MATLAB在數(shù)字圖像處理中的應(yīng)用

秦貝貝 毛一敏 王艷梅

摘要：隨著科技的飛速發(fā)展，圖像在人類感知中起著重要的作用，圖像處理技術(shù)也隨之慢慢滲入到人們的生活中。文章介紹了 MATLAB圖像處理工具包的15類函數(shù)及其主要功能，并選擇了傅里葉變換、直方圖均衡化兩個(gè)具體的實(shí)例介紹了 MATLAB在數(shù)字圖像處理技術(shù)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理；MATLAB圖像變換；圖像增強(qiáng)

1 數(shù)字圖像處理概述

數(shù)字圖像處理也稱計(jì)算機(jī)圖像處理，是運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助工具將圖像信號轉(zhuǎn)換為便于分析處理的數(shù)字信號的過程，主要包含圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像分割、提取特征等處理方法和技術(shù)。在發(fā)展初期，圖像處理的主要目的是改善圖像的質(zhì)量，從而改善人的視覺效果。隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)越來越先進(jìn)，處理的目的也逐漸變?yōu)閹椭藗兝斫?、分析、利用圖像中蘊(yùn)含的信息，這對于醫(yī)學(xué)、科研乃至日常生活都有著不可忽視的作用[1]。

2 MATLAB圖像處理工具箱介紹

首先，MATLAB是一種用于技術(shù)運(yùn)算的高性能語言，其將算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算集成到一種易操作的環(huán)境，使得用戶以具體的數(shù)學(xué)知識理論來有效地處理實(shí)際問題。

其次，MATLAB具有豐富的工具箱和超強(qiáng)的繪圖功能，在線性代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理、工程與科學(xué)繪圖、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真等方面應(yīng)用非常突出[2]。尤其在數(shù)字圖像處理方面，將圖像轉(zhuǎn)化為便于理解的矩陣，這就允許人們巧妙地利用公式化的思想去解決圖像中所存在的問題。

3 MATLAB圖像處理工具箱主要功能

3.1 主要函數(shù)分類介紹

MATLAB圖像處理工具箱主要包括圖像顯示、圖像文件輸入/輸出、圖像像素值統(tǒng)計(jì)、圖像分析、圖像增強(qiáng)及平滑等13類函數(shù)。

3.2 主要功能介紹

3.2.1 圖像變換

圖像變換就是將圖像（即二維矩陣）從時(shí)間域或空間域變換到頻率域的過程。一般利用正交變換（例如傅里葉變換、余弦變換等）的性質(zhì)和特點(diǎn)，將圖像轉(zhuǎn)換到變換域中進(jìn)行處理。例如將空間域的圖像轉(zhuǎn)換到頻率域，以改善原圖像質(zhì)量。該過程利用MATLAB中fft2（）， dct2（）等函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)。

3.2.2 圖像增強(qiáng)

圖像增強(qiáng)是指對圖像某些具有特殊意義的區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)調(diào)突出，便于進(jìn)一步地觀察、分析和處理[4]。圖像增強(qiáng)的方法一般分為空間域和變換域兩大類。

3.2.3 圖像壓縮

圖像壓縮就是對巨大的圖像數(shù)據(jù)量去冗余化，減少表示信號所需要的數(shù)碼，從而減少存儲(chǔ)信息所需占用的存儲(chǔ)空間，以及傳輸圖像所需耗費(fèi)的時(shí)間，可簡單利用MATLAB中imratio。等函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

3.2.4 圖像分割

在圖像研究領(lǐng)域，往往需要提取圖像某個(gè)具有特殊性質(zhì)與意義的部分，這就需要將目標(biāo)從圖像中提取出來，這就是圖像分割[3]。

圖像分割一般有以下幾種方法：灰度閾值法、邊界法、區(qū)域法、邊緣法。該過程可利用MATLAB中edge。等函數(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

4 MATLAB在數(shù)字圖像處理中的應(yīng)用實(shí)例

MATLAB在數(shù)字圖像處理領(lǐng)域具有強(qiáng)大的作用，其為我們提供了一個(gè)寬泛的處理多維陣列的函數(shù)組合，而圖像（二維數(shù)字陣列）則是多維陣列中的一種特殊情況。下面通過兩個(gè)例子進(jìn)一步介紹MATLAB在數(shù)字圖像處理的應(yīng)用。

4.1 圖像變換一傅里葉變換

傅里葉變換是線性系統(tǒng)分析的一個(gè)強(qiáng)有力的工具，它可以定量地分析諸如數(shù)字化系統(tǒng)、采樣點(diǎn)、卷積濾波器等。通過對傅里葉變換的學(xué)習(xí)及實(shí)踐，有助于對圖像處理問題有進(jìn)一步的理解學(xué)習(xí)。圖像的傅里葉變換與一維信號的傅里葉變換一樣，但是不同的是圖像是二維的，對此可利用fft2。函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

運(yùn)用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像傅里葉變換的程序如下，圖像實(shí)現(xiàn)效果如圖1所示。

I=imread（

imshow（I）；title（‘原圖像）；fftl=fft2（l）；

sfftI=fftshift（fflI）；

RR=real（sfftI）；

II=imag（sfftI）；A=sqrt（RR.^2+II.^2）；

A=（A-min（min（A）））/（max（max（A））-min（min（A）））*225；subplot（122）；imshow（A）；

title（‘原圖像頻譜）；

fifftI=ifft2（A）；xifftI=ifft2（angle（fftI））；

figure；subplot（121）；imshow（fifftI，[]）；

title（‘幅值進(jìn)行傅里葉反變換）；

4.2 圖像變換一直方圖均衡化

圖像增強(qiáng)是指按特定的需要突出一幅圖像中的某些信息，同時(shí)，削弱或去除某些不重要的信息，從而增加圖像對比度。其主要目的是方便對某些特定的區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步的研究。直方圖是空間域處理技術(shù)的基礎(chǔ)。直方圖均衡化就是通過灰度變換的方法，將一幅圖像轉(zhuǎn)換為另一幅直方圖分布較為均衡的圖像的過程，如圖2所示。

利用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)直方圖均衡化增強(qiáng)圖像對比度的程序如下。

I=imread（‘pollen.tif）；J=histeq（I）；figure；

subplot（1，2，1）；imshow（I）； title（‘原圖像）；

subplot（1，2，2）；imshow（J）； title（‘直方圖均衡化后的圖像）；figure；subplot（1，2，1）；

imhist（I，64）；title（‘原圖像直方圖）；

subplot（l，2， 2）；imhist（J，64）；title（‘均衡變換后的直方圖）。

5 結(jié)語

文章首先簡單地介紹了 MATLAB軟件及其數(shù)字圖像處理工具箱的相關(guān)信息，其次介紹了 MATLAB數(shù)字圖像處理工具箱的主要函數(shù)，并就MATLAB函數(shù)在數(shù)字圖像處理技術(shù)的4個(gè)方面的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述，最后通過MATLAB程序?qū)?shù)字圖像處理中兩個(gè)典型例子（傅里葉變換以及直方圖均衡化）進(jìn)行了分析展示，使讀者能夠更清晰地學(xué)習(xí)和理解MATLAB在數(shù)字圖像處理技術(shù)上的應(yīng)用。

[參考文獻(xiàn)]

[1]江鐵成.基于MATLAB的數(shù)字圖像處理技術(shù)研究[J].合肥師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2017（6）：25-27.

[2]王圓妹.MATLAB在《數(shù)字圖像處理》課程中的輔助教學(xué)[J].電腦知識與技術(shù)，2016（28）：121-126.

[3]張晶，王黎，高曉蓉，等數(shù)字圖像處理中的圖像分割技術(shù)及其應(yīng)用[J].信息技術(shù)，2010（10）：37-38.

[4]康牧.圖像處理中幾個(gè)關(guān)鍵算法的研[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2009.