基于矩陣分析的數(shù)字圖像處理方式技巧

基于矩陣分析的數(shù)字圖像處理方式技巧

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1、基于矩陣分析的數(shù)字圖像處理方法摘要:圖像處理、圖像分析、圖像理解是圖像工程的三個研究層次,其中圖像處理是主體基礎(chǔ)理論部分。文中把矩陣分析與圖像處理結(jié)合起來,提出了圖像處理的矩陣分析方法,這種方法把圖像處理轉(zhuǎn)化成了矩陣分析,為各種圖像處理提供了一種良好的數(shù)學(xué)實現(xiàn)途徑,具有獨特的應(yīng)用特性。圖像處理是圖像工程的基礎(chǔ)部分,主要研究圖像變換、圖像增強、圖像縮放以及圖像的分割分解等內(nèi)容。作者通過像素矩陣把圖像處理歸結(jié)到了矩陣分析的方法中來,通過分析矩陣的方式來對圖像進(jìn)行相應(yīng)的處理,實現(xiàn)了圖像處理與矩陣分析的融合,為各種圖像處理

2、提供了一種良好的數(shù)學(xué)實現(xiàn)途徑。1、數(shù)字圖像像素矩陣的產(chǎn)牛數(shù)字圖像以不同的存儲格式存在,以位圖為例,實現(xiàn)對像素矩陣的提取。位圖圖像的讀取,有著比較成熟的理論和算法,采用位圖讀取函數(shù)LoadFileO,為了加強對像素的直接管理,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定的改進(jìn),增加一個二維數(shù)組PixelfHeight][Width],用它來存儲i行j列圖像像素的值(以C++語言為例):for(i=0;i

3、el[i][j]=3(pData++);這樣,經(jīng)過循環(huán)二維數(shù)組被全部賦了值,完成了整個像素數(shù)據(jù)陣列的提取,我們把這個二維數(shù)組稱為像素矩陣。圖1是導(dǎo)航雷達(dá)二維冋波圖像,經(jīng)像素矩陣提取后,可以得到右邊的像素矩陣一一矩陣1(這里是部分?jǐn)?shù)據(jù))。!851502030226861237115318711971114148U7W54071374020S40麗圖1導(dǎo)航雷達(dá)二維回波圖像及像素矩陣圖像像素雉陣的產(chǎn)生,為圖像處理提供了一種新的途徑,許多對圖像的處理,都可以轉(zhuǎn)化為對矩陣的分析,從而使問題變得準(zhǔn)確、簡便、易行。2、像素矩陣的

4、線性映射分析設(shè)圖像像素矩陣為厶(?)為一種線性映射方式,sig'為變換后的矩陣,則有:像素矩陣通過線性變換后,可以改變其形式,實現(xiàn)圖像求反或者作用于某種線性映射矩陣,實現(xiàn)圖像的區(qū)域旋轉(zhuǎn),設(shè)n階方陣_1?1COS&0…0sin&0?■1??0??■0■1■0—sin&0…0cos011為仏力平面上的平面旋轉(zhuǎn)陣,也稱Givens旋轉(zhuǎn)陣,則sig'R小e)?sig⑵可以實現(xiàn)圖像sig的仏力平面的旋轉(zhuǎn),如圖2所示。圖2旋轉(zhuǎn)前后的飛機照片通過矩陣的線性變換,還可以實現(xiàn)圖像的分解,設(shè):si"=L'(si『)⑶則有:sig=si

5、g'其中,A=(A(),A,人2,4v_2,Av-I),sig'=(Cgo,sig,sig2,…,sigN_2,sig』,即:sig=A)Cgo+£$<£+???+人科柚n—2+A^signt(4)公式(4)可以看作把圖像sig分解成sigo,sig“…sigN_i等子圖像,特別的,如果取入=2譏=0,1,2,…,N-1),則有:sig=sig()+2sig+4Cg

6、+…+2心肌直何_】(5)公式(5)中的各子圖像則可以看作是原圖像的位平而,也就是說,公式(5)完成了原圖像的位平面分解。3、像素矩陣的非線性映射

7、分析如果設(shè)圖像像素矩陣為瓏,「(?)為一種非線性映射方式,s?為變換后的矩陣,則有:sig'=T(sig)⑹圖像經(jīng)過非線性映射可以實現(xiàn)圖像的增強、校正、均衡等處理,例如:圖像丫校正技術(shù)是將圖像的強度值按著一定的映射方式映射到一個新的數(shù)值范圍中的一種方法。sig'=T(sig,"(7)丫是一種變換因子,丫的取值決定了輸入圖像到輸出圖像的映射方式。當(dāng)丫二1時,便是一種線性映射方式。丫的映射方式如圖3所示。圖3不同丫因子情況下的映射方式圖像經(jīng)過非線性映射還可以得到許多通常難以實現(xiàn)的處理效果。例如,圖像視口(圖像的可視區(qū)域

8、)的非線性放大。我們假設(shè)一種映射滿足如下關(guān)系:(d+l)x必+1其屮,d(d20)被稱為變形因子,則有:sig'=g(sig)圖像經(jīng)過g(x)變換以后,在視口區(qū)域發(fā)生了非線性放大,如圖4所示。這種放大方式,對于圖像瀏覽來說,具有重要的意義。圖4區(qū)域非線性放大效果圖8:!:”::::::::”:;::忽§£:!::”Rs?::?as”:!sI!??:ssltM!s“u?£Hsn+圖5區(qū)域線性放大效果圖如圖5所示,圖像經(jīng)過線性放大以后,改變了原來圖像視口的大小,使得可視區(qū)域與原圖相比要小得多,而圖像的非線性放大則可以避

9、免放大邊緣區(qū)域移出視n,為圖像的瀏覽提供了方便。這種特性在很多方面具有重要的應(yīng)用價值。例如,雷達(dá)圖像顯示、子地圖漫游等。4、總結(jié)在圖像處理過程中使用了圖像處理的矩陣分析方法,其中使用了定義4.4的Givens變換以及矩陣分塊處理等方法。把圖像處理轉(zhuǎn)化為二維的矩陣分析,使得圖像處理更加簡便易行。

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