MATLAB在圖像處理教學(xué)中的應(yīng)用

黃秀麗

摘 要：本文主要結(jié)合數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)，研究出MATLAB在數(shù)字圖像處理當(dāng)中可行的教學(xué)方法，并且舉例說(shuō)明MATLAB在數(shù)字圖像處理教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：MATLAB；圖像處理；教學(xué)應(yīng)用

圖像處理就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)處理圖像的一門(mén)學(xué)科，由于圖像處理對(duì)學(xué)生能力有著較高的要求。MATLAB可輔助學(xué)生學(xué)習(xí)圖像處理課程，這種語(yǔ)言比較簡(jiǎn)潔易懂，也可使不是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生更好的掌握編程操作，學(xué)會(huì)圖像處理課程。通過(guò)MATLAB在圖像處理教學(xué)中的應(yīng)用，能夠幫助學(xué)生學(xué)習(xí)圖像處理知識(shí)，掌握基本的理論知識(shí)與編程方法。

1 MATLAB概述

MATLAB是一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言軟件，它的應(yīng)用主要是數(shù)學(xué)計(jì)算、算法研究、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化、建模與仿真等方面。不同于一般的編程語(yǔ)言，MATLAB是在使用的時(shí)候可定義，不需要經(jīng)過(guò)先定義變量然后再進(jìn)行使用，MATLAB分為局部、全局這兩種變量方式，在一般情況下不會(huì)進(jìn)行全局變量，因?yàn)槿肿兞刻N(yùn)含較大的破壞力，一旦使用了全局變量將破壞函數(shù)的封裝。MATLAB的變量數(shù)據(jù)可分為數(shù)值、字符這兩種變量數(shù)據(jù)，這兩種數(shù)據(jù)類(lèi)型都比較簡(jiǎn)單。MATLAB還可對(duì)一些要求較高的應(yīng)用開(kāi)展復(fù)雜數(shù)據(jù)類(lèi)型，MATLAB可分為順序、循環(huán)、分支等這三種基本程序流程控制結(jié)構(gòu)，MATLAB有一種最快捷、簡(jiǎn)單的使用方法就是直接在命令窗口當(dāng)中輸入執(zhí)行命令，可有效解決一般簡(jiǎn)單的問(wèn)題，在遇到一些復(fù)雜的問(wèn)題時(shí)，只能依靠MATLAB語(yǔ)言編程來(lái)進(jìn)行處理。MATLAB可分為不帶參數(shù)的腳本程序以及輸出入?yún)?shù)的函數(shù)程序這兩種執(zhí)行程序。MATLAB功能比較廣泛，其中最值得一提的是它具有很強(qiáng)的繪圖功能。MATLAB在圖像處理中的應(yīng)用是由與其對(duì)應(yīng)的MATLAB函數(shù)來(lái)完成的，因此在實(shí)際應(yīng)用中只要通過(guò)正確的函數(shù)輸入?yún)?shù)就可以完成。

2 MATLAB在圖像處理中的應(yīng)用

圖像處理會(huì)把數(shù)字化的二維圖像看做是二維矩陣來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，于是MATLAB就能夠運(yùn)用到更多的圖像處理功能。MATLAB中有較多的工具箱，如小波工具箱、數(shù)字信號(hào)處理工具箱等，功能還是比較強(qiáng)大的。通過(guò)運(yùn)用這些工具，研究圖像性質(zhì)，圖像處理工具箱與經(jīng)典圖像處理相比，功能更加齊全，除了圖像增強(qiáng)、分割等基本功能以外，MATLAB還可通過(guò)調(diào)整簡(jiǎn)單函數(shù)完成經(jīng)典圖像處理的功能，其還支持多種圖像文件格式顯示、讀寫(xiě)，MATLAB語(yǔ)言可用于集成環(huán)境當(dāng)中模擬處理圖像的實(shí)驗(yàn)。MATLAB在圖像處理中的應(yīng)用有圖像處理的基本運(yùn)算、圖像的時(shí)域分析、圖像的變換域處理、圖像的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理等。

3 MATLAB在圖像處理的教學(xué)方法

圖像處理課程主要是學(xué)生通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)處理圖像信息，其中含有大量的圖像操作，MATLAB圖像處理工具箱是由多種支持圖像處理操作的函數(shù)而組成的。

⑴灰度圖像直方圖的教學(xué)方法?；叶戎狈綀D代表了圖像中每一種灰度級(jí)像素，其是一種灰度級(jí)的函數(shù)，它表示圖像中多種灰度出現(xiàn)的次數(shù)，灰度直方圖的橫坐標(biāo)表示的是灰度級(jí)，而縱坐標(biāo)則表示此種灰度級(jí)出現(xiàn)的次數(shù)。如果在教學(xué)時(shí)教師只是按照公式演繹給學(xué)生們看，這種教學(xué)模式就顯得有些空洞、單調(diào)，學(xué)生不僅在理解上感覺(jué)困難，并且還無(wú)法認(rèn)識(shí)到理論公式所講的具體內(nèi)容。為了使理論公式變得具體而又直觀，便于學(xué)生理解知識(shí)，了解到直方圖和圖像構(gòu)成的關(guān)系，教師運(yùn)用MATLAB編寫(xiě)這道程序，將其變?yōu)榭梢暤漠?huà)圖函數(shù)，向?qū)W生演示整套程序操作，一邊演繹一邊講解，對(duì)于學(xué)生不大能理解的，可及時(shí)的做出反饋。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到直方圖、圖像構(gòu)成的意義，對(duì)于生成直觀圖有更深層的了解。在學(xué)生掌握了直方圖的理論知識(shí)后，再進(jìn)行開(kāi)展直方圖的教學(xué)活動(dòng)。這里舉一個(gè)例子，例如直方圖均衡化，直方圖均衡化是可以增強(qiáng)灰度的一種算法，主要是將圖像灰度值轉(zhuǎn)化為數(shù)字范圍的新方式，其具體操作就是將最原始的直方圖轉(zhuǎn)化成分布均勻的形式，有利于擴(kuò)大像素灰度值的動(dòng)態(tài)范圍來(lái)達(dá)到增強(qiáng)圖像的效果，與開(kāi)始的直方圖做出了一個(gè)鮮明的對(duì)比，有利于學(xué)生更加直觀、具體的了解到直方圖的概念以及生成原理。學(xué)生只有掌握了基本的理論知識(shí)，才能夠自己動(dòng)手完成編程實(shí)驗(yàn)，通過(guò)MATLAB在圖像處理教學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用，教師只需要簡(jiǎn)單的幾句話(huà)就可以清楚的向?qū)W生表達(dá)一個(gè)復(fù)雜、易于混淆的原理，用直觀的圖像展示出其內(nèi)容生成的程序，讓原本抽象和空洞的內(nèi)容變得具體而又簡(jiǎn)潔明了，更加容易讓學(xué)生接受。

⑵閉值分割教學(xué)方法。圖象分割是圖象處理和圖象分析中的過(guò)渡，屬于最基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)。主要是將圖像空間劃分為有意義的區(qū)域，這是圖像處理課程當(dāng)中的關(guān)鍵內(nèi)容。為了使學(xué)生能夠充分掌握和學(xué)習(xí)到圖像分割知識(shí)。在實(shí)際圖像處理教學(xué)課堂課堂中，教師首先教導(dǎo)學(xué)生圖像分割的基本理論、基本原理，然后通過(guò)MATLAB編程演示給學(xué)生觀看，最后讓學(xué)生動(dòng)手完成具體的編程操作。通過(guò)這樣的一種方式，學(xué)生能夠?qū)W習(xí)到圖像分割的基本理論知識(shí)，還能夠讓學(xué)生積極的參與到教學(xué)活動(dòng)中去，有利于提高學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)的興趣，開(kāi)闊學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思想與實(shí)踐能力。

綜上所述，由于MATLAB語(yǔ)言比較容易理解，功能強(qiáng)大可讀性高，因此MATLAB在圖像處理教學(xué)中能起到很大的作用，使學(xué)生能夠在生動(dòng)的、直觀的畫(huà)面中，學(xué)習(xí)到處理圖像的知識(shí)，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力。

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