《数字图像几何变换的分析与实现》-毕业论文.docx

1、目录摘要IIIAbstractIII第一章 前言.-1-1.1 数字图像概述.-1-1.1.1 数字图像.-1-1.1.2 数字图像处理.-2-1.2 数字图像处理的特点及目的.-3-1.2.1 数字图像处理的特点.-3-1.2.2 数字图像处理的目的.-3-1.3 数字图像几何变换介绍.-4-第二章 图像几何变换的理论.-7-2.1 图像的数字化.-7-2.1.1 采样.-7-2.1.2 量化.-8-2.1.3 采样与量化参数的选择.-9-2.2 数字图像类型.-9-2.2.1 位图.-10-2.2.2 位图的有关术语.-11-2.3 数字图像几何变换的原理.-12-2.3.1 几何变换基础

2、.-12-2.3.2 图像缩放的原理.-15-2.3.3 图像旋转的原理.-17-2.3.4 图像剪取的原理.-18-2.3.5 插值的原理.-18-第三章 图像几何变换的实现.-21-3.1 实现图像的缩放.-21-3.1.1 imresize 函数.-21-3.1.2 图象缩放实现结果.-21-3.2 实现图像的旋转.-25-3.2.1 imrotate 函数.-25-3.2.2 图象旋转实现结果.-26-3.3 实现图像的剪取.-28-3.3.1 imcrop 函数.-28-3.3.2 图象缩放实现结果.-29-第四章 结论和展望.-33-参考文献.-35-致谢.-37-数字图像几何变换

3、的分析与实现摘要数字图像几何变换是计算机图像处理领域中的一个重要组成部分，也是值 得探讨的一个重要课题。在图像几何变换中主要包括图像的缩放、图像的旋转、图像的移动、图像的剪取、图像的块操作等内容。文章主要探讨了数字图像的 几何变换（包括图像的缩放、旋转、剪取）理论，井在此基础上用 MATLAB实现的过程。关键词：图像几何变换，缩放，旋转，剪取Analysis and Realization of Digital Image Geometry TransformAbstractDigital image geometry transform is an important part in com

4、puter image processing areaIt mainly includes image zoom ，image rotation，image motion，image crop，image block manipulation，etcIn this paper，we have discussed the theory about the digital image geometry transform(It includes image zoom ，image rotation，image crop)，and preliminary experimental results h

5、ave been obtained by running the MATIAB programKeywords：Geometrytransformofdigitalimage，imagezoom，image rotation，image crop数字图像几何变换的分析与实现第一章 前言1.1 数字图像概述1.1.1 数字图像在 20 世纪 20 年代，图像处理首次应用于改善伦敦和纽约之间海底电缆发送的图片质量。直到 20 世纪 50 年代数字计算机发展到一定水平后，数字图像处理才真正引起人们的兴趣。1964 年美国喷气推进实验室（JPL），用计算机对“徘徊者 2 号”太空船发回的大批月球照片进

6、行处理，受到明显的效果。60 年代末，数字图像处理已经形成了比较完善的体系，形成一门新的学科。60 年代到 70 年代，由于离散数学的创立和完善，使数字图像处理技术得到迅猛的发展，理论和方法进一步完善，应用范围更加广阔。这一时期，图像处理主要与模式识别和图像理解的研究相联系，如文字识别、医学图像处理、遥感图像的处理等。70 年代后期至今，各个应用领域对数字图像处理提出越来越高的要求，促进这门学科向更高级的方向发展，特别是在景物理解和机器视觉方面，图像由二维处理变成三维解释。近几年来随着计算机和各个领域研究的迅速发展，科学计算可视化、多媒体技术等的研究和应用，数字图像处理从一个专门领域的学科变成

7、了一种新型的科学研究和人机界面的工具。从二十世纪六十年代美国航空和太空总署(NASA)的喷气推进实验室第一次使用计算机对太空船发回的大批月球图片进行处理到信息技术不断提高的今天，数字图像的应用处理技术得到了广泛的应用，形成了自己的技术特色和完善的学科体系。用计算机进行图像处理的前提是图像必须以数字格式存储，我们把以数字格式存放的图像称之为数字图像。常见的各种照片、图片、海报、广告画等均属模拟图像，要将模拟图像数字化后生成数字图像，需要利用数字化设备。目前，将模拟图像数字化的主要设备是扫描仪，将视频画面数字化的设备有图像采集卡。当然，也可以利用数码照相机直接拍摄以数字格式存放的数字图像。模拟图像

8、经扫描仪进行数字化或由数码相机拍摄的自然景物图像，在计算机中均是以数字格式存储的。既然是数字，计算机当然可以方便地进行各种处理，以达到视觉效果和特殊效果。在计算机中，图像被分割成如下所示的像素（Pixel），各像素的灰度值用整数表示。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： g11g12.g1N gG = 21g22.g2 N .g.g. g M 1M 2MN 1.1.2 数字图像处理数字计算机最擅长的莫过于处理各种数据，数字化的图像可以看成是存储在计算机中的有序数据，当然可以通过计算机对数字图像进行处理。我们把利用计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、

9、分割、提取特征等的理论、方法、和技术称为数字图像处理（Digital Image Processing）。一般，图像处理是用计算机和实时硬件实现的，因此也称为计算机图像处理（Computer Digital Image Processing）。在日常生活中，图像处理已经得到广泛应用。例如，电脑人像艺术，电视中的特殊效果，自动售货机钞票的识别，邮政编码的自动识别和利用指纹、虹膜、面部等特征的身份识别等。在医学领域，很早以前就采用 X 射线透视、显微镜照片等来诊断疾病。现在，计算机图像处理已成为疾病诊断的重要手段，用一般摄影方法不能获取的身体内部的状况，也能由特殊的图像处理装置获取，最具代表性的就

10、是 X 射线 CT（ComputerizedTomograph）。数字图像处理的产生和迅速发展主要受如下三个方面的影响。一是计算机的发展。早期的计算机无论在计算速度或存储容量方面，难于满足对庞大图像数据进行实时处理的要求。随着计算机硬件技术及数字化技术的发展，计算机、内存及外围设备的价格急剧下降，而其性能却有了大幅度提高。过去只能用大型计算机完成的庞大处理，现在，在个人计算机上也能够轻而易举地实现。二是数学的发展，特别是离散数学理论的创立和完善，为数字图像处理奠定了理论基础。三是军事、医学和工业等方面应用需求的不断增长。自 20 世纪 20 年代以来，图像处理首次应用于改善伦敦和纽约之间海底电

11、缆发送的图片质量以来，经过几十年的研究与发展，数字图像处理的理论和方法进一步完善，应用范围更加广阔，已经成为一门新兴的学科，并在向更高级的方向发展。如在景物理解和计算机视觉（机器视觉）方面， 图像处理已由二维处理发展到三维理解或解释。近几年来，随着计算机和各个相关领域研究的迅速发展，科学计算可视化、多媒体技术等研究和应用的兴起，数字图像处理从一个专门领域的学科，变成了一种新型的科学研究和人机界面的工具。目前数字图像处理技术已成为计算机科学、信息科学、生物学、医学等学科研究的热点。这是因为图像处理学科不仅可以促进人类的进步，还可以带来巨大的经济和社会效益。1.2 数字图像处理的特点及目的1.2.

12、1 数字图像处理的特点数字图像处理是利用计算机的计算功能，实现与光学系统模拟处理相同效果的过程。数字图像处理具有如下特点：（1） 处理精度高，再现性好。利用计算机进行图像处理，其实质是对图像数据进行各种运算。由于计算机技术的飞速发展，计算精度和计算的正确性都毋庸置疑；另外， 对同一图像用相同的方法处理多次，也可得到完全相同的效果，具有良好的再现性。（2） 易于控制处理效果。在图像处理程序中，可以任意设定或变动各种参数，能有效控制处理过程，达到预期处理效果。这一特点在改善图像质量的处理中表现更为突出。（3） 处理的多样性。由于图像处理是通过运行程序进行的，因此，设计不同的图像处理程序，可以实现各

13、种不同的处理目的。（4） 图像数据量庞大。图像中包含有丰富的信息，可以通过图像处理技术获取图像中包含的游泳的信息，但是，数字图像的数据量具大，一幅数字图像是由图像矩阵中的像素组成的，通常每个像素用红、绿、蓝三种颜色表示，每种颜色用 8bit 表示灰度级。则一幅 10241024 不经压缩的真彩色图像，数据量达 3MB（即102410248bit3=24Mb）。如此庞大的数据量给存储、传输和处理都带来巨大的困难。如果精度及分辨率再提高，所需处理时间将大幅度增加。（5） 处理费时。由于图像数据量大，因此处理比较费时。特别是处理结果与中心像素邻域有关的处理过程花费时间更多。（6） 图像处理技术综合性

14、强。数字图像处理涉及的技术领域相当广泛，如通信技术、计算机技术、电子技术、电视技术等，当然，数学、物理学等领域更是数字图像处理的基础。1.2.2 数字图像处理的目的一般来说，对图像进行加工和分析主要有如下三方面的目的：（1） 提高图像的视感质量，以达到赏心悦目的目的。如去除图像中的噪声，改变图像的亮度、颜色，增强图像中的某些成份、抑制某些成份，对图像进行几何变换等，从而改善图像的质量，以达到或真实的、或清晰的、或色彩丰富的、或意想不到的艺术效果。（2） 提取图像中所包含的某些特征或特殊信息，以便于计算机分析，例如，常用作模式识别、计算机视觉的预处理等。这些特征包括很多方面，如频域特性、灰度/颜色特性、边界/区域特性、纹理特性、形状/拓扑特性以及关系结构。（3） 对图像数据进行变换、编码和压缩，以便于图像的存储和传输。1.3 数字图像几何变换介绍我们在处理图像时往往会遇到需要对图像进行几何变换的一些问题。图像的几何变换时图像处理和图像分析的基础内容之一，它不仅提供了产生某些图像的可能，而且还可以使图像处理和分析的程序简单化，特别是图像具有一定的规律性时，一个图像可以由另一个图像通过几何变换来实现。所以，为了提高图像处理和分析程序设计的速度和质量，开拓图像程序应用范围的新领域，对图像进行几何变换是十分