基于MATLAB GUI的圖像處理系統設計

王宏偉

（東南大學成賢學院電子與計算機工程系）

【摘要】MATLAB 是目前流行的數字計算軟件，其具有強大的圖像處理能力，并且界面簡單，易于操作，是設計圖像處理系統的理想工具。 本文將以MATLAB的圖形用戶界面（即GUI）平臺對圖像處理系統進行設計。 其中大部分的圖像處理算法都可以通過 MATLAB 的圖像處理工具箱進行實現，這大大節省了研究成本和時間。[1]該系統支持索引圖像、灰度圖像、RGB 圖像等圖像類型的文件格式的讀，寫和處理。這些功能在生活中有很多的運用價值，同樣的，對于運算量大、過程復雜的功能，利用 MATLAB也可以快速得到所需結果。因為篇幅有限，本文將著重闡述圖像邊緣檢測以及對比度增強的實現。

【關鍵詞】MATLAB 數字圖像處理 GUI 邊緣檢測

圖像處理的絕大部分操作都是基于圖形用戶界面（GUI）進行的，GUI的作用是為用戶提供一個直觀的可編輯的界面，并可以通過該界面實現自己設定的功能，這大大降低了程序員的編輯工作。同樣我們也不必了解每一步的程序語句，只需建立簡單的內在聯系的程序語言即可。

1、圖像的邊緣檢測

邊緣檢測技術作用于圖像的局部線性結構。目前多數的檢測技術都是應用一些已有形式的梯度算子或者直接歸一化閾值分割。邊緣檢測廣泛應用于圖像的分割、分類、配準等，實際生活中，邊緣檢測主要被用作一個局部濾波運算完成的。

1.1閾值分割

灰度閾值的目的是把圖像的灰度分成不同的等級，然后自己設定一個灰度閾值來確定需要得到的區域或想要分割開的邊界，該方法最常用的處理辦法是二值化的閾值分割。程序中先通過函數rgb2gray即將所有類型圖像轉換為灰度圖像，再通過循環語句for讀取每個點的灰度值，然后基于已設定的閾值將圖像轉化為二值圖像。

1.2梯度分割

梯度分割即利用某些算子對圖像進行邊緣檢測，邊緣勾畫出物體的邊緣部分，使我們能夠看清物體的輪廓。同時邊緣所攜帶的大量信息，是圖像識別中抽取圖像特征的重要屬性。梯度分割常用的幾個邊緣檢測算子有Robert，Sobel以及Canny。這些算子都是基于函數的導數進行分類的。函數的導數可以反映圖像的灰度變化幅度，一階導的極大極小值或者二階導的零點值都是圖像灰度變化最明顯的地方，因此把這些地方作為圖像的邊緣有其合理的依據。

1.2.1 Robert交叉算子

Robert算子是一種利用局部差分算子尋找邊緣的算子，兩個卷積為x=[1，0；0，-1]，y=[0，1；-1，0]，x和y線性相加得到其灰度的衡量標準，在程序中，我們同樣需要rgb2gray函數對圖像進行灰度轉換，再通過函數edge（ ，'Robert'） 直接調用Robert算子即可，因為工具箱自帶了該函數，所有操作起來相當簡單。

1.2.2 Sobel算子

與Robert類似，兩個卷積為x=[-1，0，1；-2，0，2；-1，0，1]，y=[1，2，1；0，0，0；-1，-2，-1]，程序操作也相同，其中sobel算子對灰度漸變和噪點多的圖像處理效果更為優秀。

1.2.3 Canny算子

Canny算子的方法是利用高斯濾波器計算導數，然后利用導數極大值和極小值來尋找圖像的梯度。該算子使用兩個閾值來分別檢測圖像的強邊緣和弱邊緣。這種方法對于噪聲較多的圖像處理效果較為出色。程序中通過函數edge（ ，'Canny'） 直接調用Canny算子即可。

2、圖像的對比度增強

對比度的增強在圖像處理也是很重要的一種技術，該技術也是基于點的逐個處理，修改圖像的每一個像素的灰度值，依次達到癌變圖像的動態范圍。

2.1線性變換

線性變換的方法是將原圖像的灰度值線性的壓縮或者拉伸，比如原來的灰度范圍是[a，A]，改變后的灰度范圍是[b，B]，但在實際生活中，單純的線性變換并不能得到較好的效果，我們可以設計多段的分段變換對不同區間的灰度值分別進行處理，從而利用線性變換最大限度的提高圖像的對比度。

2.2非線性變換

在有些情況下，線性變換并不能滿足處理的要求，此時我們可以利用非線性變換來處理圖像，通常使用的是對數變換和Gamma校正。

對數變換的公式如下：g（x，y）=Clog（f（x，y）+1），這段函數可以拓寬灰度低值，同時降低高值灰度。

Gamma校正的公式如下：g=kr=k（f/c）^（1/r），其中k為常數，默認為1，1/r取值范圍通常在0.4～0.8。

MATLAB中，線性變換和非線性變換都可以用imadjust實現，只不過調用格式略有不同，若為線性變換，函數為T=imadjust（I），若為非線性變換，則為T=imadjust（I，gamma）。

除了上述的功能，MATLAB還具備很多其他的圖像處理能力，例如圖像的變換，旋轉，圖像銳化，平滑，編碼壓縮及恢復。還有更多的功能等待開發，篇幅有限，在這就不再累述了。

參考文獻：

[1]周品.MATLAB 圖像處理與圖形用戶界面設計[M].清華大學出版社.2031.

[2]陳超.MATLAB應用實例精講[M].北京：電子工業出版社.2011.