第第7章章MATLAB在图像处理中的应用在图像处理中的应用1.图形文件的读写和查询图形文件的读写和查询2.图像的显示图像的显示3.图像的运算图像的运算4.图像的几何操作图像的几何操作5.领域和块运算领域和块运算6.线性滤波与滤波器的设计线性滤波与滤波器的设计7.图像的变换处理图像的变换处理8.图像分析与增强图像分析与增强9.小波分析在图像处理中的应用小波分析在图像处理中的应用第一节第一节数字图像处理数字图像处理一、数字图象处理的基本概念一、数字图象处理的基本概念二维函数二维函数f(x,y)。（。（图像和图片）图像和图片）x,y是空间坐标，是空间坐标，f(x,y)幅值称为强度或者灰度幅值称为强度或者灰度数字图像：空间离散，幅值离散数字图像：空间离散，幅值离散像素像素图像在人类感知中扮演最重要的角色。图像在人类感知中扮演最重要的角色。6080的信息来自图像的信息来自图像成像机器可覆盖几乎所有电磁波谱成像机器可覆盖几乎所有电磁波谱还存在其他成像方式：声波，电子显微镜，分形图像还存在其他成像方式：声波，电子显微镜，分形图像二、数字图像处理的基本特点二、数字图像处理的基本特点 1信息量很大信息量很大 2数字图像占用的频带较宽。数字图像占用的频带较宽。 3数字图像中各个像素是不独立的，其相关性很大。数字图像中各个像素是不独立的，其相关性很大。 4处处理理后后的的数数字字图图像像是是需需要要给给人人观观察察和和评评价价的的，因因此此受人的因素影响较大。受人的因素影响较大。 5.数字图像处理技术综合性强数字图像处理技术综合性强 6.图像信息理论与通信理论密切相关图像信息理论与通信理论密切相关三、数字图像处理的主要应用三、数字图像处理的主要应用1 1、太空探索，遥感应用、太空探索，遥感应用2 2、生物医学工程：、生物医学工程： CTCT的发明的发明 血球自动分类仪的商业化血球自动分类仪的商业化3 3、工业应用：视觉检验，零部件选取，过程控制、工业应用：视觉检验，零部件选取，过程控制4 4、军事应用：、军事应用：5 5、网络数字媒体，视频图象特技、网络数字媒体，视频图象特技, ,虚拟现实虚拟现实, ,视频会议通信等日视频会议通信等日常生活方方面面。常生活方方面面。应用实例：应用实例：:电磁波谱，电磁波谱，电磁波谱，电磁波谱，,伽马射线成像伽马射线成像, ,X X射线成像射线成像, ,紫外波段像，紫外波段像，可可见见光光成成像像( (用用显显微微镜镜方方法法) )，可可见见光光及及红红外外波波段段成成像像，红红外外成成像像（全全世世界界夜夜间间灯灯光光），多多光光谱谱成成像像，可可见见光光成成像像，微微波波波波段段（雷雷达波）成像，无线电波成像，声波成像，子显微镜成像达波）成像，无线电波成像，声波成像，子显微镜成像图象处理的基础知识图象处理的基础知识2.1图像的获取图像的获取把照射量变为数字图像的三种主要传感器装置把照射量变为数字图像的三种主要传感器装置1用单个传感器获取图像用单个传感器获取图像2用带状传感器获取图像用带状传感器获取图像3用传感器阵列获取图像用传感器阵列获取图像2.2图象的数字化和计算机图象数据处理图象的数字化和计算机图象数据处理2.2.1图象函数图象函数成象过程是复杂的光学过程，这涉及到光度学，色度学成象过程是复杂的光学过程，这涉及到光度学，色度学光度学：亮度形成机制。光度学：亮度形成机制。色色度度学学：光光的的反反射射和和发发射射与与光光波波的的波波长长关关系系（和和颜颜色色，彩色有关系）。彩色有关系）。单色图象：反映图象亮度值，则和波长无关，则图象函数单色图象：反映图象亮度值，则和波长无关，则图象函数为为f(x,y)。例如：一张黑白照片，可以应用二维函数例如：一张黑白照片，可以应用二维函数f（x，y）表示表示x，y是平面两个轴的坐标，是平面两个轴的坐标，f（x，y）表示（表示（x，y）点的亮度值（灰度值）。点的亮度值（灰度值）。一幅彩色图象：一幅彩色图象： 各点值还应反映出色彩变化，各点值还应反映出色彩变化，即可用即可用f f（x x，y y，I I）表示，其中表示，其中I I为波长。为波长。2.2.3数字图象在计算机内的处理数字图象在计算机内的处理数字图象的矩阵表数字图象的矩阵表示示1.数字图象的矩阵表示数字图象的矩阵表示2.二维数组和图象的关系二维数组和图象的关系二维数组的标注和数字图象的对应关系有两种形式二维数组的标注和数字图象的对应关系有两种形式:1)数数组组的的第第1,2标标注注I,J分分别别对对应应于于画画面面的的水水平平和和垂垂直直两方向两方向3/4F型型2) 2) 数数组组的的第第1,21,2标标注注I,JI,J分分别别对对应应于于画画面面的的垂垂直直和和水水平两方向平两方向3/43/4M型型2.3彩色图象简介彩色图象简介1.彩色规范（颜色模型）彩色规范（颜色模型）RGB模型和模型和HSI模型模型1)RGB模型模型最最直直接接的的方方法法是是使使用用红红，绿绿，蓝蓝的的亮亮度度值值，大大小小限限定定到到一一定定范范围围，如如0到到1。我我们们把把这这种种约约定定称称为为RGB格格式式。每每个个象象素素（实实际际上上任任何何可可能能要要量量化化的的颜颜色色）都都能能用用三三维维空空间间中中第第一一象象限限的的一一个个点点来来表表示示，如如下图中的彩色立方体所示。下图中的彩色立方体所示。在在RGB彩色空间的原点上，任一基色均没有亮度，即原点为黑色。彩色空间的原点上，任一基色均没有亮度，即原点为黑色。三基色都达到最高亮度时则表现为白色。亮度较低的等量的三种基三基色都达到最高亮度时则表现为白色。亮度较低的等量的三种基色产生灰色的影调。所有这些点均落在彩色立方体的对角线上，该色产生灰色的影调。所有这些点均落在彩色立方体的对角线上，该对角线被称为灰色线。彩色立方体中有三个角对应于三基色对角线被称为灰色线。彩色立方体中有三个角对应于三基色红、红、绿和蓝色。剩下的三个角对应于黄色，青色和洋红（红）。绿和蓝色。剩下的三个角对应于黄色，青色和洋红（红）。2)HSI模型模型H(hue):色调，表示颜色，与波长有关；色调，表示颜色，与波长有关；S(saturation):饱饱和和度度，表表示示色色纯纯度度，即即单单色色光光中中渗渗入入白白光光的的程程度度。当当光光谱谱色色掺掺入入白白光光成成分分越越多多时时，饱饱和和度度下下降降，颜颜色变浅；色变浅；I(intensity):强强度度，表表示示人人眼眼感感知知颜颜色色的的强强弱弱程程度度，它它和和能能量大小及人眼对不同波长的感知能力有关。量大小及人眼对不同波长的感知能力有关。 这种彩色描述对人来说是自然的、直观的，更适合人这种彩色描述对人来说是自然的、直观的，更适合人的视觉特性。的视觉特性。HSIHSI模型对于开发基于彩色描述的模型对于开发基于彩色描述的图像处理图像处理方法是一个较为理想的工具。方法是一个较为理想的工具。 采用采用HSI彩色空间的优点彩色空间的优点：能能够够减减少少彩彩色色图图像像处处理理的的复复杂杂性性，而而增增加加快快速速性性。在在图图像像处处理理中中常常用用的的算算术术操操作作或或算算法法，例例如如作作为为边边缘缘检检测测或或边边缘缘增增强强的的Sobel算算子子(卷卷积积运运算算)，只只要要对对HSI彩彩色色空空间间的的亮亮度度信信号号进进行行操操作作就就可可获获得得良良好好效效果果，而而在在RGB彩彩色色空空间间要要作作上上述述运运算算就就很很不不方方便便。在在图图像像处处理理和和计计算算机机视视觉觉中中大大量量算算法法都都可可在在HSI彩彩色色空空间间中中方方便便地地使使用用，它它们们可可以以分分开开处处理理而而且且是是相相互互独独立立的的。因因此此，在在HIS彩彩色色空空间间中中可可以以大大大简化图像分析和处理的工作量。大简化图像分析和处理的工作量。2.真彩色、真彩色、伪彩色、伪彩色、假彩色假彩色(1)真彩色图象真彩色图象(truecolor) 能真实反映自然界物体本来颜色的图象叫真彩色图象。(2)伪彩色图象伪彩色图象(pseudocolor) 把单色图象的不同灰度赋予不同颜色的处理为伪彩色图象处理。 灰度到彩色的映射灰度到彩色的映射。(3)假彩色图象假彩色图象(falsecolor) 根据波长的不同赋予不同的彩色的处理为假彩色图象处理。 彩色到彩色的映射彩色到彩色的映射运用假彩色增强主要用于运用假彩色增强主要用于：(1)把把正正常常的的目目标标置置于于特特定定的的彩彩色色背背景景下下，使使观观察察者对该目标更加注意。者对该目标更加注意。(2) (2) 对于由在光谱响应在可见光以外（如红外）传对于由在光谱响应在可见光以外（如红外）传感器获取的多光谱图象，可以用假彩色再现之。感器获取的多光谱图象，可以用假彩色再现之。P210P210图形文件格式：图形文件格式：HDFHDFJPEGJPEGPCXPCXPNGPNGXWDXWDGIFGIFBMPBMPI=imread(filmane,fmt);X,P=imread(filmane,fmt);格式有：格式有：Bmp;Cur;Gif;Hdf;Ico;Jpg,jpeg;Pcx;PngTif,tiff;xwd7.2.图形文件的读写和查询图形文件的读写和查询读读I=imread(eight.tif);写：写：Imwrite(A,filmane,fmt)查询查询info=imfinfo(rice.png)I=imread(eight.tif);J=imnoise(I,salt&pepper,0.02);imshow(I)figure,imshow(J)7.3.图像的显示图像的显示I=imread(rice.png);figure,imshow(I),title(originalimage)BW=im2bw(I,graythresh(I);L=bwlabel(BW);RGB=label2rgb(L);RGB2=label2rgb(L,spring,c,shuffle);imshow(RGB),figure,imshow(RGB2)显示二值图像显示二值图像I=imread(coins.png);level=graythresh(I);BW=im2bw(I,level);Imshow(I)figureimshow(BW)在在同一窗口中显示同一窗口中显示2幅图像幅图像x1,map1=imread(forest.tif);x2,map2=imread(trees.tif);subplot(121);subimage(x1,map1)subplot(122);subimage(x2,map2)纹理映射纹理映射x,y,z=cylinder;I=imread(trees.tif);subplot(121);warp(x,y,z,I);x,y,z=sphere(50);I=imread(trees.tif);subplot(122);warp(x,y,z,I);图像的算术运算图像的算术运算%加法运算加法运算I=imread(trees.tif);J=imread(cameraman.tif);K=imadd(I,J);imshow(K)减法：减法：imsubtract乘法：乘法：immultiply除法：除法：imdivide图像类型的转换图像类型的转换见见P225插值运算插值运算图像的放大、缩小、旋转图像的放大、缩小、旋转imresizeImrotate(0381,13) (1) (1) 利用直方图均衡化方法增强图像利用直方图均衡化方法增强图像 从纯技术上讲，图像增强技术基本上可分成两大类：一从纯技术上讲，图像增强技术基本上可分成两大类：一类是频域处理法、一类是空域处理法。频域处理法的基础类是频域处理法、一类是空域处理法。频域处理法的基础是卷积定理。它采用修改图像傅立叶变换的方法实现对图是卷积定理。它采用修改图像傅立叶变换的方法实现对图像的增强处理。空域处理法是直接对图像中的像素进行处像的增强处理。空域处理法是直接对图像中的像素进行处理，基本上是以灰度映射变换为基础的。所用的映射变换理，基本上是以灰度映射变换为基础的。所用的映射变换取决于增强的目的。例如增加图像的对比度，改善图像的取决于增强的目的。例如增加图像的对比度，改善图像的灰度层次等处理均属于空域处理法。灰度层次等处理均属于空域处理法。设变量设变量r代表图像中像素灰度级。把像素灰度级归一代表图像中像素灰度级。把像素灰度级归一化处理，那么化处理，那么0r1,其中其中r=0表示黑，表示黑，r=1表示白。对表示白。对于一幅给定的图像来说，每个像素取值在于一幅给定的图像来说，每个像素取值在0，1的灰的灰度级是随机的。用概率密度函数度级是随机的。用概率密度函数Pr(r)来表示图像灰来表示图像灰度级的分布。当大部分像素集中在低灰度级区域，图度级的分布。当大部分像素集中在低灰度级区域，图像呈现暗的特性，而当大部分像素集中在高灰度级区像呈现暗的特性，而当大部分像素集中在高灰度级区域，图像呈现亮的特性。域，图像呈现亮的特性。(1) (1) 利用直方图均衡化方法增强图像利用直方图均衡化方法增强图像cameraman.tif，并绘制图像的直方图并绘制图像的直方图I=I=imreadimread( (cameraman.cameraman.tiftif ););subplot(221)subplot(221)imshowimshow(I)(I)title(title(primeval figure primeval figure ) ) J=J=histeqhisteq(I);(I);subplot(222)subplot(222)imhistimhist(I,255)(I,255)subplot(223)subplot(223)imshowimshow(J)(J)subplot(224)subplot(224)imhistimhist(J,255)(J,255)figurefigureimcontourimcontour(I)(I)title(title(image image contourcontour) )