(dai,se);功能：使用translate函数将图像进行搬移，其中第一个函数参数表示只对图像进行搬移而不改变图像本身，第二个参数则是平移的坐标，然后再通过imdilate函数将图像展现出来。核心程序（方法一）： g=imresize(dai,1); / 此函数为放大一倍，若将1改为0.5，则表示缩小一倍axes(handles.axes2);set(handles.axes2, Units, pixels);x,y=size(g);set(gca,position,350 237 y x)功能：imresize函数作为图像缩放的主要函数，函数第一个参数为图像文件名，第二个参数为缩放倍数

7、。缩放完成后设置坐标轴2。若不设置坐标轴，那么图像的大小将自动适应于新坐标，本程序为了比较明显的看出图像的缩放，则设置了坐标，用size函数测量了图像的宽和高，然后使得坐标的宽和高与图像相适应，而其他两个位置变量则固定不变。这样显示出来的图像就有了可比较的特点。核心程序（方法二）：prompt=(缩放度数);p=inputdlg(prompt,input,1,defans);p1=str2num(p1);f=imresize(dai,p1,nearest);set(handles.axes2, Units, pixels);x,y=size(f);set(gca,position,350 277 y x)功能： Inputdlg函数是用对话框的格式输入缩放的参数，prompt是对话框的文字提示，提示出要输入的参数是什么，input指的是输入参数，1是指对话框的行数，defans是默认的初始值。同时用字符转换成数字来改变缩放参数，因为输入的只是一个字符型的参数要将其转换成数字才能应用，其余同方法一，坐标也要相应的适应新的图像。核心程序（方法一）：dai=imrotate(dai,45);

8、/第二个参数则是旋转的度数功能：旋转的函数通过imrotate函数就能完成，第一个变量为图像名称，第二个变量则是旋转的度数。核心程序（方法二）：prompt=(旋转角度);defans=0;p=inputdlg(prompt,input,1,defans);p1=str2num(p1);f=imrotate(dai,p1,nearest);功能： Inputdlg函数是用对话框的格式输入缩放的参数，prompt是对话框的文字提示，提示出要输入的参数是什么，input指的是输入参数，1是指对话框的行数，defans是默认的初始值。同时用字符转换成数字来改变缩放参数，因为输入的只是一个字符型的参数要将其转换成数字才能应用，其余同方法一。此方法默认是最近邻方法，同时也可用双线性和双立方插值的方式对次图像进行处理。 核心程序： k=fliplr(dai);k=flipud(dai);功能： 上述函数分别为水平镜像和垂直镜像，水平镜像是以y轴为对称轴，而垂直镜像则以x为对称轴。在函数中直接写入图像名称即可。核心程序： s=maketform(affine,1 0.5 0;0 1 0;0 0 1);j=imtransform(dai,s);功能： 通过使用maketform函数构造矩阵，affine表示为仿射变换，后面的参数表示的是位置矩阵，再由imtransformn函数进行数据传递转换，达到错切的效果。2.3 界面之间的转换

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