探討MATLAB在數(shù)字圖像處理中的應(yīng)用

王宗宜

（上海理工大學(xué) 光電信息與計算機(jī)工程學(xué)院，上海 200000）

從專業(yè)角度分析，數(shù)字處理技術(shù)就是在計算機(jī)的支撐下，實現(xiàn)圖像的目的性與針對性的變換與處理。目前，數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用極具廣泛性，社會生活中隨處可見，如二維碼的掃描、網(wǎng)絡(luò)連接的操作、手機(jī)指紋識別以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的X光透視等，這些都是應(yīng)用數(shù)字處理技術(shù)的表現(xiàn)。因此，要以MATLAB軟件為依托，對其在數(shù)字圖像中的應(yīng)用進(jìn)行分析，以實現(xiàn)對數(shù)字圖像處理模式與價值的深入理解。

1 對圖像處理技術(shù)涵義以及數(shù)字處理技術(shù)發(fā)展的分析

針對圖像處理技術(shù)，其依托計算機(jī)，以計算機(jī)相關(guān)性能為基礎(chǔ)，強(qiáng)化圖像信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)化，為分析與處理提供便利，涉及圖像變換、增強(qiáng)、分割以及特征提取等，是操作方法與應(yīng)用技術(shù)的結(jié)合。在發(fā)展初期，圖像處理的主要目的是進(jìn)行圖像質(zhì)量的改善，以期增強(qiáng)圖像呈現(xiàn)的視覺效果。隨著科技的不斷進(jìn)步，數(shù)字圖像處理技術(shù)在整個行業(yè)中凸顯先進(jìn)性，優(yōu)勢突出，強(qiáng)化信息的分析理解與高效利用，在醫(yī)療、科研等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，優(yōu)勢突出。

2 MATLAB圖像處理工具箱功能原理及優(yōu)勢

2.1 MATLAB軟件以及數(shù)字圖像處理技術(shù)的基本原理

對于MATLAB，其功能較多，是綜合性軟件，工具包眾多，而MATLAB圖像處理工具箱是其中工具包的一部分。從圖像處理原理上進(jìn)行分析，MATLAB就是借助數(shù)組進(jìn)行圖像顏色或者灰度的表示，借助其自身強(qiáng)大的計算能力，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)組變換與處理的目的，以促進(jìn)數(shù)字圖像處理的完成。

2.2 MATLAB數(shù)字圖像處理的優(yōu)勢與原因

MATLAB是以技術(shù)運(yùn)算為基礎(chǔ)的高性能語言，能夠?qū)崿F(xiàn)算法開拓、數(shù)據(jù)可視化以及分析計算等功能，將其融于更加優(yōu)質(zhì)的操作背景下，依托數(shù)學(xué)原理，實現(xiàn)問題處理。其次，MATLAB工具箱組成豐富，具備突出的繪圖功能，尤其是在數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、信號處理以及設(shè)計仿真領(lǐng)域作用更加顯著，強(qiáng)化凸顯圖像矩陣的轉(zhuǎn)化，發(fā)揮公式化在圖像處理中的作用。

MATLAB軟件圖像處理功能之所以強(qiáng)大，主要依托其在數(shù)組以及矩陣計算中的優(yōu)勢實現(xiàn)的，忽視圖像格式等問題，依據(jù)多樣函數(shù)，滿足復(fù)雜圖像處理的目的。同時，隨著算法的不斷優(yōu)化，圖像處理技術(shù)水平不斷提升，工作效率得到較大幅度提高。除此之外，算法在應(yīng)用的時候既能夠達(dá)到統(tǒng)計數(shù)據(jù)的快速獲取，還能更為直接地獲取直觀圖示。

3 結(jié)合MATLAB軟件對MATLAB圖像處理工具箱主要功能的介紹

3.1 圖像變換功能強(qiáng)調(diào)圖像多項處理，強(qiáng)化圖像質(zhì)量的提升

針對圖像變換，主要是實現(xiàn)時空域向頻率域的轉(zhuǎn)化。以正交變換的性質(zhì)與特征為基礎(chǔ)，將整個圖像置于變化域中進(jìn)行操作處理。從本質(zhì)上分析，圖像變換就是對圖像進(jìn)行一系列操作，如濾波、壓縮以及編碼等，實現(xiàn)分析以及信息提取的目的。從作用角度分析，圖像變換的最終目的是增強(qiáng)圖像呈現(xiàn)效果。

3.2 圖像壓縮實現(xiàn)對規(guī)模數(shù)據(jù)的去冗操作，節(jié)省存儲空間與傳遞時間

對于圖像壓縮，其面對的規(guī)模龐大的圖像數(shù)據(jù)資源，主要操作時對其進(jìn)行去冗余化處理，有效降低表示信號的數(shù)碼的數(shù)量，在根本上有效環(huán)節(jié)信息存儲壓力，減少傳遞時間。

3.3 圖像分割與圖像增強(qiáng)

立足圖像處理領(lǐng)域，一個常用操作即對圖像進(jìn)行特殊性質(zhì)部分的提取，此時，就需要在圖像中進(jìn)行目標(biāo)的提取，從定義上講，就是圖像的分割。從類型上分析，分割法類型多樣，如邊界法、邊緣法等；圖像增強(qiáng)主要是依托多種手段，改變圖像呈現(xiàn)效果，抑或是將其改變?yōu)楸阌谟^察與分析的效果，這一功能應(yīng)用較為普遍，例如灰度變換法、銳化濾波等。

4 舉例說明MATLAB在數(shù)字圖像處理中的應(yīng)用

MATLAB的數(shù)字圖像處理能力極強(qiáng)，提供了更加寬泛的處理多維陳列的函數(shù)組合，囊括了圖像的二維數(shù)字陣列，下面舉例進(jìn)行分析。

4.1 以定量分析為基礎(chǔ)的傅里葉變換

對于傅里葉變換，其代表的是線性系統(tǒng)分析工具，是定量分析的一種，主要依托數(shù)字化系統(tǒng)以及采樣點實現(xiàn)。借助傅里葉學(xué)習(xí)，能夠?qū)崿F(xiàn)對圖像處理實踐的深入理解。傅里葉變換與一維信號的傅里葉變換具有統(tǒng)一性，但是，在二維方面存在差異，需要借助fft2（）實現(xiàn)，效果如圖1。

圖1 傅里葉圖像變換示意圖

4.2 直方圖均衡法滿足圖像轉(zhuǎn)化與增強(qiáng)的需求

對于圖像增強(qiáng)，主要是結(jié)合一定需求，強(qiáng)化圖像中制定信息的強(qiáng)化，與此同時，達(dá)到對不相關(guān)信息的弱化，在根本上大大凸顯對比度的增強(qiáng)。這一方法的作用是達(dá)到對特定區(qū)域的深入研究。直方圖代表了空間域處理技術(shù)的基礎(chǔ)，其均衡化主要借助灰度變化法實現(xiàn)，實現(xiàn)由一幅圖向另一幅均衡直方圖的過渡，變換效果如圖2所示。

圖2 直方圖均衡法

5 結(jié)束語

綜上，隨著科技不斷進(jìn)步，數(shù)字圖像處理技術(shù)得到更加廣泛的應(yīng)用，同時，整個社會對其需要也呈現(xiàn)上升趨勢。MATLAB數(shù)字圖像處理工具箱積極代表性。為此，要全面分析MATLAB在數(shù)字圖像處理中的應(yīng)用，掌握應(yīng)用的原理，肯定其優(yōu)勢，強(qiáng)化使用者對MATLAB在數(shù)字圖像處理中應(yīng)用的認(rèn)識，以期更好發(fā)揮其自身價值，為整個社會提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。