圖像算術(shù)運(yùn)算

本文格式為Word版，下載可任意編輯——圖像算術(shù)運(yùn)算沈陽(yáng)理工大學(xué)數(shù)字圖像處理課程設(shè)計(jì)

第1章相關(guān)知識(shí)

1.1設(shè)計(jì)平臺(tái)

MATLAB提供了2O類圖像處理函數(shù)，涵蓋了圖像處理包括近期研究成果在內(nèi)的幾乎所有的技術(shù)方法，是學(xué)習(xí)和研究圖像處理的人員難得的寶貴資料和加工工具箱。這些函數(shù)按功能可分為圖像顯示、圖像文件I／O、圖像算術(shù)運(yùn)算、幾何變換、圖像登記、像素值與統(tǒng)計(jì)、圖像分析、圖像加強(qiáng)、線性濾波、線性二元濾波設(shè)計(jì)、圖像去模糊、圖像變換、鄰域與塊處理、灰度與二值圖像的形態(tài)學(xué)運(yùn)算、結(jié)構(gòu)元素創(chuàng)立與處理、基于邊緣的處理、色調(diào)映射表操作、色調(diào)空間變換及圖像類型與類型轉(zhuǎn)換

Maflab數(shù)字圖像處理工具箱函數(shù)包括以下幾類：(1)圖像顯示函數(shù)；(2)圖像文件輸入、輸出函數(shù)；(3)圖像幾何操作函數(shù)；(4)圖像像素值及統(tǒng)計(jì)函數(shù)；(5)圖像分析函數(shù)；(6)圖像加強(qiáng)函數(shù)；(7)線性濾波函數(shù)；(8)二維線性濾波器設(shè)計(jì)函數(shù)；(9)圖像變換函數(shù)；(10)圖像鄰域及塊操作函數(shù)；(11)二值圖像操作函數(shù)；(12)基于區(qū)域的圖像處理函數(shù)；(13)顏色圖操作函數(shù)；(14)顏色空間轉(zhuǎn)換函數(shù)；(15)圖像類型和類型轉(zhuǎn)換函數(shù)。

圖像處理并不僅限于對(duì)圖像進(jìn)行加強(qiáng)、復(fù)原和編碼，還要對(duì)同鄉(xiāng)進(jìn)行分析，圖像分析旨在對(duì)圖像進(jìn)行描述，即用一組數(shù)或符號(hào)表征圖像中目標(biāo)區(qū)的特征、性質(zhì)和相互間的關(guān)系，為模式識(shí)別提供基礎(chǔ)。描述一般針對(duì)圖像或景物中的特定區(qū)域或目標(biāo)。開(kāi)運(yùn)算尋常用來(lái)消除小對(duì)象物，在纖細(xì)點(diǎn)處分開(kāi)物體，平滑較大物體的邊界的同時(shí)不明顯改變其面積。

圖像的算術(shù)運(yùn)算是兩幅輸入圖像之間進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的加、減、乘、除運(yùn)算后得到輸出圖像的過(guò)程。

設(shè)輸入圖像為A(x,y)、B(x,y)，輸出圖像為C(x,y)，則圖像的代數(shù)運(yùn)算有如下四種形式：

C(x,y)=A(x,y)＋B(x,y)C(x,y)=A(x,y)－B(x,y)C(x,y)=A(x,y)×B(x,y)C(x,y)=A(x,y)÷B(x,y)

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圖像的算術(shù)運(yùn)算在圖像處理中有著廣泛的應(yīng)用，它除了可以實(shí)現(xiàn)自身所需的算術(shù)操作，還能為大量繁雜的圖像處理提供準(zhǔn)備。例如，圖像減法就可以用來(lái)檢測(cè)同一場(chǎng)景或物體生成的兩幅或多幅圖像的誤差。

我們可以使用MATLAB基本算術(shù)符(＋、－、×、÷等)來(lái)執(zhí)行圖像的算術(shù)操作，但是在此之前必需將圖像轉(zhuǎn)換為適合進(jìn)行基本操作的雙精度類型。

圖像處理工具箱包含了一個(gè)能實(shí)現(xiàn)所有數(shù)值數(shù)據(jù)的算術(shù)操作的函數(shù)集合。列舉如下：

函數(shù)名ImabsdiifImaddimcomplmentimdivideimlincomblmmultiplyImsubtract功能描述兩幅圖像的絕對(duì)差值兩個(gè)圖像的加法補(bǔ)足一幅圖像兩個(gè)圖像的除法計(jì)算兩幅圖像的線形組合兩個(gè)圖像的乘法兩個(gè)圖像的減法

使用圖像工具箱中的圖像代數(shù)運(yùn)算函數(shù)無(wú)需再進(jìn)行數(shù)據(jù)類型間的轉(zhuǎn)換，這些函數(shù)能夠接受uint8和uintl6數(shù)據(jù)，并返回一致格式的圖像結(jié)果。

圖像的算術(shù)運(yùn)算函數(shù)使用以下截取規(guī)則使運(yùn)算結(jié)果符合數(shù)據(jù)范圍的要求：超出數(shù)據(jù)范圍的整型數(shù)據(jù)將被截取為數(shù)據(jù)范圍的極值，分?jǐn)?shù)結(jié)果將被四舍五入。例如，假使數(shù)據(jù)類型是uint8，那么大于255的結(jié)果(包括無(wú)窮大inf)將被設(shè)置為255。

無(wú)論進(jìn)行哪一種代數(shù)運(yùn)算都要保證兩幅輸入圖像的大小相等，且類型一致。

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第2章課程設(shè)計(jì)分析

2.1圖像的加法

MATLAB中調(diào)用imadd函數(shù)實(shí)現(xiàn)圖像相加，格式如下：Z=imadd(X,Y)；其中Z=X＋Y。

2.2圖像的減法

圖像減法也稱為差分方法，MATLAB中調(diào)用imsubtract函數(shù)實(shí)現(xiàn)圖像相減。調(diào)用格式如下：

Z=imsubtract(X,Y)；其中Z=X－Y。

2.3圖像的乘法

兩幅圖像進(jìn)行乘法運(yùn)算可以實(shí)現(xiàn)掩模操作，即屏蔽掉圖像的某些部分。一幅圖像乘以一個(gè)常數(shù)尋常被稱為縮放。假使使用的縮放因數(shù)大于1，那么將加強(qiáng)圖像的亮度，假使因數(shù)小于1則會(huì)使圖像變暗。

MATLAB中調(diào)用immultiply函數(shù)實(shí)現(xiàn)兩幅圖像相乘。調(diào)用格式如下：Z＝immultiply(X，Y)；其中Z=X×Y。

2.4圖像的除法

除法運(yùn)算可用于校正成像設(shè)備的非線性影響。MATLAB中調(diào)用imdivide函數(shù)進(jìn)行兩幅圖像相除。調(diào)用格式如下：

Z=imdivide(X,Y)，其中Z=X÷Y。

2.5圖像四則運(yùn)算

因?qū)int8、uintl6數(shù)據(jù)，每步運(yùn)算都要進(jìn)行數(shù)據(jù)截取，將會(huì)減少輸出圖像的信息量。圖像四則運(yùn)算較好的方法是使用函數(shù)imlincomb。該函數(shù)按雙精度執(zhí)行所有代數(shù)運(yùn)算操作，僅對(duì)最終的輸出結(jié)果進(jìn)行截取，該函數(shù)的調(diào)用格式如下：

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Z=imlincomb(A,X,B,Y,C)，其中，Z=A×X＋B×Y＋CZ=imlincomb(A,X,C)，其中：Z＝A×X＋CZ=imlincomb(A,X,B,Y)，其中：Z=A×X＋B×Y

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第3章仿真及結(jié)果分析

3.1圖像的加法

代碼:

I=imread('rice.png');J=imread('cameraman.tif');K=imadd(I,J);

subplot(2,2,1);imshow(I);subplot(2,2,2);imshow(J);subplot(2,2,3);imshow(K);運(yùn)行結(jié)果:

圖3.1圖像疊加

兩幅圖像的像素值相加時(shí)產(chǎn)生的結(jié)果很可能超過(guò)圖像數(shù)據(jù)類型所支持的最大值，特別對(duì)于uint8類型的圖像，溢出狀況最為常見(jiàn)。當(dāng)數(shù)據(jù)值發(fā)生溢出時(shí)，imadd函數(shù)將數(shù)據(jù)截取為數(shù)據(jù)類型所支持的最大值，這種截取效果稱之為飽和。為了避免出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，在進(jìn)行加法計(jì)算前最好將圖像轉(zhuǎn)換為一種數(shù)據(jù)范圍較寬的數(shù)據(jù)類型。例如，在加法操作前將uint8圖像轉(zhuǎn)換為uint16類型。

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3.2圖像的減法

代碼:

rice=imread('E:\\\\w.png');

background=imopen(rice,strel('disk',20));rice2=imsubtract(rice,background);subplot(1,2,1),imshow(rice);subplot(1,2,2),imshow(rice2);運(yùn)行結(jié)果:

圖3.2減去不均勻背景減法

操作有時(shí)會(huì)導(dǎo)致某些像素值變?yōu)橐粋€(gè)負(fù)數(shù)，對(duì)于uint8或uint16類型的數(shù)據(jù)，假使發(fā)生這種狀況，那么imsubtract函數(shù)自動(dòng)將這些負(fù)數(shù)截取為0。為了避免差值產(chǎn)生負(fù)值，同時(shí)避免像素值運(yùn)算結(jié)果之間產(chǎn)生差異，可以調(diào)用函數(shù)imabsdiff。imabsdiff將計(jì)算兩幅圖像相應(yīng)像素差值的絕對(duì)值，因而返回結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生負(fù)數(shù)。

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3.3圖像的乘法

代碼：

I=imread(''E:\\\\x.tif');J=immultiply(I,1.2);K=immultiply(I,0.6);subplot(1,3,1),imshow(I);subplot(1,3,2),imshow(J);subplot(1,3,3),imshow(K);運(yùn)行結(jié)果：

圖3.3象素值縮放

圖像的乘法操作一般都會(huì)發(fā)生溢出現(xiàn)象。Immultiply函數(shù)將溢出的數(shù)據(jù)截取

為數(shù)據(jù)類型的最大值。為了避免產(chǎn)生溢出現(xiàn)象，可以在執(zhí)行乘法操作之前將圖像轉(zhuǎn)換為一種數(shù)據(jù)范圍較大的圖像類型

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3.4圖像的除法

代碼：

rice=imread(''E:\\\\d.png');I=double(rice);J=0.73*I+100;Ip=imdivide(I,J);

subplot(2,2,1),imshow(uint8(I));subplot(2,2,3),imshow(uint8(J));subplot(2,2,4),imshow(uint8(Ip),[]);運(yùn)行結(jié)果：

圖3.4圖像除法運(yùn)算

兩幅圖除法運(yùn)算可用于校正成像設(shè)備的非線性影響，這在特別形態(tài)的圖像

（如斷層掃描等醫(yī)學(xué)圖像）處理中往往用到。圖像除法也可以用來(lái)檢測(cè)像間的區(qū)別，但是除法操作給出的是相應(yīng)像素值的變化比率，而不是每個(gè)像素的絕對(duì)差異，因而圖像除法也稱為比率變換

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3.5圖像的四則運(yùn)算

代碼：

I1=imread('rice.png');I2=imread('cameraman.tif');%K=imdivide(imadd(I1,I2),2);K=imlincomb(0.5,I1,0.5,I2);subplot(2,2,1),subimage(I1);subplot(2,2,2),subimage(I2);subplot(2,2,3),subimage(K);運(yùn)行結(jié)果：501001502023505010015020235050100150202350501001502023505010015020235050100150202350

圖3.5計(jì)算兩幅圖像的平均值執(zhí)行圖像四則運(yùn)算操作較好的一個(gè)方法就是使用函數(shù)imlincomb。函數(shù)

imlincomb依照雙精度執(zhí)行所有代數(shù)運(yùn)算操作，而且僅對(duì)最好的輸出結(jié)果進(jìn)行截取

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結(jié)論

獲得的圖像可能會(huì)由于各種原因而被污染,產(chǎn)生噪聲。常見(jiàn)的圖像噪聲主要有加性噪聲、乘性噪聲和量化噪聲等。噪聲并不僅限于人眼所見(jiàn)的失真,有些噪聲只針對(duì)某些具體的圖像處理過(guò)程產(chǎn)生。影響。圖像中的噪聲往往和正常信號(hào)交織在一起,特別是乘性噪聲,假使處理不當(dāng),就會(huì)破壞圖像本身的細(xì)節(jié),如會(huì)使線條、邊界等變得模糊不清。

MATLAB為圖像處理提供了一種簡(jiǎn)單、快捷的方法,大大提高了圖像處理的效率,提升了圖像處理的效果。只需把握基本的編程基礎(chǔ)就可以進(jìn)行MATLAB程序的編寫(xiě),并運(yùn)用到圖像處理的各個(gè)方面。Matlab具有強(qiáng)