搜索
毕业设计（论文）开题报告题目利用Matlab开发图像识别软件学生姓名明晓中学号2006105111专业机械设计制造及其自动化班级20061053指导教师吴刚评阅教师完成日期2010年1月28日利用Matlab开发图像识别软件学生：明晓中指导老师：吴刚教学单位：三峡大学机械与材料学院1.研究意义人类感知外部世界的两大途径是听觉和视觉，尤其是视觉，因此图像信息是非常重要的一类信息。在一幅图像中，人们往往只对其中的某些目标感兴趣，这些目标通常占据一定的区域，并且在某些特性(如灰度、轮廓、颜色、纹理等)上和周围的图像有差别。这些特性差别可能非常明显，也可能很细微，以致人眼觉察不出来。在近代科学研究、军事技术、工农业生产、医学、气象及天文学等领域中，人们越来越多地利用图像信息来认识和判断事物，解决实际问题。例如：由于空间技术的发展，人造卫星拍摄了大量的地面和空间的照片，人们可以利用照片获得地球资源、全球气象和污染情况等；在医学上，医生可以通过X射线分析照像，观察到人体各部位的断层图像；在工程上，技术人员可以用图像对各种故障进行诊断，由此可见图像信息的重要性。获得图像信息非常重要，但目的不仅仅是为了获得图像，而更重要的是将图像信息进行处理，在大量复杂的图像中找出我们所需要的信息。因此图像信息处理在某种意义上讲，比获得图像更为重要，尤其是在当今科学技术迅速发展的时代，对图像信息处理提出了更高的要求，以便更加快速、准确、可靠地获得有用信息。MATLAB软件自从20世纪80年代中期推出以来，不断吸收各学科领域权威人士所编写的实用程序，经过多年的逐步发展与不断完善，现已成为国际公认的、最优秀的科学计算与数学应用软件之一，是近几年来在国内外广泛流行的一种可视化科学计算软件。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境，而且还具有可扩展性特征。它的图像处理能力以及相关方面的二次开发发空间备受工程技术人员的青睐。在进行摩擦学上，在MATLAB软件的图像能力基础上，针对摩擦学领域进行二次开发，利用它来提取摩擦学特征，可以很大程度上提高运作效率。2国内外研究进展1.国内研究现状国内在此领域的研究中具有代表性的是清华大学研制的数字图像处理实验开发系统TDB-IDK和南京东大互联技术有限公司研制的数字图像采集传输与处理实验软件。TDB-IDK系列产品是一款基于TMS320C6000DSP数字信号处理器的高级视频和图像系统，也是一套DSP的完整的视频、图像解决方案，该系统适合院校、研究所和企业进行视频、图像方面的实验与开发。该软件能够完成图像采集输入程序、图像输出程序、图像基本算法程序。该系统的特点是实现对图像信号的实时分析，图像数据相对DSP独立方便开发人员对图像进行处理，该产品融合DSP和FPGA/CPLD两个高端技术，可以根据用户的具体需求合理改动，可以分析黑白和彩色信号，可以完成图形显示功能。南京东大互联技术有限公司研制的数字图像采集传输与处理实验软件主要介绍了数字图像的采集、传输与处理的方法。使初学者可利用软件及图像采集与传输设备，采集图像并实现点对点的数字图像传输。可以观察理解多种图像处理技术的效果和差别，其中包括图像的灰度直方图及其变换、锐化、平滑、滤波、伪彩、轮廓提取与增强、图像格式转换及其文件结构。在进行摩擦学试验时，对试样表面进行观测是获取摩擦学特征非常重要的手段之一，能根据试样表面的形貌特征判断摩擦副磨损类型以及失效机理。然而人工识别速度慢，且依赖于操作人员的经验积累，受人为因素影响较大2.国外研究现状目前大量的图像处理软件如PHOTOSHOP，PAINTSHOP等都是基于广告策划和图像修饰处理而设计的应用软件，针对图像处理技术基本知识的理解与掌握以及相关处理方法研究的软件甚少，不适合学习研究使用。随着计算机辅助设计的日益提高和成熟，用于学习与研究的软件也越来越多。如美国SouthernIllinoisUniversity开发的CVIPtools计算机视觉与图像处理实验软件就是专门针对图像处理技术的实验软件，为初学者提供了一个消化理论知识的实验环境。CVIPtools计算机视觉与图像处理实验软件，主要用于计算机数字图像分析和处理，主要宗旨是让图像处理的初学者、学生、老师和其它研究人员探索计算机数字图像处理的巨大力量。最新Windows版本的CVIPtools提供使用者四种层次应用方式：算法代码层，公共对象模块（组件）界面层，cvipimage层和图形用户界面(GUI)。最下面的阶层算法代码层主要是基于以前的版本CVIPtools，包括所有的图像、数据处理程序和功能，是用标准C语言写的。最上的阶层为CVIPtoolsGUI，可以让生手实验一些图像处理的工具，而不需具备程序设计的能力。目前国外很多大学、研究院在数字图像处理的实验研究中都应用此软件。但是，CVIPtools软件还没有推出中文版并且现有Windows版本保留了部分Unix风格，在Windows系统下操作并不十分方便，而且常出问题，并且这种商用图像处理软件是静态的、封闭的，软件功能在发布时就已经确定，增加新功能或新算法或改进性能只能寄希望于软件升级。我国某些大学或科研单位根据课题研究需要，开发了相应的图像处理软件，并应用于教学实验。但是已有的实验软件内容不全或陈旧，没有涉及图像处理领域较新的成果，而且许多实验软件的界面不够友好，交互性差，用户无法调整算法参数，不具备可扩展性，软件一旦完成，不容易修改或添加新内容。3MATLAB软件的图像处理3.1MATLAB软件简介MATLAB是Mathworks公司于推出的一套高性能的数值计算和可视化软件，其全称是MatrixLaboratory，亦即矩阵实验室，经过多年的逐步发展与不断完善，现已成为国际公认的最优秀的科学计算与数学应用软件之一，是近几年来在国内外广泛流行的一种可视化科学计算软件。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境，而且还具有可扩展性特征。MathWorks公司针对不同领域的应用，推出了信号处理、控制系统、神经网络、图像处理、小波分析、鲁棒控制、非线性系统控制设计、系统辨识、优化设计、统计分析、财政金融、样条、通信等30多个具有专门功能的工具箱，这些工具箱是由该领域内的学术水平较高的专家编写的，无需用户自己编写所用的专业基础程序，可直接对工具箱进行运用。同时，工具箱内的函数源程序也是开放性的，多为M文件，用户可以查看这些文件的代码并进行更改，MATLAB支持用户对其函数进行二次开发，用户的应用程序也可以作为新的函数添加到相应的工具箱中。MATLAB中的数字图像是以矩阵形式表示的，这意味着MATLAB强大的矩阵运算能力用于图像处理非常有利。矩阵运算的语法对MATLAB中的数字图像同样适用。3.2图像的基本处理内容图像的放大、缩小、旋转、移动，多个图像配准，全景畸变校正，扭曲校正，周长、面积、体积计算等几何处理；图像施以加、减、乘、除等运算的算数处理；采用各种图像变换的方法，将空间域的处理转换为变换域处理的图像变换；突出图像中感兴趣的信息，而减弱或去除不需要的信息，从而使有用的信息得到加强，便于区分或解释的图像增强处理，主要有直方图增强、伪彩色增强法、灰度窗口等技术；除干扰、模糊和图像畸变，恢复图像的本来面目的图像复原处理；将图像中有意义的特征部分提取出来，这是进一步进行图像识别、分析和理解的基础的图像分割，目前已研究出不少边缘提取、区域分割的方法，但还没有一种普遍适用于各种图像的有效方法；输入某种数据，而处理结果得到的是图像，即图像重建处理;图像编码研究属于信息论中信源编码范畴，其主要宗旨是利用图像信号的统计特性及人类视觉的生理学及心理学特性对图像信号进行高效编码，即研究数据压缩技术，以解决数据量大的矛盾;统计识别法、句法结构模式识别法和模糊识别法3种模式识别方法;最后，图像理解是由模式识别发展起来的方法。该处理输入的是图像，输出的是一种描述。这种描述并不仅是单纯的用符号做出详细的描绘，而且要利用客观世界的知识使计算机进行联想、思考及推论，从而理解图像所表现的内容。3.3图像边缘检测边缘检测或叫图像的分割，它是指将图像中有意义的对象与其背景分离，并把这些对象按照不同的含义分割开来，也就是说，边缘检测就是将图像中具有不同含义的对象提取出来，是图像识别中提取图像特征的一个重要属性。物体边缘是以图像的局部特征不连续的形式史现的，是指图像局部亮度变化最显著的部分，例如灰度值的突变、颜色的突变、纹理结构的突变等，同时物体的边缘也是不同区域的分界处。图像的边缘具有方向和幅度两个特性，通常沿边缘的走向灰度变化平缓，垂直于边缘走向的像素灰度变换剧烈。根据灰度变化的特点，可分为阶跃型、房顶型和凸缘型，但是需要注意的是，实际分析的图像要复杂得多，图像边缘的灰度变化情况并不仅限于上述标准情况。利用边缘检测来分割图像，其基本思想就是先检测图像中的边缘点，再按照某种策略将边沿点连接成轮廓，从而构成分割区域。由于边缘是所要提取目标和背景的分界线，提取出边缘才能将目标和背景区分开，因此边缘检测技术对于数字图像处理十分重要。边缘检测算法有很多种类，根据其不同的思想策略以及出现时间的远近，可以将其分为传统边缘检测算法和现代边缘检测算法。传统的边缘检测算法基于空间运算，借助空域微分算子进行，通过将算子模板与图像进行卷积合成，根据模板大小和元素值不同有不同的微分算子。例如:梯度算子、拉普拉斯(Laplacian)算子、Laplaeian一Gauss算子、Canny算子等。这些算子不但可以检测图像的二维边缘，还可以检测图像序列的三维边缘。这些空域微分算子对噪声比较敏感，且常常在检测边缘的同时加强了噪声。近年来出现了一些新的边缘检测的方法，对噪声有很好的抑制作用，且能更好的检测边缘细节信息，我们将其归为现代边缘检测算法。主要有以下几种算法:小波分析法，神经元网络法，数学形态学方法，还有模糊算子法，分形理论法，遗传算法，动态规划法，自组织聚类法等。4．工作意义用Matlab软件，在进行摩擦学试验时，对试样表面进行观测从而获取摩擦学特征，能根据试样表面的形貌特征判断摩擦副磨损类型以及失效机理。知道了摩擦副磨损类型以及失效机理，为即使的故障诊断和合理设计提供了理论依据。通过此课题的研究与学习，我不仅学习Matlab软件的操作及应用和对计算机图形学的了解，更能学习到做课题的经验为以后的学习和工作提供一个基础，这是完成毕业设计的必经过程。5．工作的主要阶段、进度论文工作的具体进度与安排（含调研、完成时间等）起止时间内容摘要备注2009年12月3日至2010年1月14日完备资料，完成开题报告和外文翻译2010年3月12日至2010年5月12日完成算法设计5月13日至5月31日整理设计（论文）资料，完善并提交设计成果6月7日至6月10日毕业答辩6最终目标及完成时间6.1最终目标本课题最终要完成如下内容：在学会Matlab软件的操作及应用的基础上，针对特定摩擦学测试试样的表面，运用Matlab软件开发出相应的图像识别程序。6.2完成时间2010年1月14日完成开题报告和外文翻译2010年5月12日完成算法设计2010年5月31日前完成毕业设计论文7.现有条件及必须采取的措施7.1现有条件7.1.1自身条件大学期间学习的各种软件及专业课程，相信对理解开展本课题也起了一定的帮助。7.1.2外部条件图书馆的资源可以充分利用，既方便又齐全。目前我已经借得了几本非常实用的参考书，如于万波编著的基于Matlab的图像处理，计算机图形学和Matlab的基础教程等，并且网络资源丰富，上网方便，已搜获了部分相关资料；工作室的学习氛围浓厚，指导老师非常认真负责，耐心指导，同学间也经常相互交流讨论。在这样的人文环境中，端正的态度加上不懈的努力，我有信心完成此次的毕业设计工作。7.2必须采取的措施针对现有条件，要出色完成毕业设计，我必须采取以下措施：（1）积极收集整理与课题相关的资料，丰富自己的知识，扩大