譚 超 席在芳

1.2.湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院 湖南省 湘潭市 411201

隨著時(shí)代發(fā)展和信息化時(shí)代的到來，數(shù)字圖像處理在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜匾巧?］。數(shù)字圖像處理是本、專科高校信息類專業(yè)的必修課程，該課程主要講授圖像處理的基本知識(shí)、圖像變換、圖像增強(qiáng)與還原、圖像壓縮與編碼等［2］。這是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，正確利用matlab 仿真對(duì)數(shù)字圖像處理課程教學(xué)進(jìn)行輔助［3，4］，能夠提高數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)質(zhì)量。本文從數(shù)字圖像處理課程中的基本知識(shí)點(diǎn)、趣味知識(shí)點(diǎn)及綜合應(yīng)用實(shí)例三個(gè)方面對(duì)matlab 仿真對(duì)課程教學(xué)的輔助進(jìn)行了研究。

1 基本知識(shí)點(diǎn)輔助教學(xué)

數(shù)字圖像處理課程中有許多基本的、重要的知識(shí)點(diǎn)，通過matlab 仿真對(duì)課堂教學(xué)進(jìn)行輔助能達(dá)到提高課堂教學(xué)質(zhì)量的效果。圖像的變換是數(shù)字圖像處理課程中最為重要的章節(jié)之一，圖像的變換主要講授傅里葉變換、離散余弦變換、小波變換等。在講授圖像變換時(shí)，通過課堂教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，同學(xué)們對(duì)在以前課程中出現(xiàn)的傅里葉變換還有所了解，對(duì)其它變換通過課堂講解后還一無所知。從高等數(shù)學(xué)、信號(hào)與系統(tǒng)等課程中的一維傅里葉變換過渡到二維傅里葉變換，同學(xué)們還能弄懂，但經(jīng)常出現(xiàn)以下疑問：為什么要進(jìn)行圖像變換？圖像變換之后變換域代表什么含義？針對(duì)類似問題，我們通過利用matlab 仿真輔助教學(xué)，對(duì)相關(guān)變換在圖像濾波、圖像壓縮及卷積中的作用進(jìn)行了仿真演示，使得同學(xué)們對(duì)相關(guān)變換有了直觀的認(rèn)識(shí)，了解了在一維信號(hào)及二維圖像信號(hào)中頻率域的基本含義。

圖像復(fù)原近似為圖像增強(qiáng)的逆過程，利用matlab 仿真能形象展示圖像出現(xiàn)退化及退化之后復(fù)原的過程。下面給出了圖像出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)模糊及利用露西理查森方法復(fù)原模糊圖像的程序及仿真結(jié)果圖。如圖1所示，利用subplot 對(duì)圖像進(jìn)行了組合輸出，圖1（a）為原始圖，圖1（b）為運(yùn)動(dòng)模糊圖（模糊強(qiáng)度為30 度、模糊位移為10）；當(dāng)運(yùn)動(dòng)模糊角度保持不變，模糊位移從10 增大到30時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)圖1（c）的模糊程度較圖1（b）變大了；圖1（d）是圖1（c）的復(fù)原效果圖，可以發(fā)現(xiàn)圖像復(fù)原很難達(dá)到100%，因此相較原圖而言，圖像質(zhì)量還是有所下降。

I=imread（'1（a）.jpg'）；

subplot（2，2，1）； imshow（I）

LEN=10；THETA=30；

PSF1=fspecial（'motion'，LEN，THETA）

Blurred1=imfilter（I，PSF1，'circular'，'conv'）；

subplot（2，2，2）； imshow（Blurred1）；

PSF2=fspecial（'motion'，30，THETA）

Blurred2=imfilter（I，PSF2，'circular'，'conv'）；

subplot（2，2，3）；imshow（Blurred2）；

rest=deconvlucy（Blurred2，PSF2，150）

subplot（2，2，4）；imshow （rest）

圖1 圖像的運(yùn)動(dòng)模糊及模糊復(fù)原圖

2 趣味知識(shí)點(diǎn)輔助教學(xué)

在數(shù)字圖像處理課程課堂教學(xué)中，讓學(xué)生參與進(jìn)來可以提高他們的積極性，課堂教學(xué)質(zhì)量也隨之提升。在講授人類的視覺時(shí)，亮光適應(yīng)和暗光適應(yīng)可以從晚上開、關(guān)燈前后眼睛的感受出發(fā)，以此來引入；同時(shí)對(duì)比度、色度對(duì)比、Mach帶等知識(shí)點(diǎn)：紅花常需綠葉配，不同的背景色會(huì)導(dǎo)致人眼所見的顏色失真，這就是大家感受到的錯(cuò)覺現(xiàn)象，因此可以說眼見不一定為實(shí)。圖像的紋理映射知識(shí)點(diǎn)可以從景區(qū)出售的紀(jì)念杯引入。灰度直方圖的應(yīng)用可以這樣引入：通過matlab 仿真來直觀展示圖像的明暗及對(duì)比度等。偽彩色可以從給黑白照片上色及黑白B 超和彩色B 超的異同引入。

圖像的加、減、乘、除法是圖像處理過程中的重要環(huán)節(jié)，是可以讓大部分同學(xué)參與進(jìn)來的趣味知識(shí)點(diǎn)之一，通過matlab 仿真能達(dá)到很理想的效果。圖像的加法主要包括圖像加數(shù)字和圖像加圖像，圖像的加法有兩個(gè)作用：一是對(duì)同一場(chǎng)景的多幅圖像求平均值，可以降低加性噪聲；二是把一幅圖像疊加到另一幅圖像上去，達(dá)到二次曝光的效果。圖像間減法運(yùn)算通常應(yīng)用于提取圖像的差異，以及在醫(yī)學(xué)圖像處理方面用來去除背景。在運(yùn)動(dòng)物檢測(cè)中，通過前后兩個(gè)圖像的減法運(yùn)算，可以獲取運(yùn)動(dòng)物體移動(dòng)軌跡。圖像相乘、除運(yùn)算通常用于提取或刪除圖像中某些內(nèi)容，一幅圖像乘以一個(gè)常數(shù)稱為縮放，如果縮放因數(shù)大于1，那么將增強(qiáng)圖像的亮度，如果使用的因數(shù)小于1，則會(huì)使圖像變暗。

圖2利用圖像的減法來得到兩幅圖片的差異，也就是大家常玩的“大家來找茬”游戲。圖2（a）和（b）為兩幅需要尋找差異的圖片，利用imsubtract 函數(shù)對(duì)兩幅圖片進(jìn)行減法運(yùn)算，就能得到兩圖的差異。仿真程序如下：兩幅圖片中相同位置如一致，相減之后該點(diǎn)值為0，在圖片中為黑色，而有差異的地方便有顏色顯示，從圖2（c）可以看出圖2（a）和（b）有7 處位置不一樣。

I=imread（'2（a）.jpg'）；

J=imread （'2（b）.jpg'）；

Z=imsubtract（I，J）；

subplot（1，3，1）；imshow（I）

subplot（1，3，2）；imshow（J）

subplot（1，3，3）；imshow（Z）

圖2 圖像減法用于提取差異效果圖

3 綜合應(yīng)用實(shí)例輔助教學(xué)

在數(shù)字圖像處理課程教學(xué)中，最后需講授綜合應(yīng)用實(shí)例，可以選擇幾個(gè)有代表性的實(shí)例展開，通過matlab 仿真向同學(xué)們展示整個(gè)過程，讓大家對(duì)圖像處理在我們身邊的應(yīng)用有直觀認(rèn)識(shí)。例如可以講授指紋識(shí)別技術(shù)、車牌識(shí)別技術(shù)、火災(zāi)探測(cè)技術(shù)、數(shù)字水印技術(shù)等實(shí)例。以車牌識(shí)別技術(shù)為例，可以把整個(gè)仿真過程分成幾個(gè)模塊進(jìn)行，分別是預(yù)處理、車牌定位、字符分割、車牌字符識(shí)別等。

結(jié) 束 語

本文從圖像處理課程教學(xué)中的基本知識(shí)點(diǎn)、趣味知識(shí)點(diǎn)、綜合仿真實(shí)例三個(gè)方面進(jìn)行研究，將matlab 仿真軟件用于課程的輔助教學(xué)，將理論知識(shí)直觀化。Matlab 仿真輔助教學(xué)不僅能提高學(xué)生參與課堂的積極性，還能培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手解決問題的能力。