1、内蒙古工业大学本科毕业论文二 一 四 年 六 月本 科 毕 业 论 文题 目 ： 滤 波 器 的 形 状 和 尺 寸 对 图 像滤 波 的 影 响 学 生 姓 名 ： 闫 佳 婧学 院 ： 理 学 院系 别 ： 物 理 系专 业 ： 电 子 信 息 科 学 与 技 术班 级 ： 电 科 10-1 班指 导 教 师 ： 李 维 雅 讲 师学校代码： 10128学 号： 201020906002内蒙古工业大学本科毕业论文摘要在我们的工作和生活中，图像处理的应用非常广泛，在各个领域都有着非常重要的作用。滤波器在图像处理中应用的比较多，它对图像去噪处理有很好的效果。本文讨论的是滤波器的形状和尺寸会不会
2、对图像滤波器造成影响。利用 MATLAB软件，通过改变中值滤波器的形状和尺寸，对图像噪声进行去噪处理，程序运行之后对比处理后的图像的不同之处。对比后发现图像去噪的效果以及图片质量都会随着中值滤波器的形状和尺寸变化的。关键词：数字图像处理；高斯噪声；椒盐噪声；中值滤波器内蒙古工业大学本科毕业论文AbstractIn our work and life, has a very wide range of application of image processing, it has a very important role in various fields.Filter in the appl
3、ications of image processing is more, it is very good effect for image denoising processing.Discussed in this article is the shape and size of filter will affect the image filter.Using the MATLAB software, through changing the shape and size of median filter, to deal with the noise of image noise, p
4、rograms run after the difference between the processed image is compared.It shows that the effect of image denoising and image quality will change as the shape and size of the median filter.Keywords: Digital image processing; Gaussian noise; Salt and pepper noise; Median filter内蒙古工业大学本科毕业论文目 录引言 1第一
5、章 51.1 51.2 61.2.1 6第二章 112.1 11结论 31注释 32参考文献 33附录 34谢辞 35内蒙古工业大学本科毕业论文0引言在实际的日常生活中，人们要接触很多的图像，画面。但在景物成像的过程中可能会出现模糊、失真 或混入噪音的情况，导致图像的质量下降，这种现象称为图像“退化” 。因此我们可以采取一些技术手段来尽量减少甚至于消除图像质量的下降，还原图像的本来面目，这就是图像的复原。引起图像模糊有很多种的原因，举例来说有运动引起的，高斯噪音引起的，斑点噪音引起的，椒盐噪音引起的等等。图像复原的算法：数字图像复原问题实际上是在一定的准则下，采用数学最优方法从退化的图像去推测
6、原图像的估计问题。不同的准则及不同的数学最优化方法就形成了各种各样的算法。常见的复原方法有，逆滤波复原算法，威纳滤波复原算法，盲卷积滤波复原算法，约束最小二乘滤波复原算法等等。其中维纳滤波是最典型的一种，20 世纪 40 年代，维纳奠定了最佳滤波器的研究基础。即假定输入时有用信号和噪音信号的合成，并且他们都是广义平稳过程和他们的二阶统计特性都已知。维纳根据最小均方准则（即滤波器的输出信号与需要信号的均方值最小） ，求得了最佳线性滤波器的参数，这种滤波器被称为维纳滤波器。在图像恢复和处理中被广泛使用。内蒙古工业大学本科毕业论文1第 1 章 数字图像处理1.1 数字图像处理的概念数字图像处理（Di
7、gital Image Processing）又称为计算机图像处理，是指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。以数字格式存储的图像才可以用计算机进行图像处理，数字图像就是以数字格式存储的图像。我们生活中常见的照片、图片、海报等均是属于模拟类的图像，如果想要将模拟类的图像数字化后并且使它生成数字图像就需要使用数字化的一些设备。目前，将模拟类的图像数字化的设备是扫描仪，当然也还可以利用数码相机的拍摄以数字格式存储的数字图像。模拟类的图像通过扫描仪进行的逆光数字化或者是由数码相机直接拍摄的景物图，都是以数字的格式存储在计算机中的。既然是数字格式，计算机当然可以方
8、便地对图像进行各种处理，用以实现视觉效果和特殊效果。1.2 数字图像处理的背景从 20 世纪 20 年代，图像处理首次应用于改善伦敦和纽约之间海底电缆发送的图片质量。到 20 世纪 50 年代，当时的计算机发展水平已经很高，人们就开始运用计算机来处理一些图形和图像的信息。数字图像处理成为一门学科大约在 20 世纪60 年代初。最早的图像处理是改变图像的质量，它以人为对象，来改变人的视觉效果。图像处理过程中，输入的是质量比较低的图像，输出的是改变质量后的图像，常用的图像处理方法有图像增强、压缩、复原、编码等等。第一次获得成功的是美国喷气推进实验室（JPL） 。1964 年他们对上千张的月球照片进
9、行了图像处理，运用了几何校正、灰度变换、除噪等方法，获得了前无史例的成功，加快了数字图像处理技术的发展。在以后的宇航方面，数字图像处理技术起到了空前巨大的作用。20 世纪 70 年代，数字图像处理技术得到了迅速的发展，进一步完善了数字图像处理的理论和方法，并且应用范围变得更加广泛。70 年代中期，计算机技术还有人工智能、思维科学上的研究都得到快速的发展，数字图像处理技术在向着更高层次发展。人们已经开始探索研究怎样利用计算机来解释图像，实现利用人类视觉系统解释外部广阔世界，这种研究被称之为图像理解或者称为计算机视觉。许多国家，尤其是发达国家投入了更加多的人力和物力到这项研究中，获得了很多重要的研
10、究成果。其中最具有代表性的成果是 MIT 的 Marr 在 70 年代末提出的视觉计算理论，内蒙古工业大学本科毕业论文2这项理论成为计算机视觉领域在以后的十多年中的主要思想。虽然，图像理解在理论方法研究上已经取得得很多的进展，但是它的其实本身是一个很难的研究领域，由于人类对其自己的视觉过程还了解的不多，所以计算机视觉依然是一个需要人类进一步探索研究的新领域。从 20 世纪 70 年代末到现在，每个应用领域都对数字图像处理技术提出了更高的要求，使其向更深层的方向发展。尤其是在景物理解和计算机视觉方面，图像处理已经从二维处理逐渐发展到三维理解或者解释。近年来，随着计算机和其他有关领域的快速发展，数
11、字图像处理技术已经有一个研究领域演变成了科学研究中经常应用的一种工具。1.3 数字图像处理的内容及特点1.3.1 数字图像处理的内容1.图像获取、表示和表现将模拟图像信号转化为数字形式，并且将数字图像显示出来。这个过程是要进行图像数字化，就是将图像用一组数字表示出来，然后再运用计算机进行分析和处理。2.图像复原图像复原的主要目的是去除干扰、模糊和图像畸变，恢复图像的本来面目。典型的去噪操作就属于复原处理。如果图像的质量下降，并且原因已知，这样的情况就可以利用图像复原技术对图像进行修正。图像复原最重要的部分是需要一个合理的模型。因为不同图像的退化原由不同，因此就会采用不同的复原方法。3.图像编码
12、压缩数字图像的一大特点就是数据量庞大，所以，在实际的情况中就需要进行图像压缩，用以减少数字图像所需要的数据量。编码在压缩技术中最主要的方法，在一定要求下对图像进 行编码，就可以对图像的数据进行压缩。图像编码压缩技术可减少描述图像的数据量，以便节省图像传输、处理时间和减少所占用的存储器容量。4.图像增强对图像增强的原理主要是突出图像中某些特殊信息，减弱甚至除去不需要的信息，从而使想要得到的信息得到加强，便于区分。图像增强优势可能要去改变图像的视觉效果，使人便以观察。也可以避免图像中的重要信息被遗漏。（1）直方图均衡化在图像增强方面有很多种算法，最常用的是直方图均衡化。直方图均衡化就是内蒙古工业大
13、学本科毕业论文3指通过利用直方图统计出来的结果趋势图像达到直方图均衡的方法，这种方法可以达到增强图像的效果。利用直方图的统计，可以得出，图像中的所有的亮度所占的比例分布不同，通过加大直方图统计中的比例高和比例低的的像素之间的亮度差来提高图像的效果。灰度直方图大部分初一低灰度区域，随意图像中一些比较暗的区域，有些模糊，看不清楚。直方图均衡化可以用 histep（）函数来实现。（2）灰度变换法某些图像是低对比度图像，表现是图像偏亮或者偏暗，或是图像的灰度失真。因此，就需要根据某种条件利用灰度变换对图像的灰度值进行处理，来改善图像的质量。如果图像中的某一部分比较暗，那么就颗粒利用灰度变换使较暗的像素
14、值增大，这样就可以使图像的亮度提高。（3）平滑和锐化滤波处理平滑图像中的噪声就需要平滑滤波技术，使用求像素灰度的中值或者平均值的方法得出。平滑滤波一般可以用低通滤波实现，它的目的是去除噪声以及图像中的模糊部分。图像的锐化技术是使图像灰度的反差增强，加强图像中的一些指定部分的图像细节，也可以增强图像中的边缘和轮廓的信息。图像的锐化的优点是可以使图像的边缘细节变得清晰，这种技术可以用高通滤波来实现。5.图像分割图像分割就是将图像分成区域，并且将图像中较特殊的部分提取出来的一个过程，以便可以进一步的对图像进行分析。常用的幅度分割方法就是将图像的灰度分成不同等级，然后用设置灰度值的方法确定有意义的区域
15、或欲分割物体的边界。6.图像重建图像增强、图像复原和图像编码是图像到图像的处理，即输入的是图像，输出的还是图像。而图像的重建是从数据到图像的处理，也就是输入的是数据，输出的则是图像。CT 是图像重建处理的最为典型的实例。7.图像变换由于图像阵列很大，如果直接在空间域中进行处理，涉及计算量很大。因此，往往采用各种图像变换的方法，如傅立叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换等间接处理技术，将空间域的处理转换为变换域处理，不仅可减少计算量，而且可获得更有效的处理。（1）傅里叶变换傅里叶变换是将时域信号分解为不同频率的正弦信号或余弦信号叠加之和。傅内蒙古工业大学本科毕业论文4里叶变换是一种经常用的正交变换，
16、在图像处理的过程中，傅里叶变换有着极其重要的作用。在连续的情况下，原始信号在一个周期内需要满足绝对可积条件。在离散情况下，傅里叶变换是一定存在的。傅立叶变换使我们能通过频率成分来分析一个函数。傅立叶变换有很多优良的性质。比如线性，对称性。时移性是指函数在时域中的时移，对应于它在频域中附加而产生的相移，而幅度频谱则保持不变；频移性是指将不同的信号调制到不同的频段上同时传输。计算机进行的傅里叶变换通常是离散型傅里叶变换，原因是计算机的运算时离散型，并且离散型傅里叶变换可以提高运算速度。（2）离散余弦变换图像的二维离散预先变换简称 DCT，常用 dct2 函数来表示。DCT 通常用作压缩图片，JPE
17、G 的图像格式就利用 DCT 算法。DCT 有许多优点，并且它是正交变换。离散余弦变换与傅里叶变换是比较相似的，只不过使用的是实数。JPEG 算法中，谁都先要将图像分文 8*8 或者 16*16 的像素块，然后对像素块进行二维离散余弦变换，8*8 的像素块会产生 64 个二维离散余弦变换系数，然后对二维离散余弦变换系数进行量化，最后进行编码，就形成了压缩的图像格式。（3）Radon 变换图像处理工具箱的 radon（）函数用来计算指定方向上图像矩阵的投影，二元函数 f ( x, y)的投影是在某一方向上的线积分。例如， f ( x, y)在垂直方向上的线积分是 f ( x, y)在 x 方向上
18、的投影，在水平方向上的积分是在 y 方向上的投影。Iradon 函数能够实现逆 radon 变换，能够在原来的基础上重建原始的图像。它是通过平行波束的投影来重新构建图像的。Radon 变换的表达式是R=radon（R,theta） ，逆 Radon 变换的表达式是 IR=iradon（Rtheta） 。（4）离散小波变换离散小波变换是对连续小波变换的尺度和位移按照 2 的幂此进行离散化得到的，又称二进制小波变换。小波的分解是对不同尺度的信号的分析处理，小波分解的算法一般使用的是 Mallat 算法，这种算法速度较快，运算准确。1.3.2 数字图像处理的目的及意义一般来讲，对图像进行处理（或加工
19、、分析）的主要目的有三个方面：1.提高图像质量，用来达到赏心悦目的目的。例如进调节图像的亮度、进行彩色变换，增强或者抑制某些部分等，用来改变和完善图像的质量。达到真实的、或内蒙古工业大学本科毕业论文5者清晰的想象不到的艺术效果。2.提取图像中包含一些特殊特征或者信息，并且用于计算机的分析。这些特殊特征包含很多方面，例如频域特性、边界特征等。3.对图像数据进行变换、编码和压缩，对图像的存储和传输会更加便捷。数字图像处理的产生和快速的发展主要有三反面的原因影响：1.计算机快速的发展。最早期的计算机不能对图像数据进行处理，是由于当时计算机的计算速度和存储容量的限制。而如今，随着计算机的硬件发展以及数
20、字化技术的进步，他的性能大幅的提高。以前很难完成的，现在在 PC 机上也可以轻而易举的实现。2.数学的迅速发展，尤其是离散数学理论的发展和完善，为数字图像处理打下了最坚实的理论基础。1.3.3 基本特点1.处理信息量较大数字图像处理的信息大部分是二维信息，处理信息量是比较大的。例如一幅256256 低分辨率的黑白图像，所要求的大约是 64kbit 的数据量；假如需要处理30 帧/秒的电视图像序列，那么每秒所要求的应该是 500kbit22.5Mbit 数据量。所以，数字图像处理对计算机的计算速度、存储容量等要求是很高的。2.占用频带很宽数字图像处理需要占用的频带是很宽的。因此在成像、传输、存储等每个环节的实现上，技术的难度非常大，成本也很高，这就会使的频带压缩技术的要求变得更高。3.各像素相关性比较大数字图像中的每个像素都不是独立的，它的相关性是比较大的。在图像上，是有许多的像素有相同或者比较相似的灰度。所以，图像处理中信息压缩的是具有较大潜力，比较重要的。4.不能复现全部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。5.人的因素的影响很大人们观察和评价的一般是数字图像处理后的图像，所以人的因素影响是很大的。
