基于MATLAB GUI的數(shù)字圖像演示系統(tǒng)的設計

高揚

摘要：在MATLABGUI的環(huán)境下，設計實現(xiàn)了一個數(shù)字圖像處理演示系統(tǒng)，利用系統(tǒng)演示圖像處理的方法、過程。系統(tǒng)界面友好、內(nèi)容豐富、具有良好的交互性和實用性，為學生提供了一個數(shù)字圖像處理的算法演示及模擬開發(fā)的實驗平臺，能幫助學生掌握數(shù)字圖像處理的理論方法，有利于學生加深對原理、算法的理解，激發(fā)學生的學習興趣。

關鍵詞：數(shù)字圖像處理；圖形用戶界面；交互式可視化

引言

數(shù)字圖像處理處在科技發(fā)展的前沿，是一門理論性和實踐性非常強的學科，為了讓學生對數(shù)字圖像處理過程有一個比較直觀的認識，在學習具體算法時需要形象化演示來加深理解。MATLAB軟件提供了圖像處理工具箱，GUI更提供了友好的圖形用戶交互界面開發(fā)環(huán)境，使操作便捷簡單，方便進行功能的修改和擴充。

為了讓學生加深理解MATLAB圖像處理工具箱中的函數(shù)的使用方法，以及利用GUI進行二次開發(fā)的過程。本文基于MATLAB GUI設計了一個數(shù)字圖像處理演示系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有很好的交互性，用戶可以與機器交互操作，在界面上直接輸入設置參數(shù)，即可得到直觀的的處理結果，因而便于使用者的處理操作和分析處理結果。

1.實驗平臺總體結構設計

本次設計是通過MATLAB R2014b軟件實現(xiàn)一個數(shù)字圖像處理演示系統(tǒng)。本系統(tǒng)功能分為八個模塊，如下所示：圖像基本操作模塊數(shù)字圖像處理基礎模塊圖像增強模塊圖像分割模塊圖像幾何變換模塊頻域處理模塊數(shù)學形態(tài)學模塊綜合演示模塊。系統(tǒng)框圖如圖1所示：

本次系統(tǒng)結構設計采用總分的方法，即先設計系統(tǒng)介紹界面和主界面，再設計各個子界面。M文件的編寫也是如此，先編寫主框架的回調(diào)函數(shù)，再編寫子模塊的回調(diào)函數(shù)。系統(tǒng)的子界面是由不同功能按鍵調(diào)用的，每個按鍵都有相對應的子界面。通過點擊按鍵運行相對應的M文件，而后彈出相應的子界面。

此系統(tǒng)的主界面設計為先是動畫界面介紹系統(tǒng)名稱，而后跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)介紹界面。介紹界面具體設計為：在圖形界面編窗口里，首先調(diào)用axes控件和靜態(tài)文本框，axes控件用來生成坐標軸對象，以便于顯示界面背景圖像。再通過改變靜態(tài)文本框的屬性來顯示相關系統(tǒng)介紹。同時添加一個按鈕并設置為進入系統(tǒng)。系統(tǒng)介紹界面效果如圖2所示。

在介紹界面單擊進入按鈕后，進入系統(tǒng)主界面，主界面中央有一個系統(tǒng)功能選擇面板，分布著八個按鍵，分別為圖像基本操作、圖像處理基礎、圖像增強、圖像分割、圖像幾何運算、頻域處理、數(shù)學形態(tài)學及綜合演示。界面右下角為退出按鍵，用以退出系統(tǒng)。如圖3所示為主界面窗口：

本實驗系統(tǒng)有多個功能模塊，下面只詳細敘述圖像分割模塊。

2. 圖像分割模塊的實現(xiàn)

2.1 閾值分割

閾值分割是最常用的圖像分割方法，因其操作簡單、計算量小、性能較穩(wěn)定而成為圖像分割中最基本、最廣泛使用的分割技術。閾值分割特別適用于目標和背景占據(jù)不同灰度級的圖片。此界面通過滑動條的滑動來設置閾值參數(shù)，也可通過動態(tài)文本框手動輸入閾值T，滑動條與文本框是連通的，滑動條滑動后的值可在文本框內(nèi)顯示，文本框內(nèi)的值也可以轉(zhuǎn)換成滑動條的值，實現(xiàn)不同閾值的分割。其處理效果如圖4所示。

閾值滑動條回調(diào)函數(shù)如下：

T=get（hObject，'Value'）；

axes（handles.axes6）；

I=imread（'xiaoxiang.jpg'）；

Ibw = im2bw（I，T/255）； %閾值分割

imshow（Ibw）；

set（handles.edit3，'string'，num2str（get（hObject，'Value'）））；

閾值文本框回調(diào)函數(shù)如下：

T=get（hObject，'string'）；

T=str2num（T）；

axes（handles.axes6）；

I=imread（'xiaoxiang.jpg'）；

Ibw = im2bw（I，T/255）；

imshow（Ibw）；

set（handles.slider3，'Value'，str2num（get（hObject，'string'）））；

2.2 邊緣檢測

圖像邊緣是所要提取的目標區(qū)域和背景的分界線，將圖像邊緣檢測出來才能進一步將目標和背景區(qū)分開來。通過讀取圖像按鈕激活算子選擇按鈕和算子類型面板控件，使用radiobutton單選按鈕來選擇邊緣檢測的算子并進行邊緣檢測。共有5個算子，Canny算子、Sobel算子、Robert算子、Prewitt算子、Log算子。以Canny算子邊緣檢測為例，算子檢測圖像邊緣效果如圖5所示。

Canny算子按鍵回調(diào)函數(shù)如下：

I=imread（'yaoli.jpg'）；

I=rgb2gray（I）；

axes（handles.axes4）；

BW1 = edge（I，'canny'）；

imshow（BW1）；

3. 結論

本文主要闡述了數(shù)圖像處理演示系統(tǒng)的設計步驟和實現(xiàn)方法，此系統(tǒng)可以達到界面操作可視化、處理結果可視化的要求，系統(tǒng)的各級界面都能實現(xiàn)人為動態(tài)的參數(shù)設置，并能在界面上顯示處理結果進行分析，同時突出了原理介紹、實驗操作和結果分析的功能，將理論與實踐完美結合，有助于學習圖像處理技術和進行進一步的開發(fā)。通過對圖像處理結果的比較，可以形象地驗證圖像處理算法，能夠充分的體現(xiàn)出圖形用戶界面的易用性、良好的擴展性以及便捷性，用戶只需通過簡單的操作就能完成想實現(xiàn)的功能。此外，圖形用戶界面十分的人性化，我們可以人為的設計界面，使界面上的控件布局更加美觀，達到激起學生學習興趣的效果。

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