MATLAB用于数字图像处理的教学实践研究-必威体育精装版教育文档.pdfVIP

MATLAB用于数字图像处理的教学实践研究 数字图像处理技术是一门综合性学科， 其内容涉及数学、 编 码学、模式识别等多个学科， 已成为一门重要的信息技术类专业 课程 [1] 。国内大多高校对《数字图像处理》课程的教学时数通 常设置为 40～60 学时，而其理论部分涉及傅立叶变换、余弦变 换、小波变换等数学理论较强的章节， 大量的理论推导和公式证 明极易使学生在学习初期就产生畏难情绪， 如何在有限的课时内 将大量的数字图像处理技术的理论讲精讲透， 同时提高学生的算 法分析、算法设计的实践能力是现阶段数字图像处理课程教学改 革中的重要内容。 本文将 MATLAB编程技术同《数字图像处理技术》教学有机 结合，在数字图像处理理论讲解的过程中，适当的引入 MATLAB 集成的工具箱及自带函数， 不但能增加学生对抽象数学公式的感 性认识， 提高相关理论分析的效率， 而且能够极大的激发学生的 学习热情，提高了学生的实践能力 [2] 。 1 MATLAB有利于降低抽象理论的理解难度 图像处理的软件有很多，现在常用的有 VC++、VB、MATLAB 以及 Photoshop 。Photoshop 能够便捷的实现图像的增强、 剪切、 滤波等操作， 因而许多人认为图像处理就是 Photoshop 。事实上， Photoshop 只是一种通用的图像处理软件，一般用来提高视觉感 受。而图像处理的主要工作是针对不同的应用领域提取不用的信 息，这是 Photoshop 不支持的 [3] 。VC++功能强大、执行效率高， 但是繁杂的编程方法很难在短时间掌握。而 MATLAB是一套用于 科学工程计算的可视化高性能语言， 其语法规则简单， 易于算法 仿真，同时 MATLAB集成的图像处理工具箱更是为图像处理提供 了有力的技术支持 [4] 。下面给出两个基于傅立叶变换的实例， 进一步阐明 MATLAB在揭示数字图像处理抽象概念、性质时的直 观性与便捷性。 例 1：在讲解二维离散傅里叶变换中一些抽象、复杂的数学 公式，如果在简单介绍其基本概念及性质后，使用 MATLAB自带 函数 fft 及 fft2 做进一步的数值验证，将大大加强学生对抽象 理论的直观认知与理解。 代码 1： “b=[1 2 ；3 4] ；t=fft （b）；tt=fft （fft （b）， [] ，2）；”先对二维矩阵 b 进行一次行方向上的一维傅立叶变 换，再对结果进行一次列方向上的一维傅立叶变换；代码 2： “ttt=fft2 （b）；” 直接对二维矩阵 b 进行一次二维傅立叶 变换。在 MATLAB命令窗口键入变量 tt 及 ttt ，发现两者数值 是一致的， 从而使学生认识到一维傅立叶变换与二维傅立叶变换 的内在联系。 例 2：在讲解到图像空域与傅立叶频域关系时，可采用如下 效果图。图 1 （a ）为原始图像，图 1 （f ）为图 1 （a）对应的中 心移位后傅立叶频谱图，图