，输入的是质量低的图像， 输出的是改善质量后的图像，常用的图像处理方法有图像增强复 原编码压缩等。首次获得实际成功应用的是美国喷气推进实验 室。他们对航天探测器徘徊者号在年发回的几千张 月球照片使用了图像处理技术，如几何校正灰度变换去除噪声 等方法进行处理，并考虑了太阳位置和月球环境的影响，由计算机 成功地绘制出月球表面地图，获得了巨大的成功。随后又对探测飞 船发回的近十万张照片进行更为复杂的图像处理，以致获得了月球 的地形图彩色图及全景镶嵌图，获得了非凡的成果，为人类登月 创举奠定了坚实的基础，也推动了数字图像处理这门学科的诞生。 在以后的宇航空间技术，如对火星土星等星球的探测研究中，数 字图像处理技术都发挥了巨大的作用。数字图像处理取得的另个 巨大成就是在医学上获得的成果。年英国公司工程师 发明了用于头颅诊断的射线计算机断层摄影装置，也就是 我们通常所说的。的基本方法是根据 人的头部截面的投影，经计算机处理来重建截面图像，称为图像重 建。年公司又成功研制出全身用的装置，获得了人体 各个部位鲜明清晰的断层图像。年，这项无损伤诊断技术获得 了诺贝尔奖，说明它对人类作出了划时代的贡献。 与此同时，图像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重 大的开拓性成就，属于这些领域的有航空航天生物医学工程工业检 测机器人视觉公安司法军事制导文化艺术等，使图像处理成为 门引人注目前景远大的新型学科。随着图像处理技术的深入发展， 从年代中期开始，随着计算机技术和人工智能思维科学研究的迅速 发展，数字图像处理向更高更深层次发展。人们已开始研究如何用计 算机系统解释图像，实现类似人类视觉系统理解外部世界，这被称为图 像理解或计算机视觉。很多国家，特别是发达国家投入更多的人力物 力到这项研究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是年 代末的提出的视觉计算理论，这个理论成为计算机视觉领域其 后十多年的主导思想。图像理解虽然在理论方法研究上已取得不小的进 展，但它本身是个比较难的研究领域，存在不少困难，因人类本身对 自己的视觉过程还了解甚少，因此计算机视觉是个有待人们进步探 索新的领域。 本课题研究工作与结构安排 本文主要以为工具来实现数字图像的处理。全文共分章， 结构安排如下 第章绪论，介绍了课题研究目的及意义和国内外研究现状。 第二章介绍了数字图像和数字图像处理的基本知识。 第三章介绍了仿真工具。 第四章介绍了图像增强的原理及利用来实现图像增强。 第五章介绍了二值图像操作原理及利用实现二值图像操 作。 第六章总结与展望。 数字图像处理的简介 什么是数字图像 所谓数字图像就是把传统图像的画面分割成如图所示的被成为 像素,简称。有时候也用这简写词的小的 离散点，各像素的灰度值也是用离散值即整数值来表示的。数字图像 和传统的图像即模拟图像是有差别的。 图数字图像 为了从般的照片，景物等模拟图像中得到数字图像，需要对传统 的模拟图像进行采样与量化两种操作二者统称为数字化。 采样 采样就是把在时间上和空间上连续的图像变成离散点 采样点，即像素的集合的种操作。 图像基本上是在二维平面上连续分布的信息形式要把它输入到计算 机中，首先要把二维信号变成维信号，因此要进行扫描。 最常用的扫描方法是在二维平面上按定间隔顺序地从上方顺序地沿水 平方向的直线扫描线扫描，从而取出浓淡值灰度值的线扫描 扫描。对于由此得到的维信号，通过求出每特定间隔的值，可以得 到离散的信号。对于运动图像除进行水平，垂直两个方向的扫描以外， 还有进行时间轴上的扫描。 通过采样，如设横向的像素数为，纵向的像素数为，则画面的大 小可以表示为个像素。 量化 经过采样，图像被分解成在时间上和空间上离散分布的像素，但是 像素的值灰度值还是连续值。像素的值，是指白色灰类型，其数据范围为，。矩阵的每个元素代表不同的亮 度或灰度级。 二进制图像 二进制图像中，每个点为两离散值中的个，这两个值代表开或关。 二进制图像保存在个由二维的由关和开组成的矩阵中。从 另个角度讲，二进制图像可以看成为个仅包括黑与白的灰度图像， 也可以看作只有两种颜色的索引图像。 二进制图像可以保存为双精度或类型的双精度数组，显然使 用类型更节省空间。在图像处理工具箱中，任何个返回二进制 图像的函数都是以类型逻辑数组来返回的。 图像 与索引图像样，图像分别用红，绿，蓝三个亮度值为组， 代表每个像素的颜色。与索引图像不同的是，这些亮度值直接存在图像 数组中，而不是存放在颜色图中。图像数组为表示图像像 素的行列数。 基本知识介绍 的概述 是矩阵实验室的缩写，是由美 国公司开发的集数值计算符号计算和图形可视化三大基本 功能于体的，功能强大操作简单的语言。是国际公认的优秀数学应 用软件之。 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,工程中常 用的形式十分相似,故用来解算问题要比用,等语言完 相同的事情简捷得多。 包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包 工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包功能工具包 用来扩充的符号计算,可视化建模仿真,文字处理及实时控制等 功能学科工具包是专业性比较强的工具包,控制工具包,信号处理工具 包,通信工具包等都属于此类 开放性使广受用户欢迎除内部函数外,所有主包文 件和各种工具包都是可读可修改的文件,用户通过对源程序的修改或加 入自己编写程序构造新的专用工具包 产生的历史背景 在年代中期,博士和其同事在美国国家科学基金的 资助下开发了调用和的子程序库是 特征值求解的程序库,是解线性方程的程序库在当时, 这两个程序库代表矩阵运算的最高水平 到年代后期,身为美国大学计算机系系主任的 ,在给学生讲授线性代数课程时,想教学生使用和 程序库,但他发现学生用编写接口程序很费时间,于是他开始自 己动手,利用业余时间为学生编写和的接口程序 给这个接口程序取名为,该名为矩阵和实验室 两个英文单词的前三个字母的组合在以后的数年 里,在多所大学里作为教学辅助软件使用,并作为面向大众的免费 软件广为流传 年春天,到大学讲学,深深地吸 引了工程师敏锐地觉察到在工程领域 的广阔前景同年,他和,起,用语言开发 了第二代专业版这代的语言同时具备了数值计算和数据图示 化的功能 年,和成立了公司,正式 把推向市场,并继续进行的研究和开发 在当今多个数学类科技应用软件中,就软件数学处理的原始内核 而言,可分为两大类类是数值计算型软件,如等, 这类软件长于数值计算,对处理大批数据效率高另类是数学分析型软 件等,这类软件以符号计算见长,能给出解析解和任 意精确解,其缺点是处理大量数据时效率较低公司顺应多功 能需求之潮流,在其卓越数值计算和图示能力的基础上,又率先在专业水 平上开拓了其符号计算,文字处理,可视化建模和实时控制能力,开发了 适合多学科,多部门要求的新代科技应用软件经过多年的国际 竞争,以经占据了数值软件市场的主导地位 在进入市场前，国际上的许多软件包都是直接以 语言等编程语言开发的。这种软件的缺点是使用面窄，接口简陋，程序 结构不开放以及没有标准的基库，很难适应各学科的最新发展，因而很 难推广。的出现，为各国科学家开发学科软件提供了新的基础。 在问世不久的年代中期，原先控制领域里的些软件包纷纷 被淘汰或在上重建。 时至今日，经过公司的不断完善，已经发展成为 适合多学科，多种工作平台的功能强大大大型软件。在国外，已 经经受了多年考验。在欧美等高校，已经成为线性代数，自动控 制理论，数理统计，数字信号处理，时间序列分析，动态系统仿真等高 级课程的基本教学工具成为攻读学位的大学生，硕士生，博士生必须 掌握的基本技能。在设计研究单位和工业部门，被广泛用于科学 研究和解决各种具体问题。在国内，特别是工程界，定会盛行 起来。可以说，无论你从事工程方面的哪个学科，都能在里找到 合适的功能。 语言的特点 种语言之所以能如此迅速地普及，显示出如此旺盛的生命力，是 由于它有着不同于其他语言的特点，正如同和等高级语言使 人们摆脱了需要直接对计算机硬件资源进行操作样，被称作为第四代 计算机语言的，利用其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程 序代码中解放出来。最突出的特点就是简洁。用更直观的， 符合人们思维习惯的代码，代替了和语言的冗长代码。 给用户带来的是最直观，最简洁的程序开发环境。以下简单介绍下 的主要特点。 语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。程 序书写形式自由，利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压 缩了切不必要的编程工作。由于库函数都由本领域的专家编写，用户 不必担心函数的可靠性。可以说，用进行科技开发是站在专家的 肩膀上。 运算符丰富。由于是用语言编写的，提供了 和语言几乎样多的运算符，灵活使用的运算符将使程序变得 极为简短。 既具有结构化的控制语句如循环，循环， 语句和语句，又有面向对象编程的特性。 程序限制不严格，程序设计自由度大。例如，在里， 用户无需对矩阵预定义就可使用。 程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计 算机和操作系统上运行。 的图形功能强大。在和语言里，绘图都很 不容易，但在里，数据的可视化非常简单。还具有较强 的编辑图形界面的能力。 的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度 较慢。由于的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程 序为解释执行，所以速度较慢。 功能强大的工具箱是的另特色。包含两个部 分核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。 其工具箱又分为两类功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主 要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与 硬件实时交互功能。功能性工具箱用于多种学科。而学科性工具箱是专 业性比较强的，如, 等。这些工具箱都是由该领域内学术水平很高 的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接 进行高精尖的研究。 摘要 数字图像处理是门新兴技术，随着计算机硬件的发展，数字图像 的实时处理已经成为可能，由于数字图像处理的各种算法的出现，使得 其处理速度越来越快，