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        Matlab仿真在數(shù)字圖像處理課程輔助教學(xué)中的應(yīng)用

        2019-10-31 00:52:30席在芳
        數(shù)字傳媒研究 2019年9期
        關(guān)鍵詞:差異課堂教學(xué)課程

        譚 超 席在芳

        1.2.湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院 湖南省 湘潭市 411201

        隨著時代發(fā)展和信息化時代的到來,數(shù)字圖像處理在國民經(jīng)濟發(fā)展和人們?nèi)粘I钪邪缪葜匾巧?]。數(shù)字圖像處理是本、??聘咝P畔㈩悓I(yè)的必修課程,該課程主要講授圖像處理的基本知識、圖像變換、圖像增強與還原、圖像壓縮與編碼等[2]。這是一門理論與實踐相結(jié)合的課程,正確利用matlab 仿真對數(shù)字圖像處理課程教學(xué)進行輔助[3,4],能夠提高數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)質(zhì)量。本文從數(shù)字圖像處理課程中的基本知識點、趣味知識點及綜合應(yīng)用實例三個方面對matlab 仿真對課程教學(xué)的輔助進行了研究。

        1 基本知識點輔助教學(xué)

        數(shù)字圖像處理課程中有許多基本的、重要的知識點,通過matlab 仿真對課堂教學(xué)進行輔助能達到提高課堂教學(xué)質(zhì)量的效果。圖像的變換是數(shù)字圖像處理課程中最為重要的章節(jié)之一,圖像的變換主要講授傅里葉變換、離散余弦變換、小波變換等。在講授圖像變換時,通過課堂教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn),同學(xué)們對在以前課程中出現(xiàn)的傅里葉變換還有所了解,對其它變換通過課堂講解后還一無所知。從高等數(shù)學(xué)、信號與系統(tǒng)等課程中的一維傅里葉變換過渡到二維傅里葉變換,同學(xué)們還能弄懂,但經(jīng)常出現(xiàn)以下疑問:為什么要進行圖像變換?圖像變換之后變換域代表什么含義?針對類似問題,我們通過利用matlab 仿真輔助教學(xué),對相關(guān)變換在圖像濾波、圖像壓縮及卷積中的作用進行了仿真演示,使得同學(xué)們對相關(guān)變換有了直觀的認識,了解了在一維信號及二維圖像信號中頻率域的基本含義。

        圖像復(fù)原近似為圖像增強的逆過程,利用matlab 仿真能形象展示圖像出現(xiàn)退化及退化之后復(fù)原的過程。下面給出了圖像出現(xiàn)運動模糊及利用露西理查森方法復(fù)原模糊圖像的程序及仿真結(jié)果圖。如圖1所示,利用subplot 對圖像進行了組合輸出,圖1(a)為原始圖,圖1(b)為運動模糊圖(模糊強度為30 度、模糊位移為10);當(dāng)運動模糊角度保持不變,模糊位移從10 增大到30時,可以發(fā)現(xiàn)圖1(c)的模糊程度較圖1(b)變大了;圖1(d)是圖1(c)的復(fù)原效果圖,可以發(fā)現(xiàn)圖像復(fù)原很難達到100%,因此相較原圖而言,圖像質(zhì)量還是有所下降。

        I=imread('1(a).jpg');

        subplot(2,2,1); imshow(I)

        LEN=10;THETA=30;

        PSF1=fspecial('motion',LEN,THETA)

        Blurred1=imfilter(I,PSF1,'circular','conv');

        subplot(2,2,2); imshow(Blurred1);

        PSF2=fspecial('motion',30,THETA)

        Blurred2=imfilter(I,PSF2,'circular','conv');

        subplot(2,2,3);imshow(Blurred2);

        rest=deconvlucy(Blurred2,PSF2,150)

        subplot(2,2,4);imshow (rest)

        圖1 圖像的運動模糊及模糊復(fù)原圖

        2 趣味知識點輔助教學(xué)

        在數(shù)字圖像處理課程課堂教學(xué)中,讓學(xué)生參與進來可以提高他們的積極性,課堂教學(xué)質(zhì)量也隨之提升。在講授人類的視覺時,亮光適應(yīng)和暗光適應(yīng)可以從晚上開、關(guān)燈前后眼睛的感受出發(fā),以此來引入;同時對比度、色度對比、Mach帶等知識點:紅花常需綠葉配,不同的背景色會導(dǎo)致人眼所見的顏色失真,這就是大家感受到的錯覺現(xiàn)象,因此可以說眼見不一定為實。圖像的紋理映射知識點可以從景區(qū)出售的紀(jì)念杯引入?;叶戎狈綀D的應(yīng)用可以這樣引入:通過matlab 仿真來直觀展示圖像的明暗及對比度等。偽彩色可以從給黑白照片上色及黑白B 超和彩色B 超的異同引入。

        圖像的加、減、乘、除法是圖像處理過程中的重要環(huán)節(jié),是可以讓大部分同學(xué)參與進來的趣味知識點之一,通過matlab 仿真能達到很理想的效果。圖像的加法主要包括圖像加數(shù)字和圖像加圖像,圖像的加法有兩個作用:一是對同一場景的多幅圖像求平均值,可以降低加性噪聲;二是把一幅圖像疊加到另一幅圖像上去,達到二次曝光的效果。圖像間減法運算通常應(yīng)用于提取圖像的差異,以及在醫(yī)學(xué)圖像處理方面用來去除背景。在運動物檢測中,通過前后兩個圖像的減法運算,可以獲取運動物體移動軌跡。圖像相乘、除運算通常用于提取或刪除圖像中某些內(nèi)容,一幅圖像乘以一個常數(shù)稱為縮放,如果縮放因數(shù)大于1,那么將增強圖像的亮度,如果使用的因數(shù)小于1,則會使圖像變暗。

        圖2利用圖像的減法來得到兩幅圖片的差異,也就是大家常玩的“大家來找茬”游戲。圖2(a)和(b)為兩幅需要尋找差異的圖片,利用imsubtract 函數(shù)對兩幅圖片進行減法運算,就能得到兩圖的差異。仿真程序如下:兩幅圖片中相同位置如一致,相減之后該點值為0,在圖片中為黑色,而有差異的地方便有顏色顯示,從圖2(c)可以看出圖2(a)和(b)有7 處位置不一樣。

        I=imread('2(a).jpg');

        J=imread ('2(b).jpg');

        Z=imsubtract(I,J);

        subplot(1,3,1);imshow(I)

        subplot(1,3,2);imshow(J)

        subplot(1,3,3);imshow(Z)

        圖2 圖像減法用于提取差異效果圖

        3 綜合應(yīng)用實例輔助教學(xué)

        在數(shù)字圖像處理課程教學(xué)中,最后需講授綜合應(yīng)用實例,可以選擇幾個有代表性的實例展開,通過matlab 仿真向同學(xué)們展示整個過程,讓大家對圖像處理在我們身邊的應(yīng)用有直觀認識。例如可以講授指紋識別技術(shù)、車牌識別技術(shù)、火災(zāi)探測技術(shù)、數(shù)字水印技術(shù)等實例。以車牌識別技術(shù)為例,可以把整個仿真過程分成幾個模塊進行,分別是預(yù)處理、車牌定位、字符分割、車牌字符識別等。

        結(jié) 束 語

        本文從圖像處理課程教學(xué)中的基本知識點、趣味知識點、綜合仿真實例三個方面進行研究,將matlab 仿真軟件用于課程的輔助教學(xué),將理論知識直觀化。Matlab 仿真輔助教學(xué)不僅能提高學(xué)生參與課堂的積極性,還能培養(yǎng)學(xué)生動手解決問題的能力。

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