1、數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)黃愛(ài)民 安向京 駱力中國(guó)水利水電出版社新世紀(jì)電子信息與自動(dòng)化系列課程改革教材ISBN7-5084-2930-3第四章 Matlab圖像處理基礎(chǔ)數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)主要內(nèi)容MALTLAB概述MATLAB使用中需要注意的問(wèn)題MATLAB圖像處理工具箱MATLAB圖形接口（GUI）簡(jiǎn)介數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)4.1 Matlab概述1、MATLAB2、語(yǔ)言特點(diǎn)3、Matlab軟件構(gòu)成4、主要功能數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)4.1.1什么是Matlab美國(guó)新墨西哥大學(xué)Cleve. Moler博士，20世紀(jì)70年代后期，Linpack 和Eispic的接口程序 ，Linpack是解線性方

2、程的Fortran程序庫(kù)，Eispic是解特征值問(wèn)題的Fortran程序庫(kù) 。接口程序命名為MATLAB（即matrix和laboratory的前三個(gè)字母的組合，意思是“矩陣實(shí)驗(yàn)室”）。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)4.1.2MATLAB的特點(diǎn)界面友好，編程效率高語(yǔ)法規(guī)則更簡(jiǎn)單，編程特點(diǎn)更貼近人的思維，問(wèn)題的提出和解答只需要用數(shù)學(xué)方式表達(dá)和描述功能強(qiáng)大集成了數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、信號(hào)處理和圖形顯示等眾多的功能數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)4.1.3 Matlab系統(tǒng)的構(gòu)成主包、SIMULINK以及應(yīng)用程序構(gòu)成 Matlab系統(tǒng)（主包）包括五個(gè)部分Matlab語(yǔ)言Matlab工作環(huán)境MATLAB圖形處理系統(tǒng)Mat

3、lab數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)Matlab應(yīng)用程序接口數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)1、MATLAB語(yǔ)言一種高級(jí)矩陣語(yǔ)言帶有獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出、流程控制語(yǔ)句和函數(shù)，并且是面向?qū)ο蟮母呒?jí)語(yǔ)言。在工程計(jì)算方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)異性能。它集計(jì)算、數(shù)據(jù)可視化和程序設(shè)計(jì)于一體能將問(wèn)題和解決方案以用戶熟悉的數(shù)學(xué)符號(hào)表示出來(lái)數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)3、MATLAB圖形處理系統(tǒng)形處理系統(tǒng)提供圖形處理功能，用于工程計(jì)算結(jié)果的可視化。繪制二維圖形繪制三維圖形及交互式觀看定制圖形用戶界面數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)4、Matlab數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)既有求和、正余弦計(jì)算等簡(jiǎn)單函數(shù)，也有“線性代數(shù)”中常見(jiàn)的各種矩陣運(yùn)算、信號(hào)分析中的快速傅立葉變換等復(fù)雜

4、函數(shù)。MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)通過(guò)兩種方式提供給用戶：(1)內(nèi)部函數(shù)MATLAB內(nèi)部數(shù)學(xué)函數(shù)是一些簡(jiǎn)單的函數(shù)，直接內(nèi)置于MATLAB核心中，執(zhí)行效率較高。(2)以M文件的形式提供的函數(shù)這種形式便于MATLAB不斷增強(qiáng)功能，能夠運(yùn)用于越來(lái)越多的領(lǐng)域。執(zhí)行效率相對(duì)低數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)5、Matlab應(yīng)用程序接口（API）是一個(gè)讓MATLAB語(yǔ)言同C 、Fortran等其它高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行交互的函數(shù)庫(kù)，通過(guò)動(dòng)態(tài)連接來(lái)讀寫(xiě)MATLAB文件。（1）從MATLAB中調(diào)用C和Fortran程序；（2）從MATLAB中輸入和輸出數(shù)據(jù)；（3）在MATLAB和其它應(yīng)用程序間建立客戶/服務(wù)器關(guān)系數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)4

5、.2.1 Matlab的數(shù)據(jù)類型可運(yùn)算的數(shù)據(jù)只有兩種字符型（uint8），即為無(wú)符號(hào)數(shù)雙精度型存儲(chǔ)型只能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而不能參與數(shù)學(xué)運(yùn)算int8、uint8、int16、uint16、int32、uint32等，。在基本數(shù)據(jù)類型的基礎(chǔ)上，可以構(gòu)建單元數(shù)組和結(jié)構(gòu)。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)1、矩陣的生成用于乘法運(yùn)算的初始矩陣通常賦成“1”矩陣；用于加法運(yùn)算的初始矩陣，通常賦成“0”矩陣。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)0數(shù)組與矩陣X=zeros(3)X=0 0 0X=zeros(3,4)X=0 0 0 00 0 0 00 0 0 0數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)“1”矩陣或數(shù)組（2）1矩陣（矩陣或數(shù)組的所有元素為1）的生

6、成：A=ones(n)， 生成一個(gè)n個(gè)元素均為1的行矢量A；A=ones(m,n)， 生成一個(gè)m行n列的元素均為1的矩陣A，或用A=ones(m n)；A=ones(d1,d2,d3,) 返回一個(gè)維數(shù)為d1d2d3的所有元素為1的數(shù)組，或用A=ones(d1 d2 d3 )；A=ones(size(B)， 生成一個(gè)全1的矩陣A，它的尺寸與另一個(gè)矩陣B一致。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)1矩陣與數(shù)組A=ones(3,3,2)A(:，:，1)=1 1 11 1 11 1 1A(:，:，2)=1 1 11 1 11 1 1數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2.5.3.3 Matlab的圖像處理功能1、支持多種類型的圖像

7、文件以及各種類型文件的互相轉(zhuǎn)換2、多種圖像空間表示3、多種數(shù)字圖像文件4、方便的數(shù)字圖像輸入/輸出5、提供圖像的矩陣表示及正交變換6、圖像增強(qiáng)7、濾波器設(shè)計(jì)8、二值圖像分析數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)1、支持多種類型的圖像文件及各種類型文件的轉(zhuǎn)換支持四種基本圖像類型 ：索引圖像：圖像矩陣與顏色圖數(shù)組 ， ColormapR G B 灰度圖像 ：double，值域 0，1； uint8類型，值域 0，255 二進(jìn)制圖像:(0,1)RGB圖像 ：圖像數(shù)組為mn3，m，n表示圖像象素的行列數(shù) 與時(shí)間有關(guān)的圖像序列 ：幀 , mn3f，m，n表示圖像象素的行列數(shù)，f表示幀數(shù) , cat( ) 數(shù)字圖像處理與

8、分析基礎(chǔ)提供三種顏色空間的轉(zhuǎn)換以及四種圖像類型的轉(zhuǎn)換 HSV值與RGB顏色空間的相互轉(zhuǎn)換：hsv2rgb()，rgb2hsv()NTSC值與RGB顏色空間相互轉(zhuǎn)換：ntsc2rgb()，rgb2ntsc() 灰度圖像與索引圖像的相互轉(zhuǎn)換：gray2ind()，ind2gray() RGB圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像：rgb2gray() RGB圖像與索引圖像相互轉(zhuǎn)換 ：rgb2ind()，ind2rgb() 將圖像轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制圖像 ：im2bw() 從灰度圖像產(chǎn)生索引圖像：grayslice( ) 判斷圖像類型函數(shù) ：isbw()，isrgb()，isind()，isgray() 矩陣轉(zhuǎn)換為灰度圖像函數(shù)

9、：mat2gray() 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)3、方便的圖像顯示顏色條顯示：colorbar( ) 從軸上獲取圖像數(shù)據(jù)函數(shù)：getimage( )顯示圖像：image( )、subimage( ) 、imshow( ) 調(diào)整數(shù)據(jù)并顯示成圖像函數(shù)：imagesc( ) 從多幀索引圖像中制作電影：immovie( ) 調(diào)整圖像顯示大小：truesize( ) 顯示圖像為紋理表面：warp( ) 二維圖像放大或縮小命令：zoom( )數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)4、圖像的矩陣表示及正交變換 圖像的矩陣表示和向量表示 ：數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)5、圖像增強(qiáng) （1）增強(qiáng)圖像的對(duì)比度，改善視覺(jué)效果的算法：imad

10、just( ) 、brighten( ) 、histeq( ) （2）去除圖像噪聲的平滑濾波算法：imnoise( ) 、medfilt2( ) 、ordfilt2( ) 、wiener2() （3） 增強(qiáng)圖像邊緣的銳化算法；（4）提供了與圖像處理有關(guān)的二維線性濾波器及其設(shè)計(jì)方法 ：conv2( ) 、convmtx2( ) 、convn( ) 、filter( ) 、fspecial( ) 、freqspace( ) 、freqz2( ) 、fsamp2( ) 、ftrans2( ) 、fwind1( ) 、fwind2( )數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)6、數(shù)字圖像操作與分析(1/3) (1)二進(jìn)

11、制圖像操作 :構(gòu)造查找表：makelut（） 使用查找表進(jìn)行鄰域操作：applylut（） 計(jì)算二進(jìn)制圖像中的物體區(qū)域：bwarea() 計(jì)算二進(jìn)制圖像的Euler數(shù)：bweuler() 二進(jìn)制圖像的背景區(qū)域填充：bwfill() 標(biāo)志二進(jìn)制圖像中的相連成分：bwlabel() 二進(jìn)制圖像形態(tài)運(yùn)算 ：bwmorph ()二進(jìn)制圖像腐蝕：erode() 二進(jìn)制圖像膨脹：dilate() 確定二進(jìn)制圖像中的物體二進(jìn)制圖像擴(kuò)大：bwselect( ) 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)6、數(shù)字圖像操作與分析(2/3)(2)顏色圖操作 使顏色圖變成更亮或更暗的圖: brighten()重新排列顏色圖中的顏色: c

12、mpermute()尋找符合圖像的獨(dú)特的顏色圖的顏色: cmunique()設(shè)置或獲取顏色查找表: colormap()由較少顏色的圖像近似索引圖像: imapprox()(3)圖像鄰域及塊操作 選擇塊處理的塊大小: bestblk() 對(duì)圖像實(shí)施不同的塊處理: blkproc() 重新安排矩陣列到圖像塊: col2im() 使用列方向函數(shù)執(zhí)行鄰域運(yùn)算；colfilt() 重新安排圖像塊到矩陣列： im2col() 進(jìn)行一般鄰域運(yùn)算： nfilter() 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)6、數(shù)字圖像操作與分析(3/3)(4)基于區(qū)域圖像處理 依據(jù)顏色選擇要處理的區(qū)域roicolor() 在任意區(qū)域內(nèi)平滑插值roifill() 對(duì)一特殊區(qū)域