計(jì)算機(jī)論文開題報(bào)告
開題報(bào)告作為畢業(yè)論文答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。研究方案，就是課題確定之后，研究人員在正式開展研究之前制訂的整個(gè)課題研究的工作計(jì)劃，它初步規(guī)定了課題研究各方面的具體內(nèi)容和步驟。
論文題目：基于自適應(yīng)閾值的圖像增強(qiáng)算法
一、選題背景
圖像，指的是客觀物體在人腦中的自然反映，它是信息傳遞的重要媒介，以紙張，照片，計(jì)算機(jī)屏幕等介質(zhì)呈現(xiàn)出來�，F(xiàn)實(shí)中，人類大部分的信息都是通過人眼觀察的方式取得。五種感官方式中視覺是主要的獲取方式。然而，由于光照，噪聲，介質(zhì)形狀等多方面因素的影響，在圖像的生成和傳輸過程中，圖像會(huì)發(fā)生質(zhì)量降低的情況，如對(duì)比度偏低，圖像明暗不均，幾何形變等。因此，需要進(jìn)行圖像處理，以取得符合人們應(yīng)用需求的圖像。數(shù)字圖像處理，指的是以數(shù)學(xué)運(yùn)算為方式，對(duì)圖像作出的各種加工過程，目的是得到對(duì)用戶適用的效果⑴。這些過程包括降噪、配準(zhǔn)、增強(qiáng)、壓縮等，它們與現(xiàn)實(shí)中的生產(chǎn)過程是緊密結(jié)合的。數(shù)字圖像處理，起始于1950年代，至1960年代時(shí)從計(jì)算機(jī)學(xué)中分離出來，形成獨(dú)立發(fā)展的學(xué)問。
經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的擴(kuò)充，現(xiàn)在圖像處理的技術(shù)基礎(chǔ)己經(jīng)很穩(wěn)固，在許多社會(huì)領(lǐng)域廣泛運(yùn)用。如氣象部門通過對(duì)遙感圖像的處理，得到更加有效的天氣云圖，提高了預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性;林業(yè)部門通過對(duì)航拍圖像的分析，評(píng)估森林發(fā)生火災(zāi)險(xiǎn)情的可能性;航天部門需要對(duì)飛行器傳回的圖像進(jìn)行處理才能得到更多更清晰的細(xì)節(jié);醫(yī)療部門的CT診斷技術(shù)采用圖像重建技術(shù)，獲得人體各部位的重建圖像，而對(duì)X射線圖像的處理能突出病變區(qū)域的顯示效果，讓醫(yī)生得以準(zhǔn)確地判斷病變區(qū)域;在安檢領(lǐng)域，對(duì)阿爾法射線照射圖像的處理，使得包裹內(nèi)物品的形狀和層次更加清晰，利于判斷物品類型。
現(xiàn)在，數(shù)字圖像處理技術(shù)和流行的技術(shù)相結(jié)合(如生物技術(shù)、人工智能、智能終端等)，以后將有更好的發(fā)展。數(shù)字圖像處理按照方式和目標(biāo)的不同大致分為以下幾類：一是提高圖像的視覺效果，如增加對(duì)比度，色彩變換，幾何變換等，本文主要討論的圖像增強(qiáng)就屬于這一方面;二是獲取圖像的特征信息，以滿足匹配的需要，如獲取邊緣信息，顏色特征，紋理特征等;三是圖像的壓縮編碼方面，這是為了減小圖像的大小同時(shí)一定程度上保證圖像質(zhì)量，使得傳送更為容易。從具體方法來看，數(shù)字圖像處理常用方法有圖像變換，圖像分割，圖像配準(zhǔn)，圖像增強(qiáng)，圖像特征提取等。圖像增強(qiáng)，指的是在一定的處理背景下(如整體偏暗，對(duì)比度不足等)，提升圖像上用戶感興趣的部分，同時(shí)抑制甚至去除不感興趣的部分，提升圖像區(qū)域之間的差異，以突出某些部分的特征的過程。它的目的是提高圖像中有用信息的顯示效果，使圖像更利于機(jī)器識(shí)別和視覺觀察，達(dá)到特定的分析目標(biāo)。圖像增強(qiáng)是整個(gè)處理過程中非常關(guān)鍵的一環(huán)，在這個(gè)步驟序列中起著承上啟下的作用。
很多情況下，設(shè)備采集到的圖像不能直接滿足特定的分析需求，需要采用一些圖像增強(qiáng)方法對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，處理后的圖像再交給業(yè)務(wù)處理部分。例如，醫(yī)療中X射線照射生成的圖像可能因?yàn)閷?duì)比度不足而難以識(shí)別，可以先進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，再用其他算法標(biāo)注可能的病灶區(qū)域，可以提高診斷準(zhǔn)確性。圖像增強(qiáng)的主要目的在于兩點(diǎn)：一是提升視覺效果，使圖像更清晰，人眼觀察時(shí)更容易獲取需要關(guān)注的區(qū)域;二是使圖像的呈現(xiàn)形式更容易被機(jī)器處理，通過機(jī)器解析出人們想要的信息。例如，軍事偵查衛(wèi)星得到的遙感圖像可能經(jīng)過了偽裝處理，其中的重要建筑，車輛等混為一體，不易分清，進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理可以突出諸如機(jī)場、橋梁、車輛等元素，再對(duì)不同時(shí)段的遙感圖像對(duì)比處理，能夠更正確完整地觀察對(duì)方部署的變動(dòng)情況。圖像增強(qiáng)在技術(shù)的選取上并不是一勞永逸的，不同的方法有不同的使用情況。
二、研究目的和意義
本文將闡述圖像增強(qiáng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和一些典型的算法，并提出自己的改進(jìn)后的方法。本文所做研宄的項(xiàng)目來源為十一五國家科技支撐平臺(tái)重點(diǎn)項(xiàng)目課題：便攜智能閱讀器和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61371142):基于逆向工程的扭曲文檔圖像校正技術(shù)研宄。前一個(gè)項(xiàng)目的產(chǎn)品智能閱讀器是本課題的研宄平臺(tái)，該產(chǎn)品是一款基于文字識(shí)別的有聲電子閱讀產(chǎn)品，主要通過拍照方式獲取印刷文字信息，經(jīng)OCR識(shí)別后轉(zhuǎn)換為語音后輸出。是為盲人及弱視等人群閱讀普通書籍所準(zhǔn)備的視聽轉(zhuǎn)換工具。借助該產(chǎn)品，盲人可閱讀紙質(zhì)書籍雜志、菜單、說明書等。
圖像增強(qiáng)是閱讀器處理過程中的重要步驟，包括了灰度增強(qiáng)和位置增強(qiáng)，目的是提高圖像的人眼視覺效果和機(jī)器處理精確度。后一個(gè)項(xiàng)目是前一個(gè)的延伸，這個(gè)項(xiàng)目通過基于模型的、基于連通域的或基于3D的等各種方法，來實(shí)現(xiàn)扭曲文本的校正工作，以達(dá)到位置增強(qiáng)的目的'。本課題從基于模型的思路出發(fā)，提出了一種新的拋物線數(shù)學(xué)模型，對(duì)文本線進(jìn)行遍歷，得到一系列文字的位置點(diǎn)，用位置點(diǎn)的坐標(biāo)結(jié)合模型擬合出文本線，根據(jù)文本線與水平線之間的差距進(jìn)行精確恢復(fù)，以得到水平分布的文本行。
三、本文研究涉及的主要理論
圖像處理經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，現(xiàn)在在技術(shù)基礎(chǔ)上己經(jīng)比較完備。圖像增強(qiáng)作為其中的重要部分，也在技術(shù)的更新?lián)Q代中不斷地推陳出新，產(chǎn)生新的方法。圖像增強(qiáng)方法于二十世紀(jì)六十年代為起步時(shí)期，它在美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室獲得第一次實(shí)用化。實(shí)驗(yàn)室人員對(duì)航天飛行器傳回的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行了一系列的增強(qiáng)處理，如灰度變換，幾何變換等，獲得了質(zhì)量優(yōu)良的月球表面圖像，圖像增強(qiáng)技術(shù)展示出了強(qiáng)大的應(yīng)用潛力"]。
此后，該技術(shù)又多次用于火星，土星等探測圖像的優(yōu)化工作，贏得了巨大的技術(shù)成功。七八十年代，圖像增強(qiáng)技術(shù)與其它領(lǐng)域結(jié)合，步入了快速發(fā)展時(shí)期。例如，這一時(shí)期，圖像增強(qiáng)技術(shù)用于指紋識(shí)別領(lǐng)域，通過提升指紋的生成效果和提取質(zhì)量，使指紋識(shí)別的準(zhǔn)確率得以保障，指紋識(shí)別因此成為實(shí)用化的技術(shù)。圖像增強(qiáng)也應(yīng)用于了醫(yī)療領(lǐng)域，一方面用在顯微鏡光學(xué)成像，對(duì)生成的影像進(jìn)行了大幅度的視覺優(yōu)化處理，可以對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)，細(xì)菌形狀，染色體形狀等進(jìn)行更細(xì)致的分析;另一方面，是用在X射線所產(chǎn)生圖像的處理上，同樣對(duì)影像效果有了大幅度的提升1990年代以后，圖像增強(qiáng)步入普及民用化時(shí)期。由于硬件技術(shù)的發(fā)展，電腦的處理速度快速增長，制造成本卻大致遵循著摩爾定律不斷下降。
圖像增強(qiáng)技術(shù)普遍應(yīng)用于生產(chǎn)的各個(gè)方面，針對(duì)于各行各業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的增強(qiáng)方法大大增加了。二十一世紀(jì)以后，圖像增強(qiáng)研宄的發(fā)展又有新的特點(diǎn)，其中包括大數(shù)據(jù)量，實(shí)時(shí)性，與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，用戶定制需求，與人工智能結(jié)合，與智能終端結(jié)合等。圖像增強(qiáng)的方法按照是否經(jīng)過變換可分為：空域增強(qiáng)和變換域增強(qiáng)。空域增強(qiáng)是以圖像各點(diǎn)的像素值為一般處理對(duì)象，通過對(duì)像素值的單獨(dú)的或鄰域的公式運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)提升顯示效果的目的，例如灰度變換就是按照公式對(duì)像素值進(jìn)行一一替換，直方圖均衡則按照均衡分布的準(zhǔn)則重新安排像素值;變換域增強(qiáng)則不是操作像素值本身，而是令其轉(zhuǎn)換到某一變換域后，根據(jù)其在變換域中的分布特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的操作，如傅立葉變換是轉(zhuǎn)換到頻率域上，小波變換是轉(zhuǎn)換到小波域上。轉(zhuǎn)換后的處理方式有同態(tài)濾波，帶阻濾波等還有其他一些較獨(dú)立的方法。如數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法，它是一種用來解析幾何形狀的方法，被應(yīng)用于圖像處理中。它包括一些特定的結(jié)構(gòu)元素，通過這些結(jié)構(gòu)元素對(duì)圖像進(jìn)行操作，可以提取圖像中的對(duì)應(yīng)形狀。這樣將形狀和背景分離開，分別加以強(qiáng)調(diào)和抑制處理，可以達(dá)到圖像的增強(qiáng)效果。
另外，圖像增強(qiáng)與其他領(lǐng)域的方法相結(jié)合，出現(xiàn)了很多新的處理方法，如與模擬神經(jīng)信號(hào)傳遞的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法相結(jié)合的新方法，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到一種非線性增強(qiáng)方式，對(duì)圖像進(jìn)行直接增強(qiáng)前面提到過，本文提出的方法是以智能閱讀器的產(chǎn)品為基礎(chǔ)的，產(chǎn)品組成如圖。這款產(chǎn)品包括了一個(gè)圖像采集器和一款配套的軟件，采集器通過USB線連接到電腦上，采集到的圖像經(jīng)過軟件的識(shí)別，生成電子文檔，再轉(zhuǎn)化為聲音信號(hào)播放出來，這樣實(shí)現(xiàn)文本圖像的可讀化。該機(jī)的便攜版是將軟件燒錄到閱讀器內(nèi)的單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)類似的處理過程，便攜式閱讀器通過電供電，省去了與電腦連接的過程。這款軟件的處理過程大致包括這幾個(gè)步驟：一是圖像采集;二是圖像預(yù)處理;三是文字識(shí)別;四是語音合成。圖像增強(qiáng)是預(yù)處理步驟屮的一個(gè)組成部分，一般來說，排在前面的步驟會(huì)影響后續(xù)處理的結(jié)果，這樣圖像增強(qiáng)對(duì)后面的二值化、版面分析都會(huì)有顯著影響，所以探究效果更好的增強(qiáng)算法是很有必要的。這種增強(qiáng)的效果既可以體現(xiàn)在圖像亮度的針對(duì)性提升或削弱，也可以是體現(xiàn)在圖像各點(diǎn)位置的調(diào)整和校正上，目的都是利于后續(xù)的分析步驟。
四、本文研究的主要內(nèi)容
灰度變換，直方圖均衡，中值濾波等方法是圖像增強(qiáng)中的典型方法，本文將在概念介紹后首先講解這些方法�；谛〔ㄗ儞Q的增強(qiáng)是本文著重探討的地方，包括了理論和具體方法。另外一部分就是作為視覺增強(qiáng)的幾何扭曲校正方法。本文以BMP格式圖片為基本圖片處理格式，對(duì)多種方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這種方法處理對(duì)比度不理想的圖像時(shí)，有良好的增強(qiáng)結(jié)果。全文共分五章，具體安排如下：
第一章緒論，介紹了圖像增強(qiáng)研究的出發(fā)點(diǎn)和本文的內(nèi)容安排。
第二章闡述圖像增強(qiáng)現(xiàn)在的發(fā)展?fàn)顩r，先是概要地闡述若干經(jīng)典的方法，如灰度變換，直方圖均衡等，然后介紹了現(xiàn)在己有的小波閾值化處理方法，在介紹這些方法的時(shí)候會(huì)注重?cái)?shù)學(xué)原理和實(shí)現(xiàn)方法的闡述。
第三章介紹了圖像增強(qiáng)的程序，包括程序?qū)崿F(xiàn)的功能和邏輯流程，然后介紹了程序的主要文件和功能函數(shù)，最后對(duì)部分核心代碼進(jìn)行了分析。
第四章闡述方法的過程。先是本文提出的基于自適應(yīng)閾值的小波增強(qiáng)方法，對(duì)閾值的選取進(jìn)行了細(xì)致的數(shù)學(xué)分析，然后介紹方法的實(shí)現(xiàn)過程。另外，位置增強(qiáng)的方法，具體指針對(duì)文本文檔的幾何扭曲狀況，提出一種快速的校正方法，使得圖像平直排布，提升了視覺效果。
第五章是實(shí)驗(yàn)工作，對(duì)新提出的圖像增強(qiáng)方法進(jìn)行了仿真，得到了直觀的圖像對(duì)比和客觀的數(shù)據(jù)表格，并根據(jù)一些評(píng)判參量對(duì)方法進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
第六章總結(jié)，概括講述本文所作出的研宄工作，分析現(xiàn)有工作的成果和不足之處，為下一步的研究工作做鋪塾。
五、寫作提綱
摘要 3-4
Abstract 4
第一章 緒論 7-10
1.1 選題背景 7-8
1.2 本文的內(nèi)容安排 8-10
第二章 研究現(xiàn)狀 10-21
2.1 增強(qiáng)理論簡介 11-17
2.1.1 灰度變換 12-15
2.1.2 直方圖均衡 15-17
2.2 小波變換增強(qiáng)的研究 17-21
2.2.1 閾值化的方法 17-19
2.2.2 與直方圖均衡結(jié)合 19-21
第三章 程序的基本架構(gòu) 21-27
3.1 程序簡介 21-24
3.1.1 程序框架 21-23
3.1.2 程序流程 23-24
3.2 主要文件和功能函數(shù) 24-25
3.3 部分核心代碼 25-27
第四章 增強(qiáng)方法的具體實(shí)現(xiàn) 27-41
4.1 小波變換簡介 27-32
4.1.1 連續(xù)小波變換 27-28
4.1.2 離散小波變換 28-29
4.1.3 多分辨分析與Mallat算法 29-32
4.2 基于自適應(yīng)閾值的增強(qiáng) 32-35
4.2.1 用于增強(qiáng)的閾值 32-34
4.2.2 用于降噪的閾值 34-35
4.2.3 方法流程 35
4.3 位置增強(qiáng)的扭曲校正方法 35-41
4.3.1 原理簡析 35-36
4.3.2 拋物線模型 36-38
4.3.3 類拋物線模型 38-39
4.3.4 方法實(shí)現(xiàn) 39-41
第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 41-48
5.1 基于自適應(yīng)閾值的增強(qiáng) 41-46
5.2 扭曲校正方法 46-48
第六章 總結(jié) 48-49
6.1 課題工作總結(jié) 48
6.2 展望 48-49
參考文獻(xiàn) 49-52
申請(qǐng)學(xué)位期間的研宄成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 52-53
致謝 53
六、目前已經(jīng)閱讀的主要文獻(xiàn)
[1] Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods, Steven L. Eddins.阮秋琦譯.數(shù)字圖像處理[M]. MATLAB版.北京：電子工業(yè)出版社，2012.
[2]張宏林.精通Visual C++數(shù)字圖像處理典型算法及實(shí)現(xiàn)[M].第二版.北京：人民郵電出版社，2008.
[3]祁燕，宋凱.基于小波多尺度的圖像增強(qiáng)新算法[J].微計(jì)算機(jī)信息，2010，26(10):133-134’ 142.
[4]鄭江云，江巨浪，黃忠.基于RGB灰度值縮放的彩色圖像增強(qiáng)[J].計(jì)算機(jī)工程，2012，38(2): 226-228.
[5]蔡利梅，錢建生，羅驅(qū)波，等.一種基于色彩保持的低照度圖像增強(qiáng)算法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2009，26(3) ： 226-227，243.
[6]楊永勇，林小竹，等.彩色圖像增強(qiáng)的幾種方法研宄比較[J].北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，14(3) ： 43-47.
[7]王學(xué)偉，王世立，李珂.基于偽中值濾波和小波變換的紅外圖像增強(qiáng)方法[J].激光與紅外，2013，43(1) ： 90-93.
[8]尹士暢，喻松林.基于小波變換和直方圖均衡的紅外圖像增強(qiáng)[J].激光與紅外，2013,43(2): 225-228.
[9]陳超.改進(jìn)單尺度Retinex算法在圖像增強(qiáng)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2013，30(4) ： 55-57，74.
[10]李小霞，李鋮果，鄒建華，等.一種新的低照度彩色圖像增強(qiáng)算法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研宄，28(9): 3554-3555，3558.
[11]王慧琴.小波分析與應(yīng)用[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2011.
[12] Albert Boggess, Francis J. Narcowich.荷國勝，康健譯.小波與傅里葉分析基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.
[13]尹紅然，俞浩，秦清鋒.一種基于Retinex理論的彩色圖像增強(qiáng)算法[J].電子科技，2012，25(3) ： 21-24.
[14]張瑞強(qiáng)，齊l通過點(diǎn)運(yùn)算進(jìn)行數(shù)字圖像處理[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2008, (4): 61-62.
[15]陳守剛.基于直方圖均衡化的彩色圖像增強(qiáng)研宄[J].重慶三峽學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，27(3):74-77.
[16]唐志航，黃哲，張東衡，等.基于尺度相關(guān)性的自適應(yīng)圖像增強(qiáng)新算法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2006, 26(9) ： 2084-2085, 2088.
[17]周旋，周樹道，黃峰，等.基于小波變換的圖像增強(qiáng)新算法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2005，25(3) ： 606-608.
[18]吳桑，彭良玉.基于小波變換的圖像增強(qiáng)新算法[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013, 36(4):89-91.
[19]王小明，方曉穎，劉錦高.復(fù)雜光照下的自適應(yīng)人臉圖像增強(qiáng)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2011，47(2) ： 15-18.
[20]熊秋菊，楊慕升.數(shù)字圖像中邊緣檢測算法的對(duì)比研究[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2009，(2): 43-44，47.
[21]劉茜，盧心紅，李象霖.基于多尺度Retinex的自適應(yīng)圖像增強(qiáng)方法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2009，29(8): 2077-2079.
[22] Xuli Zong, Andrew F. Laine, Edward A. Geiser. Speckle Reduction and ContrastEnhancement of Echocardiograms via Multiscale Nonlinear Processing [J]. IEEE TransMed Imaging, 1998, 17(4): 532-540.
[23] David L. Donoho, Iain M. Johnstone. Ideal spatial adaptation by waveletshrinkage [J]. Biometrika, 1994, 81(3): 425-455.
[24] Ching-Tang Hsieh, Eugene Lai, You-Chuang Wang. An effective algorithm forfingerprint image enhancement based on wavelet transform[J]. PatternRecogonition, 2003，32(2): 303-312.
[25]張德豐.Mat lab小波分析與工程應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.
[26]周偉.基于MATLAB的小波分析應(yīng)用[M].第二版.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2010.
[27]李冠章，羅武勝，李沛.基于人眼視覺特性的彩色圖像增強(qiáng)算法[J].光電工程，2009，36(11) ： 92-95.
[28].周密，李尊尊，耿國華.基于小波閾值的圖像去噪方法研宄[JL計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2008，18(5) ： 22-24.
[29]葉重元，黃永東.小波閾值去噪算法的新改進(jìn)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2011，47(12):141-145.
[30]呂慧顯，楊濱，李京.基于局部化自適應(yīng)閾值的小波圖像降噪[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，31(2): 118-122.
【計(jì)算機(jī)論文開題報(bào)告】相關(guān)文章：
2.關(guān)于計(jì)算機(jī)碩士論文開題報(bào)告
4.計(jì)算機(jī)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文開題報(bào)告