如何利用MATLAB提供GUI界面實作數字影像處理系統的設計

在MATLAB用戶界面GUI上設計一個操作簡單、功能齊全的數字影像處理技術的集合，對于一些對數字影像處理原理不懂的用戶也能夠根據自己的需求處理處自己想要的數字影像，本系統GUI界面設計兩個顯示界面： 一個原資料界面，一個是處理結果界面顯示，能夠很好的展現數字影像處理結果，每一個功能的實作都是按鈕代替了每一步復雜的數字影像處理程序，

1. 主要包含兩個步驟，分別如下：

• 數字影像處理系統的MATLAB GUI設計

GUI人機互動界面從上到下的，程式設計從下到上的原則來實作本課題的數字影像處理系統的功能集合，

• MATLAB GUI人機互動界面的功能函式設計研究

實作本系統對處理影像的讀取和保存、撤銷和還原、影像剪切、影像反色、影像旋轉等修剪，設計GUI人機互動界面實作對影像添加噪聲、影像濾波、邊緣檢測等處理功能的程式，

• 最終實作界面如下所示

2. 以下附上本科時代學習筆記

#基于matlab的影像處理系統設計
1、設計目的

利用matlab的GUI程式設計一個簡單的影像處理系統，可以實作影像的簡單的運算操作，實作影像的剪切、旋轉、濾波、放縮等功能，進一步熟悉matlab語言，

2、設計要求

設計程式有以下基本功能：

• 影像的讀取和保存；
• 影像剪切；
• 影像發色；
• 添加噪聲：椒鹽噪聲，乘性噪聲，高斯噪聲等；
• 影像的邊沿檢測；
• 影像濾波：實作平滑濾波，銳化濾波；
• 影像的旋轉；
• 實作影像操作的撤銷和還原；
• 最后完成整個系統完整，退出系統，

3、設計的matlab數字影像處理系統框架

該GUI界面包含兩個顯示界面axes1和axes2，包含讀取影像、椒鹽噪聲，乘性噪聲，高斯噪聲，保存影像，退出系統，剪切影像，影像反色，濾波，旋轉，撤銷和還原等按鈕，構成了這個系統的框架，運行之后的界面顯示如下：

4、GUI各個模塊功能的實作

4.1、影像的讀取

利用matlab的uigetfile獲取影像的路徑，msgbox視窗函式提示選擇影像失敗，imshow對影像的顯示，

global s  %定義全域變數，為了后面的還原保存資料
[filename,pathname,filterindex]=...
uigetfile({'*.*';'*.bmp';'*.tif';'*.png';'*.jpg';'*.jpeg'},'select picture');  %選擇圖片路徑   
str=[pathname filename];  %合成路徑+檔案名
s=str;
handles.filebig=filterindex;
if filterindex==0
msgbox('選擇影像失敗！','error');
return
else   
im=imread(str);   %讀取圖片   
end 
axes(handles.axes1);  %使用第一個axes
imshow(im);  %顯示圖片
handles.img=im;
guidata(hObject,handles);

4.2、影像的保存

影像保存利用matlab的uiputfile函式和IMwrite函式進行資料的寫入，msgbox（‘引數1’，‘引數2’）實作視窗的界面，

if handles.img==0
msgbox('沒有可保存的影像！','error');
return;
else
[filename,pathname,filterindex]=...
uiputfile({'*.bmp';'*.tif';'*.png';'*.jpg';'*.jpeg'},'save picture');%存盤圖片路徑
end
if filterindex==0
return  %如果取消操作，回傳
else
str=[pathname filename];  %合成路徑+檔案名
axes(handles.axes2);  %使用第二個axes
imwrite(handles.img,str);  %寫入圖片資訊，即保存圖片
end

程式的主要部分是通過uiputfile函式選擇影像的格式和路徑，通過imwrite函式實作影像的保存，最后完成保存作業，通過之后的完善，引數handles.img=0時，表示沒有影像可以保存，考慮其中的情況修復這種情況下的系統報錯；另外filterindex=0時，按了保存按鈕，但是沒有保存這種情況，修復了保存的可能性，

4.3、系統退出

clc
clear
close(gcf)

該部分利用clc清屏指令，clear清除記憶體，close（gcf）就是關閉當前視窗的指令，來實作系統的退出，

4.4、影像反色

利用反色函式imcomplement（）實作影像的反色，可以反色彩色和灰色影像

 global T   %定義全域變數，保存上一個操作資料，實作撤銷操作
 T=handles.img;
 axes(handles.axes1);
 imshow(handles.img);
 mysize=size(handles.img);
 I=imcomplement(handles.img);%還需要進一步修改，
 axes(handles.axes2);
imshow(I);
handles.img=I;
guidata(hObject,handles);

效果圖如下：

4.5、影像的剪切

利用matlab的imcrop函式實作影像的剪切，

global T    
T=handles.img;    
 if handles.filebig==0
 msgbox('處理失敗,請選擇影像，','error');
 return;
 else
 axes(handles.axes1);
 imshow(handles.img);  
I=imcomplement(handles.img);%還需要進一步修改，
 end
 axes(handles.axes2);
imshow(I);
handles.img=I;
guidata(hObject,handles);

4.6、加入噪聲

4.6.1、椒鹽噪聲

 global T  
 axes(handles.axes1);
 imshow(handles.img);
 T=handles.img;
 mysize=size(handles.img);
 if numel(mysize)<3
 msgbox('處理失敗,請選擇RGB影像，','error');
 return;
 else
prompt={'輸入椒鹽噪聲：'};
defans={'0.02'};
p=inputdlg(prompt,'input',1,defans);%prompt是提示語，input是對話框的標題，1是輸入方框的大小設定，defans是輸入框的默認值  
p1=str2num(p{1});
f=imnoise(handles.img,'salt & pepper',p1);  %由于除錯出現各種錯誤提示，不知道什么情況，最后發現salt&pepper之間需要空格，
 end
 axes(handles.axes2);   
imshow(f);
handles.img=f;
guidata(hObject,handles);

4.6.2、乘性噪聲

global T
T=handles.img;
axes(handles.axes1);
imshow(handles.img);
 mysize=size(handles.img);
 if numel(mysize)<3
 msgbox('處理失敗,請選擇RGB影像，','error');
 return;
 else
prompt={'輸入乘性噪聲：'};
		defans={'0.02'};
		p=inputdlg(prompt,'input',1,defans);
		p1=str2num(p{1});

		f=imnoise(handles.img,'speckle',p1);%speckle
 end
 axes(handles.axes2);
		imshow(f);
		handles.img=f;
		guidata(hObject,handles);

4.6.3、高斯噪聲

global T
T=handles.img;
 mysize=size(handles.img);
 if numel(mysize)<3
 msgbox('處理失敗,請選擇RGB影像，','error');
 return;
 else
axes(handles.axes1);
imshow(handles.img);
prompt={'輸入高斯噪聲1：','輸入高斯噪聲2:'};
defans={'0','0.02'};
p=inputdlg(prompt,'input',1,defans);
p1=str2num(p{1});
p2=str2num(p{2});
f=imnoise(handles.img,'gaussian',p1,p2);
 end
 axes(handles.axes2);
imshow(f);
handles.img=f;
guidata(hObject,handles);

4.7、邊緣檢測

 global T
if handles.filebig==0
msgbox('請先輸入影像！','error');
return;
else
T=handles.img;
 axes(handles.axes1);
 imshow(handles.img);
str=get(hObject,'string');  %拿到所選按鈕的名稱
axes(handles.axes2);   %使用第二個axes
mysize=size(handles.img);
%判斷讀取的影像是彩色還是灰色圖片，若是彩色圖片進行灰度化，進一步進行邊緣檢測
if numel(mysize)>2
us=rgb2gray(handles.img);
else
us=handles.img;
end
 switch str   %選擇陳述句
case'Graying'  %點擊原圖按鈕
BW=us;
imshow(BW);  %顯示原圖
handles.img=BW;
guidata(hObject,handles);
case'Roberts'  %點擊Roberts邊緣檢測按鈕
BW=edge(us,'roberts');
imshow(BW);
 handles.img=BW;
 guidata(hObject,handles);
case'Sobel'  %點擊Sobel邊緣檢測按鈕
BW=edge(us,'sobel');
imshow(BW);
 handles.img=BW;
 guidata(hObject,handles);
case'Prewitt'  %點擊Prewitt邊緣檢測按鈕
BW=edge(us,'prewitt');
imshow(BW);
 handles.img=BW;
 guidata(hObject,handles);
case'Log'  %點擊Log邊緣檢測按鈕  
BW=edge(us,'log');
imshow(BW);
 handles.img=BW;
%  handles.xiao=0;%........................................計數操作
 guidata(hObject,handles);
case'Canny'  %點擊Canny邊緣檢測按鈕
BW=edge(us,'canny');
imshow(BW);
 handles.img=BW;
 guidata(hObject,handles);
end;
end;

4.8、影像旋轉

 global T
if handles.filebig==0
msgbox('請輸入函式影像！','error');
return;
else
T=handles.img;
prompt={'輸入旋轉角度：'};
		defans={'30'};
		p=inputdlg(prompt,'input',1,defans);%prompt是提示語，input是對話框的標題，1是輸入方框的大小設定，defans是輸入框的默認值 
if ~isempty(p)%判斷inputdlg是否有回傳值，進一步判斷
		p1=str2num(p{1});
else
return;
end    
end
handles.im1=imrotate(handles.img,p1,'nearest','crop');%crop
% guidata(hObject,handles);
axes(handles.axes2);
imshow(handles.im1);
handles.img=handles.im1;
guidata(hObject,handles);%需要保存資料不然后面的操作無法讀取原來的資料，實作不了還原撤銷操作，

4.9、影像濾波操作

4.9.1、平滑濾波

按鈕可以識別系統是否含有可操作影像，可以進行提示，不會發生錯誤，

 global T
if handles.filebig==0 %判斷系統是否有處理檔案
msgbox('請輸入函式影像！','error');
return;
else
 axes(handles.axes1);
 imshow(handles.img);
T=handles.img;
axes(handles.axes2);
prompt={'請輸入模板維度：'};
defans={'3'};
p=inputdlg(prompt,'input',1,defans);
p1=str2num(p{1});
h1=fspecial('average',[p1 p1]);
I=imfilter(handles.img,h1);%線性空間濾波
end
imshow(I);
handles.img=I;
guidata(hObject,handles);

4.9.2、銳化濾波

4.9.2.1、sobel濾波

global T
if handles.filebig==0
msgbox('請輸入函式影像！','error');
return;
else
 axes(handles.axes1);
 imshow(handles.img);
T=handles.img;
axes(handles.axes2);
h=fspecial('sobel');
g2=imfilter(handles.img,h);
g3=imadd(g2,handles.img);
end
imshow(g3);
handles.img=g3;
guidata(hObject,handles);

4.9.2.2、prewitt濾波

global T
if handles.filebig==0
msgbox('請輸入函式影像！','error');
return;
else
 axes(handles.axes1);
 imshow(handles.img);
T=handles.img;
axes(handles.axes2);
h=fspecial('prewitt');
g2=imfilter(handles.img,h);
g3=imadd(g2,handles.img);
end
imshow(g3);
handles.img=g3;
guidata(hObject,handles);

4.9.2.3、laplacian濾波

global T
if handles.filebig==0
msgbox('請輸入函式影像！','error');
return;
else
 axes(handles.axes1);
 imshow(handles.img);
T=handles.img;
axes(handles.axes2);
h=fspecial('laplacian');
g2=imfilter(handles.img,h);
g3=imadd(g2,handles.img);
imshow(g3);
end
handlse.img=g3;
guidata(hObject,handles);

5.0、系統撤銷與還原

系統的還原是通過之前定義的全域變數s，通過按鈕按鍵，從新讀取最原始的資料，顯示在axes2上，實作還原功能，

global s
if handles.filebig==0
msgbox('請輸入函式影像！','error');
return;
else
im=imread(s);
end
axes(handles.axes2);
imshow(im);
handles.img=im;
guidata(hObject,handles);

系統撤銷實作是通過全域變數，記錄上一次操作結果，對上一次操作結果的顯示，實作對操作的撤銷功能，

global T
if handles.filebig==0
msgbox('請輸入函式影像！','error');
return;
else   
handles.img=T;
end
axes(handles.axes2);
imshow(T);
guidata(hObject,handles);

6、學習總結與歸納

這次GUI影像處理系統的學習，主要是為了更好地學習matlab操作，對matlab有更好地了解，一開始確實很迷茫，不知道用matlab軟體該怎么來做這個簡易的系統，在查詢了資料之后大概了解了怎么來處理這個問題的大概思路，就是利用matlab的GUI人機互動界面來實作這個面板，在每個按鈕下面來實作每一個功能，先從上往下設計，程式是從下往上設計的思路，最后來完成這個功能集合，在實驗的程序中，遇到了很多的問題，就是因為不熟悉matlab，自己有好多想法但是不知道怎么來實作，然后我自己還的去查找、復習那些呼叫函式，

• msgbox():該函式是呼叫視窗提示，
• 如何判斷一個一個數字影像矩陣是一個RGB影像還是灰度影像：mysize=size(handles.img)讀取影像矩陣的維數，numel（mysize）%numel函式是回傳矩陣中的元素個數，來計算mysize中的個數，如果numel>2，那么矩陣是三維的，必定是一個RGB影像，這樣就能夠判定讀取的影像是不是灰度影像了，
• inputdlg函式陳述句的呼叫:input dialog box

ANSWER=inputdlg（PORMPT）創建一個對話框，對cell array名字在pormpt里面定義，彈出一個名字為potmpt的cell array，輸入值回傳到answer，

ANSWER = inputdlg(PROMPT,NAME) specifies the title for the dialog.

ANSWER = inputdlg(PROMPT,NAME,NUMLINES) specifies the number of lines for each answer in NUMLINES.

ANSWER = inputdlg(PROMPT,NAME,NUMLINES,DEFAULTANSWER) specifies the default answer to display for each PROMPT.Default Answer must be a cell array of strings.
下面例子是有兩個輸入框，名字叫‘name’，‘只有一行輸入框’，初始值在defaultanswer中定義，最后全部回傳到answer中，實作資料傳遞，

   prompt={'Enter the matrix size for x^2:','Enter the colormap name:'};
   name='Input for Peaks function';
   numlines=1;
   defaultanswer={'20','hsv'};
   answer=inputdlg(prompt,name,numlines,defaultanswer);
   這是一個用于很好的人機交流界面，可以讓用戶自己很好的除錯自己的產品視窗，

• imread（）函式是讀取影像函式，生成matlab處理的矩陣

在各個按鈕功能完成之后，進行了程式bug的修復，當按鈕沒有傳遞資料時出現的報錯進行了修復完善，之前系統不能還原和撤銷，還不能對已經處理的影像再進行處理，在后面的修復中，通過全域變數T和s來分別保存上次操作變數，和最初讀入影像來實作了系統操作的撤銷和還原，可以重復累加的對影像進行處理，這樣系統功能就更加完善，

缺陷在于系統任然有的時候會出現報錯，對剪切個位元素影像矩陣時出現報錯，個別情況還原出現報錯，還未能找到原因，不能實作撤銷多級，應該利用多個全域變數保存操作影像就能實作撤銷多級功能，這還有待修復，