数字图像处理可视化系统的设计

数字图像处理可视化系统的设计摘要：作者以matlab的图形用户界面和图像处理工具箱为平台，设计数字图像处理可视化系统，该系统由窗口、选单、按钮和文字说明等构成，简捷、直观、清晰地体现出系统的功能和特征，适合数字图像处理课程教学。

关键词：可视化 matlab 图形用户接口

1.引言

数字图像处理课程是我系电子信息工程、广播电视工程和光学信息科学与技术专业的一门主干专业基础课，重点培养学生对数字图像概念、关键技术的认识和数字图像处理在各个领域中的应用。传统的数字图像处理课程的教学手段枯燥无味，无法直观地向学习者展示图像处理效果，但是如果使用可视化系统配合ppt课件，就会使教学过程由古板变生动，抽象变具体，深奥变浅显，沉闷变愉悦，不仅能激发学生的学习兴趣，更能加深学生理解。随着时代的发展，信息的多样化，可视化的制作日显新颖。

数字图像处理可视化系统使用matlab，主要在于matlab的图形用户界面赋予制作者极大的想象空间，这使得可视化系统灵活多变，交互性极强。运用matlab制作数字图像处理可视化系统不仅能够完成数字图像处理的大部分内容，还能将图像信息向学习者传达多层次的信息。使用可视化系统能把被处理后的图像直观、形象和逼真地展现出来，同时数字图像处理重点在于对图像的具体操

作，运用matlab制作的可视化系统，文字简练，可视化系统画面简洁，能够吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣。因此，将数字图像处理可视化系统引入数字图像处理课程教学有其优越性。

2.数字图像处理可视化系统设计

2.1系统特色

数字图像处理可视化系统严格按照教学内容要求编制，包括大量的演示子模块，每个演示子模块均严格按照章节内容编制，方便学生参照教材案例灵活改变有关参数，观察产生的效果。同时，学习者还可参考可视化系统提供的部分代码参与编程来加深对数字

图像处理实际应用的认识。本可视化系统界面形象生动，使用方便，交互性强，具有较强的扩展能力。

2.2功能设计

本可视化系统包括图像基本操作、亮度变换与空间滤波、频域处理、图像复原、彩色图像处理、图像压缩和形态学图像处理七个子模块构成，其整体设计界面如下图所示。

2.2.1图像基本操作子模块。通过该子模块的演示让学习者初步了解灰度图像、索引图像或彩色图像的读取及各类图像之间的相互转换；图像的简单几何变换，如镜像、任意倍率缩放、任意角度旋转等；图像的jpg格式的保存等基本操作。

2.2.2亮度变换与空间滤波子模块。通过对读入的多幅图像进行的加、减、乘和除等操作了解图像作为矩阵进行基本操作和执行的

前提条件。再对读入的任意一幅图像进行亮度变换、直方图均衡化、直方图匹配、线性空间滤波和非线性空间滤波等处理。

2.2.3频域处理子模块。通过对各类图像进行傅里叶变换，再使用各类频域滤波器滤波演示图像的频谱，说明图像的频域特性。通过观察图像纹理特性在频谱中的反映，如：频谱中若低频分量丰富，高频分量较小，表明图像具有较平坦的纹理；若低频较少，高频丰富，则图像的纹理较复杂。通过观察图像的相位谱、幅度谱及分别只用相位信息或幅度信息还原的图像，认识相位信息的重要性。通过观察滤除部分高频分量或低频分量后恢复的图像，进一步理解高频、低频分量对一幅图像的作用效果。

2.2.4图像复原子模块。图像恢复是指在保真度原则下，尽量恢复退化图像的本来面貌。本模块演示了数种图像恢复常用方法，包括直接逆滤波、维纳滤波、约束的最小二乘滤波、使用l-r算法的迭代非线性复原和盲去卷积。对同一幅退化图像分别采用以上方法，也可用同一种方法处理不同的退化图像，比较复原结果，从而了解各方法的针对性及局限性。

2.2.5彩色图像处理子模块。通过对读入的rgb彩色图像到ntsc、ycbcr、hsv、cmyk和his等彩色空间的转换，了解各种彩色空间的各个分量的实际意义。接着对转换后的某个彩色分量的图像进行空间域或频率域的操作，分析同样的操作对灰度图像和彩色图像是否会产生同样的效果。最后对读入的任意灰度图像进行强度分

层和灰度级到彩色变换两种常用伪彩色图像处理。

2.2.6图像编码子模块。编码的目的是进行数据的压缩，消除冗余数据。该模块主要模拟jpeg图像的编码过程：先采用行程编码方法，将具有相同值的连续串用其串长和一个代表值来代替，然后将图像分成8*8的小块，对小块进行dct变换或小波变换并进行量化，恢复时乘量化表并计算与原始图像的均方误差。通过该子模块的模拟，学习者了解到编码的整个过程，并修改亮度掩膜表来对图像进行压缩，分析压缩效果，进一步掌握图像编码的实际意义。同时，对常用的一些编码算法，如香农-范诺编码、算术编码、行程编码和预测编码进行仿真，并对上述方法的编码效果与jpeg编码效果进行分析对比。

2.2.7形态学图像处理子模块。该子模块主要通过改变结构元素的形状和大小，分析基于数学形态学运算的处理函数对数字图像进行膨胀、腐蚀、开或闭运算、形态滤波、提取边缘或骨骼、细化和粗化等形态学运算各种形态学运算的运算效果。

3.结语

使用matlab开发的数字图像处理可视化系统不仅可以让学习者直观地了解数字图像处理的实质，加深对数字图像处理的理解，改善教学的薄弱环节，而且可以作为相应内容的补充，让学习者能更好地学到数字图像处理知识。因为在matlab中数字图像处理有着极大的便利性，所以运用matlab的gui制作数字图像处理可视化

系统有着一定的优越性。

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