圖像傳輸與處理教學輔助軟件系統(tǒng)文檔

1、<p>　　圖像傳輸與處理教學輔助軟件規(guī)范性說明</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、軟件功能2</b></p><p><b>　　二、運行環(huán)境2</b></p><p><b>　　三、軟件組成2</b

2、></p><p>　　四、軟件界面說明3</p><p>　　五、軟件使用說明5</p><p>　　5.1“圖像基本操作”模塊的使用7</p><p>　　5.1.1“圖像基本操作”子模塊的使用7</p><p>　　5.1.2“圖像類型轉(zhuǎn)換”子模塊的使用7</p><p>

3、　　5.1.3“顏色空間轉(zhuǎn)換”子模塊的使用8</p><p>　　5.1.4“圖像采樣與量化”子模塊的使用9</p><p>　　5.2“圖像正交變換”模塊的使用10</p><p>　　5.2.1“傅立葉基本操作”子模塊的使用10</p><p>　　5.2.2“頻域信息特征”子模塊的使用11</p><p&g

4、t;　　5.2.3“傅立葉變換性質(zhì)”子模塊的使用11</p><p>　　5.3“圖像增強”模塊的使用12</p><p>　　5.3.1“灰度變換”子模塊的使用12</p><p>　　5.3.2“直方圖處理”子模塊的使用13</p><p>　　5.3.3“頻域濾波”子模塊的使用14</p><p>　　

5、5.3.4“空域平滑濾波”子模塊的使用15</p><p>　　5.3.5“空域銳化濾波”子模塊的使用15</p><p>　　5.4“圖像壓縮編碼”模塊的使用16</p><p>　　5.4.1“哈夫曼編碼”子模塊的使用16</p><p>　　5.4.2“算術(shù)編碼”子模塊的使用17</p><p>　　5

6、.4.3“預測編碼”子模塊的使用18</p><p>　　5.5 “圖像分割”模塊的使用19</p><p>　　5.5.1“閾值分割”子模塊的使用19</p><p>　　5.5.2“二維直方圖”子模塊的使用19</p><p>　　5.5.3“Hough變換”子模塊的使用20</p><p>　　5.5.

7、4“邊緣檢測”子模塊的使用21</p><p>　　5.6“圖像其他處理”模塊的使用22</p><p>　　5.6.1“圖像復原”子模塊的使用22</p><p>　　5.6.2“圖像幾何變換”子模塊的使用23</p><p>　　5.6.3“圖像形態(tài)學處理”子模塊的使用24</p><p><b&g

8、t;　　一、軟件功能</b></p><p>　　圖像傳輸與處理教學輔助軟件主要用于圖像傳輸與處理相關課程的輔助教學。軟件系統(tǒng)能幫助教師有序組織課堂教學內(nèi)容，引導和啟發(fā)學生學習圖像傳輸與處理理論知識，培養(yǎng)和提高學生圖像傳輸與處理程序設計技能。</p><p><b>　　二、運行環(huán)境</b></p><p>　　操作系統(tǒng)：Windo

9、ws XP及以上；運行平臺：MATLAB R2010b。</p><p><b>　　三、軟件組成</b></p><p>　　軟件包括圖像基本操作、圖像正交變換、圖像增強、圖像壓縮編碼、圖像分割、圖像其他處理等6個模塊，每個模塊又分為多個子模塊，具體劃分如下。</p><p>　　(1)圖像基本操作模塊，包括圖像基本操作、圖像類型轉(zhuǎn)換、顏色空

10、間轉(zhuǎn)換、圖像采樣與量化等4個子模塊。</p><p>　　(2)圖像正交變換模塊，包括傅里葉基本操作、頻域信息特征、傅里葉變換性質(zhì)、小波變換等4個子模塊。</p><p>　　(3)圖像增強模塊，包括灰度變換、直方圖處理、頻域濾波、空域平滑濾波、空域銳化濾波等5個子模塊。</p><p>　　(4)圖像壓縮編碼模塊，包括哈夫曼編碼、算術(shù)編碼、預測編碼等3個子模塊。&

11、lt;/p><p>　　(5)圖像分割模塊，包括閾值分割、二維直方圖、Hough變換、邊緣檢測等4個子模塊。</p><p>　　(6)圖像其他處理模塊，包括圖像復原、圖像幾何變換、圖像形態(tài)學處理等3個子模塊。</p><p><b>　　四、軟件界面說明</b></p><p>　　軟件界面包括主界面和子模塊界面，主界面列

12、出了軟件系統(tǒng)的組成，即包含的模塊及其子模塊，如圖4-1所示。子模塊提供針對相應圖像傳輸與處理課程知識點的人機交互接口，響應用戶需求，執(zhí)行所需操作。使用者通過觸發(fā)主界面上的子模塊按鈕，打開對應的子模塊界面，進行操作。</p><p>　　圖4-1 主界面及其模塊結(jié)構(gòu)</p><p>　　子模塊界面通常分成4個區(qū)域，即圖像顯示區(qū)、參數(shù)區(qū)、代碼區(qū)、基本操作區(qū)，具體功能如下。</p>

13、<p>　　(1)圖像顯示區(qū)，用于顯示原圖、處理結(jié)果圖，或者處理過程圖。</p><p>　　(2)參數(shù)區(qū)，使用者通過該區(qū)域輸入或修改參數(shù)。</p><p>　　(3)代碼區(qū)，該區(qū)域為一個可編輯文本框，用于顯示處理過程的程序代碼，允許使用者修改和輸入程序代碼。</p><p>　　(4)基本操作區(qū)，一般包含“打開圖片”、“運行代碼”、“保存圖片”和“退

14、出”等按鈕，允許使用者執(zhí)行對應的操作。在使用者選擇帶開“打開圖片”按鈕后，軟件系統(tǒng)彈出打開對話框，供用戶選擇原始圖片。之后，軟件系統(tǒng)讀入原始圖片。當使用者在代碼區(qū)輸入和修改程序代碼后，用鼠標點擊“運行代碼”按鈕，軟件系統(tǒng)將執(zhí)行程序代碼，子模塊在圖像顯示區(qū)顯示處理結(jié)果。當使用者用鼠標點擊“保存圖片”按鈕后，軟件彈出“圖片另存為”對話框，供用戶保存處理結(jié)果圖。當使用者用鼠標點擊“退出”按鈕后，系統(tǒng)關閉子模塊界面，并回到主界面。</p&

15、gt;<p>　　圖4-2 子模塊界面區(qū)域分布示例</p><p>　　在頻域信息特征子模塊中，這四個區(qū)域的分布如圖.4-2所示，其中①為圖像顯示區(qū)，②為參數(shù)區(qū)，③為代碼區(qū)，④為基本操作區(qū)。</p><p><b>　　五、軟件使用說明</b></p><p>　　在使用圖像傳輸與處理教學輔助軟件之前，先安裝MATLAB R20

16、10b或以上版本。打開MATLAB后，點擊圖5-1中①處按鈕，彈出對話框如圖5-2所示，將當前目錄設置為輔助軟件所在文件夾目錄。然后如圖5-3所示，在MATLAB命令窗口輸入main，按回車，彈出主界面，執(zhí)行效果如圖4-1所示。然后，用鼠標點擊主界面中所需模塊，開展相應操作。</p><p>　　圖5-1 設置當前目錄示意圖</p><p>　　圖5-2 設置當前目錄對話框示意圖<

17、/p><p>　　圖5-3 Matlab命令窗口啟動軟件命令</p><p>　　5.1“圖像基本操作”模塊的使用</p><p>　　5.1.1“圖像基本操作”子模塊的使用</p><p>　　“圖像基本操作”子模塊界面如圖5-1-1所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“打開圖片”按鈕，讀入原始圖像，圖像顯示區(qū)左邊顯示該圖像。然后分別點擊“索引

18、圖像”、“灰度顯示”、“彩色顯示”、“二值圖像”等按鈕，圖像顯示區(qū)分別顯示原始圖像和轉(zhuǎn)換后的索引圖像、灰度圖像、彩色圖像或二值圖像等結(jié)果。</p><p>　　圖 5-1-1 “圖像基本操作”子模塊界面</p><p>　　5.1.2“圖像類型轉(zhuǎn)換”子模塊的使用</p><p>　　“圖像類型轉(zhuǎn)換”子模塊如圖5-1-2所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“打開圖片”

19、按鈕，讀入原始圖像，圖像顯示區(qū)左邊顯示該圖像。由于格式轉(zhuǎn)換選項默認項為“initial”，圖像顯示區(qū)右邊也顯示該圖像。然后選擇格式轉(zhuǎn)換“im2bw”、“gray2ind”、“rgb2ind”、“rgb2gray”等選項，圖像顯示區(qū)右邊顯示原始圖像轉(zhuǎn)換為二值圖、灰度圖像轉(zhuǎn)換為索引圖、RGB圖像轉(zhuǎn)換為索引圖或者RGB圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖的結(jié)果。在代碼區(qū)輸入和修改程序代碼，用鼠標點擊運行代碼按鈕，執(zhí)行程序，圖像顯示區(qū)右邊顯示處理結(jié)果。</p

20、><p>　　圖5-1-2 “圖像類型轉(zhuǎn)換”子模塊界面</p><p>　　5.1.3“顏色空間轉(zhuǎn)換”子模塊的使用</p><p>　　“顏色空間轉(zhuǎn)換”子模塊如圖5-1-3所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“打開圖片”按鈕，讀入原始圖像，圖像顯示區(qū)左邊顯示該圖像。由于格式轉(zhuǎn)換選項默認項為“initial”，圖像顯示區(qū)右邊也顯示該圖像。然后選擇格式轉(zhuǎn)換“rgb2hsv

21、”、“rgb2ntsc”或者“rgb2ycbcr”選項，子模塊界面右上角顯示不同的顏色空間轉(zhuǎn)換結(jié)果。在代碼區(qū)輸入和修改程序代碼，用鼠標點擊運行代碼按鈕，執(zhí)行程序，子模塊界面右上角顯示處理結(jié)果。</p><p>　　圖5-1-3 “顏色空間轉(zhuǎn)換”子模塊界面</p><p>　　5.1.4“圖像采樣與量化”子模塊的使用</p><p>　　圖5-1-4 “圖像采樣與量

22、化”子模塊界面</p><p>　　“圖像采樣與量化”子模塊如圖5-1-4所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“打開圖片”按鈕，讀入原始圖像，子模塊界面圖像顯示區(qū)顯示該圖像。當使用者在參數(shù)區(qū)拖動滑動塊改變圖像采樣分辨率，以及選擇量化后的灰度級后，圖象顯示區(qū)顯示采樣和量化后的結(jié)果圖像。</p><p>　　5.2“圖像正交變換”模塊的使用</p><p>　　5.2.

23、1“傅立葉基本操作”子模塊的使用</p><p>　　圖5-2-1 “傅立葉基本操作”子模塊界面</p><p>　　“傅立葉基本操作”子模塊界面如圖5-2-1所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“打開圖片”按鈕，讀入原始圖像，圖象顯示區(qū)顯示該圖像。然后點擊“正傅立葉變換”、“相角信息”、“頻域振幅圖”、“頻譜信息”、“圖像拉伸”或“逆傅立葉變換”等按鈕，圖象顯示區(qū)顯示原始圖像及其對應的

24、處理結(jié)果。</p><p>　　5.2.2“頻域信息特征”子模塊的使用</p><p>　　“頻域信息特征”子模塊界面如圖5-2-2所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“打開圖片”按鈕，讀入原始圖像，圖像顯示區(qū)左上角顯示該圖像。然后在參數(shù)區(qū)選擇采用的低通、高通、帶通或帶阻濾波器，并選擇所需保存的圖片是頻譜圖、濾波器圖還是濾波結(jié)果圖，拖動滑動條設定濾波器的上、下限頻率值d2和d1，點擊基本操

25、作區(qū)的“濾波處理”按鈕，圖像顯示區(qū)將依次顯示原圖像、頻譜圖、濾波器和濾波結(jié)果。</p><p>　　圖5-2-2 “頻域信息特征”子模塊界面</p><p>　　5.2.3“傅立葉變換性質(zhì)”子模塊的使用</p><p>　　“傅立葉變換性質(zhì)”子模塊界面如圖5-2-3所示。該子模塊以包含矩形的圖片為實驗對象。使用者在參數(shù)區(qū)分別選擇原圖旋轉(zhuǎn)的角度、縮放比例、沿著X和Y

26、的移動距離，圖像顯示區(qū)將依次顯示原圖像、原圖像頻譜圖、變換的圖像及其頻譜圖。</p><p>　　圖5-2-3 “傅立葉變換性質(zhì)”子模塊界面</p><p>　　5.3“圖像增強”模塊的使用</p><p>　　5.3.1“灰度變換”子模塊的使用</p><p>　　圖5-3-1 “灰度變換”子模塊界面</p><p>

27、;　　“灰度變換”子模塊界面如圖5-3-1所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“打開圖片”按鈕，讀入原始圖像，圖像顯示區(qū)左上角顯示該圖像。使用者在參數(shù)區(qū)拖動滑動條，調(diào)整對數(shù)變換或者指數(shù)變換的參數(shù)，或者選擇線形變換的類型，圖像顯示區(qū)將顯示原圖像、變換后的圖像，以及灰度變換曲線。</p><p>　　5.3.2“直方圖處理”子模塊的使用</p><p>　　圖5-3-2 “直方圖處理”子模塊

28、界面</p><p>　　“直方圖處理”子模塊界面如圖5-3-2所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“打開圖片”按鈕，讀入原始圖像，圖像顯示區(qū)左上角顯示該圖像。使用者在參數(shù)區(qū)分別拖動滑動條，調(diào)整直方圖變換前后的灰度最大(high、top)、最小值(low、bottom)，以及伽瑪變換的參數(shù)(gamma)，并點擊“imadjust”按鈕，軟件開展對原圖像的直方圖校正處理，結(jié)果顯示在界面的左下角。“直方圖顯示”按鈕用

29、于顯示原圖像的直方圖。當在界面左下角，選擇好灰度級后，點擊“直方圖均衡化”按鈕，軟件對原始圖像作直方圖均衡化處理。處理過程中的參數(shù)原始灰度N、原圖各灰度概率Nr、累積概率分布、簡并結(jié)果、結(jié)果圖各灰度的像素個數(shù)nk及其概率Pnk顯示在右下角的文本編輯框內(nèi)。點擊每行對應的“顯示”按鈕，將彈出新窗口顯示直方圖均衡化處理前的原圖直方圖、累積概率分布圖或者結(jié)果直方圖。</p><p>　　5.3.3“頻域濾波”子模塊的使用

30、</p><p>　　圖5-3-3 “頻域濾波”子模塊界面</p><p>　　“頻域濾波”子模塊界面如圖5-3-3所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“打開圖片”按鈕，讀入原始圖像，圖像顯示區(qū)左上角顯示該圖像。使用者在參數(shù)區(qū)分別拖動滑動條，輸入噪聲強度，圖像顯示區(qū)左上角顯示加噪后的結(jié)果圖像。當輸入濾波器參數(shù)后，軟件對原圖像作濾波處理，并在圖像顯示區(qū)左下角顯示濾波結(jié)果。</p>

31、;<p>　　5.3.4“空域平滑濾波”子模塊的使用</p><p>　　“空域平滑濾波”子模塊界面如圖5-3-4所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“打開圖片”按鈕，讀入原始圖像，圖像顯示區(qū)左上角顯示該圖像。使用者選擇強度類型后，圖像顯示區(qū)右上角顯示加噪后的結(jié)果圖像。當使用者選擇濾波器類型和濾波窗口大小、濾波方法，并點擊“平滑濾波”按鈕，圖像顯示區(qū)左下角顯示濾波器窗口，右下角顯示濾波結(jié)果。<

32、/p><p>　　圖5-3-4 “空域平滑濾波”子模塊界面</p><p>　　5.3.5“空域銳化濾波”子模塊的使用</p><p>　　“空域銳化濾波”子模塊界面如圖5-3-5所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“打開圖片”按鈕，讀入原始圖像，圖像顯示區(qū)左上角顯示該圖像。使用者選擇銳化濾波運算模型、算子類型，并點擊“銳化濾波”按鈕后，圖像顯示區(qū)右下角顯示濾波結(jié)果。

33、當點擊“GX”，“GY”按鈕時，圖像顯示區(qū)右上角、圖像顯示區(qū)左下角分別顯示橫向濾波和縱向濾波的結(jié)果圖。</p><p>　　圖5-3-5 “空域銳化濾波”子模塊界面</p><p>　　5.4“圖像壓縮編碼”模塊的使用</p><p>　　5.4.1“哈夫曼編碼”子模塊的使用</p><p>　　“哈夫曼編碼”子模塊界面如圖5-4-1所示。

34、打開該子模塊后，使用者依次輸入信源符號的概率，如信源數(shù)不足10，則多余符號的概率為NaN。然后點擊“哈夫曼編碼”按鈕，軟件對信源符號作哈夫曼編碼，編碼結(jié)果和過程顯示在界面中部的文本框中，其中第一列為每個符號的編碼結(jié)果，第二列為信源符號的概率按照又大到小的排列結(jié)果，其余列為每個步驟的結(jié)果。同時在界面底部顯示平均碼長、熵、編碼效率值。點擊“清空”按鈕，清空所有數(shù)據(jù)和計算結(jié)果。</p><p>　　圖5-4-1 “哈

35、夫曼編碼”子模塊界面</p><p>　　5.4.2“算術(shù)編碼”子模塊的使用</p><p>　　圖5-4-2 “算術(shù)編碼”子模塊界面</p><p>　　“算術(shù)編碼”子模塊界面如圖5-4-2所示。打開該子模塊后，使用者依次輸入信源符號a、b、c、d、e的概率以及信源字符串。然后點擊“算術(shù)編碼”按鈕，軟件對信源符號作算術(shù)編碼，并在圖象顯示區(qū)顯示編碼過程圖。坐標軸上每

36、個整數(shù)位置對應編碼中每個過程的結(jié)果，豎直線標出的了該步驟編碼的最大值和最小值，整個區(qū)間按照信源符號的概率百分比分割。點擊“清空”按鈕，清除所有數(shù)據(jù)和過程圖。</p><p>　　5.4.3“預測編碼”子模塊的使用</p><p>　　圖5-4-3 “預測編碼”子模塊界面</p><p>　　“預測編碼”子模塊界面如圖5-4-3所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“

37、打開圖片”按鈕，讀入原始圖像，圖像顯示區(qū)左上角顯示該圖像。使用者點擊“預測誤差圖像”、“解碼圖像”、“原圖直方圖”或者“預測誤差直方圖”按鈕時，圖像顯示區(qū)顯示預測誤差圖像、解碼圖像、原圖直方圖或預測誤差直方圖。</p><p>　　5.5 “圖像分割”模塊的使用</p><p>　　5.5.1“閾值分割”子模塊的使用</p><p>　　圖5-5-1 “閾值分割”

38、子模塊界面</p><p>　　“閾值分割”子模塊界面如圖5-5-1所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“打開圖片”按鈕，讀入原始圖像，圖像顯示區(qū)左上角和左下角分別顯示該圖像，右上角顯示該圖的直方圖。使用者拖動滑動條輸入“直方圖閾值雙峰法”的閾值，或者點擊“全局閾值分割法”中“迭代法”或“最大類間方差法”按鈕后，圖像顯示區(qū)左下角顯示閾值分割結(jié)果。</p><p>　　5.5.2“二維直方圖

39、”子模塊的使用</p><p>　　“二維直方圖”子模塊界面如圖5-5-2所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“打開圖片”按鈕，讀入原始圖像，圖像顯示區(qū)左邊顯示該圖像，右邊顯示該圖的二維直方圖。使用者輸入分割閾值，并點擊“二維直方圖”按鈕，圖像顯示區(qū)中間顯示閾值分割結(jié)果。在“保存設置”中保存結(jié)果的類型，再點擊“保存圖片”按鈕，軟件將保存所選結(jié)果圖。</p><p>　　圖5-5-2 “二

40、維直方圖”子模塊界面</p><p>　　5.5.3“Hough變換”子模塊的使用</p><p>　　圖5-5-3 “Hough變換”子模塊界面</p><p>　　“Hough變換”子模塊界面如圖5-5-3所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“打開圖片”按鈕，讀入原始圖像，圖像顯示區(qū)上方顯示該圖像。使用者拖動滑動條輸入“角度步長”、“閾值”、“最小圓半徑”、“

41、最大圓半徑”等參數(shù)后，并點擊“圓檢測”或者“直線檢測”按鈕，軟件對原圖作Hough變換處理，并在圖像顯示區(qū)下方顯示處理結(jié)果。</p><p>　　5.5.4“邊緣檢測”子模塊的使用</p><p>　　圖5-5-4 “邊緣檢測”子模塊界面</p><p>　　“邊緣檢測”子模塊界面如圖5-5-4所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“打開圖片”按鈕，讀入原始圖像，圖

42、像顯示區(qū)顯示該圖像。使用者邊緣檢測算子類型后，軟件對原圖作邊緣檢測處理，并在圖像顯示區(qū)顯示處理結(jié)果。當使用者點擊“查看直方圖”按鈕時，彈出的新窗口依次顯示原始圖像和邊緣檢測結(jié)果圖以及它們的直方圖，如圖5-5-5所示。</p><p>　　圖5-5-5 “邊緣檢測”子模塊處理前后對比</p><p>　　5.6“圖像其他處理”模塊的使用</p><p>　　5.6.1

43、“圖像復原”子模塊的使用</p><p>　　圖5-6-1 “圖像復原”子模塊界面</p><p>　　“圖像復原”子模塊界面如圖5-6-1所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“打開圖片”按鈕，讀入原始圖像，圖像顯示區(qū)左上角顯示該圖像。使用者拖動滑動條選擇運動模糊參數(shù)或者隨機噪聲強度參數(shù)后，圖像顯示區(qū)右上角顯示運動模糊或者加噪結(jié)果。當使用者點擊“逆濾波”或“維納濾波”按鈕后，圖像顯示區(qū)左

44、下角顯示圖像復原結(jié)果。</p><p>　　5.6.2“圖像幾何變換”子模塊的使用</p><p>　　圖5-6-2 “圖像幾何變換”子模塊界面</p><p>　　“圖像幾何變換”子模塊界面如圖5-6-2所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“打開圖片”按鈕，讀入原始圖像，圖像顯示區(qū)顯示該圖像。使用者拖動滑動條選擇圖像旋轉(zhuǎn)角度和縮放倍數(shù)后，圖像顯示區(qū)分別顯示原圖像

45、和幾何變換結(jié)果。當使用者選擇圖像裁減參數(shù)，點擊“確定裁減”按鈕后，圖像顯示區(qū)分別顯示原圖像和裁減結(jié)果。</p><p>　　5.6.3“圖像形態(tài)學處理”子模塊的使用</p><p>　　圖5-6-3 “圖像形態(tài)學處理”子模塊界面</p><p>　　“圖像形態(tài)學處理”子模塊界面如圖5-6-3所示。打開該子模塊后，首先用鼠標點擊“打開圖片”按鈕，讀入原始圖像，圖像顯