图像处理系统的设计与实现
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摘 要： 为满足数字图像处理实验课程的需求，设计开发了基于MATLAB的图像处理系统。系统利用MATLAB作为编程语言，通过MATLAB GUI开发集成交互界面。系统实现了图像增强处理、图像边缘检测处理、图片特殊处理、图像类型转换处理、频率变换处理以及频率滤波器处理等六个功能模块。测试结果表明，系统调用callback函数实现对应图像的变换处理，可以直观的显示处理后的图像。
关键词： MATLAB编程语言;数字图像;GUI集成交互界面;callback函数
中图分类号： TP751 文献标识码： A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.01.016
本文著录格式：路婷， 邓红亮， 汪桃， 等. 图像处理系统的设计与实现[J]. 软件，2020，41（01）：7478
【Abstract】： In order to meet the requirements of digital image processing experiment course， an image processing system based on MATLAB was designed and developed. The system USES MATLAB as programming language and develops integrated interactive interface through MATLAB GUI. The system has realized six functional modules： image enhancement processing， image edge detection processing， image special processing， image type conversion processing， frequency conversion processing and frequency filters processing. The test results show that the system calls callback function to realize the corresponding image transformation processing， and the processed images can be displayed intuitively.
【Key words】： MATLAB language program; Digital image; GUI integrated interactive; Callback function
0 引言
随着图像处理系统的不断更新，目前已有的图像处理技术不能满足计算机领域、图像分析、科研领域以及电子商务等方面的需求通过图像处理实验课程的了解，得知该系统界面设计方面的算法已经非常成熟，在计算机系统发展领域，MATLAB工具箱也是非常流行于图像处理的，该算法已经形成了自备的MATLAB工具箱，并且都有具体的函数代码
实现该功能模块。因此，我们不仅要在前人的基础上研究新算法，还要将目前已有的算法进行集成，使其形成一套完整的图形用户交互界面。
1 系统的总体设计与实现
MATLAB GUI图像处理系统可以将一些复杂的图形图像直观的显示在用户界面，由于该系统的主要功能是图像处理[1]，给用户提供了一个便捷直观的交互式界面，其中每一个功能模块都对应一个相应的callback函数，通过编写该功能模块下的callback函数，得以实现图像处理效果，展现给用户的模块框架图如图1所示。
2 系统的界面设计
图像处理系统是将图像信号转化为其它信号的一种模型，其该系统的每一个界面都有对应的callback函数来实现该功能，每个callback函数对应的运行结果都将显示在系统界面上。
2.1 系统的主界面
主界面是系统的整体布局，是软件开始运行的开端，是用户进入图像处理平台的窗口，主要以按钮组方式进入系统。如图2所示。
2.2 软件的子界面
该系统的设计平台是对图像作一些基本的操作处理[2]，来实现功能效果，总共分为六大模块，分别是图像增强处理、图像边缘检测处理、图片特殊处理、图片类型转换处理、频率变换处理、频域滤波器处理等[8]。如图3所示。
2.2.1 图像增强处理界面设计
图像增强是通过调整、变换图像的色调[9]，来凸显图像中重要的信息，图像增强的内容非常广泛，但都有各自的优缺点，该系统的设计主要选用了直方图的均衡化和直接灰度变换两种方法来进行图像处理[3]。该系统的界面框架图如图4所示。
该界面设计主要由标题栏、菜单项、静态文本框、图像显示区域和按钮组五部分组成，其中菜单项中包含文件、增强方法和使用帮助三个功能，文件中包含打开、保存和退出三個按钮，增强方法中又包含直方图均衡化和直接灰度变换两方面。该界面上有两个图像显示区域，分别是原图像和处理后的图像，因而给用户提供了一个简单明了的操作方法和直观的交互界面。当选择增强方法中的一种时，另一种方法的按钮功能全部显示为灰色，停止运行。当用户不会使用时，点击使用帮助按钮提供帮助信息。其效果图如图5和图6所示。
2.2.2 图像边缘检测处理界面设计
该界面设计的组成与图像增强界面相似，边缘检测是图像的分析和模式识别的重要提取方法。用户可以使用该界面上不同的检测算子对图像进行边缘检测[4]。该界面上同样有两个图像显示区域，分别是原图像和边缘检测后的图像，其中右下角的单选按钮组提供了几种不同检测算子的功能，每一个检验算子都有对应的执行代码，用户通过调试可以实现最终结果。其效果图如图7和图8所示。 2.2.3 图片特殊处理界面设计
图片的特殊处理是对图片展现出不同的效果，该界面上也有两个图像显示区域，分别是原图像和处理后的图像，在该界面上设有三个功能模块，分别是亮度调节、底面效果处理和对比度调节。当用户点击亮度调节按钮时，会弹出输入参数会话框，用户可以随意的输入参数值对图片进行亮度调节，直到满意为止。其效果图如图9所示。
当选择底面效果处理功能按钮时，会对该界面上的原图像处理为底面效果。当选择该界面上的对比调节按钮时，同样会弹出输入参数会话框，用户可以手动输入增强或减弱的参数值，对图片进行对比处理。其效果图如图10和图11所示。
2.2.4 图像类型转换界面设计
图像类型转换的界面设计的组成与图像增强界面设计基本相同，只是该界面上只有一个图像显示区域。图像类型转换首先是用户在文件菜单里打开一个RGB图像，然后点击灰度按钮，将RGB图像先转化为灰度图像[5]，再點击二值和索引按钮，将灰度图像依次转化为二值图像[6]和索引图像。这些转换图片都将在同一个显示区域里显示，用户也可以点击文件里的退出按钮回到主界面。其效果图如图12、图13和图14所示。
2.2.5 频域变换处理界面设计
图像的频域变换是通过一定图像模型，对图像频谱进行不同程度的修改。其中该界面设计上同样有两个图像显示区域，分别是原图和变换处理后的图像，有两种功能按钮，分别是二维离散傅里叶变换和离散余弦变换[7]。用户首先在文件菜单里打开一个灰度图像，点击功能按钮对图像进行相应的频域变换处理。其效果图如图15和图16所示。
2.2.6 频域滤波器变换处理界面设计
频域滤波器界面上有五个图像显示区域，中间的是原图像显示区域，左上角的是二阶巴特沃斯高通滤波器处理图像[8]的显示区域，右上角的是理想高通滤波器处理图像的显示区域，左下角的是二 阶巴特沃斯低通滤波器处理图像的显示区域，右下角的是理想低通滤波器处理的图像显示区域[11]。每一个功能按钮都对应相应的callback函数，用户 通过文件菜单打开一个灰度图像，点击按钮，在 对应的区域里显示处理后的图像。其效果图如图17所示。
3 结束语
我们通过借助图像处理系统的设计与实现平台，调用callback函数实现对应图像的变换处理，可以直观的显示处理后的图像，实现了图像增强处理、图像边缘检测处理、图片特殊处理、图像类型转换处理、频率变换处理以及频率滤波器处理等图像处理系统的设计与功能模块[10]。随着信息时代的不断前进，相信图像处理在计算机领域、科研领域以及电子商务方面会有一个很好地应用前进。
参考文献
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