利用matlab進(jìn)行圖像處理

1、利用MATLAB進(jìn)行簡(jiǎn)單的圖像處理 摘要：針對(duì)在大二上學(xué)期所學(xué)科目MATLAB實(shí)用教程（第3版）中沒(méi)有明確指出我們可以利用MATLAB進(jìn)行圖像處理的的情況，在翻閱大量關(guān)于MATLAB圖像處理的書(shū)籍后，作此論文介紹關(guān)于MATLAB在圖像處理的應(yīng)用關(guān)鍵詞：MATLAB，圖像處理，應(yīng)用(一)相關(guān)知識(shí)1、關(guān)于MATLAB圖像處理的相關(guān)介紹MATLAB是Matrix Laboratory的縮寫(xiě),它既表示一種交互式的數(shù)值計(jì)算軟件,又表示一門(mén)高級(jí)科學(xué)計(jì)算語(yǔ)言，是MathWorks公司的商業(yè)軟件。從1984年推出至今,經(jīng)過(guò)不斷的完善與發(fā)展,已成為覆蓋多個(gè)學(xué)科的國(guó)際公認(rèn)優(yōu)秀的數(shù)值計(jì)算仿真軟件。許多復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題

2、只需短短幾行代碼就能在MATLAB中實(shí)現(xiàn)。作為一個(gè)跨平臺(tái)軟件,MATLAB已推出 Unix, Windows,和 Mac等十多個(gè)操作系統(tǒng)的版本,大大方便了在不同操作系統(tǒng)平臺(tái)下的研究工作,目前最新版的Matlab是Matlab2014它秉承以往版本的優(yōu)點(diǎn)并且人機(jī)界面友好,非常容易使用1。 MATLAB語(yǔ)法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有高質(zhì)量的圖形可視化效果和強(qiáng)大的界面設(shè)計(jì)能力，因而在數(shù)字圖像處理中有著其他語(yǔ)言所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，已成為近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外處理圖像使用最為廣泛的優(yōu)秀科技軟件之一。在本論文中介紹的是數(shù)字圖像的處理，它具有精度高、處理方便、重復(fù)性好的特點(diǎn)2、MATLAB支持的幾種圖像文件格式：JPEG:一種稱(chēng)

3、為聯(lián)合圖像專(zhuān)家組的圖像壓縮格式。 BMP：有1位、4位、8位、24位非壓縮圖像，8位RLE的圖像。文件內(nèi)容包括文件頭（一個(gè)BITMAP FILEHEADER數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）、位圖信息數(shù)據(jù)塊（位圖信息頭BITMAP INFOHEADER和一個(gè)顏色表）和圖像數(shù)據(jù)。PCX：可處理1位、4位、8位、16位、24位等圖像數(shù)據(jù)。文件內(nèi)容包括文件頭、圖像數(shù)據(jù)和擴(kuò)展色圖數(shù)據(jù)。TIFF：處理1位、4位、8位、24位非壓縮圖像，1位、4位、8位、24位packbit壓縮圖像，1位CCITT壓縮圖像等。文件內(nèi)容包括文件頭、參數(shù)指針表與參數(shù)域、參數(shù)數(shù)據(jù)表和圖像數(shù)據(jù)四部分。PNG：包括1位、2位、4位、8位和16位灰度圖像，

4、8位和16位索引圖像，24位和48位真彩色圖像。GIF：任何1位到8位的可交換的圖像。HDF：有8位、24位光柵圖像數(shù)據(jù)集。ICO：有1位、4位、8位非壓縮圖像。CUR：有1位、4位、8位非壓縮圖像。XWD：包括1位、8位Zpixmaps，XYBitmaps，XYPixmmmaps。RAS：有1位bitmap、8位索引、24位真彩色和帶有透明度的32位真彩色。PBM。PGM。PPM。 3、MATLAB支持的圖像類(lèi)型：(1) 二值圖像圖像為m*n的整數(shù)矩陣，元素值范圍0，1(uint8） 圖像為m*n的整數(shù)矩陣，元素值范圍0，1(uint16）(2) 索引圖像圖像為m*n的整數(shù)矩陣，元素范圍為0

5、，p(uint8）圖像為m*n的整數(shù)矩陣，元素范圍為0，p(uint16）(3) 灰度圖像圖像為m*n的浮點(diǎn)數(shù)矩陣，元素值范圍0，p(uint8）圖像為m*n的整數(shù)矩陣，元素值范圍0，255或0，65535(uint16）(4) RGB圖像圖像為m*n*3的浮點(diǎn)數(shù)矩陣，元素值范圍0，1(uint8）圖像為m*n*3的整數(shù)矩陣，元素值范圍0，255或0，65535(uint16）(5) 多幀圖像陣列多幀圖像陣列是由多幀圖像組成，每一幀圖像可以為前四種圖像中的一種，但組成一個(gè)多幀圖像的陣列必須為同一種。Cat函數(shù)可以將具有先買(mǎi)個(gè)桶尺寸的幾個(gè)獨(dú)立圖像存成多幀文件。對(duì)于多幀圖像也可以從中提取單幀。2(

6、2) 用MATLAB對(duì)圖像進(jìn)行處理1、 MATLAB圖像處理入門(mén)實(shí)例在MATLAB中，用于圖像文件信息查詢(xún)的函數(shù)是imfino，其調(diào)用格式如下：格式調(diào)用說(shuō)明info=info(filemant)filename是文件名info=info(filename,fileformat）fileformat是文件格式由于該函數(shù)獲取的信息依賴(lài)與文件類(lèi)型的不同而不同，但至少包含以下內(nèi)容：l 文件名l FileModData：文件最后的修改時(shí)間l FileSize：文件大小，單位字節(jié)l Format：文件格式l FormateVersion：文件格式的版本號(hào)l Width：圖像的寬度，單位為像素l Heigh

7、t：圖像的高度，單位為像素l BitDepth：圖像的位深l ColorType：圖像的類(lèi)型如，用imfinfo函數(shù)，查詢(xún)圖像a.bmp的信息info = Filename: 'I:Matlab論文a.bmp' FileModDate: '28-Nov-2014 17:50:18' FileSize: 2716054 Format: 'bmp' FormatVersion: 'Version 3 (Microsoft Windows 3.x)' Width: 905 Height: 1000 BitDepth: 24 ColorT

8、ype: 'truecolor' FormatSignature: 'BM' NumColormapEntries: 0 Colormap: RedMask: GreenMask: BlueMask: ImageDataOffset: 54 BitmapHeaderSize: 40 NumPlanes: 1 CompressionType: 'none' BitmapSize: 2716000 HorzResolution: 2835 VertResolution: 2835 NumColorsUsed: 0 NumImportantColors

9、: 02、 圖像文件的讀取MATLAB利用函數(shù)imread來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像文件的讀取操作，該函數(shù)調(diào)用格式如下表調(diào)用格式說(shuō)明A=imread（filename,filemat)filename是文件名，fileformat為文件格式，返回A為圖像數(shù)據(jù)矩陣A,map=imread(filename,filemat)map為圖像的顏色表，其他參數(shù)同上=imread（filename）同上=imread（，idx）只適用與*.tif格式=imread（，rcf）只適用于*.HDF格式通常情況下，通過(guò)imread函數(shù)讀取的大多數(shù)圖像都是8位的，當(dāng)把這些圖像加載到內(nèi)存中時(shí)，MATLAB就將其儲(chǔ)存在uint8中此

10、外，MATLAB還支持16位PNG和TIFF圖像，當(dāng)用戶(hù)讀取這類(lèi)圖像時(shí)，MATLAB就將其儲(chǔ)存在類(lèi)uint16中，而對(duì)于索引圖像來(lái)說(shuō)，即使圖像矩陣本身是uitn8或uint16的，imread函數(shù)仍將顏色映射表讀取并存儲(chǔ)在雙精度浮點(diǎn)類(lèi)型的矩陣中3、 常見(jiàn)的圖像文件的顯示1 用戶(hù)可以調(diào)用imshow函數(shù)來(lái)顯示一幅圖像調(diào)用格式說(shuō)明imshow(I,n)I為要顯示的圖像的數(shù)據(jù)矩陣，n為整數(shù)，代表所要顯示的圖像的灰度等級(jí)，默認(rèn)為256imshow(I,low，high)low，high為圖像的值域，但要注意，在很多情況下經(jīng)處理的圖像數(shù)據(jù)的值域都會(huì)發(fā)生變化imshow(BW)BW為要顯示的二值圖像ims

11、how(X,map)X代表索引圖像的數(shù)據(jù)矩陣，map為其顏色映射表imshow(RGB)RGB為真彩色圖像的m*n*3的數(shù)據(jù)陣列Imshow filename通過(guò)文件名filename直接顯示圖像另外還可以利用colorbar函數(shù)將顏色條添加到坐標(biāo)軸中和利用montage函數(shù)同時(shí)顯示多幀圖像陣列還可以利用immove函數(shù)，從多幀圖像中創(chuàng)建MATLAB電影例如：用imshow函數(shù)顯示b.bmp圖像4、 圖像文件的保存MATLAB中利用函數(shù)imwrite來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像文件的保存操作，該函數(shù)調(diào)用格式如下調(diào)用格式說(shuō)明imwrite(A,filename,fileformat)A是要保存的圖像矩陣，file

12、name是文件名，fileformat是文件格式imwrite（X，map，filename，fileformat）X代表索引圖像的數(shù)據(jù)矩陣，map為顏色映射表imwrite（，filename）同上imwrite（，Parameter，Value，）Parameter和Value用于控制HDF，JPEG，TIFF等圖像文件的輸出特性如下例：讀取b圖像，對(duì)原始圖像執(zhí)行取反操作，顯示原始圖像和結(jié)果圖像，并將取反后的圖像保存為c1（3） 圖像運(yùn)算1、 圖像的點(diǎn)運(yùn)算1 點(diǎn)運(yùn)算的定義對(duì)于一幅輸入圖像，若輸出圖像的每個(gè)點(diǎn)的灰度值由輸入像素點(diǎn)決定，那么這樣的圖像變換稱(chēng)為圖像的點(diǎn)運(yùn)算，也就是該點(diǎn)像素灰度的輸

13、出值僅是本身灰度的單一函數(shù)。點(diǎn)運(yùn)算的結(jié)果由灰度變換函數(shù)確定，如下式所示B(x，y)=fA(x，y)注意：與局部運(yùn)算的差別：輸入像素與輸出像素一一對(duì)應(yīng) 與幾何運(yùn)算的差別：不改變圖像的空間關(guān)系 又稱(chēng)為對(duì)比度增強(qiáng)，對(duì)比度拉伸或灰度變換2 點(diǎn)運(yùn)算的種類(lèi)線(xiàn)性點(diǎn)運(yùn)算:非線(xiàn)性點(diǎn)運(yùn)算：其中>0作用是把圖像中間灰度的對(duì)比度拉大，兩端（高亮和過(guò)暗區(qū)）則變化很?。欢c上式作用效果相反實(shí)例如下：a. 對(duì)原始a圖像進(jìn)行上述現(xiàn)行變換（分別保存為d1，d2，d3，d4，d5）b. 用函數(shù)對(duì)b圖像進(jìn)行非線(xiàn)性變換（分別保存為e1，e2，e3）點(diǎn)運(yùn)算和直方圖1) a圖像的直方圖變化情況（分別保存為f1，f2）實(shí)驗(yàn)如下：2)

14、直方圖均衡化直方圖的均衡化可有histeq函數(shù)和adapthistep函數(shù)完成，它們的調(diào)用格式如下表：調(diào)用格式說(shuō)明histeqB=histeq(A)對(duì)A圖像進(jìn)行直方圖均衡化，默認(rèn)階數(shù)為255B=histeq(A，n)把圖像A的灰度階變?yōu)閚階B=histeq(A,hgram)把圖像A的直方圖調(diào)整為和hgram相同adapthisteqB=adapthisteq(A)對(duì)圖像A進(jìn)行限制對(duì)比度直方圖均衡化，返回圖像BB=adapthisteq(A，param1，val1，param2，val2)param1，val1，param2和val2為限制參數(shù)和取值兩者的對(duì)比如下：分別用histeq函數(shù)和ada

15、pthisteq函數(shù)對(duì)b.bmp進(jìn)行處理，對(duì)比兩者的不同,（分別保存為h1，h2，h3）實(shí)驗(yàn)如下：不難看出，adapthisteq函數(shù)的結(jié)果在高亮區(qū)和暗區(qū)的增強(qiáng)能力要遠(yuǎn)優(yōu)于histeq函數(shù)，圖像視覺(jué)效果更加清晰，但該函數(shù)毋庸置疑的缺點(diǎn)是增加了不少計(jì)算量，在圖像較大的情況下要注意參數(shù)的選擇，盡量減少分塊的個(gè)數(shù)。2. 圖像的代數(shù)運(yùn)算1 圖像的加法圖像的加法可以用函數(shù)imadd實(shí)現(xiàn)調(diào)用格式如下：調(diào)用格式說(shuō)明Z=imadd(a,b)A為圖像，若b是一副圖像，則Z為了兩個(gè)圖像的求和，此時(shí)要求b的尺寸必須和a的相等；若b為一個(gè)標(biāo)量，則Z表示對(duì)圖像a整體加上某個(gè)值，即圖像的亮度調(diào)整實(shí)例如下：用imadd對(duì)a

16、圖像和c圖像進(jìn)行加法運(yùn)算（分別保存為i1，i2，i3，i4）2 圖像的減法圖像的減法可用imsubtract函數(shù)和imabsdiff函數(shù)實(shí)現(xiàn)，調(diào)用格式如下表：調(diào)用格式說(shuō)明z=imsubtract（a，b）差值小于0的賦值為0，a，b的要求和imadd相同Z=mabsdiff（a，b）差值取絕對(duì)值實(shí)例如下:用imsubtract進(jìn)行c圖像減d圖像操作（保存為j1，j2，j3）3 圖像的乘法和除法圖像的乘法和除法可以利用immultiply函數(shù)和imdivide函數(shù)實(shí)現(xiàn)，他們的調(diào)用格式如下表：調(diào)用格式說(shuō)明z=immultiply（a，b）a為圖像，若b是一副圖像，則z為兩個(gè)圖像的乘積，此時(shí)要求b的

17、尺寸跟a的尺寸相同，若b是一個(gè)標(biāo)量，則z表示對(duì)a圖像整體上乘上某個(gè)值，即增加亮度調(diào)整Z=imdivide（a，b）a為圖像，若b是一副圖像，則z為兩個(gè)圖像的商，此時(shí)要求b的尺寸跟a的尺寸相同，若b是一個(gè)標(biāo)量，則z表示對(duì)a圖像整體上除以某個(gè)值，即增加亮度調(diào)整實(shí)例如下:分別用immultiply函數(shù)和imdivide函數(shù)對(duì)c圖像和d圖像進(jìn)行處理（分別保存為k1，k2，k3，k4）33. 圖像的幾何變換1 圖像的幾何變換公式如下：正變換：和逆變換：用上兩個(gè)變換和strel函數(shù)，translate（se，y x）函數(shù)和imdilate函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)圖像的平移，其中strel函數(shù)用來(lái)創(chuàng)建形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)元素的，

18、translate（se，y x）函數(shù)來(lái)使原結(jié)構(gòu)元素se上y和x方向平移，imdilate函數(shù)用來(lái)形態(tài)學(xué)膨脹實(shí)例如下，用上述函數(shù)實(shí)現(xiàn)a圖像的平移（保存為l1）2 圖像鏡像圖像鏡像可用下列函數(shù)表示b=imtransform（a，TFORM，method);TFORM=makeform(transformtype,matrix);%空間變換結(jié)構(gòu)其中method的合法值是bicubic，雙三次插值，bilinear，雙線(xiàn)性插值，nearest，最近鄰插值實(shí)例如下：將b圖像進(jìn)行鏡像變換（保存為m1，m2，m3）3. 圖像的中心旋轉(zhuǎn)圖像的中心旋轉(zhuǎn)可由下列函數(shù)實(shí)現(xiàn)：B=imrotate（A，angle，method，crop）；其中angle為旋轉(zhuǎn)角，正值為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，可選參數(shù)method為imrotate函數(shù)指定方法，crop選項(xiàng)會(huì)裁剪旋轉(zhuǎn)后增大的圖像，和原圖像保持同樣的大小實(shí)例如下：用上述函數(shù)將圖b旋轉(zhuǎn)30度（保存為n1，n2）(4) 小波分析在圖像的處理應(yīng)用1. 小波分析簡(jiǎn)介小波分析是建立在泛函分析，F(xiàn)ourier分析，樣條分析基礎(chǔ)上的新的分析處理工具。它又稱(chēng)為多變分析，在時(shí)域和頻域同時(shí)具有良好的局部化特性，常被譽(yù)為信號(hào)分析的“數(shù)學(xué)顯微鏡”。分類(lèi)函數(shù)名說(shuō)