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1、基于Matlab GUI的數(shù)字圖像處理實驗平臺設(shè)計
摘要：數(shù)字圖像處理涉及面廣，實用性強的特點，而現(xiàn)有的數(shù)字圖像處理實驗平臺體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不適合初學(xué)者學(xué)習(xí)，缺少緊扣教材的實驗系統(tǒng)，學(xué)生很難深入理解數(shù)字圖像處理的技術(shù)原理。在此采用Matlab的圖形用戶界面環(huán)境〔GUI〕設(shè)計，研制開發(fā)了相應(yīng)的實驗教學(xué)平臺，其涵蓋了數(shù)字圖像處理中的幾何變換、圖像增強、圖像平滑、邊緣與分割、假彩色編碼等內(nèi)容。該實驗平臺界面友好，具有較強的可移植性和可擴展性，可以幫助學(xué)生更切實地掌握有關(guān)數(shù)字圖像處理的內(nèi)容。關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理；Matlab；GUI；實驗平臺中圖分類號：TN919?34文獻標(biāo)識碼：A文章編號：100
2、4?373X〔2021〕18?0006?03DesigndigitalimageprocessingexperimentalplatformbasedonMatlabGUIZHANGXin，WUYu，PINGZi?liang，DINGQi?lan，JINXiao?xi〔CenturyCollege，BeijingUniversityofPostsandTelecommunications，Beijing102101，China〕Abstract：Accordingtothecharacteristicsofdigitalimageprocessing，thearchitectureofexis
3、tingdigitalimageprocessingexperimentalplatformistoocomplextobeappropriateforabecedariantolearn.Forlackoftheexperimentalplatformwhichisclosetoteachingmaterial，studentsunderstandthetheoryofdigitalimageprocessinghardly.Acorrespondingexperimentalplatformwasdesignedanddevelopedbygraphicuserinterface〔GUI〕
4、ofMatlab.Itincludesimagegeometrictransformation，enhancement，smoothing，edge，segmentationandfalsecolorencodingintheprocessofdigitalimageprocessing.Thisexperimentalplatformhasfriendlyinterface，highportabilityandscalability，andcanhelpstudentsunderstandthecontentofthedigitalimageprocessingprofoundly.Keyw
5、ords：digitalimageprocessing；Matlab；GUI；experimentalplatform0引言?數(shù)字圖像處理?是電子信息類專業(yè)非常重要的專業(yè)課【1】。目前對該門課程的安排，各院校一般都是理論教學(xué)與實驗教學(xué)相結(jié)合【2】，學(xué)生通過上機實驗，提高動手編程能力，增進對數(shù)字圖像處理流程的認(rèn)識，加深對數(shù)字圖像處理理論知識的理解。在實驗教學(xué)中，各高校通常采用Matlab，VC++軟件等進行編程，由于缺少緊扣教材的實驗系統(tǒng)，學(xué)生很難深入理解數(shù)字圖像處理的技術(shù)原理【3】。基于上述分析，為便于學(xué)生系統(tǒng)、全面的掌握該門課程的根本原理和經(jīng)典算法，本文利用Matlab軟件創(chuàng)立數(shù)字圖像處理實
6、驗教學(xué)平臺的用戶圖形界面〔GUI〕，開發(fā)了一個針對教學(xué)的可視化、系統(tǒng)化“數(shù)字圖像處理實驗教學(xué)〞軟件，為學(xué)生提供一個數(shù)字圖像處理技術(shù)的算法演示及模擬開發(fā)的GUI平臺，幫助學(xué)生掌握數(shù)字圖像處理的根本原理和內(nèi)容，熟悉并消化圖像處理的技術(shù)方法，了解圖像處理的較新研究領(lǐng)域。利用軟件Matlab平臺建設(shè)了一個集良好的可視化、開放性、交互性于一體的數(shù)字圖像處理實驗教學(xué)平臺。1實驗平臺的總體設(shè)計本文利用Matlab的GUI來設(shè)計人機交互的圖形用戶界面【4】，設(shè)有圖像顯示坐標(biāo)軸、下拉菜單、按鈕等功能來完成不同功能模塊的實現(xiàn)和函數(shù)的調(diào)用。1.1實驗平臺總體結(jié)構(gòu)該實驗平臺以北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院?數(shù)字圖像處理?這門課
7、程的內(nèi)容為根本點，結(jié)合實驗教學(xué)的課時安排，按照圖像處理技術(shù)實驗教學(xué)的特點來設(shè)計該實驗平臺系統(tǒng)的整體框架【5】。該實驗平臺具體框圖如圖1所示。圖1基于MatlabGUI的數(shù)字圖像處理實驗平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖此實驗平臺的主界面采用MatlabGUI菜單項設(shè)計，在主界面中點擊任一子模塊，就可翻開相應(yīng)子模塊界面，具體界面實現(xiàn)如圖2所示。圖2實驗平臺主界面設(shè)計圖該實驗平臺主要包括圖像處理中的幾何變換、圖像增強、圖像平滑、邊緣與分割、假彩色編碼等模塊內(nèi)容，其中，幾何變換模塊主要包含了圖像平移、圖像鏡像、圖像旋轉(zhuǎn)、圖像錯切、比例縮放、復(fù)合變換等功能；圖像增強由線性變換、行對數(shù)變換、直方圖均衡化、直方圖規(guī)定化、索引
8、/二值圖像等5個功能塊組成；圖像平滑主要包括模擬噪聲生成、鄰域平均、中值濾波、巴特沃斯低通濾波、指數(shù)型低通濾波、梯形低通濾波、Sobel算子濾波、空域高通濾波等功能模塊；邊緣與分割分為圖像分割、Hough變換、邊緣檢測等3個模塊；假彩色編碼包括RGB空間偽彩色編碼、灰度彩色變換法編碼和頻率偽彩色編碼等三個功能模塊。1.2功能設(shè)計圖像的幾何變換是指圖像處理中對圖像平移、旋轉(zhuǎn)、放大和縮小【6】這些簡單變換以及變換中灰度內(nèi)插處理等。圖3所示為在圖像幾何變換模塊中，對選定圖像進行復(fù)合變換的效果圖。該復(fù)合變換式將原有圖像向下平移50像素，向右平移50像素，并用白色填充空白局部，再對其做垂直鏡像，然后旋轉(zhuǎn)
9、30。該變換的主要代碼如下：B〔50+1：H〔1〕，50+1：H〔2〕，1：H〔3〕〕=I〔1：H〔1〕?50，1：H〔2〕?50，1：H〔3〕〕；C〔1：H〔1〕，1：H〔2〕，1：H〔3〕〕=B〔H〔1〕：?1：1，1：H〔2〕，1：H〔3〕〕；D=imrotate〔C，30，′nearest′〕；圖3幾何變換中的復(fù)合變換效果圖圖4所示為圖像增強功能模塊中的灰度圖像線性變換子模塊處理界面，該模塊不僅可以處理灰度圖像，還可處理彩色圖像。在選擇該算法時，實驗平臺會先判斷輸圖像是否為灰度圖像，假設(shè)是，那么直接處理圖像，假設(shè)不是，那么會先彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，再做后續(xù)處理。其m文件局部代碼如下：
10、axes〔handles.axes_dst〕；d=length〔size〔img_src〕〕；ifd==3image=rgb2gray〔img_src〕；elseifd==2image=img_src；endJ=imadjust〔image，[0.150.5]，[01]〕；imshow〔J〕；title〔′線性變換后的灰度圖′〕；axes〔handles.axes_srcl〕；imhist〔image〕；title〔′原灰度直方圖′〕；axes〔handles.axes_dstl〕；imhist〔J〕；title〔′線性變換后的灰度直方圖′〕；setappdata〔handles.figure
11、_zengqiang，′bChanged′，true〕；set〔handles.srcl_save，′Enable′，′on′〕；set〔handles.dstl_save，′Enable′，′on′〕；圖5所示為圖像邊緣檢測模塊界面，該界面可同時顯示三種不同算子實現(xiàn)圖像邊緣檢測的效果圖及原圖，以便學(xué)生在實驗的過程中進行直觀比照。其主要代碼如下：BW1=edge〔image，′sobel′，0.1〕；BW2=edge〔image，′roberts′，0.1〕；BW4=edge〔image，′log′，0.01〕；圖4灰度圖像線性變換子模塊處理界面圖5圖像邊緣檢測模塊界面2實驗平臺的特點基于Ma
12、tlabGUI數(shù)字圖像處理實驗平臺具有以下特點：〔1〕內(nèi)容豐富，涵蓋圖像處理領(lǐng)域的大局部內(nèi)容，具有很強的可移植性和可擴展性，可在教學(xué)的過程中有目的性的進行更改，增刪不同的功能模塊，以便到達更好的教學(xué)效果?！?〕界面友好，方便操作【7】，可在同一界面同時顯示處理前和處理后的圖像。對于某些需要確定參數(shù)的算法，該實驗平臺上設(shè)置了不同的初始參數(shù)值，學(xué)生也可以自己動手調(diào)節(jié)參數(shù)值。針對同一數(shù)字圖像處理算法，該實驗平臺課可同時展示三種不同參數(shù)的處理效果，通過比較不同參數(shù)條件下的圖像處理效果，使學(xué)生理解有關(guān)參數(shù)變化對處理結(jié)果的影響。〔3〕教師在教學(xué)過程中，可以方便地演示圖像處理的某一內(nèi)容的處理結(jié)果，在進行理論
13、教學(xué)的同時使學(xué)生知道該處理對圖像的影響，從而加深學(xué)生對該理論和內(nèi)容的理解。〔4〕通過該實驗平臺仿真試驗可選出最正確的處理方法、步驟和參數(shù)設(shè)置，然后再編寫程序，從而有針對性的對算法加以改進，減少了學(xué)生對同一圖像處理過程的不同處理方法的重復(fù)編程時間，便于學(xué)生對有關(guān)算法進行改進或創(chuàng)新。3結(jié)語針對北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院?數(shù)字圖像處理?實踐教學(xué)的現(xiàn)狀，設(shè)計實現(xiàn)了基于MatlabGUI的數(shù)字圖像處理實驗平臺。該實驗平臺用戶界面友好，交互性強，可拓展性好。根據(jù)我院信息類不同專業(yè)的教學(xué)特點，在教學(xué)的過程中，可自行修改模塊設(shè)置，增刪特色模塊，使學(xué)生對數(shù)字圖像處理的相關(guān)理論有比較深刻的理解，從而提升?數(shù)字圖像處理?課程的實踐教學(xué)效果。參考文獻【1】張穎穎，黃義定，王紅娟.關(guān)于“數(shù)字圖像處理〞實驗的任務(wù)模塊化教學(xué)模式的探索[J].實驗室科學(xué)，2021〔6〕：52?54.【2】安平，王朔中.建立在Matlab平臺上的數(shù)字圖像處理教學(xué)實驗系統(tǒng)[J].實驗室研究與探索，2021〔1〕：61?62.【3】王帆，劉慧.基于MatlabGUI的數(shù)字圖像處理實驗平臺設(shè)計[J].中國科技信息，2021〔7〕：124?125.【4】陳壵光.精通MatlabGUI設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2021.
基于Matlab GUI的數(shù)字圖像處理實驗平臺設(shè)計
