复数域在图像处理中的应用

复数域在图像处理中的应用
复数域在图像处理中的应用

摘要

图像分割,正如字面上所理解的,对图像信息进行分块,并取得自己所需要的那一块。图像分割是图像分析处理的重要环节。为了能更好的理解与分析,和处理图像,尤其是自己感兴趣的那一块,我们离不开图像分割。它将原始图像,通过目标识别,匹配,提取,测量参数后,找到处理的根本对象所在。

如何在图像中表现出其是否是均匀的、是粗糙的又或者是细致的?为了区分图像,我们引入图像纹理特征,它是图像的本身属性。在灰度的变化过程中,通过统计变化,空间中,图像的纹理特征也发生相应的改变。由此可知,纹理特征是指图像内所含有的,一定区域内的,按一定规律形成的或者周期排列的,小形状区域块。

傅里叶变换,就如同处理信号,把图像从“空域”变为“频域”。在一幅图像中,其细节以及纹理特征信息在频谱图的高频率部分呈现出;低频部分代表了图像的轮廓信息。若我们将一幅精细的图像通过低通滤波器变换,那么图像经过变换后的结果就剩下了轮廓。这与信号处理的基本思想是相通的。我们就可以用滤波器来恢复噪点恰巧位于图像的某个特定“频率”范围内的图像。

本文主要是对图像进行傅里叶变换分析并对比Gabor变换和脊波变换。

关键词:图像处理,傅里叶变换,复数域,纹理特征

ABSTRACT

Image segmentation refers to the image into various characteristics of the region and extract the target of wich we are interest in.The first step to understand and analysis a image is to make a image segment, the need for image object extraction, measurement and it makes the expression of the target feature extraction, parameter measurement of the original image is the foundation of the image analysis and understanding.

Texture refers to the shapes that exist within a certain range of the image,usually is very small,semi-periodic or regular arrangement of the pattern. For same phenomenon, texture is used in image interpretation of meticulous and rough.Texture is one of the main features of image processing and pattern recognition.The texture feature is the image gray level changes,such changes and statistics will be concerned.Image texture features reflect the properties of the image itself,contribute to the distinction between images.

As one-dimensional signal processed,Fourier transform trans the image from the "airspace" to"frequency".For a picture,high-frequency part represents the image detail and texture information;low-frequency part represents the outline of the image information.For example,a fine image processed with a low pass filter,then filtering the result to the rest of the silhouette.This is the basic idea of the signal processing are interlinked.If the image is subject to a noise just in a specific "frequency" range,it can pass through the filter to restore the original image.

This article is mainly for image Fourier transform analysis and process with Matlab. KEY WORDS:Image process, Fourier transform, Complex Unit,texture feature,

目录

摘要............................................................. I ABSTRACT............................................................ II 第一章绪论. (4)

1.1选题背景和意义 (4)

1.2国内外研究现状 (4)

1.3 设计(论文)的主要研究内容及预期目标 (5)

第二章纹理特征 (1)

2.1 纹理 (1)

2.2 基于纹理特征的方法 (2)

2.2.1 信号处理方法 (2)

第三章复数域上的Fourier变换 (3)

3.1 Fourier变换 (3)

3.2 Gabor变换 (4)

3.2.1 Gabor变换定义式 (4)

3.2.2 窗口的宽高关系 (5)

3.2.3离散Gabor变换的一般求法 (5)

3.2.4 Gabor变换的解析理论 (6)

3.2.5 适用条件 (6)

3.2.6 应用 (6)

3.3脊波变换 (7)

3.4 Radon、Fourier和Ridgelet变换的关系 (8)

第四章复数域上的图像处理计算机实践 (9)

4.1 实践环境 (9)

4.2傅里叶变换的MATLAB实践 (9)

4.3 Gabor变换及脊波变换 (9)

第五章总结 (11)

参考文献 (12)

致谢 (13)

第一章绪论

1.1选题背景和意义

数字图像处理技术是一门多领域的,交叉型学科。在微电子技术以及数字技术飞速发展的今天,图像分析和处理已然形成了一门复杂的科学体系,在其不长的发展历程中,经过各个领域的广泛使用与创新,图像处理的理论与实践新思路源源不断。视觉,人类的心灵之窗,人类感知的第一步。为了满足人们日益增长的需求,尤其是“计算机”、“生物医学”等学科方面的专业应用,使“大气科学”、“地理科技”等领域得到了更加精确的描述,使得这门技术成为了众多专家的专门技术。

从二十世纪七十年代末到现在,图像处理技术取得了长足的发展,出现了许多图像处理相关的新理论、新方法,然而,遗憾的是基本上每种图像处理方法都只能应用于一些特定的问题解决。早期出现了一些经典的如阈值化等等处理方法,这些处理方法主要基于简单的边缘和灰度等基础知识。随着待解决问题复杂程度的提高,越来越多的专业知识应用到图像处理中来,这些专业知识主要是指人们对目标提取的理解。

为了使图像处理过程的更加智能化,自适应化,同时将图像处理专业知识让更多人所认知,在此,我将通过图像处理信号变换的方法进行实践应用。让专业的知识得到普及,从而满足日常生活中人们对图像信息进行更加细致深入的处理,使人们的物质文化生活更加丰富。

1.2国内外研究现状

从二十世纪萌芽的图像相关技术,自1990年以后,数字图像处理技术迅猛发展。由于图像内的像素值在相邻区域内具有重要的性质:(1)不连续和(2)相似(像素间相似,像素在区域边缘又通常不连续);从而,在实践和创新的双向驱动下,专业技术得到了更具体的革新,如小波分析,模糊聚类,Gabor滤波变换,基于Bregman 的纹理分割图像的方法等等;其主要可分为:“阈值、边缘和区域”之间的分割。

现行的,在图像的处理领域的专业技术,越来越多的处理技术和思想已经得到一定的发展和广泛地使用,尤其在纹理图像方面的应用。如在医学诊断过程中,在计算机的视觉效果处理中,在遥感信息处理过程中,还有图形图像检索方面,凸显了分割纹理成了图像处理技术中的第一步重要性,也是图像在专业应用领域的基础分析。

但是,在复杂基元同时存在时,频域内的图像的纹理特征被表现出来的信号不

平滑、稳定;而且在特征的局限性下,其方向性和频谱特性受到巨大限制。

为此,我们引入频域和时域都较高的、同时满足纹理特征的变换工具——Fourier变换。

高的时间和频率分辨率在纹理分割处理图像时,所采用工具应同时具备,这就要求图像信息处理过程中,要达到高频的特点。通常分析和处理信号方法是傅立叶变换,傅里叶变换是个十分重要的工具[21]。

目前,Fourier变换是一般的信号分析和处理的重要工具。信号处理中的Fourier方法已经广泛应用于医学,尤其在乳房肿瘤的纹理切片识别检测方面得到更多更专业,更加具体的实践。

Gabor变换是继Fourier变换之后的一个飞跃,它给许多相关领域带来了新思想,提供了有力工具。在不断的实践过程中,人们的需求进一步推动了傅里叶变换的发展,近年来,随着研究的进展,脊波( Ridgelet ) 变换在奇异性和多尺度分析上占有较大优势,能使图像处理得更加稀疏,具有方向梯度,弥补了Gabor的局限。由于其本身具有多学科结合相互、相互渗透的特点,并且在各个专业领域内都有相应的研究成果和突破,脊波分析的发展推动着许多其它学科和相关领域的发展。脊波变换在各专业领域内,每每有新的研究成果,都会受到各界的广泛关注,尤其在图像处理的应用上更是如此。Gabor变换局部化时间分析,图形边缘检,地震勘探反射波的位置等信息极重要,而脊波变换更偏重于纹理条纹的处理。

图像分割是一项很困难的技术活,为了达到医学诊断所需要的精度,现在流行的自动分割算法已经不能满足需求。

图像分割除了准确性外,近年来,使用户了解,并引导用户进行交互处理图像成为流行发展趋势和研究方向。

图像的处理,在于其数字图像所包含的数字信息以及转换为数字信息后有用的数字信号,其复杂性决定了现在流行的算法优化重构以及可视化等相关研究的发展[22]。

1.3 设计(论文)的主要研究内容及预期目标

本论文主要分为4个部分。

在本文第一部分,介绍了图像处理的背景知识及相关概念,并由前言部分进行现阶段图像处理现状及发展方向。

在第二部分,纹理是图像的主要组成部分。复数域上纹理特征定义及相关性质在傅里叶变换以至Gabor变换、脊波变换都有重要联系。

在本文第三部分,我将介绍复数域上基于纹理图像处理傅里叶方法。

在本文第四部分,我将用matlab中的图像处理工具进行实践,并对现行的复数域上的图像处理变换方法进行对比学习。

第二章纹理特征

2.1 纹理

一般的,对于数字图像,我们通过对其使用计算机相关软件进行分析,得到自己想要的相关图像量化,这个过程称之为图像处理。其主要对象来源于扫描仪,照相机等影像拍摄、存储、读取以及处理设备。

通过数字化处理,我们得到图像的相关的量化信息,这些信息构成相应的数组,也就是我们在日常生活中所提及的像素,图像的灰度值就是其像素值。

Image分解算法被广泛的应用到图像处理的很多领域中,它对压缩、特征提取以及高动态范围图像压缩等各类应用都具用十分重要的意义。在一定的意义下,Image分解算法将一张图像分解成若干图层,在这里,我们粗劣划分为表明边界和色调的结构层S和展现丰富纹理信息细节变化细节层D两层:

I(P)=S(p)+D(p) (2-1-1)结构层反映了图像边界和明暗色调,而细节表达了图像中丰富的细节变化和纹理[5]。

在图像中,相邻关系的像素点之间,它们进行着有意义的变化——亮度变化。因此,各种各样的纹理图在变化图像中能够得到充分的展现。尽管纹理是变化的,是不统一的,具体体现在其灰度等级上,然而,人们还是可以通过同一区域进行划分。(一些研究人员以人的视觉系统来描述纹理)。

像素的空间分布直接影响着纹理图像,同时,该空间的关系也受到纹理图像的基元大小,类型控制。因此,所在区域的纹理图像(相当于)分辨率属性的特征是大于一定程度的同质化空间。

纹理图像是由该区域中,基元个数决定的。含有大量的基元,那么,纹理信息才能被感知;反之,低于一定数量的基元,只能被识别作可数对象。

其实,图像的纹理在变化的尺度和分辨率下均能被感知。就像一个细胞群,我们如果在用显微镜观察时使用低倍镜,那么我们将看到多数细胞,而非单个细胞的内部结构,即无法从细节上观察;若使用高倍镜进行观察,在视野内的细胞数量不仅而且能看清其纹理细节。

由此可知,不同的观察距离或者不同的观察角度,对纹理的表示也有影响。当我们用高倍镜观察时,细胞内部呈现出同质区域,这些构成了纹理的基本元素。

2.2 基于纹理特征的方法

我们在此次实践过程中,研究图像基于纹理特征的处理方法主要为信号处理技术。当然,在其他相关的领域内,我们的统计分析方法还有几何方法以及关键点方法都已经得到相当广的应用。为了使大家了解复数域上的图像处理应用原理,我们在此只将解其传统的fourier 变换方法。

2.2.1 信号处理方法

信号处理在数学和理化的基础上得到了具体的过程。我们通过信号发生后,在其传输过程中,接收信息并滤噪或者抗干扰,再转换为我们的数字信息,进行存储和读取,以期得到我们想要的目的——减弱或者消除信号中的冗余信息。基于纹理特征的信号处理方法有很多,这里介绍传统Fourier 变换原理。

2.2.1.1 Fourier 变换

)212()()]([)(--=

=?∞

∞-dt e t f t f F F iwt ω

最初,在Fourier 变换提出之前,我们只能上用z=f (x ,y )的映射关系来表示位图,这一一对应的映射点,组成了一个二维矩阵。在现实生活中,我们的空间是三维的,而图像确实通过采样形成的二维矩阵,为此,我们引入梯度这一维度。简单的二维矩阵,通过复数域的引入,从而更加具体。富有梯度,角度,维度等等可以量化的信息供人们进行分析处理。

梯度,不仅是纹理变化剧烈程度的指标,也指频率。

图像傅里叶,是将某函数分割成一系列周期函数,然后通过其具有周期等性质进行处理。Fourier 变换和他的逆变换过程,是将图像实现在空间域和频域之间相互转换。

Fourier 变换能量变换及其分布情况,说明了纹理的粗糙和其具有方向性。

第三章 复数域上的Fourier 变换

3.1 Fourier 变换

一样的,图像经过映射,在复数域上,我们将其记为

)113(--=+=?

i re iy x z

又因为当12-=i 时, 222y x r +=

则有x

y =?tan

(图3-1-1)

如图(3-1-1)所示由此,我们建立起一个二维复平面内,图像点与复数的一一映射关系。

那么在二维的图像中,数据呈现出离散,杂乱无章,此时,fourier 变换功能得到很好的体现,其离散的的傅里叶变换为

在频域内,设复数域上的函数F(u,v)为图像谱,那么参数u 、v 就分别对应于空间域上的的横纵坐标轴,即x 轴和y 轴。那么对于某一图像f(x,y),通过fourier 变换后,映射到复数域上的图像。

能量谱

)213(),(),(),(22--+=v u I v u R v u E

相位谱 )313()],(/),([),(--=v u R v u I arctg v u ?

振幅谱

)413(),(),(),(22--+=v u I v u R v u F 实部),(v u R 和虚部),(v u I 。

在复数域上,fourier 变换的共轭对称性得到很好的展示。

)513(),(),(----=v u F v u F 说明,其对称中心是图像原点。

功率谱

)613(),(),(2

--=v u F v u P

当功率谱分量为0时,图像比较光滑,平坦。

大周期的同色变换时,图像所呈现出明显的纹理线条,同时,在信号频域内,其在低频部分,能量比较聚集。反之,复杂的细长线条则,高频段则有相应的显示。

3.2 Gabor 变换

1946年,为了不仅反映信号的整体性(时域和频域),在信号满足平稳的前提下,D.Gabor 提出了Gabor 变换,这对经典的Fourier 变换是一次重大的变革。

由式(3-1-6)可知,需取得时域内,信号的所有信息,才能进行Fourier 变换,并研究其时域内信号的频谱特性。不仅如此,又由于Fourier 变换具有周期性等特点,若使信号在某一邻域内,某一时刻发生变化,那么整个频谱图将受到重大影响。然而,频谱的变化,却不能反映出信号发生变化的具体时间位置,更加没有办法描述该变化发生的剧烈程度。由此说明,信号的本身属性——中齐性,Fourier 变换对其不敏感,在局部内,频谱信息无法得到很好的描述。如,语言,音乐信号等。即:复数域上局部化时间分析,图形边缘检,地震勘探反射波的位置等信息极重要[13]。

为了使局部化信息得到更好地描述、刻画,一种复数域上的新变换方法产生。

3.2.1 Gabor 变换定义式

在Fourier 变换的基础上,我们对其加入窗函数,由此来更好地了解图像信号在时域上的单位信息。

设函数f 为具体的高斯函数,且)(2R L f ∈,则Gabor 变换定义为

)813()()(),;(---=-∞

∞-*?dt e b t g t f b a G t i a f ωω 其中,)4exp(21

)(2

a t a t g a -=π,是高斯函数,称为窗函数。且a>0,b>0. )(

b t g a -是一个时间局部化的“窗函数”。其中,参数b 用于平行移动窗口,以便于覆盖整个时域。

对参数b 积分,则有

)913(),(?),,(--∈=?∞∞-R f db b a G f ωωω 信号的重构表达式为

)

713()()(?--=?∞∞--dx e x f f x i ωω

)1013()(),;(21)(---=??∞∞-∞

∞-db d e b t g b a G t f t i a f ωωπω

引入窗函数后,在时域和频域内,Gabor 变换,实现了局部化,窗口化的目标。设单位Gauss 函数)(t g ,由高斯函数性质可知,一个高斯函数通过Fourier 变换,其结果得到的将还是高斯函数。因此,其逆变换也在时域和频域内实现局部化。再有,Gabor 变换,为Fourier 变换实现了窗口最优,其实质是通过划分信号为较小时间区域,然后在每个时域内,再用Fourier 变换进行处理。这样,从时域到频域,Fourier 变换才真正解决了其局部分析的目的。

总之,在时域和频域内,通过可滑动的窗函数,我们能够了解到图像的局部信息。

3.2.2 窗口的宽高关系

经理论推导可以得出:高斯窗函数条件下的窗口宽度与高度,且积为一固定值。 ][()()

())1113(222221,1,,41,,--=??? ????=??=??

????--?+-a a a w b a w b g g H G a a a a a b a b ωω 矩形时间――频率窗:宽为a 2,高a 1。

由此,Gabor 变换其缺点在于:窗函数在被选定后,分割开了频域与窗口形状的内在联系,时域频域窗口形状将是保持不变的。因此,在变换过程中,Gabor 无法体现出信号在整个复数域内的特性,这就将致使信号源信息频谱失真。若是为了使信息不丢失,必然加大了图像处理过程中的储存量和计算量,使算法变得复杂,也不利于控制变量。

3.2.3离散Gabor 变换的一般求法

3.2.3.1首先选取核函数

可根据实际需要选取适当的核函数。如高斯窗函数;

)1213(2)(22--???

? ??=??? ??-T t e

T t g π 则其对偶函数)(t γ为

())1313(121)(/12/1)21(2302122---??? ?????

??=∑>++-??? ??-T n n n T t e e K T t πππγ

2.2.

3.2离散Gabor 变换的表达式

)1413()()()()(**--=-=

??∞∞-∞∞--dt t g t dt e mT t g t G mn t jn mn φφω

)1513()

()()(--=-=

∑∑∑∑∞-∞=∞-∞=∞-∞=∞-∞=m n mn mn m n t jn mn t G e mT t G t γγφω 其中,

)1613()()(---=t

jn m n e mT t g t g ω )(t γ是)(t g 的对偶函数,二者之间有如下双正交关系。

)1713()()(*--=-?∞∞--n m t jn dt e mT t g t δδγω

3.2.4 Gabor 变换的解析理论

Gabor 变换的解析理论就是由g(t)求对偶函数)(t γ的方法。

定义g(t)的Zak 变换为

)1813()(),(?)]([2---==∑∞-∞=-k k j e k t g t g

t g Zak ωπω 可以证明对偶函数可由下式求出:

)1913(),()(1

0*--=?ωωγt g d t

有了对偶函数可以使计算更为简洁方便。

3.2.5 适用条件

临界采样Gabor 展开要求条件:T Ω=2π;

过采样展开要求条件:T Ω≤2π;

当T Ω>2π时,欠采样Gabor 展开,已证明会导致数值上的不稳定。

3.2.6 应用

3.2.6.1暂态信号检测

我们通常使用Gabor 变换,对信号做精确的检测统计测量。不过,这就对使用者对信号的波形图要有一定的理论基础知识,而且能够自行选择符合条件的基函数。

3.2.6.2图象分析与压缩

图像分析与压缩使二维的Gabor 变换更加具体。

3.3脊波变换

自然图像中包含有大量的纹理特征,线奇异性表现比较突出,Gabor 变换不能达到最优的逼近。为了克服Gabor 变换的局限性和固定性,一种新的多尺度变换——脊波变换(Ridgelet Transform),在Candes 等人的研究成果中得以提出。

3.3.1 Ridgelet 变换的定义

3.3.1.1 一维Ridgelet 变换

引入函数集: )133(}

,0,,);,,({1--∈>∈==Γ-d S u a R b a b u a γ 是d 维空间的单位球面。记多维空间的Fourier 变换为:

?

--∈=-)233(,)()(?·d ix R x dx x f e f ξξ 定义3.3.1:取一光滑的一元函数:?=dX X f X b a CRT b a R f )()(),,(),,(2θψθ 其中R R →:ψ并满足允许条件: 定义一个多元函数: y ψ它被称为条件允许的情况ψ下产生的脊。其中a 是一个已知参数规模脊,同样的,u 、b 分别为方向和滑动参数。它是一种非分离变量,基本函数发生器,y ψ可以产生一组面向对象的脊波族。

图3-1 给出Ridgelet 的几种形式的图解,其中

(3-3-3)a ·(·)(2/1b x u a x y -=-ψψ0

t )d t (=?ψ

)2exp()1()(22

t t t --=ψ

脊波(Ridgelet )变换是在Gabor 变换的局部化基础上,添加了具有识别方向和选择方向的能力。脊波变换的本质,主要是在基于Gabor 函数上,添加一个参数,该参数具有方向性。

自E.J Candès 始,经过多领域,深入实践,脊波变换其理论框架被搭建在经典的Fourier 变换基础上。期间,有小波分析的发展,也有Gabor 变换的更新,最终,在高维复数域上,能达到局部时频分析,且克服Gabor 窗函数的不足。如果图像含有明显纹理特征、丰富,用脊波变换表示为更加松散、稀疏。

3.4 Radon 、Fourier 和Ridgelet 变换的关系[10]

第四章复数域上的图像处理计算机实践

4.1 实践环境[15]

操作系统:windows vista 1G内存,1.8Ghz

操作软件:MATLAB7.0

(Windows Vista系统下以Windows Vista(Service Pack 1)兼容模式运行)

路径配置:file→set path→add folder...选中ridgelet_transform文件夹(含fftshift.m

文件)和Gabor_filter文件夹设为默认。

图像需求:纹理图像 LENA.BMP

4.2傅里叶变换的MATLAB实践

设图像中一点的值为f(x,y),那么,根据第一章所说,其代表了像素值,同时也表示为该点灰度值。也就是说,在图像处理过程中,第一步,就是将图像进行数字化,一一对应到函数图像复数域上的点集,这样,图像就转换为我们所熟知的,简单的数学数据,便于我们运算分析。同时,以数据的方式对图像进行压缩,存储和传输使用,将视觉性向数字记录性转换,极大的简化的图像的读取和存储过程,通过各项变换,将图像噪点和杂质消弱,在保护人的视力的同时极大的丰富了人们对复杂图像的需求。

Matlab的工具库内,已经含有fourier变换及其逆变换,经典的fourier方

法已经形成成熟的代码程序,配置在工具库中,在此不做赘述。

4.3 Gabor变换及脊波变换

Gabor变换局部化时间分析,图形边缘检,地震勘探反射波的位置等信息极重要,而脊波变换更偏重纹理条痕的处理[16]。

Gabor变换Gabor filter

原图带噪去噪图

映射图O-R 实部虚部脊波变换:

原图含噪图像Ridgelet去噪

PSNR=20.57dB PSNR=24.88dB

图像含有明显纹理特征、丰富,较Gabor变换,用脊波变换表示为更加松散、稀疏。

第五章总结

实验结果表明,脊波变换比Gabor更加适合表示线状特征,可以将其用于增强图像中脆弱甚至人眼不可辨的线性信息。

本文通过复数域上的图像处理变换方法(以傅里叶变换为主线),对比实验纹理特征识别突出情况从而得到相应的结论。

然而,在本次设计中,仍然存在诸如参数灵敏度,图像选取的问题。在以后的实验过程中,我将保持严谨的科学态度对待每一个参数。

在计算机技术飞速发展的今天,在人民物质生活富裕,精神需求更加迫切的今天,传统的傅里叶变换方法已经不能满足更为丰富的图像处理。基于傅里叶变换,脊波变换和Gabor变换其精确度和领域更加具体。但是,仍然没能满足在电子产品(诸如平板电脑,智能手机等等)为平台下,人们对图像处理的交互性需求。[17]

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致谢

光阴荏苒,流光时转,年轮苍老了青春,多想画地为牢,圈住时光的脚步,圈住那一段清晰可见的过往。本科学习生涯即将结束,四年的学习生活使我受益匪浅。在2009年9月,我依稀记得刚入校的时候的我们稚嫩情景,在我充满波折坎坷的求学路上好多吸引我注意力的东西,然而,正因为师长们的不断教学引导,同学们的支持陪伴,如今我华丽转身,往来时路上望去,我要感谢的人太多太多。

又到凤凰花放的季节,经过最后这一年的磨砺,我发现自己成长许多。我的成长路上,由毕业设计画一个圈,做一个句号。明天起,我要奔赴新的知识殿堂,去圆下一个句号。回首,这个毕业设计从自己的好奇而始,以自己的汗水告终,我收集、整理、求教、思索、修改,直至最终完成。期间,我受到了人世间最温暖的关怀与最热情的帮助。在此,我要向他们一一致谢。

感谢我的导师石玉英教授,细心耐心地指导我的论文写作过程。石老师在我迷茫不知所措的时候多次为我指点迷津,使得我的论文写作思路得到了开拓,并让我精心点拨、热忱鼓励。石老师教学作风严谨,批改作业一丝不苟,在我论文翻译的过程中,一次又一次的不厌其烦的纠正我的错误之处,让我在英文方面受益颇多。石老师不仅在学习上给予我帮助,更是教会了我很多做人的道理。

感谢亲爱的341寝室的姐妹们,大学四年,因为有你们的相伴,我不再孤独。四年前,在我背井离乡来到这里学习时,是你们给了我家一般的感觉。一千多个日日夜夜,眨眼即过,四年的大学生活,我们不是亲人,胜似亲人。祝愿继续学习深造的同学们学习进步,迈入社会的同学工作顺利。

感谢我的爸爸妈妈,为了能够让我安心的学习生活,这么多年一直不辞辛苦的工作。养育之恩,没齿难忘。希望爸妈永远健康快乐。

感谢培养我教育我的华北电力大学,华电优美的校园环境,良好的的教育氛围,在我心底留下了最深刻的印象!祝愿母校英才茁长,誉遍瀛洲!感谢对我倾囊授教、带我一同求索数学奥秘和人生哲学的诸位师长,诸位恩师的学识不仅令我折服,他们的教诲更使我铭记在心。祝恩师们身体健康,家庭幸福!感谢论文中引文的原作者,大师风范,高山仰止。祝他们寿域无疆,德业永辉!

如今论文完成,我的心里久久不能平静。从选题到完成,那些可敬可爱的人给了我无数的帮助,请允许我给予你们最诚挚最崇高的谢意!

空间域和频率域结合的图像增强技术及实现(1)

南京理工大学紫金学院毕业设计(论文)开题报告 学生姓名:杨程学号:090402159 专业:光电信息工程 设计(论文)题目:空间域和频率域结合的图像增强技术 及实现 指导教师:曹芳 2012年12月20日

开题报告填写要求 1.开题报告(含“文献综述”)作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成,经指导教师签署意见及所在专业审查后生效; 2.开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网页上下载)打印,禁止打印在其它纸上后剪贴,完成后应及时交给指导教师签署意见; 3.“文献综述”应按论文的格式成文,并直接书写(或打印)在本开题报告第一栏目内,学生写文献综述的参考文献应不少于15篇(不包括辞典、手册); 4.有关年月日等日期的填写,应当按照国标GB/T 7408—2005《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求,一律用阿拉伯数字书写。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。

毕业设计(论文)开题报告 1.结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写2000字左右的文献综述: 文献综述 空域法与时域法相结合的图像增强 一、研究的目的和意义 图像增强是指根据特定的需要突出图像中的重要信息,同时减弱或去除不需要的信息。从不同的途径获取的图像,通过进行适当的增强处理,可以将原本模糊不清甚至根本无法分辨的原始图像处理成清晰的富含大量有用信息的可使用图像,有效地去除图像中的噪声、增强图像中的边缘或其他感兴趣的区域,从而更加容易对图像中感兴趣的目标进行检测和测量。它一般要借助人眼的视觉特性,以取得看起来较好地视觉效果,其手段主要可分为空域法和时域法[1]。 二、图像增强的发展现状 图像增强的早期应用是对宇宙飞船发回的图像所进行的各种处理。到了70 年代,图像处理技术的应用迅速从宇航领域扩展到生物医学、信息科学、资源环境科学、天文学、物理学、工业、农业、国防、教育、艺术等各个领域与行业,对经济、军事、文化及人们的日常生活产生重大的影响[2]。 三、空间域和频率域图像增强处理基本原理及优缺点比较: 图像增强可分成两大类:频率域法和空间域法。前者把图像看成一种二维信号,对其进行基于二维傅里叶变换的信号增强。采用低通滤波(即只让低频信号通过)法,可去掉图中的噪声;采用高通滤波法,则可增强边缘等高频信号,使得模糊的图片变得清晰[3]。后者是直接对原图象的灰度级别进行数据运算,它分为两类,一类是与象素点邻域有关的局部运算,如平滑,中值滤波,锐化等;另一类是对图象做逐点运算,称为点运算如灰度对比度扩展,削波,灰度窗口变换,直方图均衡化等[4]。 下面将讨论两种作用域增强算法的技术要点,并对其图像增强方法进行性能评价。 3.1 空间域图像增强的方法 空间域处理是直接对原图像的灰度级别进行数据运算,具体可分为以下几类: 1.灰度变换[5] 当图像成像时曝光不足或过度,图像记录设备的范围太窄等因素,都会产生对比不

频率域电磁法勘探详解(供时频电磁法勘探参考)

波阻抗相位(FDEM) MT/AMT/CSAMT频率域电磁法勘探反演所用的波阻抗反演方法,测量点必须位于波区(又叫做平面波区或远区)同时测量相互正交的电场分量和磁场分量,电场与磁场的比值具有阻抗的量纲,称为波阻抗,用符号Z来标示,x方向的电场与y方向的磁场比值记为Z xy。 注意: Zxy:是复数 K:波数,是复数 ω:角频率 μ:磁化率 σ:电导率 ρ:电阻率 均匀介质中电场相位角落后于磁场,这个角度就是MT/AMT/CSAMT勘探数据处理过程中所给出的振幅和相位曲线中的相位曲线。 视电阻率计算公式如下:

当平面电磁场垂直入射均匀大地时,即使不知道场源强度,只要测量出大地表面相互正交的一对电场和磁场,便可以确定大地的电阻率,而选用不同的频率可达到不同的勘探深度,这就是天然场源MT/AMT 或人工场源CSAMT的波阻抗反演的理论基础。 大地电磁测深一般要测量相互正交的两个水平电场Ex,Ey和相互正交的两个水平磁场Hx,Hy(MT测量过程中还要测量垂直磁场Hz)。测量两个水平电场是用两对不极化电极,电极距一般为100~200米。因为AMT和MT的天然电磁场信号较弱,应该采取措施避免测量电线晃动切割地球磁场产生的噪声。测量磁场则是用两个相互正交的匝数很多的高导磁芯线圈。 MT/AMT/CSAMT波阻抗反演数据处理流程电磁场的测量是在时间域进行的,再用傅里叶变换将测量信号转换为频率域信号。测量电磁场信号的采样时间间隔应使截止频率高于所需的最高频率,采样时窗宽度应大于所需的最低频率对应的周期。为了避免数据量太大,当需要测量的频带范围较宽时,一般分为几个频段采样,并分段作傅里叶变换。测量电磁场的频率范围应使最高频率对应的穿透深度为所需探测的第一层厚度的几分之一,最低频率对应的穿透深度为最大勘探深度的数倍。为了去除局部电磁场的影响,现在实际测量中采用所谓的“远参考系统”,除测点外,还在距离测点数十公里以外的地方设立一个参考点,同时进行测量。测量数据中属于平面电磁场的信号应该是互相关的,而局部干扰电磁场的信号是互不

图像频率域低通滤波处理程序设计

1 基本原理简介 1.1 MATLAB 简介 MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,是美国MathWorks公司出品 语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程 大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 创建用户界面、连接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处 MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多,并 己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用,此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序,用户可以直接进行下载就可以用。

1.2傅立叶变换基本原理 傅里叶变换能将满足一定条件的某个函数表示成三角函数(正弦和/或余弦函数)或者它们的积分的线性组合。在不同的研究领域,傅里叶变换具有多种不同的变体形式,如连续傅里叶变换和离散傅里叶变换。最初傅里叶分析是作为热过程的解析分析的工具被提出的[1]。傅里叶变换属于谐波分析。傅里叶变换的逆变换容易求出,而且形式与正变换非常类似。正弦基函数是微分运算的本征函数,从而使得线性微分方程的求解可以转化为常系数的代数方程的求解。在线性时不变的物理系统内,频率是个不变的性质,从而系统对于复杂激励的响应可以通过组合其对不同频率正弦信号的响应来获取。卷积定理指出:傅里叶变换可以化复杂的卷积运算为简单的乘积运算,从而提供了计算卷积的一种简单手段。离散形式的傅里叶变换可以利用数字计算机快速的实现(其算法称为快速傅里叶变换算法(FFT))。 MATLAB中提供的变换函数 (1) fft2:用于计算二维快速傅立叶变换,语句格式: B=fft2(I,m,n) 按指定的点数计算m,返回矩阵B的大小为m×n,不写默认为原图像大小。(2)fftn:用于计算n维快速傅立叶变换 (3)fftshift:用于将变换后的图像频谱中心从矩阵的原点移到矩阵地中心,语法格式:B=fftshift(I) (4)ifft2:用于计算图像的二维傅立叶反变换,语法格式 B=ifft2(i) (5)ifftn:用于计算n维傅立叶变换 快速卷积实验:傅立叶变换一个重要特性是可以实现快速卷积。 设A为M×N矩阵,B为P×Q的矩阵,快速卷积方法如下: *对A和B补0,使其大小都为(M+P-1)×(N+Q-1) *利用fft2对矩阵A和B进行二维变换 *将两个FFT结果相乘,利用ifft2对得到的乘积进行傅立叶反变换

频率域方法

第五章 频率域方法

第5章频域分析法 基本要求 5-1 频率特性 5-2 典型环节的频率特性 5-3 系统的开环频率特性 5-4 频率稳定判据 5-5 系统闭环频率特性与阶跃响应的关系5-6 开环频率特性与系统阶跃响应的关系

基本要求 1. 正确理解频率特性的概念。 2. 熟练掌握典型环节的频率特性,熟记其幅相特性 曲线及对数频率特性曲线。 3. 熟练掌握由系统开环传递函数绘制系统的开环对 数幅频渐近特性曲线及开环对数相频曲线的方法。 4. 熟练掌握由具有最小相位性质的系统开环对数幅 频特性曲线求开环传递函数的方法。

5. 熟练掌握乃奎斯特稳定判据和对数频率稳定判据及其 它们的应用。 6. 熟练掌握稳定裕度的概念及计算稳定裕度的方法。 7. 理解闭环频率特性的特征量与控制系统阶跃响应的定 性关系。 8. 理解开环对数频率特性与系统性能的关系及三频段的 概念,会用三频段的分析方法对两个系统进行分析与比较。

一、控制系统在正弦信号作用下的稳态输出 5-1 频率特性 ()sin r r t A t ω=输入信号: 2 2)(ω ω+=s A s R 其拉氏变换式

输出 1()n i i i C B D C s s s s j s j ωω==++ -+-∑1 ()() ()() i n s t j t j t i i t s c t C e De Be c t c t ωω-== ++=+∑拉氏反变换得[()]2()2 j j r j A e π φωφω∠-=?22 ()()()2r s j r A D s s j s A j j ω ω φωω φω==?-+=?其中

图像处理在航天航空中的应用-结业论文

图像处理在航天航空中的应用-结业论文

论文题目:图像处理在航天和航空技术方面的运用 学院:机械电气工程学院 班级: 2012级机制3班 姓名:张娜 学号: 20125009077

摘要:图像处理技术的研究和应用越来越受到社会发展的影响,并以自身的技术特点反过来影响整个社会技术的进步。本文主要简单概括了数字图像处理技术的特点、优势,列举了数字图像处理技术的应用领域并详细介绍了其在航天航空领域中的发展。 关键字:图像处理简介技术的优点发展技术应用 一、引言 数字图像处理是通过计算机采用一定的算法对图像图形进行处理的技术,它已经在各个领域上都有了较广泛的应用。图像处理的信息量很大,对处理速度要求也很高。本文就简单的介绍图像处理技术及其在各个领域的应用,详细说明图像处理在航天航空技术方面的应用。 二、数字图像处理简介 (一)图像的概念 图像包含了它所表达的物体的描述信息。我们生活在一个信息时代,科学研究和统计表明,人类从外界获得的信息约有百分之七十来自视觉系统,也就是从图像中获得,即我们平常所熟知的照片,绘画,动画。视像等。 (二)数字图像处理技术 数字图像处理又称为计算机图像处理,它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。图像处理技术着重强调在图像之间进行的变换,主要目标是要对图像进行各种加工以改善图像的视觉效果并为其后的目标自动识别打基础,或对图像进行压缩编码以减少图像存储所需要的空间或图像传输所需的时间。图像处理是比较低层的操作,它主要在图像像素级上进行处理,处理的数据量非常大。数字图像处理的早期应用是对宇宙飞船发回的图像所进行的

图像处理技术原理及其在生活中的应用探讨

图像处理技术原理及其在生活中的应用探讨 摘要在社会生活实践中,图像处理技术获得了广泛的应用。这种技术之所以可以得到广泛应用,与其极强的功能所分不开的。在计算机算法不断改善的过程中,图像处理技术的发展前景是非常广阔的。笔者对图像处理技术的原理进行了分析,并其对在生活中的应用进行了探究[1]。 关键词图像处理技术原理;生活;应用 1 图像处理技术的原理分析 所谓的图像处理技术,就是通过计算机技术以及相关的技术来对图像进行处理,从而使图像更好地为我们所利用的一种技术。在这个过程中,需要运用到几个技术要点。第一个就是使图像进行转换,从而得到计算机容易识别的矩阵,这种矩阵被称为是“数字矩阵”。这样得到的矩阵更容易被计算机所存储。第二就是通过多种算法来实现对计算机所存储的图像进行有关处理,其中用到的常用算法就有基于人眼视觉特性的阈值算法、具有去噪功能的图像增强算法等。第三就是在进行了一些技术性的处理,然后获取图像信息。通过中国知网、万方数据库等平台所查阅到的图像类型相关资料可知,图像的类型主要可以分为两大类,一类是数字化图像,另一类是模拟图像。前者不仅处理便捷,而且精度较高,能够适应现代社会的发展要求,后者在现实生活中的应用更为常见,比如在相机图片中的应用。模拟图像输出较为简单,灵活性和精度不太高,因此其使用的限制性较大[2]。 2 图像处理技术原理在生活中的应用探讨 2.1 图像处理技术原理在安全防范中的应用 在安全防范监控系统不断发展的过程中,系统从模拟向数字的方向发展,这跟人们要求图像的精准度越来越高有关。在安防领域,图像处理技术如果能够得到很好的利用,那么就可以实现对图像的去噪声处理,对失真的图像进行矫正处理。在公安部门破案的过程中,有时会根据犯罪现场的指纹特征来对视频采集参数进行调节,比如色彩补偿就是一种很好的调節方法,这样方便公安部门更快地破案。尽管现在的监控系统越来越完善,但是如果遇到暴风暴雨和雾霾或者光线较弱的天气,那么监控得到的视频图像往往还是比较模糊的,对于这些模糊的图像,可以通过图像增强技术进行一些处理,从而为后续的公安部门调查和取证提供便利,模糊图像处理技术这时就排上了用场[3]。 2.2 图像处理技术原理在娱乐休闲领域的应用 在娱乐休闲领域,图像处理技术原理主要的应用场合就是平时我们利用手机或数码相机摄影以及电影特效制作等场合。在数码相机出现以前,图像只能使用传统相机通过胶片的形式保存。在数码相机出现之后,人们就可以短时间内对相

图像处理技术及其应用

图像处理技术及其应用 姓名: (班级:学号:) 【摘要】图像处理技术的研究和应用越来越收到社会发展的影响,并以自身的技术特点反过来影响整个社会技术的进步。本文主要简单概括了数字图像处理技术近期的发展及应用现状,列举了数字图像处理技术的主要优点和制约其发展的因素,同时设想了图像处理技术在未来的应用和发展。 【关键字】图像处理;发展;技术应用 1 引言 计算机图像处理技术是在20世纪80年代后期,随着计算机技术的发展应运而生的一门综合技术。图像处理就是利用计算机、摄像机及其它有关数字技术,对图像施加某种运算和处理,使图像更加清晰,以提取某些特定的信息,从而达到特定目的的技术。随着多媒体技术和网络技术的快速发展,数字图像处理已经广泛应用到了人类社会生活的各个方面,如:遥感,工业检测,医学,气象,通信,侦查,智能机器人等。无论在哪个领域中,人们喜欢采用图像的方式来描述和表达事物的特性与逻辑关系,因此,数字图像处理技术的发展及对其的要求就越来显得重要。 2 图像处理技术发展现况 进入21世纪,随着计算机技术的迅猛发展和相关理论的不断完善,数字图像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓性成就。随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速发展,数字图像处理向更高、更深层次发展。人们已开始研究如何用计算机系统解释图像,实现类似人类视觉系统理解外部世界,这被称为图像理解或计算机视觉。 从图像变换方面来讲,目前新兴研究的小波变换在时域和频域中都具有良好的局部化特性,它在图像处理中也有着广泛而有效的应用;而图像增强和复原图像增强和复原的目的是为了提高图像的质量,如去除噪声,提高图像的清晰度等,目前主要在指纹图像增强处理技术,医学影像学方面有显著的成果。这项技术使得各自图像的空间分辨率和对比度有了更大的提高,而最新的医学图像融合则是指对医学影像信息如CT、MRI、SPECT和PET所得的图像,利用计算机技术将它们综合在一起,实现多信息的同步可视化,对多种医学影像起到互补的作用。图像分割图像分割是数字图像处理中的关键技术之一。图像分割是将图像中有意义的特征部分提取出来,这是进一步进行图像识别、分析和理解的基础。虽然目前已研究出不少边缘提取、区域分割的方法,但还没有一种普遍适用于各种图像的有效方法。因此,对图像分割的研究还在不断深入之中,是目前图像处理中研究的热点之一。 图像描述图像描述是图像识别和理解的必要前提。作为最简单的二值图像可采用其几何特性描述物体的特性,一般图像的描述方法采用二维形状描述,它有边界描述和区域描述两类方法。对于特殊的纹理图像可采用二维纹理特征描述。随着图像处理研究的深入发展,已经开始进行三维物体描述的研究,提出了体积描述、表面描述、广义圆柱体描述等方法;图像分类(识别)图像分类(识别)属于模式识别的范畴,其主要内容是图像经过某些预处理(增强、复原、压缩)后,进行图像分割和特征提取,从而进行判决分类。近年来新发展起来的模糊模式识别和人工神经网络模式分类在图像识别中也越来越受到重视。 3 图像处理技术应用现状 图像是人类获取和交换信息的主要来源,因此,图像处理的应用领域必然涉及到人类生活和工作的方方面面。随着人类活动范围的不断扩大,图像处理的应用领域也将随之不断扩大。 3.1航天和航空技术方面的应用 数字图像处理技术在航天和航空技术方面的应用,许多国家每天派出很多侦察飞

频率域变换

数字图像处理

本章包含的主要内容
傅立叶变换 卷积和卷积定理 频率域低通滤波 频率域高通滤波
2

问题1:傅立叶变换

?
空间域/灰度
?
频率域/幅值与频率
4

? 傅立叶变换的预备知识
? 点源和狄拉克函数
一幅图像可以看成由无穷多像素组成,每个像素可以看成 一个点源, 点源可以用狄拉克函数δ表示:
?∞ δ ( x, y ) = ? ?0

x = 0, y = 0 其他
ε
满足
?∞
∫ ∫ δ ( x, y ) dxdy = ∫ ∫ ε δ ( x, y ) dxdy = 1
?
ε为任意小的正数
5

? 狄拉克函数δ具性有的性质
9 δ函数为偶函数
δ ( ? x, ? y ) = δ ( x, y )
∞ ∞
9
位移性 或
f ( x, y ) =
?∞ ?∞
∫∫
f (α , β )δ ( x ? α , y ? β ) d α d β
f ( x, y ) = f ( x, y ) ? δ ( x, y )
9 9
可分性 筛选性
δ ( x, y ) = δ ( x)δ ( y )
f (α , β ) =
∞ ∞ ?∞ ?∞ ∞ ∞
∫∫
f ( x, y )δ ( x ? α , y ? β )dxdy
当α=β=0时
f (0, 0) =
?∞ ?∞
∫∫
f ( x, y )δ ( x, y )dxdy
6

图像处理技术的应用论文

图像处理技术的应用先展示一下自己用Photoshop处理的图片(做的不好望见谅)

摘要:图像处理技术的研究和应用越来越收到社会发展的影响,并以自身的技术特点反过来影响整个社会技术的进步。本文主要简单概括了数字图像处理技术近期的发展及应用现状,列举了数字图像处理技术的主要优点和制约其发展的因素,同时设想了图像处理技术在未来的应用和发展。 关键字:图像处理发展技术应用 1.概述 1.1图像的概念 图像包含了它所表达的物体的描述信息。我们生活在一个信息时代,科学研究和统计表明,人类从外界获得的信息约有百分之七十来自视觉系统,也就是从图像中获得,即我们平常所熟知的照片,绘画,动画。视像等。 1.2图像处理技术 图像处理技术着重强调在图像之间进行的变换,主要目标是要对图像进行各种加工以改善图像的视觉效果并为其后的目标自动识别打基础,或对图像进行压缩编码以减少图像存储所需要的空间或图像传输所需的时间。图像处理是比较低层的操作,它主要在图像像素级上进行处理,处理的数据量非常大。 1.3优点分析 1.再现性好。数字图像处理与模拟图像处理的根本不同在于,它不会因图像的存储、传输或复制等一系列变换操作而导致图像质量的退化。 2.处理精度高。按目前的技术,几乎可将一幅模拟图像数字化为任意大小的二维数组,这主要取决于图像数字化设备的能力。现代扫描仪可以把每个像素的灰度等级量化为16位甚至更高,这意味着图像的数字化精度可以达到满足任一应用需求。 3.适用面宽。图像可以来自多种信息源,它们可以是可见光图像,也可以是不可见的波谱图像(例如X射线图像、射线图像、超声波图像或红外图像等)。从图像反映的客观实体尺度看,可以小到电子显微镜图像,大到航空照片、遥感图像甚至天文望远镜图像。即只要针对不同的图像信息源,采取相应的图像信息采集措施,图像的数字处理方法适用于任何一种图像。 4.灵活性高。图像处理大体上可分为图像的像质改善、图像分析和图像重建三大部分,每一部分均包含丰富的内容。而数字图像处理不仅能完成线性运算,而且能实现非线性处理,即凡是可以用数学公式或逻辑关系来表达的一切运算均可用数字图像处理实现。 2.应用领域 2.1图像技术应用领域

数字图像处理的应用

数字图像处理技术的应用研究 图像处理也就是按照人们视觉、心理或实际应用的需要,对 图像信息进行加工修改的过程,在不同的时期、不同的领域往往 会采用不同的图像处理技巧。数字图像处理技术是伴随着计算机 信息功能的日益强大以及人们对高精度图像的需求而产生的,随 着社会的发展,尤其是计算机信息技术的进步,数字图像处理技 术被广泛应用于各个领域,其重要性变得日益突出。 一、数字图像处理技术的概念内涵 当前,我国通常采用的图像处理技术主要有两种,即光学处 理法和数字(电子)处理法。前者产生的时间较早,从最开始的 光学滤波技术到现在的激光全息技术,无论是理论研究,还是应 用技巧,光学图像处理法已日臻完善。但其图像处理精度低、稳 定性差以及操作不便的特点极大地限制了其应用领域拓展,在这 种情况下,数字图像处理技术便应运而生。 数字图像处理,也即是Digital Image Processing,产生于 20世纪50年代,是指人们采用计算机及其它数字硬件设备,对图 像信息转换而来的电信号根据数学运算的方式,进行增强、提取、复原、分割以及去除噪音等处理的方法和技术,以此提高图像的实用性,因此,该技术的产生与发展建立在计算机运用、离算数学理论的产生与完善以及社会诸多领域的需求之上的。其最大特点是不仅图像处理精度高,而且可以通过改进硬件系统配置和优化软件系统功能的方式来提高图像处理效果,一切以计算机运行为基础,操作极为方便。最初,由于数字图像处理技术的数据需求量大,处理速度慢,极大地限制了其应用领域,但随着计算机技术的快速发展,尤其是运算速度的提升,这一瓶颈早已被突破。 二、数字图像处理技术的功能内容分析 (一)增强图像的视觉效果。在某些特殊领域,图像在传输与 转换的过程中容易造成信息的丢失,从而形成失真现象,比如航天拍摄的图片在传回地球的过程中,由于光学系统、大气流、空气介质等原因造成图像模糊;在图像扫描、采样、量化的过程中,所形成的噪音污染等等。我们可以采用数字图像处理技术,一方面突出重要信息而衰减次要信息;另一方面根据失真原因,补偿丢失的信息因素,从而使改善后的图像效果尽可能的接近原始图像。 (二)图像的重建功能。随着电子计算机体层摄影技术的发 展,图像的重建成为一种新兴的数字图像处理技术,它主要是对 目标对象进行观察和测量,重新构建出图像中的大量信息的直观 显示,从而在计算机模拟系统中进行二维或者三维的图像处理, 这也是对特殊实体进行图像回归的过程。 (三)模式识别功能。模式识别也是数字图像处理技术的一

图像频率域低通滤波处理程序设计

专业综合课程设计任务书 学生姓名:陈德松专业班级:电信 0901班指导教师:黄朝兵工作单位:信息工程学院 题目:图像频率域低通滤波处理程序设计 初始条件: (1)提供实验机房及其matlab软件; (2)数字图像处理的基本理论学习。 要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求) (1)掌握频率域处理的基本原理,利用matlab设计程序完成以下功能; (2)选择一幅256级的灰度图像; (3)对该图像作Fourier变换,得到其频谱图像; (4)按照二阶Butterworth低通滤波器的表达式设计传递函数,对该频谱图像进行低通滤波,对滤波后的频谱图像作逆Fourier变换得到滤波结果,显示结果图;(5)按照高斯低通滤波器的表达式设计传递函数,对该频谱图像进行低通滤波,对滤波后的频谱图像作逆Fourier变换得到滤波结果,显示结果图; (6)对二种滤波器的滤波结果进行分析比较; (7)要求阅读相关参考文献不少于5篇; (8)根据课程设计有关规范,按时、独立完成课程设计说明书。 时间安排: (1) 布置课程设计任务,查阅资料,确定方案四天; (2) 进行编程设计一周; (3) 完成课程设计报告书三天; 指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日

目录 摘要 ............................................................................................................................................... I 1 MATLAB的简介 (1) 2 原理与实现 (2) 2.1频率域增强基本理论 (2) 2.2 傅立叶变换 (3) 2.3频率域巴特沃兹(Butterworth)低通滤波器 (4) 2.4频率域高斯(Gaussian)低通滤波器 (6) 3 程序设计 (7) 3.1算法设计(程序设计流程图) (7) 3.2 对灰度图像进行Fourier变换的程序 (7) 3.3 二阶巴特沃斯(Butterworth)低通滤波程序 (8) 3.4 高斯(Gaussian)低通滤波程序 (9) 4结果与分析 (11) 4.1选择一幅256级的灰度图像 (11) 4.2 对灰度图像进行Fourier变换后的频谱图 (13) 4.3 二阶巴特沃斯(Butterworth)低通滤波结果与分析 (14) 4.4 高斯(Gaussian)低通滤波结果与分析 (17) 4.5两种滤波器的滤波结果的比较 (20) 5 心得体会 (21) 参考文献 (22)

遥感图像处理实验报告_图像的频率域滤波处理

遥感图像处理 实验报告(2013 —2014 学年第1学期)实验名称:图像的频率域滤波处理 实验时间: 实验地点: 指导教师: 专业班级: 姓名: 学号:

一:实验目的 1:掌握滤波器在程序语言中的定义算法 2:理解图像的频率域与空间域之间的区别与联系 3:在频率域对图像进行处理,达到平滑(低通滤波)与锐化(高通滤波)的目的二:实验内容 1:在Matlab中定义滤波器 2:对图像进行频率域处理 3:对频率域的处理结果,结合第3次实验(空间域处理)结果进行对比,给出评价三:实验代码及Matlab使用心得(注释中) %清屏,清除工作空间,关闭所有绘图窗口 clc; clear all; close all; %读取图像,并建立一个窗口,显示原始图像 I = imread('C:\Users\浮生\Desktop\大三\Matlab\data\lena.png', 'png') figure(1) imshow(I) title('原始图像') %图像傅立叶变换 %fft(X)函数的作用是,返回矩阵X的【二维离散傅立叶变换】结果 %fft()函数采用快速傅立叶变换算法,运算结果的行列数与被变换矩阵的规格相同 F = fft2(I); %fftshift()函数的功能则是把FFT的DC分量移动到频谱矩阵的中心 %在直观上,就是把低频信息移到矩阵中心,便于直观观看图像的频谱 F = fftshift(F); %由于FFT的运算结果的数值跨幅过大 %直接显示的话只能看到一个小亮点 %为了显示的直观,我们需要自行定义灰度显示幅度 %在本例中,我们定义显示幅度为0-50000 figure(2); imshow(abs(real(F)), [0 50000]); title('频率域图像') %%%%%%定义滤波器之前的准备工作%%%%%

数字图像处理代码Ch3《频率域滤波》教案资料

数字图像处理代码C h3《频率域滤波》

来自《数字图像处理MATLAB版》书中示例,代码复制与运行结果。 例3.1 有和没有填充的滤波效果。 clc,clear;close all; %有和没有填充的滤波效果 f=imread('Fig0405(a)(square_original).tif'); %========无填充的滤波======== [M,N]=size(f); [f,revertclass]=tofloat(f); F=fft2(f); sig=10; H=lpfilter('gaussian',M,N,sig); G=H.*F; g=ifft2(G); g=revertclass(g); subplot 221;imshow(f);title('(a)尺寸为256×256像素的一幅图像'); subplot 222;imshow(g);title('(b)无填充时频率域中低通滤波后的图像'); %=======有填充的滤波========== PQ=paddedsize(size(f)); %f是浮点数 Fp=fft2(f,PQ(1),PQ(2)); %计算填充的FFT Hp=lpfilter('gaussian',PQ(1),PQ(2),2*sig); Gp=Hp.*Fp; gp=ifft2(Gp); gpc=gp(1:size(f,1),1:size(f,2)); gpc=revertclass(gpc); subplot 223;imshow(gp);title('(c)图像滤波后用ifft2得到全填充图像'); h=fspecial('gaussian',15,7); gs=imfilter(f,h); subplot 224;imshow(gs);title('(d)有填充时频率域中低通滤波后的图像');运行结果:

浅谈计算机图像处理技术的应用

浅谈计算机图像处理技术的应用 摘要:随着人类正加快步入信息时代,使得计算机技术得到了飞速发展。计算机技术的广泛应用,使人们越来越多地开始将将先进的计算机技术应用到我们捕捉到的图像上,并希望通过计算机图像处理技术的应用,获得理想的效果并提取我们想要的信息。相信在先进图像处理技术发展的推动下,计算机图像处理技术的应用也将渗透到社会的各个领域。 关键词:计算机;图像处理技术;应用 The Application of Computer Image Processing Technology Abstract:As human being accelerated into the information age,making computer technology has been rapid development.Extensive application of computer technology,more and more people began to be advanced computer technology to our captured image,and that through computer image processing technology,to obtain the desired results and extract the informat ion we want.I believe the development of advanced image processing technology,driven by the application of computer image processing technology will permeate all spheres of society. Keywords:Computer;Image processing technology;Application

图像处理在医学上的应用

数字图像处理在医学上的应用 徐胜632081101020 控制理论与控制工程 摘要: 本文介绍了数字图像处理技术在医学中的应用。并且举例采用显微光学放大系统及CCD数字图像采集系统拍摄人体微血管图像在对采集的图像进行二值化。图像处理技术也是医学影像学的重要组成部分,在人体信息可视化的基础上,进一步分析、识别、分割、理解、分类等,以便医生更加直观利用信息做出临床诊断。在医学教学、研究中具有广阔的应用价值。 关键词: 数字图像处理; 二值化; CCD数字图像采集; 1 引言 自伦琴1895年发现X射线以来,在医学领域可以用图像的形式揭示更多有用的医学信息,医学的诊断方式也发生了巨大的变化。随着科学技术的不断发展,现代医学已越来越离不开医学图像的信息处理, 医学图像在临床诊断、教学科研等方面有重要的作用。目前的医学图像主要包括CT (计算机断层扫描) 图像、MRI( 核磁共振)图像、B超扫描图像、数字X 光机图像、X 射线透视图像、各种电子内窥镜图像、显微镜下病理切片图像等。但是由于医学成像设备的成像机理、获取条件和显示设备等因素的限制, 使得人眼对某些图像很难直接做出准确的判断。计算机技术的应用可以改变这种状况,通过图像变换和增强技术来改善图像的清晰度, 突出重要的内容,抑制不重要的内容,以适应人眼的观察和机器的自动分析,这无疑大大提高了医生临床诊断的准确性和正确性。 数字图像处理的基本方法就是图像复原与图像增强。图像复原就是尽可能恢复原始图像的信息量,尽量保真。数字化的一个基本特征是它所固有的噪声。噪声可视为围绕真实值的随机波动, 是降低图像质量的主要因素。图像复原的一个基本问题就是消除噪声。图像增强就是通过利用人的视觉系统的生理特性更好地分辨图像细节。 与其他领域的应用相比较,医学影像等卫生领域信息更具独特性,医学图像较普通图像纹理更多,分辨率更高,相关性更大,存储空间要更大,并且为严格确保临床应用的可靠性,其压缩、分割等图像预处理、图像分析及图像理解等要求更高。医学图像处理跨计算机、数学、图形学、医学等多学科研究领域,医学图像处理技术包括图像变换、图像压缩、图像增强、图像平滑、边缘锐化、图像分割、图像识别、图像融合等等。 在此联系数字图像处理的相关理论知识和步骤设计规划系统采集和处理的具体流程同时充分考虑到图像采集设备的拍摄效果以及最终处理结果的准确性,例举了基于图像处理技术的人体手指甲襞处微血管管袢直径的测量方法。 2人体微血管显微图像的采集 人体微血管显微图像的采集采用了如图1所示的显微光学系统和图像采集系统主要由透镜模组滤镜模组光源系统电荷耦合器件以及图像采集卡等构成。

数字图像处理技术的应用综述--课程论文

《数字图像处理》课程论文 题目:数字图像处理技术的应用综述

1 绪论 1.1数字图像处理简介 数字图像处理又称为计算机图像处理,它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。数字图像处理的早期应用是对宇宙飞船发回的图像所进行的各种处理。到了70年代,图像处理技术的应用迅速从宇航领域扩展到生物医学、信息科学、资源环境科学、天文学、物理学、工业、农业、国防、教育、艺术等各个领域与行业,对经济、军事、文化及人们的日常生活产生重大的影响。 1.2数字图像处理技术的基本特点 1)处理信息量很大。数字图像处理的信息大多是二维信息,处理信息量很大。如一幅256×256低分辨率黑白图像,要求约64kbit的数据量;对高分辨率彩色512×512图像,则要求768kbit数据量;如果要处理30帧/秒的电视图像序列,则每秒要求500kbit~22.5Mbit数据量。因此对计算机的计算速度、存储容量等要求较高。 2)占用频带较宽。数字图像处理占用的频带较宽。与语言信息相比,占用的频带要大几个数量级。如电视图像的带宽约5.6MHz,而语音带宽仅为4kHz左右。所以在成像、传输、存储、处理、显示等各个环节的实现上,技术难度较大,成本亦高,这就对频带压缩技术提出了更高的要。 3)各像素相关性大。数字图像中各个像素是不独立的,其相关性大。在图像画面上,经常有很多像素有相同或接近的灰度。就电视画面而言,同一行中相邻两个像素或相邻两行间的像素,其相关系数可达0.9以上,而相邻两帧之间的相关性比帧内相关性一般说还要大些。因此,图像处理中信息压缩的潜力很大。 4)无法复现三维景物的全部几何信息。由于图像是三维景物的二维投影,一幅图象本身不具备复现三维景物的全部几何信息的能力,很显然三维景物背后部分信息在二维图像画面上是反映不出来的。因此,要分析和理解三维景物必须作合适的假定或附加新的测量,例如双目图像或多视点图像。在理解三维景物时需要知识导引,这也是人工智能中正在致力解决的知识工程问题。 5)受人的因素影响较大。数字图像处理后的图像一般是给人观察和评价的,因此受人的因素影响较大。由于人的视觉系统很复杂,受环境条件、视觉性能、人的情绪爱好以及知识状况影响很大,作为图像质量的评价还有待进一步深入的研究。另一方面,计算机视觉是模仿人的视觉,人的感知机理必然影响着计算机

浅谈图形图像处理的应用及发展前景

浅议图形图像处理的应用及发展前景 图形图像处理软件非常多,常见的图像图形处理软件有Photoshop 、ACDsee、MiYa数码照片边框伴侣、光影魔术手、降噪软件NeatImage、Ulead COOL、数码伴侣、PhotoCap 、证件相制作软件、夜景噪点杀手BlackFrame、老照片和特殊色调效果--BWorks、卡族数码全景软件、美图秀秀等等。 在此,我主要浅议Photoshop的应用及发展前景。Adobe公司开发的Photoshop以其强大的功能和友好的界面成为当前最流行了产品之一。Photoshop是Adobe公司旗下最为出名的图像处理软件之一,集图像扫描、编辑修改、图像制作、广告创意,图像输入与输出于一体的图形图像处理软件,深受广大平面设计人员和电脑美术爱好者的喜爱。 一、Photoshop的应用 自从我上了杨老师图形图像处理课后以及我以前对Photoshop的一些认识,我总结了Photoshop有以下应用 1、艺术文字 杨老师在最后几节课教了我几类艺术文字,使我有些启发,觉得当文字遇到Photoshop处理,就已经注定不再普通。利用Photoshop 可以使文字发生各种各样的变化,并利用这些艺术化处理后的文字为图像增加效果。利用Photoshop对文字进行创意设计,可以使文字变得更加美观,个性极强,使得文字的感染力大大的加强了。 2、图标制作

虽然使用Photoshop制作图标在感觉上有些大材小用,但使用此软件制作的图标的确非常精美。 3、视觉创意 杨老师曾说过我们可以通过Photoshop以不同的颜色体现出立体视觉的视觉创意。视觉创意与设计是设计艺术的一个分支,此类设计通常没有非常明显的商业目的,但由于他为广大设计爱好者提供了广阔的设计空间,因此越来越多的设计爱好者开始了学习Photoshop,并进行具有个人特色与风格的视觉创意。视觉设计给观者以强大的视觉冲击力,引发观者的无限联想,给读者视觉上以极高的享受。这类作品制作的主要工具当属Photoshop。 4、绘画 由于Photoshop具有良好的绘画与调色功能,许多插画设计制作者往往使用铅笔绘制草稿,然后用Photoshop填色的方法来绘制插画。除此之外,近些年来非常流行的像素画也多为设计师使用Photoshop 创作的作品。动漫设计近年来十分的盛行,有越来越多的爱好者加入动漫设计的行列,Photoshop软件的强大功能使得它在动漫行业有着不可取代的地位,从最初的形象设定到最后渲染输出,都离不开它。 5、绘制或处理三维帖图 在三维软件中,如果能够制作出精良的模型,而无法为模型应用逼真的帖图,也无法得到较好的渲染效果。实际上在制作材质时,除了要依靠软件本身具有材质功能外,利用Photoshop可以制作在三维软件中无法得到的合适的材质也非常重要。

图像处理技术在电力系统中的应用研究开题报告

毕业设计(论文)开题报告 题目名称:图像处理技术在电力系统中的应用研究院系名称:电子信息学院 班级:电气095 学号:200900474528 学生姓名:郭航 指导教师:朱永胜 2013年3月

目录 1图像处理技术在电力系统中的应用研究 (2) 1.1图像处理技术在电力系统中的应用概述 (2) 1.2图像处理技术的发展 (2) 1.3图像处理技术研究的目的与意义 (3) 2 国内外研究现状及分析和发展趋势 (4) 3设计内容 (6) 3.1 设计任务 (6) 3.2 图像处理的基本原理及方法 (6) 3.2.1图像处理的主要内容 (6) 3.2.2图像的预处理 (7) 3.2.3图像处理的主要工具 (9) 3.2.4图像处理的分类 (9) 3.2.5图像处理的应用领域 (10) 3.3 图像处理技术的基本流程 (11) 3.3.1图像边缘检测 (11) 3.3.2图像几何校正 (12) 3.3.3图像重采样 (12) 3.3.4图像增强 (12) 3.3.5图像融合 (13) 3.3.6图像裁剪与拼接 (13) 3.3.7图像压缩与编码 (13) 4 本学期计划 (14) 4.1 毕业设计的计划安排 (14) 4.2毕业设计工作的研究方向和思路 (14) 5 参考文献 (15)

课题名称:图像处理技术在电力系统中的应用研究 1 课题研究的目的和意义 1.1 图像处理技术在电力系统中的应用概述 电力工业是国民经济的重要基础产业,安全、稳定和充足的电力供应是保障国民经济健康稳定发展的前提。在国家电网中,高压输电线路所处环境复杂、易受损害,因此确保其运行的安全就显得尤为重要。传统的视频监控系统需要人工监看录像,监控性能受到监控者本身的生理因素的制约。有研究表明: 人盯着屏幕看3 个小时后,注意力将降低70%。随着我国高压输电线路的规模迅速增长,线路运行部门承担了越来越多的线路巡视维护工作量,急需用先进的技术来帮助线路维护人员提高工作效率。图像处理技术借助计算机强大的数据处理功能,对视频画面中的海量数据进行高速分析,过滤掉用户不关心的信息,仅仅为监控者提供有用的关键信息。能够大大减轻视频监控中人工劳动强度,同时可以减少误报漏报,还可以提高报警处理的及时性。图像监控系统应用的范围非常广,最常见的是对民宅、停车场、公共场所、银行等的监控,以防止偷盗、破坏行为的发生,保障社会安全。近年来图像处理技术在电力设备系统监控上也有大量应用: 如赵书涛等人利用图像的形状不变矩特征作为特征矢量,采用SVM 分类器识别各类电力设备,取得了较满意的识别效果,实现了变电站的无人值守; 刘金春利用小波不变矩来提取图像的边缘特征,通过与无故障图像的小波不变矩比较,分析出图像的变化情况,实现了对变电站的自动监控。因此图像处理技术能在电力系统的安全监测中发挥重大作用。 1.2 图像处理技术的发展 随着视频技术在电力系统中的广泛应用,图像信息的作用越来越重要。利用图像处理技术对电力设备的状态进行分析,可以对表征电力设备的物理量或状态进行检测或识别,及时发现异常现象和潜在故障,对电力系统安全稳定运行具有重要意义。 同时随着人类步入信息时代,图像处理技术迅速发展起来,尤其是计算机技术的迅猛发展,使得图像处理技术得以广泛应用于众多的科学和工程领域。针对彩色图像的曝光不足的问题展开研究。通过数字图像处理技术进行处理,提高了

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