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一种便捷数字图像处理系统的MATLAB实现

作者：张玉薇 杨建斌

来源：《信息记录材料》2019年第02期

【摘要】基于MATLAB 7.0，根据其高效的矩阵运算，利用数字图像处理函数，设计一款简单便捷的数字图像处理系统，该系统集成在一个GUI界面中，可对数字图像处理中最常用的几何变换、直方图变换、图像增强、图像去噪等处理。本系统具有高效的处理速度快、使用便捷，对工程中的应用也具有一定的借鉴意义。

【关键词】数字圖像处理系统；MATLAB；图像变换；图像增强；图像去噪 【中图分类号】TP274 【文献标识码】A 【文章编号】1009-5624（2019）02-0040-03 1 引言

数字图像处理利用计算机完成图像信息各种处理，是人类从客观世界获取信息的重要来源，是人类视觉延续的重要手段。这里设计一款数字图像处理系统，基于MATLAB 7.0版本，并利用其中的数字图像处理工具箱中提供的图像处理函数，可实现数字图像最常见的几种处理手段。

2 系统的MATLAB GUI设计

MATLAB 的GUI为用户提供了一系列不脱离MATLAB的简便的开发环境，可将数字图像处理的一些基本功能以按钮的形式集成在一个GUI界面之中，编写程序，实现一个基于MATLAB的数字图像处理系统[1-2]。 3 数字图像变换处理 3.1 直方图变换

在MATLAB图像处理工具箱中，可以调用函数imhist（I，n）来计算和显示直方图。数字图像直方图均衡化通过统计映射后各灰度级的像素数目n′i，并计算输出图像的灰度直方图。Matlab图像处理工具箱提供了用于直方图均匀化的函数histep。直方图处理图像如图1所示。分析可见，经过直方图均衡化处理后，新的直方图并不是十分均衡，但是要比原始图像的直方图要平坦的多，其灰度间的间隔被拉大了，得到较好的视觉效果。 3.2 图像的灰度变换

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在某些情况下，为了将图像灰度级整个范围（A，B）或其中某一段扩展或压缩到另一灰度范围（Z1，Zk）质内，这种变换称为灰度的线性变换[4]。

图像进行灰度变换的效果见图2，其中灰度从0～60变换到30～90，原始图像，进行灰度变换后，图像有所改善，可大致看出轮胎的轮廓。 3.3 图像的几何变换

图像处理中涉及的几何变换，基于图像像素值不变原则，而改变像素所在的坐标位置。常规的图像几何变换包括图像的位置变换（平移、镜像、旋转）、图像的形状变换（放大、缩小）等基本变换。 4 图像的增强处理

图像增强是数值图像处理中一类及其重要的方法。根据不同需求，有目的地突出图像中的某些信息，从而消弱、滤除主观上不在意的其他信息。在特定场合需求下，被增强后的图像能够更加清晰、有效地表达出操作者的意思。图像增强技术主要包含直方图修改处理、图像平滑处理、图像锐化处理和彩色处理技术。在图像处理实例中，一般综合运用多种方法，才能达到预期效果[5]。 4.1 对比度增强

对比度增强的处理，是利用对灰度区间[0，a]和[b，c]进行压缩，而对区间[a，b]进行扩展。通过调整几条折线拐点的位置，调整各个分段角度，从而达到对任意区间进行灰度的扩展或压缩处理，以便强调目标区域和灰度区间，相对抑制那些不感兴趣灰度区域。 4.2 模板卷积处理

模板卷积是数字图像处理中常用的一种方式，卷积运算中的卷积核就是模板运算中的模板，卷积就是做加权求和的过程。改变卷积核的加权系数，会影响到总和的数值和符号，从而影响到所求像素的新值。图像的模板卷积效果如图3所示。 4.3 图像平滑处理

图像平滑处理是预处理技术，旨在改善图像质量，消除图像中的污染噪声。在实际问题处理中，不同的场合需求，衍生出了多种图像平滑处理算法，其中比较常见的是、。每种滤波处理都有自身的优缺点，选择时刻根据需求来侧重选择。本系统采用Gaussian模版对图像做平滑处理[6]，图片处理效果如图4所示。 5 图像的去噪处理

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在图像的去噪处理中，单纯将图像中感兴趣区域处理、突出强化有用的图像信息，而不考虑图像降质的真正原因，这种处理使得图像并不一定能逼近原图。另一类去噪处理方法由图像降质的具体原因入手，通过增加补偿降质因素，使去噪后的图像。本系统主要采用空域的邻域平均法和中值滤波及基于频域的低通滤波去噪方法。图5是对lena原图加入噪声，采用不同的方式进行去噪处理。 6 结论

基于MATLAB软件，选取数字图像处理最常用的处理方法，设计了一款简单便捷的数字图像处理系统。通过仿真验证，该系统能够直观的显示出来数字图像处理的过程和效果，处理速度快，显示直观、使用便捷。仿真结果对工程中的应用也具有一定的借鉴意义。 【参考文献】

[1]李海涛，邓樱.MATLAB程序设计教程[M].北京：高等教育出版社， 2002. [2]王家文，李仰军.MATLAB 7.0图形图像处理[M].北京：国防工业出版社，2006. [3]求是科技.MATLAB7.0从入门到精通[M].北京：人民邮电出版社，2006. [4]阮秋琦.数字图像处理学[M].北京：电子工业出版社，2001.

[5] KennethR.Castleman.Digital Image Processing[M].北京：清华大学出版社，2003. [6] MathWorks.MATLAB Help[M].us：The MathWork，Inc.2004. 项目基金：2015年度广西高校科学技术研究项目（KY2015LX173） 广西高校工业过程智能控制技术重点实验室主任基金（IPICT-2016-08） 广西科技大学自然科学基金（校科自1419215）

作者简介：张玉薇（1980.09-），女，汉族，河南长垣县人，硕士，广西科技大学电气学院，从事数字图像处理和电子系统设计仿真方面的教学研究。