數(shù)據(jù)挖掘競賽賽前指導-MATLAB處理圖像楊坦

1、“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會第四屆挑戰(zhàn)賽賽前指導 “泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會用MATLAB處理圖像 楊坦 2022年3月22日 “泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 上午大家的問題l山東交通學院問題：l 關于編程語言，C/C+可不可以？l 學生需要完成的編碼工作大概有多少l五邑大學：對數(shù)據(jù)庫的建立有沒有什么建議2“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 講座內(nèi)容圖像中的字符分割示例3MATLAB圖像處理簡介“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 數(shù)字圖像的基本概念l數(shù)字圖像表示為一個數(shù)據(jù)矩陣l注意原點的位置（京東方

2、面有特別的規(guī)定）4“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 數(shù)字圖像的基本概念lMatlab中的數(shù)組下標從1開始，故在Matlab中l(wèi)f(m,n)存儲了第m行、第n列的像素的信息51,11,21,2,12,22,1,2, , NNMMM Nfffffff m nfff“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 數(shù)字圖像的基本概念l圖像分類l灰度圖像：保存每個點（像素）的亮度（光的強弱）信息，通常將白到黑劃分為256個等級，使用8位二進制證書保存l對應于一個二維數(shù)組f(M,N)l彩色圖像：保存每個點的色彩信息l對應于一個三維數(shù)組f(M,N,3)lf(i,j,

3、1), f(i,j,2), f(i,j,3)對應于像素i,j的R,G,B數(shù)據(jù)l二值圖像：對應一個二維的邏輯數(shù)組l灰度圖像也可能使用RGB格式來保存l當R、G、B三個分量的值相同時，色彩為中性灰6“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 圖像的讀入lA=imread(filename.fmt)l該函數(shù)把filename中的圖像讀到變量A中l(wèi)f1 = imread(rose.tif);lf2 = imread(ocr.jpg);l保存在MATLAB工作路徑下的圖像可像上面這樣根據(jù)文件名讀入；也可以指定讀取路徑lf3 = imread(C:ray.jpg);lMATLAB的路徑設

4、置7“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 圖像的讀入l查看圖像類型(灰度/真彩色)lsize()lsize函數(shù)專門用來獲得矩陣的大小信息lx = 1 2 3，則size(x)為1 3lx =ones(3,4)，則size(x)為3 4l獲得圖像大小參數(shù)lm,n=size(f)lm為行數(shù)，n為列數(shù)l二值圖像要查看數(shù)據(jù)的類型8“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 圖像的顯示limshow()：在窗口中顯示圖像limshow是圖像(image) 和顯示 (show)的縮合，包括灰階調整功能的圖像顯示。l對于RGB彩色圖像，采用格式imshow(f)l灰

5、度圖像基本語法：imshow(f,G)l用G級離散灰度級顯示灰度圖象fl若省略N，默認用256級灰度顯示limshow(f, ) 自動調整灰度最大化動態(tài)范圍lfigure：新建圖像窗口，否則會覆蓋掉之前的顯示內(nèi)容9“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 圖像像素的查看limpixel：返回選中像素或像素集的數(shù)據(jù)值。用戶可以直接將該像素坐標作為該函數(shù)的輸入，或者用鼠標選中像素。lx=impixel limprofile：沿著圖像中一條折線計算并繪制強度圖10“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 圖像的寫入（保存）l格式：imwrite(f,filen

6、ame,fmt)把圖像寫入圖形文件中l(wèi)例1：imwrite(f,patient10_run1,tif)l例2：imwrite(f,patient10_run1.tif)l把圖像f寫入文件filename中l(wèi)filename指明文件名lfmt指明文件格式lf既可以是一個灰度圖，也可以是一個真彩色圖像lfilename中未指定路徑，則保存至當前工作目錄11“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 圖像的數(shù)據(jù)類型l圖像通常按照8位無符號整數(shù)的格式保存，讀入后為無符號整數(shù)類型，所能夠進行的運算受到限制。l使用double函數(shù)轉換為雙精度浮點型可以方便后續(xù)處理l若圖像是double類

7、，則使用imshow顯示前應歸一化亮度到0，1，否則可能會造成顯示問題。 A=imread(ocr.jpg); B= double(A); imshow(B)lmat2gray函數(shù)可以將任意類型的矩陣歸一化到0,112“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 圖像的數(shù)據(jù)類型l二值圖像：一個邏輯數(shù)組，每個象素只能取0或1l利用logical函數(shù)可以把數(shù)值數(shù)組轉換為二值數(shù)組：B=logical(A)l若A中除了有1和0之外的其他元素，則使用logical可將所有非零的量變換為邏輯1，將所有的0值變換為邏輯0limhist(A)lB=A125l以125為閾值進行二值化處理13“泰

8、迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 二值化：圖像分割lg=im2bw(f,T)l閾值處理：f中亮度小于T的像素在g中取值為0，其余為1l輸出為logical類l無論f的類型，T的范圍必須在0，1內(nèi)，默認為0.5l對整型數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會自動根據(jù)f的類型作相應的歸一化處理l對double類數(shù)據(jù)，必須首先做歸一化處理14“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 向量索引l數(shù)組的值用方括號括起來,各值間用空格或逗號隔開：l v=1 3 5 7 9l數(shù)組元素的存取通過一維索引(下標)進行，用圓括號括起來l v的第一個元素：v(1)lmatlab中數(shù)組下標從1開始l

9、v的前三個元素：v(1:3)l v的第2到第4個元素：v(2:4)15“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 向量索引lv的第3到最后一個元素：v(3:end)l向量轉置W=v.l若v是一個向量，則l v(:) 為一列向量l v(1:end)為一行向量l使用步長的不連續(xù)索引l v(1:2:end)l v(end:-2:1)16“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 矩陣索引l矩陣的表示：用方括號括起來并用分號隔開各行l(wèi)A=1 2 3；4 5 6；7 8 9l矩陣(二維數(shù)組)采用雙下標來索引，A(m,n)表示第m行第n列的元素l取出一列：C3=A(:,

10、3)l取出一行：R2=A(2,:)l取出前兩行：T2=A(1:2,1:3)?=A (1:2,:)17“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 矩陣索引l使用向量作為矩陣索引lE=A(1 3,2 3)：A的1、3行，2、3列上的元素l矩陣尋址：構造邏輯數(shù)組lD=logical(1 0 0;0 0 1;0 0 0)lA(D)l使用冒號(:)：數(shù)組在matlab中按列存放，A(:)會將該數(shù)組的全部元素以逐列的方式排列成一個列向量18“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 矩陣索引l使用數(shù)組索引進行簡單的圖像操作f=imread(rose.tif);imsho

11、w(f)fp=f(end:-1:1,:); %上下翻轉 figure,imshow(fp)fp=f(257:768,257:768); %截取部分數(shù)據(jù)figure,imshow(fp)fs=f(1:2:end,1:2:end); %圖像縮小(二取一)figure,imshow(fs)plot(f(512,:) %掃描線19“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 講座內(nèi)容圖像中的字符分割示例20MATLAB圖像處理簡“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 理想情況下的字符分割A=imread(ocr.jpg); %讀入圖像imshow(A); %顯示圖

12、像B=rgb2gray(A); %將真彩色圖像轉化為灰度圖像figure, imshow(B) %顯示灰度圖像figure, imhist(B); %顯示圖像的直方圖a=graythresh(B) %計算二值化所需的閾值C=im2bw(B,a); %二值化figure,imshow(C) %顯示二值化后的結果21“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 理想情況下的字符分割b=sum(not(C),2); %沿行方向進行投影（累加） %這里的not（）是邏輯否size(b) %注意投影數(shù)組的維數(shù)figure,plot(b) %繪制投影曲線c=b50; %比較運算的結果是邏輯

13、值figure,plot(c) %繪制數(shù)組cl如何找出每行的起、止行號？22“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 理想情況下的字符分割d=diff(c); %對數(shù)組c進行差分運算lY = diff(X) = X(2)-X(1) X(3)-X(2) . X(m)-X(m-1)l xx=0 0 1 1 1 0 0;l diff(xx)= 0 1 0 0 -1 0l xx = 0 0 1 1 1 0 0ldiff(xx)中1的位置提前了，-1的位置不用改動23“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 理想情況下的字符分割e1=find(d=1)+1 %定位

14、每行開始的行號e2=find(d=-1) %定位每行結束的行號e=e1;e2; %合成記錄行位置的二維數(shù)組 %e1、e2要轉置為行向量D=C(e(1,1):e(2,1),:); %提取第一行文字的圖像l如何實現(xiàn)自動化？lm,n=size(e); %獲取e的行列數(shù)，n代表了文字的行數(shù)lfor i=1:n D= C(e(1,i):e(2,i),:); 24“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 理想情況下的字符分割figure,imshow(D) %顯示切分出來的第一行文字f=sum(not(D),1); %在列方向上計算目標像素的投影figure,plot(f) %顯示投影

15、數(shù)組g=f0;h=diff(g);k1=find(h=1)+1 %定位每個字符開始的列號k2=find(h=-1) %定位每個字符結束的列號k=k1;k2; %合成記錄字符列位置的二維數(shù)組l使用循環(huán)將字符位置寫入box文件25“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 復雜圖像的情況A=imread(ocr2.jpg);imshow(A) B=rgb2gray(A); figure, imshow(B) %顯示灰度圖像a=graythresh(B) %計算二值化所需的閾值C=im2bw(B,a); %二值化figure,imshow(C) 該如何解決？26“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖

16、掘挑戰(zhàn)賽組委會 復雜圖像的情況l思路：尋找文字部分的穩(wěn)健的特征l圖像銳化：凸顯圖像中的細微部份或增強已經(jīng)模糊的細節(jié)l找出文字的邊緣l微分算子會使圖像銳化，使常量區(qū)域為027“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 復雜圖像的情況l計算數(shù)字函數(shù)的導數(shù)以差分的形式實現(xiàn)，有不同的定義l用于一階導數(shù)的定義需要滿足：l(1) 在平坦段必須為零(常數(shù)灰階值區(qū)域)l(2) 在灰階步階或斜面起始處必須不為零l(3) 沿著斜面必須不為零28)() 1(xfxfxf“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 復雜圖像的情況l二次導數(shù)的任何定義需要：l

17、(1) 在平的區(qū)域必須為零l(2) 在灰階步階或斜函數(shù)的起始以及尾端必須不為零l(3) 沿著有常數(shù)斜率之斜面必須為零l將二階導數(shù)定義成差分式l對二維函數(shù)而言29)(2) 1() 1(22xfxfxfxf),(4)1,() 1,(), 1(), 1(2yxfyxfyxfyxfyxff“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 復雜圖像的情況l采用空間濾波的方式實現(xiàn)圖像的銳化l空間濾波是一種鄰域操作l定義中心點(x,y)l對于先定義的以(x,y)為中心的鄰域內(nèi)的像素進行運算l令結果為該點處處理的響應l對圖像的每一點重復此操作l這里采用的處理是：將鄰域中每個像素與相應的系數(shù)相乘，然

18、后將結果進行累加，從而得到該點處的響應。l鄰域系數(shù)表現(xiàn)為一個矩陣。該系數(shù)矩陣也稱為濾波器、掩模、核、模板或窗。30“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 二維濾波：卷積310 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 2 34 5 67 8 90 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0

19、 0 0 0 0 0 0 0“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 二維濾波：卷積320 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 1 2 3 0 0 00 0 0 4 5 6 0 0 0 0 0 0 7 8 9 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 9 8 7 0 0 0 00 0 6 5 4 0 0 0 00 0 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 1 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0“泰迪杯”全國數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽組委會 復雜圖像的情況l生成