第02章 matlab圖像處理介紹

第2章MATLAB圖像處理介紹第2章MATLAB圖像處理工具箱本章教學(xué)安排2學(xué)時(shí)講解內(nèi)容:Matlab簡(jiǎn)介。Matlab中常用的基本命令。圖像處理工具箱介紹Matlab處理的圖像類型和文件格式。Matlab圖像的基本操作。2.1Matlab簡(jiǎn)介

MATLAB名字是MatrixLaboratory的意思。由美國(guó)的MathWorks公司出品，它的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣。它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)，工程中常用的形式十分相似，故用它來(lái)解決問(wèn)題比用C,Fortran等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷的多。在大學(xué)，數(shù)學(xué),工程學(xué),科學(xué)的介紹性課程和高級(jí)性課程中,MATLAB是標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)工具。在工廠，MATLAB是高生產(chǎn)率研究發(fā)展和分析的可選擇的工具。MATLAB是一種直觀性的語(yǔ)言和專業(yè)運(yùn)算的環(huán)境。它已成為工程計(jì)算機(jī)方面世界上公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。它被用于各種各樣的應(yīng)用領(lǐng)域,包括信號(hào)和圖像處理,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì),地球與生命科學(xué),金融與經(jīng)濟(jì),還有儀器測(cè)試。MATLAB的主要特點(diǎn)包括：①快速準(zhǔn)確的數(shù)字運(yùn)算；②圖形可視化并用于分析數(shù)據(jù)；③交互式語(yǔ)言和編程環(huán)境；④圖形用戶界面設(shè)計(jì)的工具；⑤可結(jié)合一些外部應(yīng)用程序，包括C、C＋＋、Fortran、Java、COM部分和Excel；⑥支持來(lái)自文件和外部設(shè)備的輸入數(shù)據(jù)，且支持用低標(biāo)準(zhǔn)的文件的輸入輸出（加上附加的產(chǎn)品對(duì)入數(shù)據(jù)庫(kù)和附加硬件的訪問(wèn)（存?。┊a(chǎn)生附加的產(chǎn)品）；⑦把MATLAB的應(yīng)用轉(zhuǎn)到帶有編譯器的C和C＋＋。由于直接內(nèi)嵌了大量的優(yōu)化數(shù)學(xué)程序，MATLAB使工程師和科學(xué)家能夠?qū)Ｗ⒂谧约簩?shí)質(zhì)性的工作，避免了耗時(shí)的尋找﹑開(kāi)發(fā)﹑調(diào)試以及維護(hù)代碼的工作。2.2Matlab中常用的基本命令。(1)矩陣生成①一般矩陣的生成對(duì)于一般的矩陣MATLAB的生成方法有多種。最簡(jiǎn)單的方法是從鍵盤直接輸入矩陣元素。直接輸入矩陣元素時(shí)應(yīng)注意：各元素之間用空格或逗號(hào)隔開(kāi)，用分號(hào)或回車結(jié)束矩陣行，用中括號(hào)把矩陣所有元素括起來(lái)。例1-1在工作空間產(chǎn)生一個(gè)3×3矩陣A可用MATLAB語(yǔ)言描述如下：

A=[123;456;789]

或A=[123456789]

運(yùn)行結(jié)果： A=123 456789②特殊矩陣的生成對(duì)于特殊的矩陣可直接調(diào)用MATLAB的函數(shù)生成。用函數(shù)zeros生成全0矩陣：格式B=zeros(m,n)生成m×n的全0陣。用函數(shù)ones生成全1矩陣：格式B=ones(m,n)生成m×n的全1陣。用函數(shù)eye生成單位陣：格式B=eye(m,n)生成m×n的單位矩陣，其中對(duì)角線元素全為1，其他元素為0。用函數(shù)rand生成隨機(jī)矩陣：格式B=rand(m,n)生成m×n的隨機(jī)矩陣。③矩陣中的元素值和線性代數(shù)一樣，我們可采取下標(biāo)來(lái)表述矩陣元素，同時(shí)也可以利用下標(biāo)對(duì)矩陣元素進(jìn)行修改。例如對(duì)例1-1中的矩陣A，如果輸入A(4)則顯示:ans=2若輸入A(1,2)，結(jié)果仍為：ans=2可見(jiàn)矩陣是按列存儲(chǔ)的。若輸入A(1,2)=6，顯示結(jié)果為：A=163456789若要選取A的第二行，可以輸入A(2,：)，則顯示ans=456(2)矩陣的運(yùn)算矩陣的運(yùn)算有基本運(yùn)算和函數(shù)運(yùn)算兩種類型?；具\(yùn)算包括矩陣的加、減、乘、除、乘方、求轉(zhuǎn)置、求逆等，其主要特點(diǎn)是通過(guò)MATLAB提供的基本運(yùn)算符＋、－、*、/（\）、^等即可完成。例1-2矩陣的基本運(yùn)算。 A=[1,2,3;4,5,6]B=[6,5,4;3,2,1]C=A+B%計(jì)算兩個(gè)矩陣的和D=B'%計(jì)算矩陣B的轉(zhuǎn)置E=A*D%做矩陣乘法，必須要滿足矩陣乘法的基本要求%E應(yīng)該是2階方陣F=det(E)%求E的行列式值G=E^(-1)%求E的逆

問(wèn)題：設(shè)有矩陣A和B，試問(wèn)A*B和A.*B的區(qū)別？（3）基本語(yǔ)句1)循環(huán)語(yǔ)句MATLAB的循環(huán)語(yǔ)句包括for循環(huán)和while循環(huán)兩種類型。①for循環(huán)語(yǔ)法格式：for循環(huán)變量=起始值：步長(zhǎng)：終止值循環(huán)體end②while循環(huán)語(yǔ)法格式：while表達(dá)式循環(huán)體end其執(zhí)行方式為：若表達(dá)式為真(運(yùn)算值非0)，則執(zhí)行循環(huán)體；若表達(dá)式為假(運(yùn)算結(jié)果為0)，則退出循環(huán)體，執(zhí)行end后的語(yǔ)句。2)條件轉(zhuǎn)移語(yǔ)句條件轉(zhuǎn)移語(yǔ)句有if和switch兩種。①if語(yǔ)句；MATLAB中if語(yǔ)句的用法與其他高級(jí)語(yǔ)言相類似，其基本語(yǔ)法格式有以下幾種：格式一：if邏輯表達(dá)式執(zhí)行語(yǔ)句end格式二：if邏輯表達(dá)式執(zhí)行語(yǔ)句1 else執(zhí)行語(yǔ)句2end格式三：if邏輯表達(dá)式1執(zhí)行語(yǔ)句1elseif邏輯表達(dá)式2執(zhí)行語(yǔ)句2end

②switch語(yǔ)句switch語(yǔ)句的用法與其他高級(jí)語(yǔ)言相類似，其基本語(yǔ)法格式為：switch表達(dá)式(標(biāo)量或字符串)case值1語(yǔ)句1case值2語(yǔ)句2…otherwise語(yǔ)句nend（4）MATLAB函數(shù)①函數(shù)及其調(diào)用方法

函數(shù)定義行：MATLAB語(yǔ)言在M文件的第一行用關(guān)鍵字“function”把M文件定義為一個(gè)函數(shù)，并指定它的名字（必須和文件名相同），同時(shí)也定義了函數(shù)的輸入和輸出參數(shù)。例如：求最大值函數(shù)“max”的定義可描述為function［Y,I］=max(x)函數(shù)體其中,“max”為函數(shù)名，輸入?yún)?shù)為“x”，輸出參數(shù)為“Y”和“I”。②函數(shù)調(diào)用函數(shù)調(diào)用的過(guò)程實(shí)際上就是參數(shù)傳遞的過(guò)程。例如，在一個(gè)腳本文件里調(diào)用函數(shù)“max”可采用如下方式：n=1:20;a=sin(2*pi*n/20);［Y,I］=max(a);該調(diào)用過(guò)程把變量“a”傳給了函數(shù)中的輸入?yún)?shù)“x”,然后把函數(shù)運(yùn)算的返回值傳給輸出參數(shù)“Y”和“I”。其中，Y是a序列的最大值，I是最大值Y對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值。

注意：1.自己編寫函數(shù)時(shí)，所用的函數(shù)名應(yīng)和保存的m文件文件名相同。2.分清矩陣相乘和點(diǎn)乘的區(qū)別。3.注意文件命名。必須以字母開(kāi)頭。有的同學(xué)喜歡以數(shù)字或中文開(kāi)頭，這是錯(cuò)誤的！2.3.1常用圖像格式 圖像格式是指圖像文件的存儲(chǔ)格式。MATLAB中常用的圖像格式有：bmp,cur,gif,hdf,ico,jpg或jpeg,pcx,png,tif或tiff等。2.3Matlab處理的圖像類型和文件格式。2.3.2MATLAB圖像類型 MATLAB支持五種圖像類型，即二值圖像、索引圖像、灰度圖像、RGB圖像和多幀圖像陣列。

二值圖像：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型，Logical,元素值為0或1的矩陣；

索引圖像:把像素值直接作為RGB調(diào)色板下標(biāo)的圖像。一幅索引圖像包含一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣X和一個(gè)調(diào)色板矩陣map,數(shù)據(jù)矩陣為double或uint8或uint16；調(diào)色板矩陣總是一個(gè)m*3(m表示顏色數(shù)目）的double型矩陣且矩陣元素的值域?yàn)閇0,1]。Map矩陣的每一行指定一個(gè)顏色的R,G,B顏色分量。RGB圖像：double型或uint8型或uint16型，又稱真彩色圖像，在MATLAB中存儲(chǔ)為m*n*3的數(shù)據(jù)矩陣，它表示圖像中每個(gè)像素的紅，綠，藍(lán)3個(gè)顏色分量的數(shù)值。多幀圖像陣列：由多幀圖像組成，每一幀圖像可以為前4種圖像中的一種，但組成一個(gè)多幀圖像陣列的圖像必須為同一種。2.4圖像處理工具箱簡(jiǎn)介MATLAB圖像處理工具箱的函數(shù)，按具體功能可以分為以下幾類：圖像顯示幾何操作圖像注冊(cè)鄰域和塊操作線性濾波和濾波器的設(shè)計(jì)。圖像變換，形態(tài)學(xué)分析圖像分析與圖像增強(qiáng)。圖像恢復(fù)顏色映射和顏色空間轉(zhuǎn)換Matlab中圖像處理相關(guān)工具箱主要有：ImageAcquisitiontoolboxImageProcessingToolboxSignalProcessingToolboxWaveletToolboxStatisticsToolboxMatlabCompiler讀者也可以根據(jù)需要編寫自己的函數(shù)以滿足特定的需要，也可以將圖像處理工具箱和其他工具箱結(jié)合起來(lái)使用?？赏ㄟ^(guò)“help函數(shù)名”來(lái)查看各函數(shù)的使用方法。2.5.1圖像文件信息查詢 在MATLAB中，可以使用imfinfo函數(shù)來(lái)獲取圖像處理工具箱支持的任何格式圖像文件的信息。 該函數(shù)語(yǔ)法格式如下： info=imfinfo(filename,fmt)

info=imfinfo(filename) info=imfinfo(URL,...)例1-1圖像文件信息查詢

info=imfinfo('cameraman.tif')2.5Matlab圖像的基本操作2.5.2圖像文件的讀取

MATLAB通過(guò)函數(shù)imread完成圖像的讀取，該函數(shù)語(yǔ)法格式如下：A=imread(filename,fmt)[X,map]=imread(filename,fmt)[...]=imread(filename)[...]=imread(URL,...)[...]=imread(...,idx)

(CUR,GIF,ICO,andTIFFonly)[...]=imread(...,'frames',idx)(GIFonly)[...]=imread(...,ref)

(HDFonly)[...]=imread(...,'BackgroundColor',BG)(PNGonly)[A,map,alpha]=imread(...)(ICO,CUR,andPNGonly)例1-2數(shù)字圖像的打開(kāi) I=imread('cameraman.tif')2.5.3圖像文件的寫入 MATLAB函數(shù)imwrite來(lái)存儲(chǔ)圖像文件，該函數(shù)的語(yǔ)法格式如下： imwrite(A,filename,fmt)

imwrite(X,map,filename,fmt)

imwrite(...,filename)

imwrite(...,Param1,Val1,Param2,Val2...)例1-3圖像文件寫入

I=imread('cameraman.tif');imwrite(I,'E:\test1.tif') 執(zhí)行程序后，可以看到在路徑E:\下寫入的圖像文件“test1.tif”2.5.4圖像的顯示 MATLAB包含兩個(gè)顯示圖像的函數(shù)image和imagesc；另外MATLAB圖像工具箱中也包含兩個(gè)顯示圖像的函數(shù)imview和imshow。1.MATLAB圖像顯示函數(shù)image函數(shù)image函數(shù)的語(yǔ)法格式如下： image(C)

image(x,y,C)

image(x,y,C,'PropertyName',PropertyValue,...)

image('PropertyName',PropertyValue,...)

handle=image(...)例1-4image函數(shù)的應(yīng)用I=imread('cameraman.tif');figure(1);image(100,100,I);%設(shè)置圖像左上角坐標(biāo)為（100，100）colormap(gray(256));imagesc函數(shù)

imagesc函數(shù)具有對(duì)顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)縮放的功能。函數(shù)語(yǔ)法如下： imagesc(C)

imagesc(x,y,C)

imagesc(...,clims)

imagesc('PropertyName',PropertyValue,.