基于MATLAB的图像锐化算法研究与仿真.docx

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基于MATLAB的图像锐化算法研究与仿真

摘 要

在获取图像的过程中，由于多种因素的影响，导致图像质量会有所退化。

图像增强的目的在于通过处理有选择地突出便于人或机器分析某些感兴趣的信息，抑制一些无用的信息，以提高图像的使用价值。

图像锐化正是图像增强中空间域局部运算方法中的一种，其目的是增强和判断图像的边缘和轮廓信息。

而图像锐化的具体方法就是通过微分而使图像边缘突出、清晰。

图像锐化最常用的方法是梯度锐化法，但除梯度算法外，图像锐化的方法还有Roberts、Prewitt、Sobel和Laplacian等多种算法，本文对这些方法进行了介绍、比较和分析。

最后对MATLAB做了介绍，并运用MATLAB语言对图像锐化的部分算法进行了实现并记录结果。

通过对各种算法仿真和比较，每种算法都有各自的优缺点。

在分析了本论文采用的图像特点后，有针对性的对Laplacian算法进行了改进，即采用高提升滤波来提高图像的亮度。

实验结果表明，此方法可行，达到了预期的锐化效果。

关键词：

图像增强；边缘；MATLAB；图像锐化

Abstract

Intheprocessofimageacquisiting,theimagequalitywillbedegradedduetoavarietyoffactors.Imageenhanceingisaimedathighlightingsomeinterestedinformationthatiseasytoanalyzeforpeopleandmachineandinhibitingsomeuselessinformationtoenhancetheimagevalue.Imagesharpeningisapartionoperationmethodofimageenhancinginspatialdomain,anditspurposeistoenhanceandjudgetheedgeoftheimageandprofileinformationandthespecificmethodoftheimagesharpeningusesdifferentialtomaketheedgesoprominentandclear.

Themostcommonlyusedmethodofimagesharpeningisgradientsharpening.Butapartfromthegradientalgorithm,imagesharpeningmethodsalsohaveRoberts,Prewitt,Sobel,Laplacianandetc.Thesemethodswereintroduced,comparedandanalyzed.Finally,MATLABisintroduced.Andapartoftheimagesharpeningalgorithmisachievdandtheresultsaferecorded.

Throughthesimulationandcomparisonofthevariousalgorithms,eachalgorithmhasitsownadvantagesanddisadvantages.Afterthefeaturesoftheimageusinginthispaperareanalyzed,itimprovestheLaplacianalgorithmcontrapositively,namelyusinghigh-elevatingfilteringtoimprovethebrightnessoftheimage.Experimentalresultsshowthatthemethodisfeasibleandachievesthedesiredsharpeningeffect.

Keywords:

Imageenhancing;Edge;MATLAB;ImageSharpening

毕业论文（设计）原创性声明

本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

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8）致谢

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3.附件包括：

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2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

3）其它

目录

1引言1

1.1图像及其特点1

1.2图像的文件格式1

1.3数字图像处理5

1.3.1数字图像处理概述5

1.3.2数字图像处理发展概况5

1.3.3数字图像处理主要研究内容6

1.3.4数字图像处理的基本特点7

1.3.5数字图像处理的优点8

1.3.6数字图像处理的应用8

1.4图像锐化的研究背景10

1.5研究图像锐化的目的和注意事项10

1.6本文内容的安排10

2图像锐化11

2.1微分法11

2.1.1梯度法（Gradieut）11

2.1.2Sobel算法13

2.1.3LOG算子14

2.2拉普拉斯算子14

2.3高通滤波法15

2.3.1空间域高通滤波15

2.3.2频率域高通滤波16

2.3.3统计差值法（用于勾边处理）17

2.4MATLAB中如何实现图像锐化17

2.5总结18

3锐化的边缘检测法与锐化算子19

3.1边缘检测法19

3.1.1梯度算子19

3.1.2梯度算子在MATLAB中的实现20

3.2拉普拉斯算子21

3.3边缘连接方法21

3.4边缘检测的MATLAB实现方法22

3.5MATLAB的实现程序如下23

3.6结论23

4MATLAB简介及GUI设计24

4.1MATLAB简介24

4.2图形用户界面GUI24

4.3GUI设计原理及简介25

4.4设计方法25

4.4.1图形用户界面设计工具25

4.4.2菜单设计26

4.4.3对话框设计26

4.4.4句柄图形27

4.4.5图形对象句柄命令27

4.5总结27

5结论与展望28

5.1结论28

5.2展望28

致谢29

参考文献30

1引言

据研究，在人类所接受到的全部信息中，约有75%~80%是通过视觉系统得到的，和语言或文字信息相比，图像包含的信息量更大、更直观、更确切，因而具有更高的使用效率和更广泛的适应性。

当图像以数字形式进行处理和传输时，由于具有质量好、成本低和易于实现等优点，这种存储和传输格式已经成为该领域当前和未来的主要发展趋势。

1.1图像及其特点

客观世界在空间上是三维（3-D）的，但一般从客观景物得到的图像是二维（2-D）的。

一幅图像可以定义为一个二维函数

，这里x和y表示2-D空间中一个坐标点的位置，而幅值f则代表图像在坐标

上的某种性质的数值。

例如常用的图像一般是灰度图，这时f表示灰度值，它常对应客观景物被观察到的亮度[1]。

数字图像常用矩阵来描述。

一幅M×N个像素的数字图像，其像素灰度值可以用M行、N列的矩阵[G]表示：

在存储图像时，一幅M行、N列的数字图像（M×N个像素），可以用一个M×N的二维数组T来表示。

图像的各个像素灰度值可按一定的顺序存放在数组T中。

习惯上把数字图像左上角的像素定义为第（1,1），右下角的像素定义为第（M,N）个像素。

数字图像处理，就是把数字图像经过一些特定数理模式的加工处理，以达到有利于人眼视觉或某种接收系统所需要的图像的过程。

如对被噪声污染的图像除去噪声，对信息微弱的图像进行增强，对失真的图像进行几何校正等。

随着计算机软硬件技术的突飞猛进，以及数字处理技术的不断发展，数字图像处理在科学研究、工业生产、国防以及现代管理决策等各行各业都得到越来越多的应用。

1.2图像的文件格式

（1）BMP图像文件格式

　　BMP是一种与硬件设备无关的图像文件格式，使用非常广。

它采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，因此，BblP文件所占用的空间很大。

BMP文件的图像深度可选lbit、4bit、8bit及24bit。

BMP文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。

　　由于BMP文件格式是Windows环境中交换与图有关的数据的一种标准，因此在Windows环境中运行的图形图像软件都支持BMP图像格式。

　　典型的BMP图像文件由三部分组成：

位图文件头数据结构，它包含BMP图像文件的类型、显示内容等信息；位图信息数据结构，它包含有BMP图像的宽、高、压缩方法，以及定义颜色等信息。

　　BMP是（Windows位图）Windows位图可以用任何颜色深度（从黑白到24位颜色）存储单个光栅图像。

Windows位图文件格式与其他MicrosoftWindows程序兼容。

它不支持文件压缩，也不适用于Web页从总体上看，Windows位图文件格式的缺点超过了它的优点。

为了保证照片图像的质量，请使用PNG、JPEG、TIFF文件。

BMP文件适用于Windows中的墙纸。

　　优点：

BMP支持1位到24位颜色深度。

　　BMP格式与现有Windows程序（尤其是较旧的程序）广泛兼容。

缺点：

BMP不支持压缩，这会造成文件非常大。

BMP文件不受Web浏览器支持。

（2）PCX图像文件格式

PCX这种图像文件的形成是有一个发展过程的。

最先的PCX雏形是出现在ZSOFT