圖像處理系統的設計與實現

路婷 鄧紅亮 汪桃

摘 ?要： 為滿足數字圖像處理實驗課程的需求，設計開發了基于MATLAB的圖像處理系統。系統利用MATLAB作為編程語言，通過MATLAB GUI開發集成交互界面。系統實現了圖像增強處理、圖像邊緣檢測處理、圖片特殊處理、圖像類型轉換處理、頻率變換處理以及頻率濾波器處理等六個功能模塊。測試結果表明，系統調用callback函數實現對應圖像的變換處理，可以直觀的顯示處理后的圖像。

關鍵詞： MATLAB編程語言;數字圖像;GUI集成交互界面;callback函數

中圖分類號： TP751 ? ?文獻標識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.01.016

本文著錄格式：路婷， 鄧紅亮， 汪桃， 等. 圖像處理系統的設計與實現[J]. 軟件，2020，41（01）：7478

【Abstract】： In order to meet the requirements of digital image processing experiment course， an image processing system based on MATLAB was designed and developed. The system USES MATLAB as programming language and develops integrated interactive interface through MATLAB GUI. The system has realized six functional modules： image enhancement processing， image edge detection processing， image special processing， image type conversion processing， frequency conversion processing and frequency filters processing. The test results show that the system calls callback function to realize the corresponding image transformation processing， and the processed images can be displayed intuitively.

【Key words】： MATLAB language program; Digital image; GUI integrated interactive; Callback function

0 ?引言

隨著圖像處理系統的不斷更新，目前已有的圖像處理技術不能滿足計算機領域、圖像分析、科研領域以及電子商務等方面的需求通過圖像處理實驗課程的了解，得知該系統界面設計方面的算法已經非常成熟，在計算機系統發展領域，MATLAB工具箱也是非常流行于圖像處理的，該算法已經形成了自備的MATLAB工具箱，并且都有具體的函數代碼

實現該功能模塊。因此，我們不僅要在前人的基礎上研究新算法，還要將目前已有的算法進行集成，使其形成一套完整的圖形用戶交互界面。

1 ?系統的總體設計與實現

MATLAB GUI圖像處理系統可以將一些復雜的圖形圖像直觀的顯示在用戶界面，由于該系統的主要功能是圖像處理[1]，給用戶提供了一個便捷直觀的交互式界面，其中每一個功能模塊都對應一個相應的callback函數，通過編寫該功能模塊下的callback函數，得以實現圖像處理效果，展現給用戶的模塊框架圖如圖1所示。

2 ?系統的界面設計

圖像處理系統是將圖像信號轉化為其它信號的一種模型，其該系統的每一個界面都有對應的callback函數來實現該功能，每個callback函數對應的運行結果都將顯示在系統界面上。

2.1 ?系統的主界面

主界面是系統的整體布局，是軟件開始運行的開端，是用戶進入圖像處理平臺的窗口，主要以按鈕組方式進入系統。如圖2所示。

2.2 ?軟件的子界面

該系統的設計平臺是對圖像作一些基本的操作處理[2]，來實現功能效果，總共分為六大模塊，分別是圖像增強處理、圖像邊緣檢測處理、圖片特殊處理、圖片類型轉換處理、頻率變換處理、頻域濾波器處理等[8]。如圖3所示。

2.2.1 ?圖像增強處理界面設計

圖像增強是通過調整、變換圖像的色調[9]，來凸顯圖像中重要的信息，圖像增強的內容非常廣泛，但都有各自的優缺點，該系統的設計主要選用了直方圖的均衡化和直接灰度變換兩種方法來進行圖像處理[3]。該系統的界面框架圖如圖4所示。

該界面設計主要由標題欄、菜單項、靜態文本框、圖像顯示區域和按鈕組五部分組成，其中菜單項中包含文件、增強方法和使用幫助三個功能，文件中包含打開、保存和退出三個按鈕，增強方法中又包含直方圖均衡化和直接灰度變換兩方面。該界面上有兩個圖像顯示區域，分別是原圖像和處理后的圖像，因而給用戶提供了一個簡單明了的操作方法和直觀的交互界面。當選擇增強方法中的一種時，另一種方法的按鈕功能全部顯示為灰色，停止運行。當用戶不會使用時，點擊使用幫助按鈕提供幫助信息。其效果圖如圖5和圖6所示。

2.2.2 ?圖像邊緣檢測處理界面設計

該界面設計的組成與圖像增強界面相似，邊緣檢測是圖像的分析和模式識別的重要提取方法。用戶可以使用該界面上不同的檢測算子對圖像進行邊緣檢測[4]。該界面上同樣有兩個圖像顯示區域，分別是原圖像和邊緣檢測后的圖像，其中右下角的單選按鈕組提供了幾種不同檢測算子的功能，每一個檢驗算子都有對應的執行代碼，用戶通過調試可以實現最終結果。其效果圖如圖7和圖8所示。

2.2.3 ?圖片特殊處理界面設計

圖片的特殊處理是對圖片展現出不同的效果，該界面上也有兩個圖像顯示區域，分別是原圖像和處理后的圖像，在該界面上設有三個功能模塊，分別是亮度調節、底面效果處理和對比度調節。當用戶點擊亮度調節按鈕時，會彈出輸入參數會話框，用戶可以隨意的輸入參數值對圖片進行亮度調節，直到滿意為止。其效果圖如圖9所示。

當選擇底面效果處理功能按鈕時，會對該界面上的原圖像處理為底面效果。當選擇該界面上的對比調節按鈕時，同樣會彈出輸入參數會話框，用戶可以手動輸入增強或減弱的參數值，對圖片進行對比處理。其效果圖如圖10和圖11所示。

2.2.4 ?圖像類型轉換界面設計

圖像類型轉換的界面設計的組成與圖像增強界面設計基本相同，只是該界面上只有一個圖像顯示區域。圖像類型轉換首先是用戶在文件菜單里打開一個RGB圖像，然后點擊灰度按鈕，將RGB圖像先轉化為灰度圖像[5]，再點擊二值和索引按鈕，將灰度圖像依次轉化為二值圖像[6]和索引圖像。這些轉換圖片都將在同一個顯示區域里顯示，用戶也可以點擊文件里的退出按鈕回到主界面。其效果圖如圖12、圖13和圖14所示。

2.2.5 ?頻域變換處理界面設計

圖像的頻域變換是通過一定圖像模型，對圖像頻譜進行不同程度的修改。其中該界面設計上同樣有兩個圖像顯示區域，分別是原圖和變換處理后的圖像，有兩種功能按鈕，分別是二維離散傅里葉變換和離散余弦變換[7]。用戶首先在文件菜單里打開一個灰度圖像，點擊功能按鈕對圖像進行相應的頻域變換處理。其效果圖如圖15和圖16所示。

2.2.6 ?頻域濾波器變換處理界面設計

頻域濾波器界面上有五個圖像顯示區域，中間的是原圖像顯示區域，左上角的是二階巴特沃斯高通濾波器處理圖像[8]的顯示區域，右上角的是理想高通濾波器處理圖像的顯示區域，左下角的是二 ?階巴特沃斯低通濾波器處理圖像的顯示區域，右下角的是理想低通濾波器處理的圖像顯示區域[11]。每一個功能按鈕都對應相應的callback函數，用戶 ? 通過文件菜單打開一個灰度圖像，點擊按鈕，在 ? 對應的區域里顯示處理后的圖像。其效果圖如圖17所示。

3 ?結束語

我們通過借助圖像處理系統的設計與實現平臺，調用callback函數實現對應圖像的變換處理，可以直觀的顯示處理后的圖像，實現了圖像增強處理、圖像邊緣檢測處理、圖片特殊處理、圖像類型轉換處理、頻率變換處理以及頻率濾波器處理等圖像處理系統的設計與功能模塊[10]。隨著信息時代的不斷前進，相信圖像處理在計算機領域、科研領域以及電子商務方面會有一個很好地應用前進。

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