确定图像中某一字母位置的程序设计

1、1.概述数字图像处理(DigitalImageProcessing)是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。数字图像处理的产生和迅速发展主要受三个因素的影响:一是计算机的发展;二是数学的发展(特别是离散数学理论的创立和完善);三是广泛的农牧业、林业、环境、军事、工业和医学等方面的应用需求的增长。数字图像处理研究的内容主要有:(1)图像获取和图像表现阶段主要是把模拟图像信号转化为计算机所能接受的数字形式,以及把数字图像用所需要的形式显示出来。(2)图像复原当造成图像退化的原因已知时,复原技术可用来进行图像的校正。复原技术是基于模型和数据的图像恢复,其目的是消

2、除退化的影响,从而产生一个等价于理想成像系统所获得的图像。(3)图像增强当无法知道与图像退化有关的定量信息时,可以使用图像增强技术较为主观地改善图像的质量。(4)图像分析对图像中的不同对象进行分割、特征提取和表示,从而有利于计算机对图像进行分类、识别、理解或解释。(5)图像重建由图像的多个一维投影重建该图像,可看成是特殊的图像复原技术。(6)图像编码和压缩对图像进行编码的主要目的是为了压缩数据,便于存储和传输。当前的一些编码方法对图像分析和图像加密也有越来越多的应用。MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开

3、发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、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、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。2.MATLAB常用图像操作函数2.1 图像的读写(1) imreadimread函数用于读入各种图像文件，如:a=imread('e:w01.tif')注：计算机E盘上要有w01相应的.tif文件。(2) imwriteimwri

4、te函数用于写入图像文件，如：imwrite(a,'e:w02.tif',tif)(3) imfinfoimfinfo函数用于读取图像文件的有关信息，如：imfinfo('e:w01.tif')2.2 图像的显示(1) imageimage函数是MATLAB提供的最原始的图像显示函数，如： a=1,2,3,4;4,5,6,7;8,9,10,11,12; image(a);(2) imshowimshow函数用于图像文件的显示，如： i=imread('e:w01.tif'); imshow(i);(3) colorbarcolorbar函数用显示

5、图像的颜色条，如： i=imread('e:w01.tif'); imshow(i); colorbar;(4) figurefigure函数用于设定图像显示窗口，如：figure(1)； /figure(2)；2.3 图像的变换(1) fft2fft2函数用于数字图像的二维傅立叶变换，如： i=imread('e:w01.tif'); j=fft2(i);(2) ifft2ifft2函数用于数字图像的二维傅立叶反变换，如： i=imread('e:w01.tif'); j=fft2(i); k=ifft2(j);(3) 利用fft2计算二维卷积

6、利用fft2函数可以计算二维卷积,如: a=8,1,6;3,5,7;4,9,2; b=1,1,1;1,1,1;1,1,1; a(8,8)=0; b(8,8)=0; c=ifft2(fft2(a).*fft2(b); c=c(1:5,1:5);利用conv2(二维卷积函数)校验, 如： a=8,1,6;3,5,7;4,9,2; b=1,1,1;1,1,1;1,1,1; c=conv2(a,b);3.理论论证3.1离散傅里叶变换傅里叶变换的数学定义：传统的傅立叶变换是一种纯频域分析，它可将一般函数f(x)表示为一簇标准函数的加权求和，而权函数亦即f的傅立叶变换。设f是R上的实值或复值函数，则f为一

7、能量有限的模拟信号，具体定义如下：一维傅立叶变换： （3.1）一维傅立叶逆变换： (3.2)傅立叶变换的物理意义是将图像的灰度分布函数变换为图像的频率分布函数，傅立叶逆变换是将图像的频率分布函数变换为灰度分布函数。3.2离散傅立叶变换的 Matlab 实现 Matlab 函数 fft、fft2 和 fftn 分别可以实现一维、二维和 N 维 DFT 算法；而函数 ifft、ifft2 和 ifftn 则用来计算反 DFT 。这些函数的调用格式如下：         Afft(X,N,DIM)其中，X 表示

8、输入图像；N 表示采样间隔点，如果 X 小于该数值，那么 Matlab 将会对 X 进行零填充，否则将进行截取，使之长度为 N ；DIM 表示要进行离散傅立叶变换。        Afft2(X,MROWS,NCOLS)其中，MROWS 和 NCOLS 指定对 X 进行零填充后的 X 大小。        Afftn(X,SIZE)其中，SIZE 是一个向量，它们每一个元素都将指定 X 相应维进行零填充后的长度。函数 ifft、ifft2 和 ifftn的

9、调用格式于对应的离散傅立叶变换函数一致。例子：图像的二维傅立叶频谱% 读入原始图像Iimread('lena.bmp');imshow(I)% 求离散傅立叶频谱J=fftshift(fft2(I);figure;imshow(log(abs(J),8,10)3.3快速卷积原理傅立叶变换的一个重要特性就是能够实现快速卷积。由线性系统的理论可知，两个函数的卷积的傅立叶变换等于两个函数的傅立叶变换的乘积。该特性与快速傅立叶变换一起，可以快速计算函数的卷积。假设A为M*N的矩阵，B为P*Q的矩阵，则快速计算卷积的方法如下：对A和B补零，使其大小都为（M+P1）*（N+Q-1）。利用ff

10、t2函数对A和B分别进行二维FFT变换。将两个FFT结果相乘，利用函数ifft2对乘积进行傅立叶反变换。4.程序设计4.1设计原理在本次课设中我们希望在图像text.tif中定位字母“a”，那么我们首先将包含字母“a”的图像与text.tif图像进行相关运算，也就是首先将字线a和图像text.tif进行傅立叶变换，然后利用快速卷积的方法，计算字母a和图像text.tif的卷积，提取卷积运算的峰值，从而得到白色亮点，这即是在图像text.tif中对字母a”的定位结果。4.2主程序程序如下：I=imread('jm.tif');%读入图像text.tifa=I(28:62,16:4

11、8);%从图像中抽取字母a的图像subplot(2,2,1),imshow(I);subplot(2,2,2),imshow(a);C=real(ifft2(fft2(I).*fft2(rot90(a,2),242,346);subplot(2,2,3),imshow(C,);thresh=11500000;%找到C中的那个最大值，选择一个小于该数的数值作为阈值subplot(2,2,4),imshow(C>thresh);%显示像素超过的阈值5.仿真结果及分析将所用图片jm.tif放入MATLAB的work文件夹中，打开MATLAB新建M_file，将程序输进去，保存运行。运行结果如下

12、图所示。图5.1 运行结果右下角的图像中3个亮点就是原图中字母a的位置。6.心得体会课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，数字图像处理已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。回顾起此次专业课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整一星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没

13、有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说傅里叶卷积的计算，MATLAB软件的应用技巧，对编程掌握得不好通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。学习是一个不断再学习的过程，我会秉着谦虚，认真的态度一直学习下去。参考文献1 姚敏

14、.数字图像处理.北京：机械工业出版社，20062 杨杰，黄朝兵.数字图像处理及MATLAB实现.北京：电子工业出版社，20093 罗平辉，冯平.MATLAB7.0在图像处理中的应用.北京：机械工业出版社，20074 邓继忠，张秦岭.数字图像处理技术.广州：广东科技出版社，20055 孙即祥.图像分析.北京：科学出版社，2007致谢在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！另外，感谢校方给予我这样一次机会，能够独立地完成一个课程设计，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在这学期快要结课的时候