張廣才 萬守鵬 何繼榮

摘? 要： 本文要述了數(shù)字圖像處理技術(shù)常見方法，然后引入數(shù)學軟件MATLAB，介紹其在圖像處理方面實用功能及GUI的優(yōu)勢，最后基于MATLAB GUI結(jié)合圖像處理工具箱設(shè)計開發(fā)出一款數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含七大模塊，涵蓋數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)技術(shù)及進階技術(shù)，最后在實際工程應(yīng)用中得到展示，實現(xiàn)了圖像處理的可視化操作。基于MATLAB GUI開發(fā)的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)界面友好，操作方便，減少了重復(fù)編程的過程，且交互性強、維護簡易，易于后期機器人相關(guān)應(yīng)用擴展。

關(guān)鍵詞： 信號處理;數(shù)字圖像;MATLAB;GUI設(shè)計;工程應(yīng)用

【Abstract】： In this article some common methods of DIP are briefly summarized. The powerful function of MATLAB and the superiority of GUI are discussed and a DIP system based on MATLAB GUI combined with image processing toolbox is designed. The system contains seven modules， including basic and advanced techniques of DIP. At the end of the article， it is demonstrated in engineering application and visualized operation is realized. This system has a friendly interface， a convenient operation， a good interaction， less programming and robot application is extensible.

【Key words】： Signal processing; Digital image; MATLAB; GUI design; Engineering application

0? 引言

人類探索、感知外部世界，其中視覺提供的信息占3/4以上。大腦接收到這些信息后，會憑借已有的經(jīng)驗進行處理，更深入地分析和判斷[1]。同樣，機器視覺模仿人類視覺從真實世界獲取光學信息，經(jīng)過CPU計算、分析，進而用于機器檢查、勘測、操控等。機器視覺重點用于像自動化生產(chǎn)線這樣大批量的制造產(chǎn)業(yè)，還有人類視覺不能達到需求或者如CT檢測等不適宜人為操作的場合，能夠提高生產(chǎn)效率和保護人員安全。隨著我國科技高速發(fā)展，社會空前進步，出現(xiàn)了大量對機器視覺和圖像處理的工農(nóng)商兵等需求，不僅要求自動化，更面向信息

化、智能化等方向，機器視覺有了許多新領(lǐng)域的應(yīng)用，同時機器視覺也是機器人運動、導(dǎo)航、避障的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這其中設(shè)計到的重要技術(shù)便是圖像處理技術(shù)。

數(shù)字圖像處理依托計算機強大的計算性能完成對數(shù)字圖像的解析，其目的最初是為了提升圖像品質(zhì)，加強外觀感受。隨著科技持續(xù)發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)已不僅局限于從人類視覺角度看圖像，更多的是從圖像特征提取、重構(gòu)、識別上來分析圖像，優(yōu)勢更加突出，應(yīng)用更加廣泛[2]。

1? MATLAB及GUI簡介

MATLAB全稱為矩陣實驗室，在計算控制領(lǐng)域可謂首屈一指，其界面友好，方便調(diào)用函數(shù)，解決相同的問題比C、C++、FORTRAN等要便捷許多，發(fā)展至今已有豐富的工具箱，某些領(lǐng)域有特殊的優(yōu)勢。圖像本身就是二維矩陣，用MATLAB軟件成了圖像處理自然的選擇。

GUI即圖形用戶界面（Graphical User Interface），是采取圖形樣式展示和操作計算機的使用界面。GUI消除了面對枯燥的代碼，通過具象化的圖形如窗口、按鈕、菜單等簡便地操縱計算機。MATLAB GUI非常靈活，與命令行界面不同，用鼠標拖動控件并雙擊即可對其進行屬性設(shè)置，操作上和視覺上都更易于接受[3]。

在圖像處理方面，MATLAB供給20余類上百個經(jīng)典的相關(guān)函數(shù)，可對JPEG、PNG、BMP、GIF、PCX、HDF、TIFF、XWD等常用格式的圖像進行處理，實現(xiàn)對圖像處理的全覆蓋。本文依托MATLAB高性能的計算能力，結(jié)合圖像處理工具箱，利用GUI設(shè)計開發(fā)一款數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。

2? 詳細內(nèi)容及設(shè)計

2.1? 系統(tǒng)設(shè)計

MATLAB及其Toolbox使得程序簡短、直觀，結(jié)合GUI的可視化，用戶可以花更多的時間選取多種方案中的最優(yōu)算法，系統(tǒng)的框架如圖1所示[4]。

該系統(tǒng)集成7個模塊：圖像運算、變換、壓縮編碼、改善、形態(tài)學、分割和綜合案例，各模塊拆分出對應(yīng)的子模塊，在相應(yīng)的子界面中展示，通過修改界面中控件的參數(shù)，編寫回調(diào)函數(shù)，實現(xiàn)主界面與子界面間的切換及圖像處理，最終通過文本框及I/O域等展示在相應(yīng)的位置[5]。

2.2? 主界面設(shè)計

GUI主界面由面板、文本框、按鈕和坐標域組成，每個按鈕編寫對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，主界面如圖2所示。

以圖像運算為例，打開圖像運算子界面程序為：

2.3? 子界面設(shè)計

設(shè)計7個模塊的子界面，實現(xiàn)主界面和對應(yīng)子界面的切換，相關(guān)運算、處理等按鈕均設(shè)計在子界面，下面分模塊介紹。

（1）圖像運算

圖像運算是圖像處理最基本的運算，本系統(tǒng)設(shè)計點運算、代數(shù)運算和幾何運算的相關(guān)操作，兩個坐標分別顯示原始圖像和經(jīng)處理后的圖像，在沒有讀取圖像或未選擇處理方法的情況下點擊任一運算按鈕均有msgbox提示，引導(dǎo)用戶規(guī)范操作。圖像運算子界面如圖3所示。