基于MATLAB GUI數(shù)字圖像處理輔助教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于MATLAB GUI數(shù)字圖像處理輔助教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 　　摘要：依托MATLAB的圖形用戶界面開(kāi)發(fā)環(huán)境，調(diào)用工具箱已有的函數(shù)構(gòu)建一個(gè)實(shí)用便捷的數(shù)字圖像處理輔助教學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)交互式控制。通過(guò)進(jìn)行形象化演示，使學(xué)生直觀感受到算法實(shí)現(xiàn)的效果，有助于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解和掌握。系統(tǒng)界面友好，具有較強(qiáng)的可移植性與擴(kuò)展性。 　　關(guān)鍵詞：MATLAB；數(shù)字圖像處理；GUI；空域?yàn)V波 　　中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）08-0114-03 　　1引言 　　數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用廣泛，包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、通信領(lǐng)域、工業(yè)和工程、軍事和文化藝術(shù)等領(lǐng)域。處于人工智能的時(shí)代，“數(shù)字圖像處理”作為電子信息工程、通信工程等專業(yè)的專業(yè)必修課程尤為重要，包含了圖像增強(qiáng)、圖像變換、圖像分割、圖像形態(tài)學(xué)等多個(gè)內(nèi)容，各部分內(nèi)容算法處理繁多且較為復(fù)雜，學(xué)生較難理解。借助MATLAB強(qiáng)大的運(yùn)算和圖形展示功能設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像處理輔助教學(xué)系統(tǒng)，其較強(qiáng)的實(shí)踐性使圖像處理更加簡(jiǎn)單和直觀，有助于學(xué)生系統(tǒng)全面的掌握經(jīng)典原理和基本算法。 　　2數(shù)字圖像處理輔助教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 　　2.1系統(tǒng)的整體框架 　　以數(shù)字圖像處理課程的章節(jié)內(nèi)容為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體框架如圖1，其功能包括八大模塊：文件管理、圖像編輯、常用處理、圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像類型轉(zhuǎn)換、圖像分割、圖像形態(tài)學(xué)。 　　2.2 GUI界面設(shè)計(jì)流程及布局 　　系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境為MATLAB R2014b，通過(guò)GUI向?qū)?gòu)建圖像界面時(shí)，GUI設(shè)計(jì)同時(shí)保存兩個(gè)文件：包含控件圖形對(duì)象的Fig文件，如圖形窗口、文本、菜單、坐標(biāo)、控件等，包含回調(diào)函數(shù)的M文件。依照GUI界面設(shè)計(jì)流程圖，如圖2，首先在MAT-LAB界面啟動(dòng)guide，對(duì)圖形界面進(jìn)行總體布局。其次添加控件對(duì)象，菜單對(duì)象和坐標(biāo)軸對(duì)象，此處需拖動(dòng)控件添加兩個(gè)坐標(biāo)軸對(duì)象，3個(gè)靜態(tài)文本標(biāo)簽，修改對(duì)象屬性，調(diào)整對(duì)象位置，如圖3。接著對(duì)MenuEditor菜單欄添加三級(jí)菜單項(xiàng)，如圖4，設(shè)置并修改對(duì)象屬性。最后點(diǎn)擊Callback項(xiàng)返回M文件并編寫(xiě)回調(diào)函數(shù)，進(jìn)行程序調(diào)試后運(yùn)行后生成圖形界面。 　　2.2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn) 　　每個(gè)圖形對(duì)象都有唯一一個(gè)句柄，只有獲取其句柄，才可對(duì)該圖形對(duì)象進(jìn)行控制，設(shè)置或修改對(duì)象的有關(guān)屬性?；卣{(diào)函數(shù)的數(shù)據(jù)傳輸主要借助句柄handles進(jìn)行訪問(wèn)。Handles既可以儲(chǔ)存GUI對(duì)象信息，又可以儲(chǔ)存一般變量。實(shí)現(xiàn)不同回調(diào)函數(shù)間圖像數(shù)據(jù)傳送的函數(shù)用法為： 　　handles.新變量名=變量值；%新建變量 　　guidata（hObject，handles）；%更新句柄信息 　　2.2.2系統(tǒng)界面設(shè)計(jì) 　　系統(tǒng)界面如圖5，主要分為顯示區(qū)域與操作區(qū)域。顯示區(qū)域：定義兩個(gè)圖形區(qū)域。左邊區(qū)域顯示載人的原圖像，載入原圖像類型包括tif、jpg、bmp、png和**五種格式；右邊區(qū)域?yàn)橥ㄟ^(guò)處理后的圖像。操作區(qū)域：選擇菜單欄功能模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字圖像的各種處理。 　　3空域?yàn)V波模塊的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 　　由于篇幅限制，本系統(tǒng)僅以空域?yàn)V波的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)來(lái)呈現(xiàn)模塊設(shè)計(jì)的具體過(guò)程。 　　3.1空域?yàn)V波 　　空域?yàn)V波簡(jiǎn)化形式如公式（1）所示 　　w是濾波器系數(shù)，z是與該系數(shù)對(duì)應(yīng)的圖像灰度值，mn為濾波器中包含的像素點(diǎn)總數(shù)?？沼?yàn)V波即在圖像空間中借助模板對(duì)圖像領(lǐng)域進(jìn)行操作，處理圖像的每個(gè)像素值，主要分為線性濾波和非線性濾波。數(shù)字圖像中存在部分的噪聲可通過(guò)空域?yàn)V波的方法除去，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中空域?yàn)V波包括中值濾波、均值濾波、自?m應(yīng)濾波，程序編寫(xiě)時(shí)均采用3*3的濾波模板。 　　3.1.1中值濾波的設(shè)計(jì) 　　中值濾波是一種非線性平滑濾波，基本原理是把數(shù)字圖像或數(shù)字序列中一點(diǎn)的值用該點(diǎn)的一個(gè)鄰域中各點(diǎn)值的中值代替.中值濾波表達(dá)形式如公式（2）所示。 　　中值濾波實(shí)現(xiàn)方法： 　　1）通過(guò)imread（）函數(shù)讀入原始彩色圖像，即在“文件”菜單下選擇“打開(kāi)”圖片。 　　2）利用rgb2gray（）函數(shù)將彩色圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖像，即在“圖像類型轉(zhuǎn)換”模塊選擇子菜單“RGB轉(zhuǎn)灰度圖”。 　　3）用imnosie（）在灰度圖像中加入噪聲，即在“編輯”模塊選擇“添加噪聲”。 　　4）利用medfilt2（）函數(shù)進(jìn)行中值濾波，即在“圖像增強(qiáng)”模塊選擇空域?yàn)V波下的“中值濾波”對(duì)文件進(jìn)行操作。 　　程序部分代碼如下： 　　3.1.2均值濾波的設(shè)計(jì) 　　均值濾波主要思想是鄰域平均法，即用求模板內(nèi)像素灰度的平均值來(lái)代替每個(gè)像素的灰度。均值濾波的模板就是ones（n，n），模板內(nèi)所有元素均為1，它們的權(quán)重相同，其降噪平滑后的圖像表達(dá)式如公式（3）所示。 　　其中，s是點(diǎn)（x，y）領(lǐng)域內(nèi)的點(diǎn)集

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