第五篇 Matlab圖像處理,數(shù)字圖像的概念,下標表示了當前像素點在圖像中的位置；,表示了圖像當前位置的亮度或灰度；,數(shù)字圖像的形成 一幅數(shù)字圖像由許多個像素組成，像素也是數(shù)字圖像的單位之一；膠片（模擬）圖像的單位為長度，如寸、毫米等等，1英寸證明照的尺寸為3.6cm2.7cm； 2英寸證明照的尺寸是3.5cm5.3cm； 5英寸照片的尺寸為12.7cm8.9cm； 數(shù)字圖像的生成就是為每個像素填上需要的顏色值。 數(shù)碼相機、攝像機、掃描儀等設備。,圖像處理是對數(shù)字圖像進行各種操作，如亮度、對比度調(diào)整，去噪、邊緣檢測、壓縮、分割和目標識別等工作； RGB彩色圖像是由三幅獨立的紅、藍、綠分量圖像組成，對彩色圖像的處理可以轉(zhuǎn)化為對三基色分量圖像的處理； 1、Matlab圖像處理工具箱常用命令 1）圖像讀取 I=Imread(path or name) I,map=Imread(path or name),2）顯示圖像 Imshow(I) Imshow(I,map) Imshow(I,low,high) Imshow(I, ),I待顯示圖像矩陣 map灰度級別，默認為256 low,high為灰度最大、最小值，小于為0，大于為255； 將low設置為矩陣I的最小值，high設置為I的最大值； 3）pixval 交互顯示單個像素的亮度值；顯示歐幾里得距離； 4）imfinfo 獲得圖像文件信息；,5）size(I) 獲得圖像矩陣大?。?6）保存圖像 imwrite(I,filename,fmt) imwrite(I,map,filename,fmt) I待保存的圖像矩陣；filename圖像保存路徑；fmt圖像保存格式； 7）改變圖像大小 B = imresize(I, scale) B = imresize(I, mrows ncols) B,newmap = imresize(I, map, scale),實例：5-1.m 2、圖像分類 1）灰度圖像（亮度） 灰度圖像可分為8位和16位兩種，像素數(shù)據(jù)類型為uint8和uint16，分別對應0 255、0 65535 2）二值圖像 像素取值只能為0或1；邏輯矩陣； B=logical(A) 非零為1； Islogical 判斷是否為邏輯矩陣； Sample：5*5大小矩陣，按圖像顯示,3）索引圖像 索引圖像包括調(diào)色板和圖像數(shù)據(jù)兩部分，是把顏色進行排列、編號，圖像數(shù)據(jù)對應為該點像素的顏色序號而非顏色本身； 調(diào)色板為m3矩陣，每一行代表一種顏色，各元素的值介于0,1之間，乘以255來表示實際值； 實例：5-2.m 4）真彩(RGB)圖像 由三基色RGB組合各種顏色值，每一幅真彩圖像由三個基色分量圖組合而成。,真彩圖像灰度圖像 近似平均 R=G=B=(R+G+B)/3 亮度方程 三基色與白光之間的數(shù)學關(guān)系，即三基色按什么比例組合可以生成白光； R=G=B=0.3R+0.59G+0.11B 實例：5-3.m 紅藍紫 紅綠黃 藍綠青 黃紅橙 黃藍綠 紅藍綠白,3、圖像類型轉(zhuǎn)換 根據(jù)需求，將圖像在不同類型間進行轉(zhuǎn)換；索引圖像，無法直接濾波； 1）dither 通過抖動算法轉(zhuǎn)換圖像類型； X = dither(RGB, map) 抖動算法將RGB圖像按指定的調(diào)色板map轉(zhuǎn)換為索引圖像X； BW = dither(I) 將灰度圖像通過抖動算法轉(zhuǎn)換為二值圖像； 2）im2bw 通過設置亮度閾值，把真彩圖像、索引圖像以及灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像；,BW = im2bw(I, level) 灰度圖-二值圖 BW = im2bw(X, map, level) 索引圖-二值圖 BW = im2bw(RGB, level) 真彩圖-二值圖 3）ind2gray 將索引圖轉(zhuǎn)換為灰度圖像，命令去除了索引圖像的色度和飽和度信息，而僅保留了亮度信息； I = ind2gray(X,map) 4）ind2rgb 將索引圖轉(zhuǎn)換為真彩圖像，命令把調(diào)色板中的顏色值賦給了圖像矩陣；,I = ind2rgb(X,map) 5）mat2gray 將數(shù)據(jù)矩陣轉(zhuǎn)換為灰度圖像； I = mat2gray(A, amin amax) I = mat2gray(A) 6）gray2ind X, map = gray2ind(I,n) 灰度圖-索引圖 X, map = gray2ind(BW,n) 二值圖-索引圖,7）grayslice 通過設定閾值將灰度圖像轉(zhuǎn)換為索引色圖； X = grayslice(I, n) 把灰度圖像均勻量化為n個等級，然后轉(zhuǎn)換為偽彩色圖像； 8）rgb2gray 真彩圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，或?qū)⒉噬{(diào)色板轉(zhuǎn)換為灰度調(diào)色板； X = rgb2gray(A),9）rgb2ind 真彩圖像轉(zhuǎn)換為索引圖像； X,map = rgb2ind(RGB, n) 調(diào)色板含n中顏色 X = rgb2ind(RGB, map) 實例：5-4.m 4、顏色空間 顏色空間是表示顏色的 一種數(shù)學方法，人們用它來指定和產(chǎn)生顏色，使顏色形象化。顏色空間中的顏色通常使用代表三個參數(shù)的三維坐標來指定，這些參數(shù)描述的是顏色在顏色空間中的位 置。被描述的顏色對象本身是客觀的，不同顏色空間只是從不同的角度去衡量同一個對象。,顏色空間按基本結(jié)構(gòu)可分為兩大類： 1）基色顏色空間；其典型結(jié)構(gòu)有 RGB，還包括 HSI, HSL和HSV等，計算機圖形顯示就屬于這類顏色空間 ； 2）色、亮分離顏色空間；其典型結(jié)構(gòu)包括 YCC/YUV、Lab等，主要用于電視廣播系統(tǒng)，其目的是通過壓縮色度信息以有效地播送彩色電視圖像。CIE XYZ是由國際照明委員會定義的顏色空間，通常作為國際性的顏色空間標準，用作顏色的基本度量方法。 CIE定義一切顏色空間的基準，它即屬于基色顏色空間，也屬于色、亮分離顏色空間，是貫穿兩者的樞紐。,常用的顏色空間 亮度(lightnessorintensityorluminance)：亮度是光作用于人眼所引起的明亮程度的感覺，它與被觀察物體的發(fā)光強度有關(guān)，主要表現(xiàn)光的強和弱； 色調(diào)(hue)：色調(diào)是當人眼看一種或多種波長的光時所產(chǎn)生的色彩感覺，它反映顏色的種類，是決定顏色的基本特征； 飽和度(saturation)：飽和度是指顏色的純度即摻入白光的程度，表示顏色深淺的程度； 1）RGB 用于計算機圖形學中，采用紅、綠和藍來生成目標顏色；結(jié)構(gòu)簡單，但存儲較費帶寬； 微軟和惠普曾推出一個叫standardRGB的色域標準(sRGB)，是一個基于32位PC機的標準。 sRGB只是人,眼能辨別的色彩空間的一部分，而很多色彩都無法顯示。但這個標準還是被廣泛接受。我們現(xiàn)在在使用的顯示器、掃描儀、打印機、數(shù)碼相機，許多都使用這個標準。03年，微軟又推出了scRGB色域標準，它拓展了色域范圍，全部復蓋人眼可見的色域范圍其16位的精度也大大超過8位的sRGB。 2）YUV顏色空間 主要用于視頻系統(tǒng)中，其中Y代表亮度，UV代表色度。亮度是通過RGB輸入信號來建立的，它將RGB信號的特定部分疊加到一起。色度則定義了顏色的兩個方面，飽和度(saturation)與色調(diào)(hue) ，分別用Cr和Cb來表示。其中，Cr反映了RGB輸入信號紅色部分與RGB信號亮度值之間的差異。而Cb反映的是RGB輸入信號藍色部分與RGB信號亮度值之同的差異。,gamma校準的RGB與YUV顏色空間的轉(zhuǎn)換： Y=0.299R+0.587G+0.114B U=-0.147R-0.289G+0.436B V=0.615R-0.515G-0.100B R=Y+1.140V G=Y-0.395U-0.581V B=Y+2.032U 3）CMYK顏色空間 主要用于彩色打印，也稱印刷色彩模式，CMY是3種印刷油墨名稱的首字母：青色Cyan、洋紅色Magenta、黃色Yellow，而K取的是black最后一個字母。RGB模式是一種發(fā)光的色彩模式，CMYK則是一種依靠反光的色彩模式。,Matlab的顏色空間轉(zhuǎn)換指令 rgb2ntsc ntsc2rgb rgb2hsv hsv2rgb rgb2Ycbcr Ycbcr2rgb,5、其它圖像顯示相關(guān)命令 1）image image(I),colormap(map) image命令用于顯示I矩陣表示的圖像，索引圖像必須使用調(diào)色板； 2）montage 多幀圖像，四維，HDF、TIFF； 實例：5-6.m，創(chuàng)建一個四幀圖像，并在一幅圖中顯示；,3）immovie 以動畫方式顯示圖像各幀，既將各幀圖片轉(zhuǎn)換為matlab動畫格式；只能用索引圖像； mov=immovie(X,map) 實例：5-7.m 4）subimage subplot以子圖方式在一個圖像窗口中顯示多幅圖像，但整個圖像窗口采用一個調(diào)色板，subimage可以在各個子圖中采用各自的調(diào)色板； 實例：5-8.m,5）zoom 縮放圖像 zoom on，zoom off 打開或關(guān)閉縮放功能 zoom out 恢復圖像的原始尺寸 zoom reset 以當前圖像尺寸作為縮放起點 zoom xon，zoom yon 設置X或Y軸縮放功能 6）warp 紋理映射 imshow顯示的圖像在二維平面上，紋理映射可以把圖像顯示在其他類型的表面，如柱面、球面等等； warp(x,y,z,I) 把圖像I顯示在平面(x,y,z) 實例：5-9.m,圖像的幾何操作,圖像的縮放、旋轉(zhuǎn)、分割、剪切都屬于幾何操作。 圖像插值縮放等操作時的像素取法 1、圖像插值運算 1）最近鄰插值 nearest neighbor interpolation 每個插值輸出像素的值就是輸入圖像中與其最近的采樣點的值；它是matlab圖像處理工具箱默認的插值方法，計算量小、速度快，對索引圖像來說是唯一的方法。但當圖像中含有較多高頻分量時，會造成放大后的塊狀效應；,2）雙線性插值 bilinear interpolation 其輸出像素值是它在輸入圖像位置上22鄰域內(nèi)四個像素的平均值，即由某個像素周圍四個像素的灰度值在水平和垂直兩個方向進行插值； 3）雙三次插值 bicubic interpolation 其輸出像素值是它在輸入圖像位置上44鄰域內(nèi)16個像素的平均值； 插值效果的提升帶來了大量的計算，插值算法是目前研究的一項內(nèi)容；,2、 imresize 圖像插值縮放 B = imresize(A, scale) 輸入圖像A可以是灰度圖、二值圖或RGB真彩圖，scale是縮放比例，大于0； B = imresize(A, mrows ncols) mrows ncols用于指定目標圖像的尺寸，如果希望保持長寬比縮放，可以只指定一個參數(shù)，另一置為NaN； Y newmap = imresize(X, map, scale/ mrows ncols) 輸入圖像A是索引圖，縮放比例或尺寸采用上兩種均可； . = imresize(., method) method用來指定縮放插值方法，nearest、bilinear、bicubic； 實例：5-10.m,3、 imrotate 圖像插值旋轉(zhuǎn) B = imrotate(A, angle, method) 旋轉(zhuǎn)后圖像超過原圖像的部分默認置為0，method用來指定縮放插值方法，nearest、bilinear、bicubic； B = imrotate(A, angle, method,crop) 可以采用crop參數(shù)對旋轉(zhuǎn)后圖像進行剪切， 實例：5-11.m,4、 imcrop 圖像的剪切 從原始圖像中剪切一個矩形子圖，指定矩形頂點的坐標及長寬，或鼠標選?。?B = imrotate(A, angle, method) 旋轉(zhuǎn)后圖像超過原圖像的部分默認置為0，method用來指定縮放插值方法，nearest、bilinear、bicubic； B = imrotate(A, angle, method,crop) 可以采用crop參數(shù)對旋轉(zhuǎn)后圖像進行剪切， 實例：5-12.m,圖像鄰域和塊操作 1、滑塊鄰域操作 滑塊鄰域是一組像素，操作對象為鄰域中心的像素。對于mn的滑塊鄰域，其中心像素的位置為： floor ( ( m,n+1 ) / 2 ) m=2,n=3 floor(2,3+1)/2)=floor(3,4/2)=1,2,滑動鄰域操作的步驟： 1）選擇像素； 2）確定滑動鄰域的大小； 3）根據(jù)需要，選擇函數(shù)對鄰域內(nèi)像素操作； 4）計算結(jié)果作為輸出圖像的該點像素值； 5）按1-4遍歷原圖像中的所有像素； 鄰域操作函數(shù) 1）colfilt 快速鄰域操作，為每一個像素建立一個列向量，向量元素對應于該像素鄰域的元素；,B = colfilt(A,m n,block_type,fun) B = colfilt(A,m n,mblock block,block_type,fun) m,n 滑塊大小 block_t ype distinct 圖像塊不重疊 sliding 圖像塊滑動 fun 塊運算函數(shù) 實例：5-13.m,2）nlfilter 通用滑動窗操作函數(shù)，為每一個像素建立一個列向量，向量元素對應于該像素鄰域的元素； B = nlfilter(A, m n, fun) m,n 滑塊大小 fun 塊運算函數(shù) 實例：5-14.m 2、圖像塊操作 把圖像矩陣分成同樣大小的子塊(子矩陣)，圖像操作轉(zhuǎn)化為矩陣運算，提高處理速度。 圖像壓縮 圖像分析,圖像塊相關(guān)函數(shù) 1）bestblk 塊尺寸選擇函數(shù) siz = bestblk(m n,k) mb,nb = bestblk(m n,k) 返回mn維圖像的塊劃分值siz，或mb,nb為劃分圖像塊的行數(shù)和列數(shù)，k圖像塊長度或?qū)挾鹊淖畲笾担?siz=bestblk(1024 768,16) siz = 16 16 m,n=bestblk(1024,768,10) m = 8 n = 8,2）blkproc 塊操作函數(shù) B = blkproc(A,m n,fun) B = blkproc(A,m n,mborder nborder,fun) 以mn大小的圖像塊劃分對圖像矩陣A做函數(shù)fun運算；mborder nborder為擴展邊界，實際圖像塊大小為m+2mborder n+2nborder； 實例：5-15.m 3）col2im 把列向量排列成圖像塊 A = col2im(B,m n,mm nn, block_type) 把圖像B的每一列重新排列成mn的圖像塊，按排列類型最終形成一個mmnn的圖像； block_t ype distinct 圖像塊不重疊 sliding 圖像塊滑動,4）im2col 把圖像塊排列成列向量 B = im2col(A,m n,block_type) 把圖像A的每一個mn的圖像塊，重新組合成圖像B； 實例：5-16.m 3、圖像區(qū)域劃分 二值掩膜處理 1）roipoly 多邊形區(qū)域選擇 BW = roipoly(I) BW = roipoly(I, c, r) 實例：5-17.m,2）roicolor 按灰度選擇區(qū)域 BW = roicolor(A,low,high) BW = roicolor(A,v) 按指定的灰度范圍，low-high來分割圖像，logical 或按照向量v中指定的灰度值來選擇區(qū)域； 實例：5-18.m 4、特定區(qū)域濾波 roifilt2 J = roifilt2(h, I, BW) J = roifilt2(I, BW, fun) I為輸入圖像，BW為指定區(qū)域，h為濾波器，或采用指定運算函數(shù)fun進行濾波；,Matlab預定義的二維濾波器 h = fspecial(type, parameters),實例：5-19.m 5-20.m,5、特定區(qū)域填充 roifill J = roifill(I) J = roifill(I, c, r) I為輸入圖像，向量c、r用來指定多邊形坐標，或手動標定；利用多邊形邊界上點的灰度平滑插值來代替多邊形內(nèi)部的點的像素； J = roifill(I, BW) BW是一個與I同樣大小的二值圖，在BW中像素不為零的地方進行填充； 實例：5-21.m,