Malab数字图像处理2

第3章MATLAB图像处理基础本章主要介绍利用MATLAB来实现数字图像处理的基本操作，主要包括以下几个方面的内容：MATLAB图像处理工具箱，图像类型的转换，图像文件的读写，图像文件的显示，视频文件的读写。介绍这5个部分目的是为了让广大用户了解MATLAB图像处理工具箱的基础上，能够利用该工具箱来实现基本的图像处理操作。3.1图像处理工具箱在MATLAB中，所提供的工具箱种类是非常多的，包含的应用领域非常广阔，例如ControlSystemToolbox（系统控制工具箱）、Database

Toolbox（数据库工具箱）、FilterDesignToolbox（滤波器设计工具箱）、SignalProcessingToolbox（信号处理工具箱）等，利用这些工具箱用户可以非常方便地实现所需要的计算、分析、处理等功能。本书主要是介绍MATLAB与图像处理的相关操作，在MATLAB中也提供了与图像处理相关的工具箱——ImageProcessingToolbox（图像处理工具箱）。下面具体介绍MATLAB中的图像处理工具箱的相关内容。3.1.1图像处理工具箱使用向导ImageProcessingToolbox（图像处理工具箱）是利用了MATLAB强大的数学计算能力，为广大用户提供了一套全方位的参照标准算法和图形工具，用于进行图像处理、分析、可视化和算法开发。该工具箱提供的图像处理操作非常广泛，包括：图像数据的读取和保存：将图像数据读取到工作空间，处理后图像进行保存；图像的显示：将图像文件在窗口中显示出来；创建GUI：创建图像用户接口，实现交互操作；图像的几何变换：又称图像的空间变换，例如图像的缩放、图像的旋转、图像的平移、图像的镜像和图像的裁剪等操作；图像滤波器设计及线性滤波：可以进行线性滤波和设计FIR等滤波器；形态学图像处理：可以进行膨胀和腐蚀，以及基于膨胀和腐蚀的处理，并且可以进行数学形态学重建等操作；图像域变换：可以进行傅里叶变换、离散正弦或余弦变换、Radon变换等；图像增强：可以进行灰度拉伸、对比度增强和去噪处理等；图像分析：可以进行图像的直方图统计、边缘检测、边界跟踪和四叉树分解等操作图像合成：将两幅或多幅部分图像拼接成一幅完整图像；图像配准：可以基于控制点配准图像；图像分割：将一幅图像按照一定规则分成多个部分，区域生长，阈值分割等；图像ROI处理：针对图像中感兴趣区域进行处理，ROI选取等；图像恢复：图像中含有噪声或者图像发生退化，利用某些算法将图像进行还原和恢复；彩色图像处理：图像的彩色空间类型及彩色空间变换，例如RGB彩色空间；邻域和块处理：可以进行块操作、滤波、填充、滑动邻域操作、分离块操作和列处理。3.1.2学习更多关于图像处理工具箱MATLAB图像处理工具箱例程：MATLAB软件包包括了许多按照分类组织的各种例程，这些例程提供了一个很好的学习图像处理工具箱的机会；MATLAB网络研讨会：在这个研讨会上MathWorks公司的开发人员和工程师会作简短的（一般<=1小时）技术介绍，从这里用户也会学到很多关于MATLAB图像处理工具箱的内容；MATLAB图像处理工具箱的主页——/products/image/，在该主页中有丰富的MATLAB图像处理工具箱视频和示例，在线研讨会，技术资源和用户中心等，用户可以根据需要进行访问和学习；SteveEddins的博客：在他的博客中有许多有关图像处理的概念，有用的提示，算法的实现以及MATLAB相关内容——/steve/。3.2图像类型的转换在许多图像处理过程中，常常需要图像的类型进行转换，否则对应的操作没有意义甚至出错。在MATLAB中，各种图像类型之间的转换关系如下图所示。

3.2.1RGB图像转换为灰度图像在MATLAB中，将RGB图像转换为灰度图像，需要调用函数rgb2gray()，其调用格式如下：X=rgb2gray(I)：该函数是将RGB图像I转换为灰度图像X，其中I表示RGB图像，X表示转换后的灰度图像。3.2.2

RGB图像转换为索引图像在MATLAB中，将真彩色图像转换成为索引图像直接调用函数rgb2ind()。在早期的MATLAB版本中有大致四种转换方法：直接法、均匀量化法、最小方差量化法和颜色表近似法，最新的MATLAB版本（如MATLAB

R2010a）中只有后三种转换方法。除此之外，在函数rgb2ind()还可以输入参数项dither_option，其表示是否使用抖动。3.2.3灰度图像转换为索引图像在MATLAB中，灰度图像是一个二维数组矩阵，而索引图像不仅包括一个二维的数组矩阵，还包括一个M×3的颜色映射表。所以要想将灰度图像转换成为索引图像，则必须生成对应的颜色映射表。在MATLAB中可以直接调用函数gray2ind()来实现图像转换。其调用格式如下：[X,map]=gray2ind(I,n)：该函数是将灰度图像I转换为索引图像，其中I指的是原灰度图像，n是灰度级数，默认值为64，[X,map]对应转换后的索引图像，map中对应的颜色值为颜色图gray(n)中的颜色值。[X,map]=gray2ind(BW,n)：该函数是将二值图像BW转换为索引图像，其中I指的是二值图像，n是灰度级数，默认值为2，[X,map]对应转换后的索引图像，map中对应的颜色值为颜色图gray(n)中的颜色值。二值图像实际上也是灰度图像，只是其灰度级为2而已3.2.4索引图像转换为灰度图像利用函数gray2ind()可以将灰度图像转换为索引图像，同样，索引图像也是可以转换成为灰度图像的，在MATLAB中直接调用函数ind2gray()即可实现，其调用格式如下：I=ind2gray(X,map)：该函数是将具有颜色映射表map的索引图像转换为灰度图像，去除了索引图像中的颜色、饱和度信息，保留了图像的亮度信息。其中[X,map]对应索引图像，I表示转换后的灰度图像。输入图像的数据类型可以是double型或uint8型，但输出为double型。3.2.5索引图像转换为RGB图像在MATLAB中，利用函数rgb2ind()可以将RGB图像转换为索引色图像，同样索引图像也可以转换为RGB图像，利用函数ind2rgb()即可实现，其调用格式如下：RGB=ind2rgb(X,map)：该函数是将索引图像[X,map]转换为RGB图像，其中[X,map]指向索引图像，RGB指向转换后的真彩色图像。转换过程中形成一个三维数组，然后将索引图像的颜色映射表中的颜色值赋值给三维数组。输入图像的数据类型可以是double型、uint8型或uint16型，输出为double型。3.2.6二值图像的转换在MATLAB中，二值图像中的数据类型实际上是logical型，’0’代表黑色、’1’代表白色，所以二值图像实际上是一幅“黑白”图像。那么，将其他图像转换为二值图像，首先必须规定一个规则：将其他数组中什么数据变为’1’，什么数据变为’0’。常用的方法是“阈值法”，它是确定一个阈值，小于阈值就取为’0’，其他的全部取为’1’。在MATLAB中实现这一功能的函数为im2bw()，其调用格式根据转换的原图像不同而各有差异。如果输入不是灰度图像，先将其转换为灰度图像，然后通过阈值法转换为二值图像。3.2.7数值矩阵转换为灰度图像在MATLAB中，一个数据矩阵就相当于一幅数字图像，只是在数字图像中对应的数组元素必须在一定的取值范围，因此，只要将对应数据矩阵中的元素按一定规律进行转换，就可以将矩阵转换为图像了。在MATLAB中可以利用函数mat2gray()，将一个数据矩阵转换为一幅灰度图像，其调用格式为：I=mat2gray(X,[

xmin,xmax])：该函数是按照指定的取值区间[xmin,xmax]将数据矩阵X转换为灰度图像I，xmin对应灰度值0，即黑色，xmax对应灰度值1，即白色。数据矩阵中小于xmin的值取为0，大于xmax的值取为1。如果不指定取值区间[xmin,xmax]，即缺省情况下，将数据矩阵X中最小值设为xmin，最大值设为xmax。3.3图像文件的读写

在MATLAB中，用户想要对一幅图像或者图像文件进行操作和处理，最首要的一个步骤就是对需要处理的图像或者文件进行“读取”，然后再进行具体的操作和处理，最后可以将处理后的图像进行保存。MATLAB为广大用户提供了专门的函数，可以方便地进行图像信息的读取，图像文件的保存。本节中将具体讲述图像文件读写的相关内容。3.堪3.睛1文件放信息教读取在MA罩TL必AB中，码对图指像进市行操爹作和掉处理久时，迈经常铁需要柿知道得图像俘文件慈的文忧件名样、文证件格驰式、串图像台大小她、图恢像类榴型、勒数据窝类型协等信钥息，恰可以娇直接沟调用MA魂TL励AB函数im起fi砌nf常o(滴)来读穗取图础像文活件的豪信息内。其禽调用费格式励如下尼：IN居FO闭=i掘mf额in蛋fo迫(‘苏fi后le惧na徐me物’,‘f滚mt去’)或者IN推FO棵=i贝mf司in纠fo死(‘售fi敬le驻na著me盏.f潜mt宾’)：该限函数往是读睛取文赴件fi络le生na隐me轿.f谎mt的信帅息。养其中纹，fi亲le叫na咸me指的刃是图浮像文勇件的番“文犁件名顷”，fm哗t指的抗是该队文件瓣的“博扩展转名”往，IN贼FO是一眨个结允构数大组。这不同派格式捐的文纵件最蛮终得聪到的IN登FO所包极含的妇结构筒成员涉不同灵，但泛基本凭都包公含前9个结示构成迁员，恨具体嫁如下匠表3.皇2所示薯：3.搜3.把2图像扬文件昨的读围取在MA疯TL测AB中，壮图像菠文件兔的读异取最飘主要弟的是贷利用沸函数im剂re宇ad安(求)，该痛函数冻几乎追支持MA初TL渠AB中所季有的董图像逃文件她格式稿。根汗据所萍读取正图像弓格式絮的不产同以贵及图否像类疲型的处不同发，该柴函数剖的调朱用格羽式也肯各不岁相同司。下弯面将技分别漂从“专常见霜图像散格式羞读取驻”和魄“特尘殊图路像格斑式读丹取”揭两部忌分进饰行介屿绍：1.常见霞图像遵格式茄读取2.特殊尘图像围格式克读取3.3.脑3图像剩文件巨的保芦存MA肺TL止AB中利绑用函拒数im闷wr寄it橡e(涉)来实报现图治像文宿件的余写入雅操作仔，即爹保存另，与见函数im赚re减ad屠(酒)的作重用相桂对。婚其调用用格果式通苏常有困以下协几种诸：im傲wr非it案e(烛I,泻'宣fi捧le览na仪me姻',劣'狠fm典t'身)：该掀函数组是把落图像士数据I保存秆到由帅字符技串“fi赌le仆na痛me”指租定的再文件传中，郑存储脂的文土件格讲式由fm杏t指定帐。与阿函数im电re亩ad涝(今)使用么类似届，如药果所蓄指定次的保股存文有件fi薪le召na耕me不在挤当前肉目录淹下或MA杯TL选AB的目愈录下需，必碑须指信明其喇完整革路径挥。fm粪t的取右值必袭须是MA美TL灶AB所支患持的嗓图像盯文件匆格式做。图烦像数躺据I不能白为空切，如站果I为灰耐度图杜像，谊那么I应该混是一慢个M虑N的二斑维数龙组，叠如果I为彩柱色图难像，瓜那么I应该介是一巧个M×腊N×截3的三近维数凉组。魂如果fm崖t指定欢的格嘱式为TI桥FF，那犹么函索数im渐wr辨it阁e(促)可以泼接受M×控N×腹4的三根维数舅组。im旷wr肚it吧e(炮X,庄ma冲p,兽'席fi尚le芦na折me每',至'摄fm巨t'题)：该挑函数雁是用汉于保毛存索促引色更图像悦，其活中X表示做索引缎色图维像数惰据矩稼阵，ma氧p表示所与其绣关联费的颜跑色映金射表钢，fi妹le起na吨me为保缴存的睡文件瞒名，fm献t为文苍件的钻保存愧格式牌。如驳果X是ui目nt蚊8或ui生nt李16类型肉的数笨组，价函数im杠wr希it握e(章)将数膊组中税的实抽际数量据按捎相同伞的类似型保讯存在颠文件fi柳le蓄na闯me中，臣前提令是所名保存煎的文顷件格务式必赢须支纯持ui监nt蹦8或ui劲nt窗16的数坚据类芹型，径否则另会出泪错。板在MA丘TL小AB中支爱持16位图复像的熟存储缴的文下件格糕式有PN且G和TI萄FF。如烈果X是do酒ub预le类型乱的数废组，喷函数im肺wr捧it合e(涉)采用ui暴nt辜8(蜜X-省1)表示斯数组朝中的彼值并饿写入薪到文勉件fi跌le状na攻me中。哲颜色旧映射虎表ma功p必须刺是MA鹿TL馆AB所支引持的月颜色诉映射向表类催型。im庸wr菜it挂e(肚…,腥'考fi纲le狮na紫me匪')：该脸函数酿是将从图像乖保存编到文掠件中宽时，刺从fi鱼le甩na御me的扩肯展名拼中推血断图戏像的近文件劣格式赛，该锡扩展含名要核求必施须是MA根TL仍AB所支盯持的遍类型现。函如数im坏wr墙it害e(邻)中在fi渠le胃na弱me之前尝的参胸数“…”与皆前面饭提到姐的格千式是勤相同尸的调便用方惜式。im川wr顶it专e(懒…,叮'术Pa翅ra马m1散',凡Va咽l1施,风'P谋ar鸟am蜓2'停,V机al此2,态…)：该遇函数炭是用吉于在旬保存HD会F、JP取EG、PB挑M、PG童M、PP撇M、PN牢G、RA昌S、GI押F和TI须FF等类舱型文丧件时她指定谜某些耻参数匀值。扭例如妄，在声保存JP坐EG文件俘时，塘可以井存储届以下珠参数击：品刑质（Qu短al困it混y）、省注释轿（Co亭mm遍en膝t）、地模式逢（Mo坏de）和泛像素患位数矩（Bi贸tD撤ep裂th）；汤在保雹存HD号F文件障时，盈可以母指定词图像录的压秩缩性联（Co俱mp赛re时ss挣io启n）、喂品质叼（Qu摧al简it胶y）和读写入袖模式奶（Wr芳it凶eM喝od先e）。油不同踏的文或件格衰式所幕保存系的参胃数不裂同，想用户享可以扭参考列帮助融文档塑中的辞相关刊介绍演。例扯如im醒wr败it涝e(莲I,也'繁tr滚ee瞒s.茧pn凡g'环,纷'衣Bi念tD婆ep版th旬',拴8)其含劫义是萌将图间像I保存品在文迫件“tr宴ee甚s.违pn荣g”中科，并姥且给如参数Bi鬼tD故ep扰th赋值寇为8。3.4图像党文件筛的显谁示在数文字图染像处徐理中去，对踩一幅脆图像佛进行醉处理旅和操膏作，拌第一平步是卧将该熔图像贯读取粘出来型，然殿后完关成后川续的财处理锅操作恭。但着用户红如何回知道盟处理影的结渗果怎从样呢因，它皮与原级图像英之间质有什津么差骗别呢往。这遍就要桐求将柜图像蓄可以艺在屏杀幕上冬进行匙显示妨，然扁后人绘眼就贷能最腰直接尿地对摧图像倾进行兄观察园和分暴辨。矮在MA灶TL绪AB中提廊供了固丰富比的函谎数，读可以诱实现轰对图凑像的羞显示拆，例积如显催示灰唐度图姻像，弱显示气彩色船图像帆，显左示多泄帧图纠像，常显示糖图像挺像素歇信息昼等。济本小架节将软具体掀介绍MA河TL轰AB中图抬像显熄示函府数以摇及各纠自的寇功能殿。3.顷4.仪1图像播显示际函数在MA粥TL哨AB中用收于显赞示图峰像的敏窗口借有两拖种：使用MA岁TL林AB图像刚工具恩浏览膛器（Im阅ag肉e吗To钞ol炮V渐ie宴we亦r），某通过冲调用苹函数im柜to骄ol菜(嚷)来实脚现；使用MA旨TL何AB的通大用图你形图版像视韵窗，蜜通过启调用贸函数im段sh无ow乖(筹)来实须现。在MA悄TL病AB命令徒窗口点中，抬输入劣以下阅指令侍：>>宫I春=i永mr风ea运d(拌'l煎en表a.症bm泽p'侮);%读取抛图像乎信息>>im妻to锣ol瞧(I饼);%用函梯数im吸to商ol朱(坐)显示职，使电用的深是图晚像工迫具浏加览器>>项i鹅ms史ho均w(莲I)券;%用函羡数im衔sh吧ow龟(读)显示蚂，使冰用的振通用专图形慨图像五视窗将得荣到如怎图3.秆27所示浅结果壁：图司（a）和那图（b）分啦别是它两种惭图像壮显示蔑窗口锤界面枝：图句像工墓具浏奏览器璃界面无和通督用图忍像图峡像视览窗界气面。图（a）伟图（b）3.4.2像素役信息交的显尿示在MA铅TL柳AB图像蠢处理遇工具项箱中蚕包含辆两个朋函数钉可以塌返回银用户皂指定叶的图蛋像像谁素的紧数据拍值：烈函数im骨pi斩xe痒l(斗)和函新数im抬pi寸xe槐li莲nf蒜o(糊)。1.函数im哪pi迁xe孙l(薄)函数im狸pi算xe滤l(恢)可以警返回控选中起像素炊或像句素集膛的数渐据值械。用堵户可榆以直博接将揪像素亭坐标阀作为刊该函苍数的搞输入金参数注或者敏用鼠亮标选阁中像岔素。2.函数im敏pi将xe货li仆nf救o(围)：函数im撕pi迷xe蝴li贴nf倘o的功化能是旺在当佛前显甩示的礼图像荐中创秤建一宵个像暗素信啄息工塘具。秆这个将像素崖信息痰工具不显示摆的是刊鼠标饿光标疤所在走图像冈的像央素点闻的信栏息，答并且季可以垒显示诊该图展像窗荒口中算的所显有图届像中缩慧的像耀素的忘信息私。该插像素雾信息枝显示赖工具史默认葬在图续像窗殖口的筒左下榴角，倡其中睛内容昂包括贷两个外部分之：一像是一口个字肠符串断“Pi挂xe骄l然In危fo”，揉二是疗在字改符串抓后的诉像素盈信息惜。3.拉5视频菠文件澡的读闯写MA短TL着AB除了袍支持侄各种欺图像国文件成的读晚写等灵操作溜，还莲支持盆视频耐文件亦的相愤应处坐理。暮实际浪上视谊频文权件本烛质上烈是由爸多帧至具有况一定相大小援、顺费序、关格式油的图塑像组俯成的鼓，只龄是一新般的到图像杏是静犹止的盈，而孙视频轻是可饥以将肠多帧片静止普的图迈像进蓝行连挑续显薯示，哑从而佳达到始动态腰效果古。在MA苏TL酬AB中专棒门针醒对视凳频文妨件而型集成浙了一苹些函杀数，外以方角便用纹户进尘行使玩用。径例如史视频杂读取俘函数av妨ir饲ea四d(静)、视听频信齿息读鬼取函缠数av为ii难nf弹o(谋)、视糕频的训播放彩函数mo犁vi旗e(渴)等等符，本伐章将馆具体佳介绍番有关掀视频达文件杯的MA骆TL匙AB的处头理。3.陪5.辞1视频心文件堪的读笛取在MA秋TL堆AB中，凤读取教视频箭文件跑有几作种方扬法，构所支据持的呢函数分也非豆常多