圖像的數(shù)據(jù)分析

課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：劉新華工作單位：信息工程學(xué)院題目：圖像的數(shù)據(jù)分析規(guī)定完畢的重要任務(wù)：運用MATLAB仿真軟件系統(tǒng)進行圖像的數(shù)據(jù)分析規(guī)定:讀取圖像并求出圖像的最大值、最小值、均值、中值、和、原則差、兩圖像的協(xié)方差、有關(guān)系數(shù)等。課程設(shè)計的目的：1．理論目的課程設(shè)計的目的之一是為了鞏固課堂理論學(xué)習(xí)，并能用所學(xué)理論知識對的分析信號處理的基本問題和解釋信號處理的基本現(xiàn)象。2．實踐目的課程設(shè)計的目的之二是通過設(shè)計詳細的圖像信號變換掌握圖像和信號處理的措施和環(huán)節(jié)。時間安排：序號階段內(nèi)容所需時間1方案設(shè)計1天2軟件設(shè)計2天3系統(tǒng)調(diào)試1天4答辯1天合計5天指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽字：年月日目錄摘要 IAbstract II1.Matlab簡介及在圖像處理與分析的應(yīng)用 12.數(shù)據(jù)采集 22.1

MATLAB的讀取措施 22.1.1編輯M文獻 22.1.2圖像的讀取 23圖像數(shù)據(jù)記錄處理 63.1

圖像數(shù)據(jù)處理原理 63.2各像素點中最大值的獲取 73.2.1

引用函數(shù) 73.2.2計算成果 73.3各像素點中最小值 83.3.1引用函數(shù) 83.3.2計算成果 83.4各像素點值的均值 93.4.1引用函數(shù) 93.4.2計算成果 93.5各像素點值的中值 103.5.1引用函數(shù) 103.5.2計算成果 103.6各像素點值的和 113.6.1引用函數(shù) 113.6.2計算成果 113.7各像素點值的原則差 123.7.1引用函數(shù) 123.7.2計算成果 123.8各像素點值的方差 133.8.1引用函數(shù) 133.8.2計算成果 133.9兩圖中各像素點值的協(xié)方差 143.9.1引用函數(shù) 143.9.2計算成果 143.10兩圖的相對系數(shù) 153.10.1引用函數(shù) 153.11.2計算成果 154.心得體會 16參照文獻 17本科生課程設(shè)計成績評估表 18摘要MATLAB是美國MathWorks企業(yè)出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，重要包括MATLAB和Simulink兩大部分。廣泛應(yīng)用于數(shù)字信號分析，系統(tǒng)識別，時序分析與建模，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，動態(tài)仿真等方面。如今正是信息科技高速發(fā)展的時代，數(shù)字信號處理也變得尤為重要，是當(dāng)今一門重要的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。目前數(shù)字信號處理在通信、語音、圖像、自動控制、雷達、軍事、航天航空、醫(yī)療和家用電器等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本次課程設(shè)計運用MATLAB軟件進行圖像的數(shù)據(jù)分析，包括讀取圖像并求出圖像的最大值、最小值、均值、中值、和、原則差、兩圖像的協(xié)方差、有關(guān)系數(shù)等。關(guān)鍵詞：MATLAB，數(shù)字信號處理，圖像數(shù)據(jù)分析

AbstractMATLAB

software

MATLAB

is

Matrix

lab

(Matrix

Laboratory)

abbreviation,is

the

product

of

our

company

MathWorks

business

mathematics

software

for

algorithm

development,

data

visualization,

data

analysis

and

numerical

calculation

of

the

senior

technical

calculation

language

and

interactive

environment,

widely

used

in

digital

signal

analysis,system

identification,

timing

analysis

and

modeling,

neural

network,

dynamic

simulation,

etc

in

a

wide

range

of

applications.

With

the

information

age

and

the

advent

of

the

digital

world,

digital

signal

processing

has

become

an

extremely

important

disciplines

and

technical

fields.

Current

digital

signal

processing

in

communications,

voice,

image,

automatic

control,

radar,

military,

aerospace,

medical

and

household

appliances

and

many

other

fields

has

been

widely

used.

The

course

is

designed

to

use

MATLAB

software

to

do

image

data

analysis,

including

reading

image

and

getting

the

images

of

the

maximum,

minimum,

mean,

median,

and,

standard

deviation,

two

images

of

the

covariance,

correlation

coefficient,

etc.

Key

words:

MATLAB，digital

signal

processing，image

data

analysis

1.Matlab簡介及在圖像處理與分析的應(yīng)用

MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。

Matlab是一套功能十分強大的工程計算及數(shù)據(jù)分析軟件，其應(yīng)用范圍涵蓋了數(shù)學(xué)、工業(yè)技術(shù)、電子科學(xué)、醫(yī)療衛(wèi)生、建筑、金融、數(shù)字圖像處理等各個領(lǐng)域。許多工程師和研究人員發(fā)現(xiàn)，matlab能迅速測試其構(gòu)思，綜合評測系統(tǒng)性能，并能借此迅速設(shè)計出更多的處理方案，到達更高的技術(shù)規(guī)定。

Matlab的圖像處理工具箱，功能十分強大，支持的圖像文獻格式豐富，如JPEG、RAS、PCX、TIFF、PNG、HDF、GIF、ICO、CUR、XWD、BMP等。

用Matlab所提供的圖像處理與分析工具，結(jié)合其強大的數(shù)據(jù)處理能力，研究人員可運用前人已獲得的研究成果，可以把精力集中在新技術(shù)理論的研究上，而不必關(guān)懷圖像文獻的格式、讀寫、顯示和已經(jīng)有成果的技術(shù)細節(jié)．并迅速測試其圖像處理與分析的新方案。測試既可以便地得到記錄數(shù)據(jù)，同步又可得到直觀圖示。

Ｍatlab提供了20類圖像處理函數(shù)，涵蓋了圖像處理的包括近期研究成果在內(nèi)的幾乎所有的技術(shù)措施，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)按其功能可分為：圖像顯示；圖像文獻I/O；圖像算術(shù)運算；幾何變換；圖像登記；像素值與統(tǒng)汁；圖像分析；圖像增強；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(xué)運算；構(gòu)造元素創(chuàng)立與處理；基于邊緣的處理；色彩映射表操作；色彩空間變換；圖像類型與類型轉(zhuǎn)換。

2.數(shù)據(jù)采集2.1

MATLAB的讀取措施

2.1.1編輯M文獻

Matlab是解釋型語言，就是說Matlab命令行中敲入的命令在目前Matlab進程中被解釋運行。不過，每次執(zhí)行一種任務(wù)時敲入長長的命令序列是很煩人的。有兩種措施可以使Matlab的力量得到擴展——腳本和函數(shù)。這兩種措施都用像emacs同樣的文本編輯器中編寫的m文獻（由于擴展名是.m因此這樣命名，m文獻還稱點m文獻）。m文獻的好處在于它可以保留命令，還可以輕易地修改命令而無需重新敲入整個命令行。

新建m文獻的措施為File->New->M-File。

2.1.2圖像的讀取 找到兩張圖片，圖像為600*401和830*553像素保留為tp1.jpg和tp2.jpg圖2-1tp1.jpg圖2-2tp2.jpgMatlab顯示圖像的最基本的手段是使用image函數(shù)。該函數(shù)還產(chǎn)生了圖像對象的句柄，并容許對對象的屬性進行設(shè)置，運用圖像讀取函數(shù)imread()可完畢圖形圖像文獻的讀取。

subplot函數(shù)簡介，在一般默認的狀況下，MATLAB

每次使用plot

函數(shù)進行圖形繪制，將重新產(chǎn)生一種圖形窗口。但有時但愿后續(xù)的圖形可以和前面所繪制的圖形進行比較。一般來說有兩種措施：一是采用hold

on(/off)命令，將新產(chǎn)生的圖形曲線疊加到已經(jīng)有的圖形上；二是采用

subplot(m,n,k)函數(shù)，將圖形窗口分隔成n*m個子圖，并選擇第k個子圖作為目前圖形

，然后在同一種視圖窗口中畫出多種小圖形。作為一種二維曲線繪制函數(shù)，subplot的功能是：將一種窗口分為若干塊，在選中的某一塊區(qū)域內(nèi)可以繪制圖形。讀取tp1.jpg和tp2.jpg，并將其分別存儲到名為F1和F2的數(shù)組中，其程序如下:

圖2-3讀取圖片并顯示 圖2-4圖像讀取以上兩張圖片滿足像素規(guī)定，但圖像為彩圖，不是灰度圖，無法進行接下來的分析，需將彩圖轉(zhuǎn)換為灰度圖，運用MATLAB中的rgb2gray（）命令實現(xiàn)RGB圖像到灰度圖像的轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化后在使用命令isgray（）判斷圖像與否變?yōu)榛叶葓D，假如是灰度圖將返回為1，不是將返回0?；叶葓D轉(zhuǎn)換成功后，將轉(zhuǎn)化后的灰度圖讀取出來。圖2-5轉(zhuǎn)化灰度圖按如上輸入后出現(xiàn)圖片：圖2-6tp1.jpg灰度圖圖2-7tp2.jpg灰度圖

3圖像數(shù)據(jù)記錄處理

3.1

圖像數(shù)據(jù)處理原理

一幅圖像可以被看作是空間各點光強度的集合。MATLAB把灰度圖像存儲為一種數(shù)據(jù)矩陣，該數(shù)據(jù)矩陣中的元素分別代表了圖像中的像素。一幅行數(shù)為M、列數(shù)為N的圖像大小為M×N的矩陣形式為，如圖圖3-1矩陣一般式例如，鍵入命令A(yù)=

imread('E:\tp1.jpg')可得出tp1的灰度矩陣，如圖所示（僅部分矩陣）：圖3-2圖像的矩陣因此可運用灰度矩陣來分析圖片的多種參數(shù)以及對數(shù)據(jù)進行處理，并且由于在應(yīng)用圖片的方面，對圖像各項參數(shù)的規(guī)定不一樣，因此要對圖片進行合適的數(shù)據(jù)處理，來考察圖片的不一樣參數(shù)。例如均值，原則差，方差就是圖像的某些有關(guān)的參數(shù)，可以用作對圖片的質(zhì)量來作評價。3.2各像素點中最大值的獲取

3.2.1

引用函數(shù)

Matlab中max（）函數(shù)用于求最大值。程序為：image_maxtp1=max(max(F1))image_maxtp2=max(max(F2))3.2.2計算成果

圖像最大值分析成果如圖：圖3-3最大值

3.3各像素點中最小值

3.3.1引用函數(shù)

Matlab中min（）函數(shù)用于求最小值。image_mintp1=min(min(F1))

image_mintp2=min(min(F2))

3.3.2計算成果

圖像最小值分析成果如圖：圖3-4最小值

3.4各像素點值的均值

3.4.1引用函數(shù)

MATLAB中提供均值計算函數(shù)mean()和mean2()，函數(shù)的使用措施如下：

例如用mean2（H）求出矩陣H所有元素的均值。

題目規(guī)定計算圖像各像素點的均值，因而可通過調(diào)用mean2()函數(shù)進行計算，在命令行中輸入mean2(A_gray)即可求得灰度圖各像素點的均值。

程序如下：

image_meantp1=

mean2(F1)

image_meantp2=

mean2(F2)3.4.2計算成果

圖像均值分析成果如圖：圖3-5均值

3.5各像素點值的中值

3.5.1引用函數(shù)

MATLAB中提供的median()函數(shù)可求出中值

程序如下：

image_zhongzhitp1=median(F1(:))

image_zhongzhitp2=median(F2(:))

3.5.2計算成果

圖像中值分析成果如圖：圖3-6中值

3.6各像素點值的和

3.6.1引用函數(shù)

MATLAB中提供的sum（）函數(shù)可求出各像素點的和程序如下：

image_hetp1=sum(sum(F1))

image_hetp2=sum(sum(F2))

3.6.2計算成果

圖像各像素點值的和分析成果如圖：圖3-7和

3.7各像素點值的原則差

3.7.1引用函數(shù)

MATLAB中提供的std()函數(shù)可求出原則差

程序如下：image_bzctp1=std2(F1(:))

image_bzctp2=std2(F2(:))3.7.2計算成果

圖像原則差分析成果如圖：圖3-8原則差

3.8各像素點值的方差

3.8.1引用函數(shù)

MATLAB中提供的var()函數(shù)可求出方差

程序如下：

image_fctp1=var(double(F1(:)))image_fctp2=var(double(F2(:)))

3.8.2計算成果

圖像方差分析成果如圖圖3-9方差

3.9兩圖中各像素點值的協(xié)方差

3.9.1引用函數(shù)

MATLAB中提供的cov()函數(shù)可求出兩數(shù)組間的協(xié)方差

程序如下：

image_xfctp1=cov(double(F1),double(F2))

3.9.2計算成果

圖像兩圖像像素點值協(xié)方差分析成果如圖：因兩個圖片的大小不一樣因此協(xié)方差不存在。

3.10兩圖的相對系數(shù)

3.10.1引用函數(shù)

MATLAB中提供的corrcoef函數(shù)可求出兩數(shù)組間的協(xié)方差

程序如下：

image_xdxs=corrcoef(double(I),double(P))3.11.2計算成果

圖像兩圖的相對系數(shù)分析成果如圖：因兩個圖片的大小不一樣因此相對系數(shù)不存在。

4.心得體會 在這次課程設(shè)計中我對于MATLAB有了更深入的理解，對MATLAB語言的發(fā)展和特點有了更深的理解，掌握了MATLAB的基本語法，理解了MATLAB程序書寫的一般思緒及一般環(huán)節(jié)，學(xué)會了用MATLAB進行圖像分析的措施，如讀取圖像并求出圖像的最大值、最小值、均值、中值、和、原則差、兩圖像的協(xié)方差、有關(guān)系數(shù)等，并且我對MATLAB信號處理工具箱內(nèi)的模型函數(shù)有了深刻的體會和應(yīng)用。 對于MATLAB這個軟件，功能很全面，這次課程設(shè)計只是運用了MATLAB其中的少部分功能而已，數(shù)據(jù)信息處理在當(dāng)今時代是很重要的一門課題，MATLAB軟件可以很好的處理數(shù)據(jù)信息處理的問題。 在這次課程設(shè)計中，通過自主學(xué)習(xí)理解和使用MATLAB的過程，使我的自學(xué)能力大幅度提高了；對于課題中不理解的知識，通過網(wǎng)上查找，書本查詢等多