圖像邊緣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考模板

1、學(xué) 號(hào) 數(shù)字圖像處理 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖像邊緣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)起止日期： 2016 年 12 月 5 日 至 2016 年 12 月 9 日學(xué)生姓名班級(jí)13電信科1班1 / 21成績(jī)指導(dǎo)教師(簽字)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院電子信息工程系2016年12月9日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)20162017學(xué)年第一學(xué)期計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院 電子信息與科學(xué)技術(shù) 專(zhuān)業(yè) 1 班級(jí)課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)： 數(shù)字圖像處理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 圖像邊緣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 完成期限：自 2016 年 12 月 5 日至 2016 年 12 月 9 日共 1 周一、課程設(shè)計(jì)依據(jù)在掌握數(shù)字圖像處理基本算法的基礎(chǔ)上，利用MATLAB、VC+、Java等編程語(yǔ)言

2、設(shè)計(jì)具有指定功能的圖形用戶(hù)界面。二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)現(xiàn)圖像邊緣檢測(cè)功能的界面2、界面可以采用MATLAB、VC+、Java等編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)3、要求界面能夠讀入并顯示圖片，通過(guò)各種控件選擇并進(jìn)行圖像的邊緣檢測(cè)操作，操作結(jié)果在對(duì)比窗口中顯示4、圖像邊緣檢測(cè)功能至少包括單方向一階微分檢測(cè)（水平/垂直方向）、無(wú)方向微分檢測(cè)（Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子、Laplacian算子、LOG算子）等，每項(xiàng)功能可采用一個(gè)或多個(gè)算法實(shí)現(xiàn)三課程設(shè)計(jì)要求1、 要求每個(gè)同學(xué)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)。2、 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)封面格式要求見(jiàn)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)格式要求。3、 課程設(shè)計(jì)的說(shuō)明書(shū)要求簡(jiǎn)潔、通順，

3、圖像表達(dá)內(nèi)容完整、清楚、規(guī)范。4、 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要求：1) 說(shuō)明題目的設(shè)計(jì)原理和思路、采用方法及設(shè)計(jì)流程。2) 可采用圖表或文字對(duì)圖形用戶(hù)界面各子模塊的功能以及各子模塊之間的關(guān)系做較詳細(xì)的描述。3) 詳細(xì)說(shuō)明代碼的編寫(xiě)流程。4) 采用圖像及文字詳細(xì)說(shuō)明各功能的演示結(jié)果。指導(dǎo)教師（簽字）： 系主任（簽字）： 批準(zhǔn)日期：2016年 12月 1日目 錄第1章 總體設(shè)計(jì)11.1 設(shè)計(jì)目的11.2 設(shè)計(jì)方案1第2章GUI界面設(shè)計(jì)22.1 啟動(dòng)GUI界面22.2 控件設(shè)計(jì)3第3章 運(yùn)行結(jié)果及主要程序63.1 邊緣檢測(cè)的步驟及結(jié)果63.2 主要程序8總 結(jié)11參考文獻(xiàn)12第1章 總體設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)目的設(shè)

4、計(jì)一個(gè)實(shí)現(xiàn)圖像邊緣檢測(cè)功能的界面，通過(guò)各種控件選擇并進(jìn)行圖像的邊緣檢測(cè)操作，操作結(jié)果在對(duì)比窗口中顯示，完成一個(gè)簡(jiǎn)單的圖片處理。1.2 設(shè)計(jì)方案先通過(guò)GUI可視化界面窗口設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)用戶(hù)使用起來(lái)相對(duì)方便的界面布局，然后針對(duì)界面上的每一個(gè)控件進(jìn)行腳本函數(shù)的編寫(xiě)，以實(shí)現(xiàn)每一個(gè)控件的相應(yīng)功能。需要實(shí)現(xiàn)的功能：圖片的讀取與顯示，圖片的對(duì)比顯示和存儲(chǔ)，彩色圖片到灰度圖像的轉(zhuǎn)換，圖片的各種算子邊緣檢測(cè)并顯示（Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子、Laplacian算子、LOG算子等），并增加了退出程序按鈕，最終生成一個(gè)可執(zhí)行軟件。軟件的總體設(shè)計(jì)界面布局如圖1-1所示，主要分為2個(gè)部分：顯示區(qū)

5、域與操作區(qū)域。 顯示區(qū)域：顯示載入原圖，以及通過(guò)處理后的圖像。 操作區(qū)域：通過(guò)功能鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的各種處理。在截圖中可見(jiàn)，左部為一系列功能按鍵有“讀取圖片”、“二值化”、“灰度化”三個(gè)按鈕。界面右部分為圖片顯示部分，下方有“存儲(chǔ)圖片”、“退出”功能鍵。界面中間方為系列功能切換選擇組包括單方向一階微分檢測(cè)（水平/垂直方向）、無(wú)方向微分檢測(cè)（Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子、Laplacian算子、LOG算子）等。圖1-1 設(shè)計(jì)界面圖第2章GUI界面設(shè)計(jì)2.1 啟動(dòng)GUI界面 通過(guò)單擊MATLAB菜單項(xiàng)“Home”->“New”->“Graphical User I

6、nterface”，顯示GUI開(kāi)發(fā)環(huán)境的啟動(dòng)窗口，也可在命令窗口輸入命令：guide打開(kāi)GUIDE啟動(dòng)界面，如下圖2-1所示。彈出GUIDE Quick Start對(duì)話(huà)框，如圖2-2所示。選擇Blank GUI，打開(kāi)版圖編程器如圖2-3。圖2-1 命令窗口圖2-2 GUI啟動(dòng)窗口圖2-3 版圖編輯器2.2控件設(shè)計(jì)1. button按鈕 利用版圖編輯器在布局區(qū)添加按鈕，雙擊控件調(diào)出屬性編輯器，對(duì)其進(jìn)行屬性設(shè)計(jì)。String表示控件的顯示信息，Tag表示控件的唯一標(biāo)識(shí)符。圖2-4按鈕控件的設(shè)置 右擊button選擇“Callback”選項(xiàng)，定位該控件的回調(diào)函數(shù)。如下圖所示。圖2-5查看button

7、回調(diào)函數(shù)回調(diào)函數(shù)初始代碼：function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles)pushbutton3_Callback是按鈕的回調(diào)函數(shù)，Callback函數(shù)是當(dāng)用戶(hù)每次觸發(fā)GUI對(duì)象時(shí)執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)；hObject為當(dāng)前回調(diào)函數(shù)對(duì)應(yīng)的GUI對(duì)象的句柄； eventdata表示事件代碼；handles為當(dāng)前GUI所有數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)體，包含所有GUI對(duì)象的句柄和用戶(hù)定義的數(shù)據(jù)。2. 按鈕組 為方便編程，采用按鈕組進(jìn)行算法實(shí)現(xiàn)，利用版圖編輯器的按鈕組，添加單選按鈕到按鈕組。如圖2-6所示。圖2-6按鈕組 右擊按鈕組選擇SelectionCh

8、angeFcn選項(xiàng)，定位該控件的回調(diào)函數(shù)，如圖2-7所示。圖2-7查看按鈕組回調(diào) 回調(diào)函數(shù)初始代碼：function uipanel1_SelectionChangeFcn(hObject, eventdata, handles)，程序代碼見(jiàn)附錄。 搭建結(jié)果界面截圖如2-6所示。圖2-8 設(shè)計(jì)界面圖 設(shè)計(jì)完成后運(yùn)行的軟件界面如圖2-9所示，點(diǎn)擊按鈕組里算法選項(xiàng)可看到程序運(yùn)行結(jié)果，程序見(jiàn)附錄。圖2-9 運(yùn)行界面圖第3章 運(yùn)行結(jié)果及主要程序3.1邊緣檢測(cè)的步驟及結(jié)果 一般來(lái)說(shuō)，邊緣檢測(cè)的算法有如下四個(gè)步驟： 1)濾波：邊緣檢測(cè)算法主要是基于圖像增強(qiáng)的一階和二階導(dǎo)數(shù)，但導(dǎo)數(shù)的 計(jì)算對(duì)噪聲很敏感，因此

9、必須使用濾波器來(lái)改善與噪聲有關(guān)的邊緣檢測(cè)器的性能。 2)增強(qiáng)：增強(qiáng)邊緣的基礎(chǔ)是確定圖像各點(diǎn)鄰域強(qiáng)度的變化值。增強(qiáng)算法可以將鄰域（或局部）強(qiáng)度之有顯著變化的點(diǎn)突顯出來(lái)。邊緣增強(qiáng)一般都是通過(guò)計(jì)算梯度幅值來(lái)完成的。 3)檢測(cè)：在圖像中有許多點(diǎn)的梯度幅值比較大，而這些點(diǎn)在特定的應(yīng)用領(lǐng)域中并不都是邊緣，所以應(yīng)該用某種方法來(lái)確定哪些是邊緣點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的邊緣檢測(cè)判據(jù)是梯度幅值閾值判據(jù)。4)定位：如果某一應(yīng)用場(chǎng)合要求確定邊緣位置，則邊緣的位置可在子像素分辨率上來(lái)估計(jì)，邊緣的方位也可以被估計(jì)出來(lái)。圖3-1 算子運(yùn)行結(jié)果（1）圖3-2 算子運(yùn)行結(jié)果（2）1.一階微分作為坐標(biāo)點(diǎn)（x，y）處的灰度傾斜度的一階微分值，可

10、以用具有大小和方向的向量表示如下：其中，為x方向的微分，為y方向的微分。和在數(shù)字圖像中是用下式計(jì)算的：微分值和被求出后，由以下的公式就能算出邊緣的強(qiáng)度與方向。強(qiáng)度：或者 ，方向：向量的朝向。2. Roberts算子，邊緣定位精度較高，但容易丟失一部分邊緣，同時(shí)圖像沒(méi)經(jīng)過(guò)平滑處理，所以不具備抑制噪聲的能力。該算子適用于具有陡峭邊緣且含噪聲少的圖像。3. Sobel算子和Prewitt算子，對(duì)噪聲具有一定抑制能力，但不能完全排除虛假邊緣。定位效果不錯(cuò)但容易產(chǎn)生多像素邊緣。4.LOG算子，抑制噪聲會(huì)將尖銳的邊緣平滑掉而無(wú)法被檢測(cè)到。當(dāng)高斯濾波器寬度參數(shù)取值較小時(shí)，邊緣定位精度高，但圖像平滑作用較弱；

11、增大取值時(shí)，又導(dǎo)致模板增大，使邊緣位置偏移嚴(yán)重，且運(yùn)動(dòng)量增加。5.Canny算子，當(dāng)弱邊緣和強(qiáng)邊緣相連時(shí)，才輸出弱邊緣，檢測(cè)效果要比LOG算子好。6.拉普拉斯算子，不依賴(lài)于邊緣方向的二階微分算子，定位準(zhǔn)確，對(duì)噪聲非常敏感，使噪聲加強(qiáng)，從而使部分信息丟失，造成一些不連續(xù)的邊緣。 由上可知，算子不同，結(jié)果存在明顯差異，但是在原始圖像上邊緣明顯的部分都被有效的提取出來(lái)了。Roberts算子檢測(cè)出的邊緣線(xiàn)比較清晰，但噪聲大多也同時(shí)提取出來(lái)了。對(duì)于模糊部分取差分間隔寬的Sobel算子和Prewitt算子似乎有效。Canny算子可以檢測(cè)到弱邊緣，但受陰影的影響較大。LoG算子易于強(qiáng)化噪聲，更適用于點(diǎn)狀物的

12、檢測(cè)和圖像銳化。3.2主要程序 1.讀取圖片程序，定義可讀取“.jpg.bmp.gif.png”屬性的圖片，讀取圖片到axes1坐標(biāo)軸中顯示。function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)global imfilename,pathname = . uigetfile('*.jpg''*.bmp''*.gif''*.png','選擇圖片');str=pathname filename;im=imread(str);axes(handles.axe

13、s1);imshow(im); 2.存儲(chǔ)圖片程序，存儲(chǔ)axes2坐標(biāo)軸的結(jié)果圖像到自定義路徑，可選擇存儲(chǔ)屬性為“.bmp.tif.png”。function pushbutton4_Callback(hObject, eventdata, handles)global im %定義全局變量filename,pathname,filterindex=. uiputfile('*.bmp''*.tif''*.png','save?picture');%存儲(chǔ)圖片路徑if isequal(filename,0)|isequal(pathn

14、ame,0) return%如果取消操作，返回else str=pathname filename;%合成路徑+文件名 axes(handles.axes2);%使用第二個(gè)axes im=getimage(handles.axes2);imwrite(im,str);%寫(xiě)入圖片信息，即保存圖片end 3.關(guān)閉窗口程序。function pushbutton5_Callback(hObject, eventdata, handles)close(gcf)%關(guān)閉當(dāng)前Figure窗口句柄 4.按鈕組功能 ，當(dāng)選擇按鈕組中不同算法變換時(shí)，用switch語(yǔ)句進(jìn)行算法的選擇進(jìn)行圖像變換，顯示結(jié)果在axes

15、2坐標(biāo)軸中。function uipanel1_SelectionChangeFcn(hObject, eventdata, handles)global imm,n,o=size(im);if o>1 im=rgb2gray(im); R=double(im)/255;else R=double(im)/255;endstr=get(hObject,'string');axes(handles.axes2);switch str case 'Initial' imshow(im) case 'directionX' a=-1 -2 -1;

16、0 0 0;1 2 1/256;b=-1 0 1; -2 0 2; -1 0 1/256; BW=conv2(im,a,'same');BW=abs(BW);%處理水平方向算子的結(jié)果 imshow(BW); case 'directionY' a=-1 -2 -1;0 0 0;1 2 1/256;b=-1 0 1; -2 0 2; -1 0 1/256; BW=conv2(im,b,'same');BW=abs(BW);%處理垂直方向算子的結(jié)果 imshow(BW); case 'directionXY' a=-1 -2 -1;0

17、 0 0;1 2 1/256;b=-1 0 1; -2 0 2; -1 0 1/256; BW1=conv2(im,a,'same');BW1=abs(BW1);%處理水平方向算子的結(jié)果? BW2=conv2(im,b,'same');BW2=abs(BW2);%處理垂直方向算子的結(jié)果? BW=max(BW1,BW2);%取水平及垂直方向上的大值 imshow(BW); case 'Roberts' BW = edge(im,'Roberts'); imshow(BW); case 'Sobel' BW = edg

18、e(im,'Sobel'); imshow(BW); case 'Prewitt' BW = edge(im,'Prewitt'); imshow(BW); case 'LoG' BW = edge(im,'LoG'); imshow(BW); case 'Canny' BW = edge(im,'Canny'); imshow(BW); case 'Laplacian' a=0 1 0;1 -4 1;0 1 0/56; BW=conv2(im,a,'same

19、'); BW=abs(BW); imshow(BW);end 5.圖像二值化，利用2bw進(jìn)行圖像二值化轉(zhuǎn)化，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果在axes2 坐標(biāo)軸中顯示。function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)global imaxes(handles.axes2);BW=im2bw(im,0.4);imshow(BW); 6.灰度圖像轉(zhuǎn)化，判斷所讀取圖像是否為彩色圖像，如果是則轉(zhuǎn)化為灰度圖像，并在axes2 坐標(biāo)軸中顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果圖像。function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata,

20、 handles)global imm,n,o=size(im);if o>1 BW=rgb2gray(im); R=double(im)/255;else BW=im;endaxes(handles.axes2);imshow(BW);總 結(jié)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，軟件方面的應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說(shuō)得是無(wú)處不在。因此作為大學(xué)來(lái)說(shuō)掌握各種軟件的應(yīng)用是十分重要的。數(shù)字圖像處理是我們這個(gè)學(xué)期的重點(diǎn)課程。在沒(méi)有做課程設(shè)計(jì)以前覺(jué)得課程設(shè)計(jì)