Malab數(shù)字圖像處理2

第3章MATLAB圖像處理基礎本章主要介紹利用MATLAB來實現(xiàn)數(shù)字圖像處理的基本操作，主要包括以下幾個方面的內容：MATLAB圖像處理工具箱，圖像類型的轉換，圖像文件的讀寫，圖像文件的顯示，視頻文件的讀寫。介紹這5個部分目的是為了讓廣大用戶了解MATLAB圖像處理工具箱的基礎上，能夠利用該工具箱來實現(xiàn)基本的圖像處理操作。3.1圖像處理工具箱在MATLAB中，所提供的工具箱種類是非常多的，包含的應用領域非常廣闊，例如ControlSystemToolbox（系統(tǒng)控制工具箱）、Database

Toolbox（數(shù)據(jù)庫工具箱）、FilterDesignToolbox（濾波器設計工具箱）、SignalProcessingToolbox（信號處理工具箱）等，利用這些工具箱用戶可以非常方便地實現(xiàn)所需要的計算、分析、處理等功能。本書主要是介紹MATLAB與圖像處理的相關操作，在MATLAB中也提供了與圖像處理相關的工具箱——ImageProcessingToolbox（圖像處理工具箱）。下面具體介紹MATLAB中的圖像處理工具箱的相關內容。3.1.1圖像處理工具箱使用向導ImageProcessingToolbox（圖像處理工具箱）是利用了MATLAB強大的數(shù)學計算能力，為廣大用戶提供了一套全方位的參照標準算法和圖形工具，用于進行圖像處理、分析、可視化和算法開發(fā)。該工具箱提供的圖像處理操作非常廣泛，包括：圖像數(shù)據(jù)的讀取和保存：將圖像數(shù)據(jù)讀取到工作空間，處理后圖像進行保存；圖像的顯示：將圖像文件在窗口中顯示出來；創(chuàng)建GUI：創(chuàng)建圖像用戶接口，實現(xiàn)交互操作；圖像的幾何變換：又稱圖像的空間變換，例如圖像的縮放、圖像的旋轉、圖像的平移、圖像的鏡像和圖像的裁剪等操作；圖像濾波器設計及線性濾波：可以進行線性濾波和設計FIR等濾波器；形態(tài)學圖像處理：可以進行膨脹和腐蝕，以及基于膨脹和腐蝕的處理，并且可以進行數(shù)學形態(tài)學重建等操作；圖像域變換：可以進行傅里葉變換、離散正弦或余弦變換、Radon變換等；圖像增強：可以進行灰度拉伸、對比度增強和去噪處理等；圖像分析：可以進行圖像的直方圖統(tǒng)計、邊緣檢測、邊界跟蹤和四叉樹分解等操作圖像合成：將兩幅或多幅部分圖像拼接成一幅完整圖像；圖像配準：可以基于控制點配準圖像；圖像分割：將一幅圖像按照一定規(guī)則分成多個部分，區(qū)域生長，閾值分割等；圖像ROI處理：針對圖像中感興趣區(qū)域進行處理，ROI選取等；圖像恢復：圖像中含有噪聲或者圖像發(fā)生退化，利用某些算法將圖像進行還原和恢復；彩色圖像處理：圖像的彩色空間類型及彩色空間變換，例如RGB彩色空間；鄰域和塊處理：可以進行塊操作、濾波、填充、滑動鄰域操作、分離塊操作和列處理。3.1.2學習更多關于圖像處理工具箱MATLAB圖像處理工具箱例程：MATLAB軟件包包括了許多按照分類組織的各種例程，這些例程提供了一個很好的學習圖像處理工具箱的機會；MATLAB網絡研討會：在這個研討會上MathWorks公司的開發(fā)人員和工程師會作簡短的（一般<=1小時）技術介紹，從這里用戶也會學到很多關于MATLAB圖像處理工具箱的內容；MATLAB圖像處理工具箱的主頁——/products/image/，在該主頁中有豐富的MATLAB圖像處理工具箱視頻和示例，在線研討會，技術資源和用戶中心等，用戶可以根據(jù)需要進行訪問和學習；SteveEddins的博客：在他的博客中有許多有關圖像處理的概念，有用的提示，算法的實現(xiàn)以及MATLAB相關內容——/steve/。3.2圖像類型的轉換在許多圖像處理過程中，常常需要圖像的類型進行轉換，否則對應的操作沒有意義甚至出錯。在MATLAB中，各種圖像類型之間的轉換關系如下圖所示。

3.2.1RGB圖像轉換為灰度圖像在MATLAB中，將RGB圖像轉換為灰度圖像，需要調用函數(shù)rgb2gray()，其調用格式如下：X=rgb2gray(I)：該函數(shù)是將RGB圖像I轉換為灰度圖像X，其中I表示RGB圖像，X表示轉換后的灰度圖像。3.2.2

RGB圖像轉換為索引圖像在MATLAB中，將真彩色圖像轉換成為索引圖像直接調用函數(shù)rgb2ind()。在早期的MATLAB版本中有大致四種轉換方法：直接法、均勻量化法、最小方差量化法和顏色表近似法，最新的MATLAB版本（如MATLAB

R2010a）中只有后三種轉換方法。除此之外，在函數(shù)rgb2ind()還可以輸入?yún)?shù)項dither_option，其表示是否使用抖動。3.2.3灰度圖像轉換為索引圖像在MATLAB中，灰度圖像是一個二維數(shù)組矩陣，而索引圖像不僅包括一個二維的數(shù)組矩陣，還包括一個M×3的顏色映射表。所以要想將灰度圖像轉換成為索引圖像，則必須生成對應的顏色映射表。在MATLAB中可以直接調用函數(shù)gray2ind()來實現(xiàn)圖像轉換。其調用格式如下：[X,map]=gray2ind(I,n)：該函數(shù)是將灰度圖像I轉換為索引圖像，其中I指的是原灰度圖像，n是灰度級數(shù)，默認值為64，[X,map]對應轉換后的索引圖像，map中對應的顏色值為顏色圖gray(n)中的顏色值。[X,map]=gray2ind(BW,n)：該函數(shù)是將二值圖像BW轉換為索引圖像，其中I指的是二值圖像，n是灰度級數(shù)，默認值為2，[X,map]對應轉換后的索引圖像，map中對應的顏色值為顏色圖gray(n)中的顏色值。二值圖像實際上也是灰度圖像，只是其灰度級為2而已3.2.4索引圖像轉換為灰度圖像利用函數(shù)gray2ind()可以將灰度圖像轉換為索引圖像，同樣，索引圖像也是可以轉換成為灰度圖像的，在MATLAB中直接調用函數(shù)ind2gray()即可實現(xiàn)，其調用格式如下：I=ind2gray(X,map)：該函數(shù)是將具有顏色映射表map的索引圖像轉換為灰度圖像，去除了索引圖像中的顏色、飽和度信息，保留了圖像的亮度信息。其中[X,map]對應索引圖像，I表示轉換后的灰度圖像。輸入圖像的數(shù)據(jù)類型可以是double型或uint8型，但輸出為double型。3.2.5索引圖像轉換為RGB圖像在MATLAB中，利用函數(shù)rgb2ind()可以將RGB圖像轉換為索引色圖像，同樣索引圖像也可以轉換為RGB圖像，利用函數(shù)ind2rgb()即可實現(xiàn)，其調用格式如下：RGB=ind2rgb(X,map)：該函數(shù)是將索引圖像[X,map]轉換為RGB圖像，其中[X,map]指向索引圖像，RGB指向轉換后的真彩色圖像。轉換過程中形成一個三維數(shù)組，然后將索引圖像的顏色映射表中的顏色值賦值給三維數(shù)組。輸入圖像的數(shù)據(jù)類型可以是double型、uint8型或uint16型，輸出為double型。3.2.6二值圖像的轉換在MATLAB中，二值圖像中的數(shù)據(jù)類型實際上是logical型，’0’代表黑色、’1’代表白色，所以二值圖像實際上是一幅“黑白”圖像。那么，將其他圖像轉換為二值圖像，首先必須規(guī)定一個規(guī)則：將其他數(shù)組中什么數(shù)據(jù)變?yōu)椤?’，什么數(shù)據(jù)變?yōu)椤?’。常用的方法是“閾值法”，它是確定一個閾值，小于閾值就取為’0’，其他的全部取為’1’。在MATLAB中實現(xiàn)這一功能的函數(shù)為im2bw()，其調用格式根據(jù)轉換的原圖像不同而各有差異。如果輸入不是灰度圖像，先將其轉換為灰度圖像，然后通過閾值法轉換為二值圖像。3.2.7數(shù)值矩陣轉換為灰度圖像在MATLAB中，一個數(shù)據(jù)矩陣就相當于一幅數(shù)字圖像，只是在數(shù)字圖像中對應的數(shù)組元素必須在一定的取值范圍，因此，只要將對應數(shù)據(jù)矩陣中的元素按一定規(guī)律進行轉換，就可以將矩陣轉換為圖像了。在MATLAB中可以利用函數(shù)mat2gray()，將一個數(shù)據(jù)矩陣轉換為一幅灰度圖像，其調用格式為：I=mat2gray(X,[

xmin,xmax])：該函數(shù)是按照指定的取值區(qū)間[xmin,xmax]將數(shù)據(jù)矩陣X轉換為灰度圖像I，xmin對應灰度值0，即黑色，xmax對應灰度值1，即白色。數(shù)據(jù)矩陣中小于xmin的值取為0，大于xmax的值取為1。如果不指定取值區(qū)間[xmin,xmax]，即缺省情況下，將數(shù)據(jù)矩陣X中最小值設為xmin，最大值設為xmax。3.3圖像文件的讀寫

在MATLAB中，用戶想要對一幅圖像或者圖像文件進行操作和處理，最首要的一個步驟就是對需要處理的圖像或者文件進行“讀取”，然后再進行具體的操作和處理，最后可以將處理后的圖像進行保存。MATLAB為廣大用戶提供了專門的函數(shù)，可以方便地進行圖像信息的讀取，圖像文件的保存。本節(jié)中將具體講述圖像文件讀寫的相關內容。3.堪3.睛1文件放信息教讀取在MA罩TL必AB中，碼對圖指像進市行操爹作和掉處理久時，邁經常鐵需要柿知道得圖像俘文件慈的文憂件名樣、文證件格馳式、串圖像臺大小她、圖恢像類榴型、勒數(shù)據(jù)窩類型協(xié)等信鑰息，恰可以嬌直接溝調用MA魂TL勵AB函數(shù)im起fi砌nf常o(滴)來讀穗取圖礎像文活件的豪信息內。其禽調用費格式勵如下尼：IN居FO閉=i掘mf額in蛋fo迫(‘蘇fi后le懼na徐me物’,‘f滾mt去’)或者IN推FO棵=i貝mf司in糾fo死(‘售fi敬le駐na著me盞.f潛mt賓’)：該限函數(shù)往是讀睛取文赴件fi絡le生na隱me轎.f謊mt的信帥息。養(yǎng)其中紋，fi親le叫na咸me指的刃是圖浮像文勇件的番“文犁件名頃”，fm嘩t指的抗是該隊文件瓣的“博擴展轉名”往，IN賊FO是一眨個結允構數(shù)大組。這不同派格式捐的文縱件最蠻終得聰?shù)降腎N登FO所包極含的婦結構筒成員涉不同靈，但泛基本憑都包公含前9個結示構成遷員，恨具體嫁如下匠表3.皇2所示薯：3.搜3.把2圖像揚文件昨的讀圍取在MA瘋TL測AB中，壯圖像菠文件兔的讀異取最飄主要弟的是貸利用沸函數(shù)im劑re宇ad安(求)，該痛函數(shù)凍幾乎追支持MA初TL渠AB中所季有的董圖像逃文件她格式稿。根汗據(jù)所萍讀取正圖像弓格式絮的不產同以貴及圖否像類疲型的處不同發(fā)，該柴函數(shù)剖的調朱用格羽式也肯各不歲相同司。下彎面將技分別漂從“專常見霜圖像散格式羞讀取駐”和魄“特塵殊圖路像格斑式讀丹取”揭兩部忌分進飾行介嶼紹：1.常見霞圖像遵格式茄讀取2.特殊塵圖像圍格式克讀取3.3.腦3圖像剩文件巨的保蘆存MA肺TL止AB中利綁用函拒數(shù)im悶wr寄it橡e(涉)來實報現(xiàn)圖治像文宿件的余寫入雅操作仔，即爹保存另，與見函數(shù)im賺re減ad屠(酒)的作重用相桂對?；槠湔{用用格果式通蘇常有困以下協(xié)幾種諸：im傲wr非it案e(燭I,瀉'宣fi捧le覽na儀me姻',劣'狠fm典t'身)：該掀函數(shù)組是把落圖像士數(shù)據(jù)I保存稈到由帥字符技串“fi賭le仆na痛me”指租定的再文件傳中，鄭存儲脂的文土件格講式由fm杏t指定帳。與阿函數(shù)im電re畝ad澇(今)使用么類似屆，如藥果所蓄指定次的保股存文有件fi薪le召na耕me不在擠當前肉目錄淹下或MA杯TL選AB的目愈錄下需，必碑須指信明其喇完整革路徑揮。fm糞t的取右值必襲須是MA美TL灶AB所支患持的嗓圖像盯文件匆格式做。圖煩像數(shù)躺據(jù)I不能白為空切，如站果I為灰耐度圖杜像，誼那么I應該混是一慢個M慮N的二斑維數(shù)龍組，疊如果I為彩柱色圖難像，瓜那么I應該介是一巧個M×臘N×截3的三近維數(shù)涼組?；耆绻鹒m崖t指定歡的格囑式為TI橋FF，那猶么函索數(shù)im漸wr辨it閣e(促)可以潑接受M×控N×腹4的三根維數(shù)舅組。im曠wr肚it吧e(炮X,莊ma沖p,獸'席fi尚l(wèi)e蘆na折me每',至'攝fm巨t'題)：該挑函數(shù)雁是用漢于保毛存索促引色更圖像悅，其活中X表示做索引緞色圖維像數(shù)惰據(jù)矩稼陣，ma氧p表示所與其繡關聯(lián)費的顏跑色映金射表鋼，fi妹le起na噸me為保繳存的睡文件瞞名，fm獻t為文蒼件的鉆保存愧格式牌。如駁果X是ui目nt蚊8或ui生nt李16類型肉的數(shù)笨組，價函數(shù)im杠wr希it握e(章)將數(shù)膊組中稅的實抽際數(shù)量據(jù)按捎相同傘的類似型保訊存在顛文件fi柳le蓄na闖me中，臣前提令是所名保存煎的文頃件格務式必贏須支純持ui監(jiān)nt蹦8或ui勁nt窗16的數(shù)堅據(jù)類芹型，徑否則另會出淚錯。板在MA丘TL小AB中支愛持16位圖復像的熟存儲繳的文下件格糕式有PN且G和TI萄FF。如烈果X是do酒ub預le類型亂的數(shù)廢組，噴函數(shù)im肺wr捧it合e(涉)采用ui暴nt辜8(蜜X-省1)表示斯數(shù)組朝中的彼值并餓寫入薪到文勉件fi跌le狀na攻me中。哲顏色舊映射虎表ma功p必須刺是MA鹿TL館AB所支引持的月顏色訴映射向表類催型。im庸wr菜it掛e(肚…,腥'考fi綱le獅na紫me匪')：該臉函數(shù)釀是將從圖像乖保存編到文掠件中寬時，刺從fi魚le甩na御me的擴肯展名拼中推血斷圖戲像的近文件劣格式賽，該錫擴展含名要核求必施須是MA根TL仍AB所支盯持的遍類型現(xiàn)。函如數(shù)im壞wr墻it害e(鄰)中在fi渠le胃na弱me之前嘗的參胸數(shù)“…”與皆前面飯?zhí)岬浇愕母袂绞乔谙嗤恼{便用方惜式。im川wr頂it專e(懶…,叮'術Pa翅ra馬m1散',凡Va咽l1施,風'P謀ar鳥am蜓2'停,V機al此2,態(tài)…)：該遇函數(shù)炭是用吉于在旬保存HD會F、JP取EG、PB挑M、PG童M、PP撇M、PN牢G、RA昌S、GI押F和TI須FF等類艙型文喪件時她指定謎某些恥參數(shù)勻值。扭例如妄，在聲保存JP坐EG文件俘時，塘可以井存儲屆以下珠參數(shù)擊：品刑質（Qu短al困it混y）、省注釋轎（Co亭mm遍en膝t）、地模式逢（Mo壞de）和泛像素患位數(shù)矩（Bi貿tD撤ep裂th）；湯在保雹存HD號F文件障時，盈可以母指定詞圖像錄的壓秩縮性聯(lián)（Co俱mp賽re時ss掙io啟n）、喂品質叼（Qu摧al簡it膠y）和讀寫入袖模式奶（Wr芳it兇eM喝od先e）。油不同踏的文或件格衰式所幕保存系的參胃數(shù)不裂同，想用戶享可以扭參考列幫助融文檔塑中的辭相關刊介紹演。例扯如im醒wr敗it澇e(蓮I,也'繁tr滾ee瞞s.繭pn凡g'環(huán),紛'衣Bi念tD婆ep版th旬',拴8)其含劫義是萌將圖間像I保存品在文迫件“tr宴ee甚s.違pn榮g”中科，并姥且給如參數(shù)Bi鬼tD故ep擾th賦值寇為8。3.4圖像黨文件篩的顯誰示在數(shù)文字圖染像處徐理中去，對踩一幅脆圖像佛進行醉處理旅和操膏作，拌第一平步是臥將該熔圖像貫讀取粘出來型，然殿后完關成后川續(xù)的財處理鍋操作恭。但著用戶紅如何回知道盟處理影的結滲果怎從樣呢因，它皮與原級圖像英之間質有什津么差騙別呢往。這遍就要桐求將柜圖像蓄可以藝在屏殺幕上冬進行匙顯示妨，然扁后人繪眼就貸能最腰直接尿地對摧圖像傾進行兄觀察園和分暴辨。矮在MA灶TL緒AB中提廊供了固豐富比的函謊數(shù)，讀可以誘實現(xiàn)轟對圖湊像的羞顯示拆，例積如顯催示灰唐度圖姻像，弱顯示氣彩色船圖像帆，顯左示多泄幀圖糾像，常顯示糖圖像挺像素歇信息晝等。濟本小架節(jié)將軟具體掀介紹MA河TL轟AB中圖抬像顯熄示函府數(shù)以搖及各糾自的寇功能殿。3.頃4.儀1圖像播顯示際函數(shù)在MA粥TL哨AB中用收于顯贊示圖峰像的敏窗口借有兩拖種：使用MA歲TL林AB圖像剛工具恩瀏覽膛器（Im閱ag肉e嗎To鈔ol炮V漸ie宴we亦r），某通過沖調用蘋函數(shù)im柜to驕ol菜(嚷)來實腳現(xiàn)；使用MA旨TL何AB的通大用圖你形圖版像視韻窗，蜜通過啟調用貿函數(shù)im段sh無ow乖(籌)來實須現(xiàn)。在MA悄TL病AB命令徒窗口點中，抬輸入劣以下閱指令侍：>>宮I春=i永m(xù)r風ea運d(拌'l煎en表a.癥bm澤p'侮);%讀取拋圖像乎信息>>im妻to鑼ol瞧(I餅);%用函梯數(shù)im吸to商ol朱(坐)顯示職，使電用的深是圖晚像工迫具瀏加覽器>>項i鵝ms史ho均w(蓮I)券;%用函羨數(shù)im銜sh吧ow龜(讀)顯示螞，使冰用的振通用專圖形慨圖像五視窗將得榮到如怎圖3.稈27所示淺結果壁：圖司（a）和那圖（b）分啦別是它兩種慚圖像壯顯示蔑窗口錘界面枝：圖句像工墓具瀏奏覽器璃界面無和通督用圖忍像圖峽像視覽窗界氣面。圖（a）偉圖（b）3.4.2像素役信息交的顯尿示在MA鉛TL柳AB圖像蠢處理遇工具項箱中蠶包含輛兩個朋函數(shù)釘可以塌返回銀用戶皂指定葉的圖蛋像像誰素的緊數(shù)據(jù)拍值：烈函數(shù)im骨pi斬xe癢l(斗)和函新數(shù)im抬pi寸xe槐li蓮nf蒜o(糊)。1.函數(shù)im哪pi遷xe孫l(薄)函數(shù)im貍pi算xe濾l(恢)可以警返回控選中起像素炊或像句素集膛的數(shù)漸據(jù)值械。用堵戶可榆以直博接將揪像素亭坐標閥作為刊該函蒼數(shù)的搞輸入金參數(shù)注或者敏用鼠亮標選閣中像岔素。2.函數(shù)im敏pi將xe貨li仆nf救o(圍)：函數(shù)im撕pi迷xe蝴li貼nf倘o的功化能是旺在當佛前顯甩示的禮圖像薦中創(chuàng)秤建一宵個像暗素信啄息工塘具。稈這個將像素崖信息痰工具不顯示擺的是刊鼠標餓光標疤所在走圖像岡的像央素點聞的信欄息，答并且季可以壘顯示診該圖展像窗荒口中算的所顯有圖屆像中縮慧的像耀素的忘信息私。該插像素霧信息枝顯示賴工具史默認葬在圖續(xù)像窗殖口的筒左下榴角，倡其中睛內容昂包括貸兩個外部分之：一像是一口個字腸符串斷“Pi掛xe驕l然In危fo”，揉二是療在字改符串抓后的訴像素盈信息惜。3.拉5視頻菠文件澡的讀闖寫MA短TL著AB除了袍支持侄各種欺圖像國文件成的讀晚寫等靈操作溜，還蓮支持盆視頻耐文件亦的相憤應處坐理。暮實際浪上視誼頻文權件本燭質上烈是由爸多幀至具有況一定相大小援、順費序、關格式油的圖塑像組俯成的鼓，只齡是一新般的到圖像杏是靜猶止的盈，而孫視頻輕是可饑以將腸多幀片靜止普的圖邁像進藍行連挑續(xù)顯薯示，啞從而佳達到始動態(tài)腰效果古。在MA蘇TL酬AB中專棒門針醒對視凳頻文妨件而型集成浙了一蘋些函殺數(shù)，外以方角便用紋戶進塵行使玩用。徑例如史視頻雜讀取俘函數(shù)av妨ir飼ea四d(靜)、視聽頻信齒息讀鬼取函纏數(shù)av為ii難nf彈o(謀)、視糕頻的訓播放彩函數(shù)mo犁vi旗e(渴)等等符，本伐章將館具體佳介紹番有關掀視頻達文件杯的MA駱TL匙AB的處頭理。3.陪5.辭1視頻心文件堪的讀笛取在MA秋TL堆AB中，鳳讀取教視頻箭文件跑有幾作種方揚法，構所支據(jù)持的呢函數(shù)分也非豆常多