图像校正及分割处理软件设计与实现_赵世瑜_2013204067_模式识别与智能系统_20140104

图像校正及分割处理软件设计与实现《图像分析与模式识别》课程期末大作业报告课程名称：图像分析与模式识别学院：信息工程与自动化学院专业：计算机技术年级：2014级学生姓名：樊祥锰学生学号：2014704101指导教师：刘辉2015-01-01昆明理工大学信息工程与自动化学院目录图像校正及分割处理软件设计与实现........................................................................21软件需求....................................................................................................................21.1操作界面需求分析..........................................................................................21.2图像几何校正需求分析..................................................................................21.2ISODATA聚类算法的图像分割需求分析.....................................................32算法原理及流程图....................................................................................................32.1Hough变换.......................................................................................................32.1.1Hough变换原理.....................................................................................32.1.2图像几何校正流程................................................................................42.2ISODATA算法原理.........................................................................................42.2.1ISODATA算法原理步骤.......................................................................42.2.1ISODATA算法流程图...........................................................................63程序设计框图............................................................................................................74实验结果及分析........................................................................................................84.1图像几何..........................................................................................................84.1.1支票图像几何校正结果........................................................................84.1.1支票图像几何校正结果分析................................................................94.2图像分割..........................................................................................................94.2.1图像分割结果.........................................................................................94.2.1图像分割结果分析...............................................................................11附录：..........................................................................................................................12附录一：图像几何校正代码...............................................................................12附录一：ISODATA聚类算法图像分割代码.....................................................12附录一：MATLAB的GUI操作界面代码........................................................18《图像分析与模式识别》课程期末大作业报告姓名：赵世瑜学号：20132040672/19图像校正及分割处理软件设计与实现摘要：设计一种图像几何校正及图像分割处理软件，实现对倾斜支票图像校正为水平，及对已给的图像进行分割。图像几何校正主要通过边缘检测、Hough变换、求倾斜角、图像旋转等算法实现；图像分割采用ISODATA聚类算法实现。实验结果表明，实现了对倾斜支票图像几何校正和对图像的分割功能。关键词：边沿检测；Hough变换、图像旋转、ISODATA算法；图像分割；1软件需求需求分析是指对要解决的问题进行详细的分析，弄清楚问题的要求，包括整个系统所要实现的功能。根据题目，设计需要编写带有操作界面的图像处理软件，功能包含图像几何校和基于ISODATA聚类算法的图像分割。开发工具使用MATLAB。根据MATLAB的特点及需要实现的软件功能，软件需求分析如下：1.1操作界面需求分析软件实现的功能是图像处理，因此操作界面中需要一个按钮，用于选择待处理的图像，称为“图像选择”按钮；选择的原始图像需要在操作界面中显示，因此需要一个用于显示原始图像的坐标控件；由于软件需要实现多功能，需要一个下拉框实现功能的选择；一个开始功能处理的按钮，称为“开始处理”按钮；一个用于显示图像处理结果的坐标控件。最后需要一个退出操作界面的按钮，称为“退出”按钮。1.2图像几何校正需求分析原始图像在拍照时出现了倾斜，需要将图像校正，消除倾斜。通过对图像的观察，图像是一张支票，支票上存在表格。因此想法是通过检测支票表格边框线的倾斜角，就是整张图像的倾斜程度，然后根据这个倾斜角旋转，便可得到校正的水平图像。要检测支票图像表格边框直线。需要对图像的边缘进行检测，图像的边缘检测方法很多，如：sobel算子边缘检测，prewitt算子边缘检测，roberts算子边缘检测，log算子边缘检测，canny算子边缘检测等，由于原图的噪声并不是很严重，因此上面这些边缘检测办法都能胜任，这里使用log算子进行边缘检测，为了适应其它边缘检测方法，本设计需要尽量在改变边缘检测方法时尽可能少地修改代码。边缘检测后，采用Hough变换提取直线，然后在提取的直线上找两个点，计算出直线的倾斜角度。最后根据这个倾斜角度对图像进行旋转。《图像分析与模式识别》课程期末大作业报告姓名：赵世瑜学号：20132040673/191.2ISODATA聚类算法的图像分割需求分析ISODATA聚类算法的图像分割功能，ISODATA比较复杂，因此主要是ISODATA算法的实现。设计的处理过程是，在操作界面选择了待处理的图像后，选择图像分割功能，点击开始处理按钮后，弹出图像，通过鼠标左键选择聚类中心点，然后按回车键或者单击鼠标右键确认后，调用ISODATA对图像进行分割。2算法原理及流程图设计的功能有图像几何和基于ISODATA聚类算法的图像分割。图像几何校正功能中，采用Hough变换对支票表格边框直线进行检测；ISODATA聚类算法的图像分割功能和核心是ISODATA聚类算法。对其原理及实现的流程图分析如下。2.1Hough变换哈夫变换是利用图像全局特性而直接检测目标轮廓，就可将边缘像素连接起来组成区域封闭边界的一种方法。在预先知道区域形状的条件下，利用哈夫变换可以方便地得到边界曲线而将不连续的边缘像素点连接起来。2.1.1Hough变换原理哈夫变换的基本思想是点-线对偶性。图像变换前在图像空间，变换后在参数空间。在图像空间XY里，所有过点(x,y)的直线都满足方程:y=px+q写成：q=-px+y（1）可以认为代表参数空间PQ中过点(p,q)的一条直线。iiyx,jjyx,XYPQiiypxqjjypxq'q'p图1图像空间图2参数空间图像空间的点(xi,yi)和(xj,yj)对应参数空间两条直线，它们的交点(p’,q’)对应图像空间XY中过(xi,yi)和(xj,yj)的直线，这样，图像空间XY中过(xi,yi)和(xj,yj)的直线上的所有点都对应参数空间PQ里的一条直线，这些直线相交于点(p’,q’)。《图像分析与模式识别》课程期末大作业报告姓名：赵世瑜学号：20132040674/19在图像空间中共线的点对应在参数空间中相交的线，反过来，在参数空间中交于同一个点的所有直线在图像空间中都有共线的点相对应，这就是点-线对偶性。根据点-线对偶性，当给定图像空间的一些边缘点，就可以通过哈夫变换确定连接这些点的直线方程，哈夫变换把图像空间中的直线检测问题转换到参数空间里点检测的问题。2.1.2图像几何校正流程图像几何校正中使用的Hough变换算法采用MATLAB已经封装好的hough函数，这里不要详细阐述其流程，整个图像几何校正的流程如图3所示：图3图像几何校正流程图2.2ISODATA算法原理ISODATA算法的思想是，在每轮迭代过程中，样本重新调整类别之后计算类内及类间有关参数，并和设定的门限比较，确定是两类合并为一类还是一类分裂为两类，不断地“自组织”，以达到在各参数满足设计要求条件下，使各模式到其类心的距离平方和最小。2.2.1ISODATA算法原理步骤⑴预置①设定聚类分析控制参数：c=预期的类数，《图像分析与模式识别》课程期末大作业报告姓名：赵世瑜学号：20132040675/19Nc=初始聚类中心个数(可以不等于c)，n=每一类中允许的最少模式数目，s=类内各分量分布的距离标准差上界，(分裂用)D=两类中心间的最小距离下界，(合并用)L=在每次迭代中可以合并的类的最多对数，I=允许的最多迭代次数。②将待分类的模式特征矢量读入；③④选定初试聚类中心，可从待分类的模式特征矢量集中任选Nc个模式特征矢量作为初始聚类中心；（2）按最小距离原则将模式集中每一个模式分到某一类中；（3）依据每一类中允许的最少模式数目判断合并；（4）计算分类后的参数：分类中心，；类平均距离及中体平均距离；①计算各类的中心jixijjx