2009年第12期
福建电脑
（下转第131页
）基于
Matlab的图像去噪算法的研究与实现
胡鹏
1，徐会艳2
(1、淮安信息职业技术学院江苏淮安2230032.淮阴师范学院江苏淮安223300)
【摘要
】：简要介绍了Matlab软件
，以及中值滤波和小波变换等图像去噪方法
，并用这些方法对指尖图像进行去噪
，根
据实验结果比较了各去噪方法的优劣
。
【关键词
】：图像;去噪;matlab
1
、引言
20世纪20年代
，图像处理首次得到应用
。上个世纪60年
代中期
，随着计算机科学的发展和计算机的普及图像处理得到
广泛的应用
。60年代末
，图像处理技术不断完善
，逐渐成为一个
新兴的学科
。早期的图像处理的目的是改善图像的质量
，它以人
为对象
，以改善人的视觉效果为目的
。图像处理中
，输入的是质
量低的图像
，输出的是改善质量后的图像
，常用的图像处理方法
有图像增强
、复原
、编码
、压缩等
。
光学相干层析成像(OCT)是近些年来发展较快的一种层析
成像技术
。因为其对生物组织无辐射损伤
、具有微米级的分辨
率
、高探测灵敏度和越来越快的扫描速率等优点,在医学诊断病
变组织方面
，尤其是对生物组织活体检测具有诱人的应用前景
。
因此其成像的质量就显得尤为重要
，然而实际图像在采集
、获取
以及传输的过程中
，会受到噪声的污染
，成为影响视觉观察的含
噪图像
。由于噪声干扰的存在
，这些生理信号可能失真
，甚至面
目全非
，这给医学诊断带来了难度
。因此
，就必须对含噪图像进
行处理
，改善图像质量
，最大程度上显现信号本身的特点
。
为了改善图像质量
，从图像中提取有效信息
，必须对图像进
行去噪预处理
。根据噪声的频谱分布的规律和统计特征以及图
像的特点
，出现了多种多样的去噪方法
。经典去噪方法有
：空间
域合成法
、频域合成法和最优线性合成法[1-5]等
，与之相适应的出
现了许多应用方法
，如均值滤波器
、中值滤波器[6,7]、低通滤波器
、
维纳滤波器
、最小失真法[8]等
。这些方法广泛应用
，促进数字信号
处理的极大发展
，显著提高了图像质量
。近年来
，小波变换去除
噪声的方法得到广泛的应用
，与传统的去噪方法相比
，它利用的
是非线性域值
，在时间域和频率域同时具有良好的局部化性质,
而且时窗和频窗的宽度可以调节,对高频成分采用逐渐精细的
时域或空域取样步长,从而可以聚焦到对象的任意细节
。因此可
以提高散斑高散射特性的噪声对比度
，很好的消除散斑噪声
。小
波变换去除噪声的方法在不断地发展
，去噪方法很多
，如
：Mallat
算法强制去噪
、非线性小波变换阈值法去噪
、小波变换模极大值
去噪及基于小波变换域的尺度相关性去噪法等
。
2
、相关知识
2.1中值滤波
在图像滤波中
，常用的方法是线性滤波技术和非线性滤波
技术
。线性滤波以其完美的理论基础
、数学处理简单
、易于采用
FFT和硬件实现等优点
，一直在图像滤波领域中占有重要的地
位
。线性滤波对加性高斯噪声有较好的平滑作用
，但对脉冲信号
和其它形式的高频分量抑制效果较差
，且模糊信号边缘
。而在本
系统中
，已经将信号调制到高频频段
，因此去除高频噪声尤为重
要
。
非线性滤波是基于对输入信号序列的一种非线性投影关
系
，常把某一特定的噪声近似为零而保留信号的重要特征
，一定
程度上克服线性滤波器的不足
。非线性滤波早期运用较多的是
中值滤波器
，其应用于多维信号处理时
，对窄脉冲信号具有良好
的抑制能力
，但中值滤波器对中拖尾
（如均匀分布噪声
）和短拖
尾分布噪声
（如高斯噪声
）时
，滤波性能较差
，且拖尾越短
，其滤
波能力越差
。中值滤波是一种典型的低通滤波器[9,10]，属于非线性滤波技术
，它
的目的是保护图像边缘的同时去除噪声
。所谓中值滤波
，是指把
以某点(x,y)为中心的小窗口内的所有象素的灰度按从大到小的
顺序排列
，若窗口中的象素为奇数个
，则将中间值作为(x,y)处的
灰度值
，若窗口中的象素为偶数个
，则取两个中间值的平均值作
为(x,y)处的灰度值
。中值滤波对去除椒盐噪声很有效
。中值滤波
器的缺点是对所有象素点采用一致的处理
，在滤除噪声的同时
有可能改变真正象素点的值
，引入误差
，损坏图像的边缘和细
节
，该算法对高斯噪声和均匀分布噪声就束手无策
。
2.2小波变换
在早期的多尺度信号处理工作中
，人们已经注意到信号与
噪声在不同尺度有着不同的表现
，并试图有效地利用这些特征
，
小波变换的出现为这一思想提供了自然而完美的工具
，随着小
波理论的成熟和完善,使信号与图像的多尺度处理技术得到了
迅速发展
。尤其是在图像去噪方面产生了许多简单有效的算法
。
传统的信号分析方法[11-12]是傅立叶
（Fourier
）分析
，但它不能
把时域分析和频域分析结合起来
，缺乏信号的局部化分析能力
。
短时傅立叶变换虽然具有局部化分析能力
，但是一旦窗函数选
定以后
，其分辨率是一定的
，比较适合分析平稳信号
，而不适合
分析非平稳信号
。小波分析是在传统傅立叶分析和短时傅立叶
分析的基础上产生的
，不但具有局部化时频分析能力
，而且时间
分辨率和频率分辨率均可以调整
，非常适合分析非平稳信号
，即
在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率
，在高
频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率
，所以被誉
为数学显微镜
。正是这种特性
，使小波变换具有对信号的自适应
性
。
2.3Matlab图像处理
Matlab是一种面向科学与工程计算的高级语言
，它比For-
tran
、C等语言更接近书写计算公式的思维方式
，并允许用数学
形式的语言来编程
。Matlab语法简单
，编程效率高
，易学易懂
。
Matlab是MathWorks公司所有产品的数值分析和图形基础
环境[13]。它将2维和3维图形以及Matlab语言编程集成到一个
单一的
、易学易用的环境中
，是一个很好的图像处理工具
。
本文使用Matlab7.0对指尖图像进行去噪处理
。并已在系统
中将信号调制到高频
，以降低低频和直流噪声的干扰
。
3
、实验结果与分析
图1
指尖图像去噪结果1292009年第12期
福建电脑
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第129页
）
实验分别采用中值滤波
、低通滤波
、小波变换等对人体的指
尖图像进行去噪处理
，并比较这些方法在OCT图像中去噪和平
滑的效果
。实验结果如图1所示
。
通过比较
，可以看出中值滤波对于本实验图像处理效果不
好
；低通滤波使得图像对比度明显增强
，但图像细节提取没有二
维离散小波变换效果明显
。通过对实验结果的分析
，本系统的实
验图像处理应用小波变换优于其他去噪方法
。
4
、结束语
本文使用Matlab软件
，采用中值滤波
、低通滤波
、小波变换
等对人体的指尖图像进行去噪处理
，并比较了它们在图像去噪
中的应用效果
。通过分析得知利用小波变换对图像进行去噪在
本实验中效果最佳
。
参考文献
：
1.TearneyGJ,BoppartSA,etal.Scanningsingle2-modefiberroptic
catheterendoscopeforopticalcoherencetomography.OptLett,1996,21(7)
543～545
2.JianyuL,JiqiC,CameronbBD.Lowsidelobelimiteddiffractionoptical
coherencetomography.ProceedingsofSPIE,2002,4619:300～311
3.SchmittJM,XiangSH,YungKM.Speckleinopticalcoherencetomogra-
phy.BiomedOpt,1999,4:95～1054.MichaelP,ErichG,RainerL,etal.SpeckleReductioninOpticalCoher-
enceTomographybyFrequencyCompounding.Bio2Photonics,2003
5.HitzenbergerCK,BaumgartnerA,FercherAF.Dispersioninducedmulti-
plesignalpeaksplittinginpartialcoherenceinterferometry.OpticsCom-
munications,1998,154:179～185
6.韩晓微,等.一种基于脉冲噪声检测的图像均值滤波方法[J].计算机工程
与应用,2004,40(27):102-104
7.VladimirCrnojevic,VojinSenk,ZeljenTrpovski.Advancedimpulsedetec-
tionbasedonpixel-wiseMAD[J].IEEESignalProcessingLetter,2004,11(7):
589-592
8.KaiY,JiL,LeiW,etal.HowtooptimizeOCTimage.OpticsExpress,
2001,9(1):24～35
9.ENGHL,MAKK.Noiseadaptivesoft-swithingmedianfilter[J].IEEE
TransonSignalProc,1997,45(11):2774-2786
10.张宏科,阮秋琦,袁宗保.广义中值滤波理论及性质的研究.通信学报,
1996，17(2):81-85
11.S.Mallat.AWaveletTourofSignalProcessing,杨力华等译,北京:机械工
业出版社,2003
12.孙延奎,小波分析及其有用,北京:机械工业出版社
，2005
13.张德丰等.MATLAB数字图像处理[M].北京
：机械工业出版社
，2009.在考试结束时
，学生自己通过"操作题试卷提交"程序提交
试卷,其界面如图2所示
，输入自己的学号和姓名及要上传的打
包文件
，为了学生输入上的方便
，当选择学号将自动配对出姓
名
，或选择姓名将自动配对出学号
，同时选择的上传文件可通过
对文件名的拖动来实现
，最后点击"交卷"按钮,若成功的提交试
卷
，方可离开考场
。
为了保证上传文件的正确性
，当上传文件后还要读取服务
器端的文件长度
，如果与本机的文件长度一致
，表示上传文件成
功
。上传文件与读取服务器端的文件长度也是由"操作题试卷提
交"程序自动生成批处理文件并执行来完成的
。其批命令如下
：
ftp-A
这里的-A参数表示匿名登陆到FTP服务器端
。当使用ftp
命令登陆哪个服务器
，上传哪个文件是由ftpftp.txt文件内容决
定的
。如下是此文件的内容:
REM连接FTP服务器端
open192.168.0.221
REM设置二进制工作模式
Binary
REM上传辅助文件
，预防作弊
put"00-14-78-44-1C-17-220087109303林金.txt"
REM上传试题文件
put"C:\学号姓名.rar""220087109303林金00-14-78-44-
1C-17.rar"
REM列出上传文件
，判断上传是否成功
dir"00-14-78-44-1C-17-220087109303林金.txt"
dir"220087109303林张晓00-14-78-44-1C-17.txt"
不同的FTP服务器
，不同的学生
，此文件的内容有所不同
。
最后执行结果保存在ftpresult.txt文件中
，C#程序将根据此结果
文件判别是否已正确地上传文件
。
通常情况下
，一台电脑只能传送一个学生的试卷
。为了杜绝
一台电脑提交多份试卷
，在上传文件时
，再生成另一个辅助文
件
，此文件名格式为"MAC学号姓名.TXT"
。这里的MAC为网卡
的物理地址
。因网卡物理地址是唯一的
，因此生成的所有辅助文
件同一个物理地址只能出现一次
。若对所有学生上传的辅助文
件"MAC学号姓名.TXT"进行排序
，当辅助文件有两个同样的物
理地址且学号姓名不一致时
，则表示在同一台电脑上上传两个
学生的试卷
，根据文件名的创建时间先后
，一般可推测后传试卷
的学生有可能为抄袭
。打开资源管理器
，如图3所示
，教师可在FTP登陆目录下
，点击"名称"
，将对提交的文件名称进行排序
，
如果有两个文件名称的MAC值是一样的
，如向下面的两个辅助
文件"00-0C-29-1D-BA-99-220087109311林金.txt"和"00-
0C-29-1D-BA-99-220087109327黄玲.txt",其MAC值都是00-
0C-29-1D-BA-99
，基本上可确定这两个同学互相抄袭
，在根据
文件的修改日期
，可确定是黄玲抄袭林金同学
（通常情况下
，后
交的抄袭先交的
），如果两个文件的修改时间一样
，则可通过文
件的属性查看其修改时间(此时间精确到秒值)
。
图3根据已上传文件判别是否有问题
2.4FTP服务器端设置
为了避免FTP客户端登陆时输入用户名和口令
，设置FTP
服务器端为允许匿名登陆
。同时预防学生手工通过FTP协议读
取其他学生提交的试卷
，在FTP服务器端应设置FTP客户端登
陆时只有写文件和列目录文件权限
，而没有读和更改文件权限
。
具体设置步骤要根据FTP服务器端程序
，不同的FTP服务器端
程序
，其设置步骤可能不同
。
3．结语
通过以上针对操作题命题考试方式解决和在实际考试过程
中的应用
，取得了较好的效果
。不但锻炼学生实践操作能力
，又
预防考试过程中出现的各种舞弊现象
，而且也减轻了教师的工
作量
。
参考文献
：
1.高职教育教学改革初探[Z].http://www.zlunwen.com/education/peda-
gogy/16738.htm
2.VisualC#.NET开发实践[M].北京:人民邮电出版社
,2001.8131