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基于MATLAB的图像锐化算法研究与仿真.doc
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2023-07-07
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基于MATLAB的图像锐化算法研究与仿真.doc
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I
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
II
Abstract
In the process of image acquisiting, the image quality will be degraded due to a variety of
factors. Image enhanceing is aimed at highlighting some interested information that is easy to
analyze for people and machine and inhibiting some useless information to enhance the image
value. Image sharpening is a partion operation method of image enhancing in spatial domain,
and its purpose is to enhance and judge the edge of the image and profile information and the
specific method of the image sharpening uses differential to make the edge so prominent and
clear.
The most commonly used method of image sharpening is gradient sharpening. But apart from
the gradient algorithm, image sharpening methods also have Roberts, Prewitt, Sobel, Laplacian
and etc. These methods were introduced, compared and analyzed. Finally, MATLAB is
introduced. And a part of the image sharpening algorithm is achievd and the results afe recorded.
Through the simulation and comparison of the various algorithms, each algorithm has its own
advantages and disadvantages. After the features of the image using in this paper are analyzed, it
improves the Laplacian algorithm contrapositively, namely using high-elevating filtering to
improve the brightness of the image. Experimental results show that the method is feasible and
achieves the desired sharpening effect.
Key words: Image enhancing; Edge;MATLAB; Image Sharpening
III
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
2.1.2 Sobel 算法 ....................................................................................................................13
2.1.3 LOG 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
2.4 MATLAB 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
3.5 MATLAB 的实现程序如下 ...............................................................................................23
3.6 结论 ....................................................................................................................................23
4 MATLAB 简介及 GUI 设计 ..................................................................................................24
4.1 MATLAB 简介 ...................................................................................................................24
IV
4.2 图形用户界面 GUI .............................................................................................................24
4.3 GUI 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
基于 MATLAB 的图像锐化算法研究与仿真
1
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
)y,x(f
,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
)y,x(
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:
� �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
MN2M1M
N22221
N11211
ggg
ggg
ggg
G
�
���
�
�
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。
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