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1、图像处理通信工程应用技术课程设计书1MATLAB简介1.1MATLAB说明MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 MATLAB和Mathem
2、atica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。1.2MATLAB的语言特点（1）语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。运算符丰富。（2）MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环，while循环，break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。（3）程序限制不严格，程序设计自由
3、度大。（4）MATLAB的图形功能强大。（5）MATLAB的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。（6）由于MATLAB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。201.3MATLAB系统构成主要由以下五部分构成：（1）MATLAB语言（2）MATLAB工作环境（3）图形处理（4）MATLAB数学函数（5）MATLAB应用编程人员接口(API)2基本原理2.1整体原理几何变换是图像处理和图像分析的重要内容之一。通过几何变换，可以根据应用的需要使原图像产生大小、形状和位置等各方面
4、的变化。也就是说，几何变换可以改变像素点所在的几何位置以及图像中各物体之间的空间位置关系，这种运算可以被看成是将各物体在图像内移动，特别是图像具有一定的规律性时，一个图像可以由另一个图像通过做几何变换来产生。几何变换可以分为图像的位置变换（平移、镜像、旋转）、形状变换（放大、缩小和剪切）以及图像的复合变换。图像几何变换的一般表达式为：其中(x,y)表示像素点的坐标位置，f(x,y)表示图像像素点(x,y)的灰度值.图像几何变换就是建立一幅图像与其变换后的图像中所有各点之间的映射关系。2.2各部分原理2.2.1平移变换若将
5、像素点(x,y)平移到(x+Δx,y+Δy),则图像平移变换函数的矩阵表示式为：202.2.2镜像翻转图像的镜像变换是与人们日常生活密切相关的一种变换。图像的镜像变换不改变图像的形状。图像的镜像变换包括水平镜像、垂直镜像和对角镜像。图像的水平镜像变换的矩阵表示形式为：图像的垂直镜像变换的矩阵表示形式为：图像的对角镜像变换的矩阵表示形式为：1.2.3旋转变换原始图像的任意点A(x0,y0)经旋转β角度后到新的位置A(x,y)，则旋转变换函数的矩阵表示式为：对图像进行旋转变换时应注意以下几点：（1）为了避免图像旋转之后可能产
6、生的信息丢失,可以先进行平移,然后进行图像旋转。（2）图像旋转之后,可能会出现一些空白点,需对这些空白点进行灰度级的插值处理,否则会影响旋转之后的图像质量。1.2.4缩小和放大若图像坐标(x,y)缩放(fx,fy)倍,则缩放变换函数的矩阵表示为：20如果fx=fy,即在x轴方向和y轴方向缩放的比率相同,称为图像的全比例缩放；如果fx≠fy,图像的比例缩放会改变原始图像像素间的相对位置,产生几何畸变。图像放大有三种方法，常用的插值算法有三种：最近邻插值、双线性插值、立方卷积插值，其中使用立方卷积插值达到的效果是最佳的。最近
7、邻插值算法最简单的插值法是最近邻插值法，也叫零阶插值法。即选择离它所映射到的位置最近的输入像素的灰度值为插值结果。对二维图像，是取待测样点周围4个相邻像素点中距离最近1个相邻点的灰度值作为待测样点的像素值。若几何变换后输出图像上坐标为(x′,y′)的对应位置为（m，n）双线性插值算法双线性插值又叫一阶插值法，它要经过三次插值才能获得最终结果，是对最近邻插值法的一种改进，先对两水平方向进行一阶线性插值，然后再在垂直方向上进行一阶线性插值。立方卷积插值算法立方卷积插值又叫双三次插值，是对双线性插值的改进，是一种较为复杂的插值
8、方式，它不仅考虑到周围四个直接相邻像素点灰度值的影响，还考虑到它们灰度值变化率的影响。3编程与实现3.1原始图像选择读取MATLAB为用户提供了专门的函数以从图像格式的文件中读写图像数据。采用的是imread函数来实现图像文件的读取操作，采用的格式如下：A=imread（’filename.png’）该语句用于读取字
