圖像算術(shù)運算

本文格式為Word版，下載可任意編輯——圖像算術(shù)運算沈陽理工大學數(shù)字圖像處理課程設(shè)計

第1章相關(guān)知識

1.1設(shè)計平臺

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，是學習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)運算、幾何變換、圖像登記、像素值與統(tǒng)計、圖像分析、圖像加強、線性濾波、線性二元濾波設(shè)計、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)學運算、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)計函數(shù)；(5)圖像分析函數(shù)；(6)圖像加強函數(shù)；(7)線性濾波函數(shù)；(8)二維線性濾波器設(shè)計函數(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圖像進行加強、復原和編碼，還要對同鄉(xiāng)進行分析，圖像分析旨在對圖像進行描述，即用一組數(shù)或符號表征圖像中目標區(qū)的特征、性質(zhì)和相互間的關(guān)系，為模式識別提供基礎(chǔ)。描述一般針對圖像或景物中的特定區(qū)域或目標。開運算尋常用來消除小對象物，在纖細點處分開物體，平滑較大物體的邊界的同時不明顯改變其面積。

圖像的算術(shù)運算是兩幅輸入圖像之間進行點對點的加、減、乘、除運算后得到輸出圖像的過程。

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)運算在圖像處理中有著廣泛的應(yīng)用，它除了可以實現(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備。例如，圖像減法就可以用來檢測同一場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)換為適合進行基本操作的雙精度類型。

圖像處理工具箱包含了一個能實現(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差值兩個圖像的加法補足一幅圖像兩個圖像的除法計算兩幅圖像的線形組合兩個圖像的乘法兩個圖像的減法

使用圖像工具箱中的圖像代數(shù)運算函數(shù)無需再進行數(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)運算函數(shù)使用以下截取規(guī)則使運算結(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，分數(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(包括無窮大inf)將被設(shè)置為255。

無論進行哪一種代數(shù)運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)計分析

2.1圖像的加法

MATLAB中調(diào)用imadd函數(shù)實現(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

兩幅圖像進行乘法運算可以實現(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，那么將加強圖像的亮度，假使因數(shù)小于1則會使圖像變暗。

MATLAB中調(diào)用immultiply函數(shù)實現(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圖像四則運算

因?qū)int8、uintl6數(shù)據(jù)，每步運算都要進行數(shù)據(jù)截取，將會減少輸出圖像的信息量。圖像四則運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)運算操作，僅對最終的輸出結(jié)果進行截取，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);運行結(jié)果:

圖3.1圖像疊加

兩幅圖像的像素值相加時產(chǎn)生的結(jié)果很可能超過圖像數(shù)據(jù)類型所支持的最大值，特別對于uint8類型的圖像，溢出狀況最為常見。當數(shù)據(jù)值發(fā)生溢出時，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，在進行加法計算前最好將圖像轉(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);運行結(jié)果:

圖3.2減去不均勻背景減法

操作有時會導致某些像素值變?yōu)橐粋€負數(shù)，對于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)自動將這些負數(shù)截取為0。為了避免差值產(chǎn)生負值，同時避免像素值運算結(jié)果之間產(chǎn)生差異，可以調(diào)用函數(shù)imabsdiff。imabsdiff將計算兩幅圖像相應(yīng)像素差值的絕對值，因而返回結(jié)果不會產(chǎn)生負數(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);運行結(jié)果：

圖3.3象素值縮放

圖像的乘法操作一般都會發(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),[]);運行結(jié)果：

圖3.4圖像除法運算

兩幅圖除法運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)學圖像）處理中往往用到。圖像除法也可以用來檢測像間的區(qū)別，但是除法操作給出的是相應(yīng)像素值的變化比率，而不是每個像素的絕對差異，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);運行結(jié)果：501001502023505010015020235050100150202350501001502023505010015020235050100150202350

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

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

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結(jié)論

獲得的圖像可能會由于各種原因而被污染,產(chǎn)生噪聲。常見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的失真,有些噪聲只針對某些具體的圖像處理過程產(chǎn)生。影響。圖像中的噪聲往往和正常信號交織在一起,特別是乘性噪聲,假使處理不當,就會破壞圖像本身的細節(jié),如會使線條、邊界等變得模糊不清。

MATLAB為圖像處理提供了一種簡單、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)就可以進行MATLAB程序的編寫,并運用到圖像處理的各個方面。Matlab具有強