高揚

摘要：在MATLABGUI的環(huán)境下，設(shè)計實現(xiàn)了一個數(shù)字圖像處理演示系統(tǒng)，利用系統(tǒng)演示圖像處理的方法、過程。系統(tǒng)界面友好、內(nèi)容豐富、具有良好的交互性和實用性，為學(xué)生提供了一個數(shù)字圖像處理的算法演示及模擬開發(fā)的實驗平臺，能幫助學(xué)生掌握數(shù)字圖像處理的理論方法，有利于學(xué)生加深對原理、算法的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理；圖形用戶界面；交互式可視化

引言

數(shù)字圖像處理處在科技發(fā)展的前沿，是一門理論性和實踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，為了讓學(xué)生對數(shù)字圖像處理過程有一個比較直觀的認(rèn)識，在學(xué)習(xí)具體算法時需要形象化演示來加深理解。MATLAB軟件提供了圖像處理工具箱，GUI更提供了友好的圖形用戶交互界面開發(fā)環(huán)境，使操作便捷簡單，方便進(jìn)行功能的修改和擴(kuò)充。

為了讓學(xué)生加深理解MATLAB圖像處理工具箱中的函數(shù)的使用方法，以及利用GUI進(jìn)行二次開發(fā)的過程。本文基于MATLAB GUI設(shè)計了一個數(shù)字圖像處理演示系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有很好的交互性，用戶可以與機(jī)器交互操作，在界面上直接輸入設(shè)置參數(shù)，即可得到直觀的的處理結(jié)果，因而便于使用者的處理操作和分析處理結(jié)果。

1.實驗平臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本次設(shè)計是通過MATLAB R2014b軟件實現(xiàn)一個數(shù)字圖像處理演示系統(tǒng)。本系統(tǒng)功能分為八個模塊，如下所示：圖像基本操作模塊數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)模塊圖像增強(qiáng)模塊圖像分割模塊圖像幾何變換模塊頻域處理模塊數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)模塊綜合演示模塊。系統(tǒng)框圖如圖1所示：

本次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計采用總分的方法，即先設(shè)計系統(tǒng)介紹界面和主界面，再設(shè)計各個子界面。M文件的編寫也是如此，先編寫主框架的回調(diào)函數(shù)，再編寫子模塊的回調(diào)函數(shù)。系統(tǒng)的子界面是由不同功能按鍵調(diào)用的，每個按鍵都有相對應(yīng)的子界面。通過點擊按鍵運行相對應(yīng)的M文件，而后彈出相應(yīng)的子界面。

此系統(tǒng)的主界面設(shè)計為先是動畫界面介紹系統(tǒng)名稱，而后跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)介紹界面。介紹界面具體設(shè)計為：在圖形界面編窗口里，首先調(diào)用axes控件和靜態(tài)文本框，axes控件用來生成坐標(biāo)軸對象，以便于顯示界面背景圖像。再通過改變靜態(tài)文本框的屬性來顯示相關(guān)系統(tǒng)介紹。同時添加一個按鈕并設(shè)置為進(jìn)入系統(tǒng)。系統(tǒng)介紹界面效果如圖2所示。

在介紹界面單擊進(jìn)入按鈕后，進(jìn)入系統(tǒng)主界面，主界面中央有一個系統(tǒng)功能選擇面板，分布著八個按鍵，分別為圖像基本操作、圖像處理基礎(chǔ)、圖像增強(qiáng)、圖像分割、圖像幾何運算、頻域處理、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)及綜合演示。界面右下角為退出按鍵，用以退出系統(tǒng)。如圖3所示為主界面窗口：

本實驗系統(tǒng)有多個功能模塊，下面只詳細(xì)敘述圖像分割模塊。

2. 圖像分割模塊的實現(xiàn)

2.1 閾值分割

閾值分割是最常用的圖像分割方法，因其操作簡單、計算量小、性能較穩(wěn)定而成為圖像分割中最基本、最廣泛使用的分割技術(shù)。閾值分割特別適用于目標(biāo)和背景占據(jù)不同灰度級的圖片。此界面通過滑動條的滑動來設(shè)置閾值參數(shù)，也可通過動態(tài)文本框手動輸入閾值T，滑動條與文本框是連通的，滑動條滑動后的值可在文本框內(nèi)顯示，文本框內(nèi)的值也可以轉(zhuǎn)換成滑動條的值，實現(xiàn)不同閾值的分割。其處理效果如圖4所示。

閾值滑動條回調(diào)函數(shù)如下：

T=get（hObject，'Value'）；

axes（handles.axes6）；

I=imread（'xiaoxiang.jpg'）；

Ibw = im2bw（I，T/255）； %閾值分割

imshow（Ibw）；

set（handles.edit3，'string'，num2str（get（hObject，'Value'）））；

閾值文本框回調(diào)函數(shù)如下：

T=get（hObject，'string'）；

T=str2num（T）；

axes（handles.axes6）；

I=imread（'xiaoxiang.jpg'）；

Ibw = im2bw（I，T/255）；

imshow（Ibw）；

set（handles.slider3，'Value'，str2num（get（hObject，'string'）））；

2.2 邊緣檢測

圖像邊緣是所要提取的目標(biāo)區(qū)域和背景的分界線，將圖像邊緣檢測出來才能進(jìn)一步將目標(biāo)和背景區(qū)分開來。通過讀取圖像按鈕激活算子選擇按鈕和算子類型面板控件，使用radiobutton單選按鈕來選擇邊緣檢測的算子并進(jìn)行邊緣檢測。共有5個算子，Canny算子、Sobel算子、Robert算子、Prewitt算子、Log算子。以Canny算子邊緣檢測為例，算子檢測圖像邊緣效果如圖5所示。

Canny算子按鍵回調(diào)函數(shù)如下：

I=imread（'yaoli.jpg'）；

I=rgb2gray（I）；

axes（handles.axes4）；

BW1 = edge（I，'canny'）；

imshow（BW1）；

3. 結(jié)論

本文主要闡述了數(shù)圖像處理演示系統(tǒng)的設(shè)計步驟和實現(xiàn)方法，此系統(tǒng)可以達(dá)到界面操作可視化、處理結(jié)果可視化的要求，系統(tǒng)的各級界面都能實現(xiàn)人為動態(tài)的參數(shù)設(shè)置，并能在界面上顯示處理結(jié)果進(jìn)行分析，同時突出了原理介紹、實驗操作和結(jié)果分析的功能，將理論與實踐完美結(jié)合，有助于學(xué)習(xí)圖像處理技術(shù)和進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)。通過對圖像處理結(jié)果的比較，可以形象地驗證圖像處理算法，能夠充分的體現(xiàn)出圖形用戶界面的易用性、良好的擴(kuò)展性以及便捷性，用戶只需通過簡單的操作就能完成想實現(xiàn)的功能。此外，圖形用戶界面十分的人性化，我們可以人為的設(shè)計界面，使界面上的控件布局更加美觀，達(dá)到激起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的效果。

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