精通MATLAB圖像處理課件

1、第一章 Matlab概述10/1/20221MATLAB的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)1.友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境2.簡(jiǎn)單易用的編程語(yǔ)言3.強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理能力4.出色的圖形處理功能5.應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱6.使用的程序接口和發(fā)布平臺(tái)10/1/20222MALAB系統(tǒng)的構(gòu)成1.MATLAB開(kāi)發(fā)環(huán)境2.MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)3.MATLAB語(yǔ)言4.MATLAB圖形處理系統(tǒng)5.MATLAB應(yīng)用程序接口10/1/20223MATLAB的工具箱 Matlab 圖像處理工具箱Image Processing Toolbox提高圖像質(zhì)量，使模糊的圖像變得清晰；提取圖像的有效特征，以便進(jìn)行模式識(shí)別；通過(guò)圖像變換和

2、有效編碼來(lái)壓縮其頻帶或數(shù)據(jù)，以便傳輸或存儲(chǔ)。10/1/20224圖像獲取工具箱 Image Acquisition Toolbox通過(guò)該工具箱可以直接將MATLAB環(huán)境同圖像采集設(shè)備連接起來(lái)，預(yù)覽圖像，采集數(shù)據(jù)，其主要功能如下：、現(xiàn)場(chǎng)視頻和圖像信號(hào)的獲?。?、支持標(biāo)準(zhǔn)模擬，數(shù)字圖像采集設(shè)備；、現(xiàn)場(chǎng)視頻信號(hào)預(yù)覽；、支持多種圖像制式；、允許同步采集和處理；10/1/20225主要功能有：(1)、完整的GUI和命令行功能，用于分析，綜合和去噪、壓縮信號(hào)和圖像(2)、小波和信號(hào)處理工具箱，其中包括實(shí)現(xiàn)從尺度到頻率變換的函數(shù)(3)、連續(xù)小波變換，用于多出度信號(hào)分析(4)、分解和分析多分辨率信號(hào)和圖像(5)

3、、信號(hào)和圖像的小波包變換 小波工具箱10/1/20227第二章 MATLAB基本運(yùn)算Matlab 原本就是 Matrix Laboratory (矩陣實(shí)驗(yàn)室) 的縮寫，所以他會(huì)認(rèn)識(shí)矩陣，我們應(yīng)該不會(huì)感到意外。我們用 A = 1, 2; 3, 4 指派一個(gè) 2x2 方陣給變量 A。輸入矩陣的時(shí)候，我們用中括號(hào)夾住兩端，用逗號(hào)（，）或者空格分開(kāi)元素，用分號(hào)（；）分列。元素可以是常數(shù)、變量和任何計(jì)算出來(lái)的數(shù)值10/1/202282、字符串 字符串是MATLAB中符號(hào)運(yùn)算的基本元素，也是文字等表達(dá)方式的基本元素，在MATLAB中，字符串作為字符數(shù)組用單引號(hào)（）引用到程序中，還可以通過(guò)字符運(yùn)算組成復(fù)雜的

4、字符串。字符串?dāng)?shù)值和數(shù)字?jǐn)?shù)值之間可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換，也可以執(zhí)行字符串的有關(guān)操作10/1/2022103、元胞數(shù)組元胞是元胞數(shù)組（Cell Array）的基本組成部分。元胞數(shù)組與數(shù)字?jǐn)?shù)組相似，以下標(biāo)來(lái)區(qū)分，單元胞數(shù)組由元胞和元胞內(nèi)容兩部分組成。用表示元胞數(shù)組的內(nèi)容，用圓括號(hào)（）表示元胞元素。與一般的數(shù)值數(shù)組不同，元胞可以存放任何類型、任何大小的數(shù)組，而且同一個(gè)元胞數(shù)組中各元胞的內(nèi)容可以不同。10/1/202211數(shù)組及其運(yùn)算MATLAB中數(shù)組（array）可以說(shuō)無(wú)處不在，任何變量在MATLAB中都是以數(shù)組的形式存儲(chǔ)和運(yùn)算的。根據(jù)數(shù)組元素個(gè)數(shù)和配列方式，可分為如下幾類：（1）沒(méi)有元素的空數(shù)組（2）只有一

5、個(gè)元素的標(biāo)量，它實(shí)際是一行一列的數(shù)組（3）只有一行或一列元素的向量，分別叫做行向量和列向量，也統(tǒng)稱為一維數(shù)組（4）普通的具有多行多列元素的二維數(shù)組（5）超過(guò)二維的多維數(shù)組10/1/202212數(shù)組創(chuàng)建實(shí)例10/1/202214矩陣及其運(yùn)算矩陣的創(chuàng)建由m行n列構(gòu)成的數(shù)組a稱為m*n階矩陣，它總共有m*n個(gè)元素組成 10/1/202215復(fù)數(shù)構(gòu)造實(shí)例10/1/202217符號(hào)運(yùn)算符號(hào)運(yùn)算概述 符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱是操作和解決符號(hào)符號(hào)表達(dá)式的符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱集合，有復(fù)合、簡(jiǎn)化、微分、積分，以及求解代數(shù)方程和微分方程的工具。另外，還有一些用于線性代數(shù)的工具，求解逆，行列式、正則形式的精確結(jié)果，找出符號(hào)矩陣的特

6、征值而沒(méi)有由數(shù)值計(jì)算引入的誤差。工具箱還支持可變精度運(yùn)算。 符號(hào)運(yùn)算與數(shù)值運(yùn)算的主要區(qū)別如下：（1）數(shù)值運(yùn)算中必須先對(duì)變量賦值，然后才能參與運(yùn)算（2）符號(hào)運(yùn)算無(wú)需事先對(duì)獨(dú)立變量賦值，運(yùn)算結(jié)果以標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)算形式表達(dá)。10/1/202218符號(hào)變量和符號(hào)表達(dá)式符號(hào)變量和符號(hào)表達(dá)式用sym函數(shù)來(lái)創(chuàng)建。如x=sym(x)運(yùn)行后，符號(hào)變量x這口箱子里面存放字母x。如果要同時(shí)創(chuàng)建幾個(gè)符號(hào)變量，要用到syms函數(shù)。如syms a b c x y在定義了符號(hào)變量的基礎(chǔ)上，就可以定義符號(hào)表達(dá)式。如f=sym(a*x2+b*x+c) %定義符號(hào)表達(dá)式，并將它放入f這口箱子。這樣就可以很方便地分析一元二次方程 ，通過(guò)

7、對(duì)f執(zhí)行符號(hào)操作，可以進(jìn)行積分、微分等符號(hào)運(yùn)算工作。如:對(duì)變量f求微分，用微分函數(shù)diff(）。10/1/202219 df=diff(f)在符號(hào)表達(dá)式中，對(duì)于自變量的確定，如果事先沒(méi)有指定自變量的情況下，MATLAB會(huì)按照數(shù)學(xué)常規(guī)自行決定誰(shuí)是自變量。確定原則：除了和之外，最接近的小寫字母被認(rèn)定為自變量。如果我們?cè)诰幊痰倪^(guò)程中，不能確定自變量，有一個(gè)函數(shù)可以告訴你：findsym10/1/202220符號(hào)表達(dá)式創(chuàng)建實(shí)例10/1/202221符號(hào)表達(dá)式的四則運(yùn)算factor(S):對(duì)S分解因式，S是符號(hào)表達(dá)式或符號(hào)矩陣expand(S)：對(duì)S進(jìn)行展開(kāi)，S是符號(hào)表達(dá)式或符號(hào)矩陣collect(S)

8、:對(duì)S合并同類項(xiàng)，S是符號(hào)表達(dá)式或符號(hào)矩陣collect(S,v):對(duì)S按變量v合并同類項(xiàng)，S是符號(hào)表達(dá)式或符號(hào)矩陣simplify(S):應(yīng)用函數(shù)規(guī)則對(duì)S進(jìn)行化簡(jiǎn)simple(S):調(diào)用MATLAB的其他函數(shù)對(duì)表達(dá)式進(jìn)行綜合化簡(jiǎn)，并顯示化簡(jiǎn)過(guò)程10/1/202222則x0和x1為積分上下限。(4)symsum 是級(jí)數(shù)求和的符號(hào)函數(shù)，其常用的格式如下： S=symsum(fk,k,k0,kn),其中fk味級(jí)數(shù)的通項(xiàng)，k為級(jí)數(shù)自變量，k0和kn為級(jí)數(shù)求和的起始項(xiàng)和終止項(xiàng)，且可設(shè)置為inf(5)dsolve 是求解常微分方程的符號(hào)函數(shù)，其常用的格式如下：dsolve(eqn1,condition,

9、var),該函數(shù)求解微分方程eqn1在初始條件condition下的特解。參數(shù)var描述方程中的自變量符號(hào)，省略時(shí)按默認(rèn)原則處理，若沒(méi)有給出初始條件condition,則求解方程的通解10/1/202224關(guān)系運(yùn)算和邏輯運(yùn)算10/1/202225第三章 MATLAB程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)概述 MATLAB不僅是一種功能強(qiáng)大的高級(jí)語(yǔ)言，而且是一個(gè)集成的交互式開(kāi)發(fā)環(huán)境，用戶可以通過(guò)MATLAB提供的編輯調(diào)試器編寫和調(diào)試MATLAB代碼. MATLAB提供了代碼書寫和調(diào)試的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，用戶可以在調(diào)試器中完成書寫和調(diào)試過(guò)程。單擊MATLAB主界面的“新建”工具按鈕或者選擇“File”“New”“M-Fil

10、e”菜單命令，就可以打開(kāi)MATLAB代碼編輯器-調(diào)試器 開(kāi)發(fā)MATLAB程序一般需要經(jīng)歷代碼編寫、調(diào)試、優(yōu)化幾個(gè)階段。10/1/202227程序設(shè)計(jì)的基本原則10/1/202228M文件M文件的類型：1、腳本M文件2、函數(shù)M文件M文件的結(jié)構(gòu)：1、函數(shù)聲明行2、H1行3、幫助文字4、M文件正文5、注釋部分10/1/202229M文件的創(chuàng)建實(shí)例10/1/202230程序流程控制分支控制語(yǔ)句：可以使程序中的一段代碼只在滿足一定條件時(shí)才執(zhí)行，因此也稱為分支選擇。MATLAB有兩種分支語(yǔ)句：if語(yǔ)句和switch語(yǔ)句if結(jié)構(gòu)的語(yǔ)法形式如下：if logical_expression statements

11、elseif logical_expression statementselse logical_expression statementsend10/1/202231循環(huán)控制語(yǔ)句循環(huán)控制語(yǔ)句能夠使某段代碼多次重復(fù)執(zhí)行，MATLAB中提供了兩類循環(huán)語(yǔ)句，分別是:for和while循環(huán)1、for循環(huán) for index = start:increment:end statementsend2、while循環(huán)while expression statementsend10/1/2022323、continue語(yǔ)句 continue語(yǔ)句用在循環(huán)中，表示當(dāng)前循環(huán)不再繼續(xù)向下執(zhí)行，而是直接對(duì)循環(huán)變量進(jìn)行

12、遞增，進(jìn)入下一次循環(huán)。4、break語(yǔ)句break語(yǔ)句用于推出循環(huán)。 10/1/202233程序調(diào)試MATLAB程序調(diào)試主要是發(fā)現(xiàn)和糾正程序中的錯(cuò)誤。常見(jiàn)的程序錯(cuò)誤：一、運(yùn)算發(fā)面的錯(cuò)誤1、矩陣下標(biāo)索引使用錯(cuò)誤2、矩陣運(yùn)算對(duì)象維數(shù)不匹配的錯(cuò)誤3、元素與矩陣運(yùn)算的錯(cuò)誤二、函數(shù)方明的錯(cuò)誤1、函數(shù)沒(méi)有定義2、函數(shù)輸出變量未賦值3、在命令窗口中定義函數(shù)10/1/202234調(diào)試方法MATLAB程序有直接調(diào)試法和工具調(diào)試法1、直接調(diào)試法：就是在M文件中，將某些語(yǔ)句后面的分號(hào)去掉，迫使M文件輸出一些中間計(jì)算結(jié)構(gòu)，一便發(fā)現(xiàn)可能的錯(cuò)誤。2、工具調(diào)試法：就是在程序中設(shè)置一些斷點(diǎn)，利用調(diào)試菜單（Debug）中的一些

13、選項(xiàng)進(jìn)行調(diào)試。10/1/202235調(diào)試工具10/1/202236第五章 MALAB圖像處理基礎(chǔ)MATLAB圖像文件的格式1、PCX(Window Paintbar) PCX圖像文件格式處理1、4、8、16、24位等圖像數(shù)據(jù)。其中文件內(nèi)容包括文件頭128字節(jié)、圖像數(shù)據(jù)和擴(kuò)展顏色映射表數(shù)據(jù)。2、BMP(Window Bitmap) BMP圖像文件格式處理1、4、8、24位非壓縮圖像，8位RLE圖像。文件內(nèi)容包括頭文件。位圖信息數(shù)據(jù)塊和圖像數(shù)據(jù)。3、HDF:圖像文件格式有8、24位光柵圖像數(shù)據(jù)集4、JPEG:圖像文件格式是一種稱為聯(lián)合圖像專家組的圖像壓縮格式5、TIFF:圖像文件格式處理1、4、8

14、、24位非壓縮圖像6、XWD:圖像文件格式包括1、8位Zpixmaps/XYBitmaps,1位XYBitmaps10/1/202237圖像類型索引圖像灰度圖像RGB圖像二值圖像10/1/202238索引圖像及顏色表說(shuō)明實(shí)例10/1/202239灰度圖像結(jié)構(gòu)10/1/202240灰度圖像顯示10/1/202241RGB圖像顯示10/1/202242二值圖像結(jié)構(gòu)及部分矩陣10/1/202243MATLAB中的顏色模型顏色模型的分類1、RGB模型2、HSV模型3、YCbCr模型4、NTSC模型10/1/202244顏色模型的轉(zhuǎn)換10/1/202245圖像處理基本函數(shù) 圖像處理是MATLAB工具箱中

15、的一個(gè)很重要的應(yīng)用。MATLAB圖像處理工具箱集成了很多圖像處理的算法，為從事圖像處理工作的科研人員和學(xué)生提供了很多便利。利用matlab強(qiáng)大的圖像處理工具箱，可以實(shí)現(xiàn)很多功能如下所示 讀寫圖像數(shù)據(jù)，顯示圖像 圖像運(yùn)算 圖像增強(qiáng) 圖像濾波 圖像分割 圖形恢復(fù) 形態(tài)學(xué)操作10/1/202246圖像處理函數(shù)10/1/202247將圖像讀入及顯示應(yīng)用實(shí)例10/1/202248圖像寫回命令應(yīng)用實(shí)例10/1/202249標(biāo)準(zhǔn)圖像顯示技術(shù)imshow函數(shù)顯示灰度圖像顯示二值圖像顯示索引圖像顯示真彩圖像顯示圖像文件中的圖像10/1/202250顯示灰度圖像的函數(shù)應(yīng)用實(shí)例10/1/202251二值圖像顯示應(yīng)用

16、實(shí)例10/1/202252顯示索引圖像調(diào)用imshow函數(shù)顯示索引圖像的格式如下： imshow(X,map)其中X代表索引圖像的數(shù)據(jù)矩陣，map為顏色映射表 另外，顯示索引圖像時(shí)，imshow函數(shù)將同時(shí)設(shè)置一些用來(lái)控制顏色的句柄圖形的屬性 10/1/202253顯示真彩圖像調(diào)用imshow函數(shù)顯示真彩圖像的格式吐下:imshow(RGB)其中，RGB代表該真彩圖像的m*n*3的數(shù)據(jù)陣列。顯示圖行文件中的圖像格式為：imshow 文件名； 需要說(shuō)明的是，該文件名必須帶有合法的擴(kuò)展名，并且圖像文件必須保存在當(dāng)前目錄下，或在MATLAB默認(rèn)目錄下，要顯示一副在當(dāng)前目錄下的.jpg格式圖像，可以使用

17、如下語(yǔ)句imshow greens.spg10/1/202254第九章 圖像的分析9.2圖像的邊界分析邊緣檢測(cè) 在圖像中，邊緣指圖像中對(duì)應(yīng)邊緣的邊界，即反應(yīng)圖像中像素值劇烈變化的曲線。MATLAB圖像處理工具箱使用edge函數(shù)來(lái)檢測(cè)邊緣，尋找像素值劇烈變化的像素點(diǎn)。edge函數(shù)用來(lái)求邊界的方法很多，其中有sobel、prewitt、log、zeroscross和canny方法（1）對(duì)于sobel方法，其常見(jiàn)調(diào)用方法如下： BW=edge（I,sobel） BW=edge（I,sobel, thresh） BW=edge（I,sobel, thresh, direction） BW=edge（I,sobel, thresh, direction, options） 其中I是輸入的圖像，sobel指所用的邊緣檢測(cè)方法為sobel；thresh指閾值，低于該閾值的像素值將被忽略；direction是指sobel方法的檢測(cè)方向，可取值horizontal,vertical或both;options是一個(gè)可選的輸入，在默認(rèn)情況下為thinning，即邊緣細(xì)化，當(dāng)取nothinning的時(shí)候，邊緣不細(xì)化，因此可加快算法的速度；BW是返回的圖像的邊緣，像素值為1的像素構(gòu)成了圖像的邊緣。 10/1/202255對(duì)于prewitt方法，其常用的調(diào)用方法如下BW=