數(shù)字圖像處理第二章 MATLAB中圖象工具箱及圖象

第二章MATLAB中圖象工具箱及圖象格式

本章中主要介紹MATLAB中圖像工具箱及圖像格式。這些內(nèi)容對(duì)于初學(xué)者是基礎(chǔ)的，也是十分重要的。只有迅速掌握這部分內(nèi)容，才能開(kāi)始圖象處理的研究工作。本章中主要介紹MATLAB圖象工具箱中的一些基本函數(shù)的應(yīng)用和圖象格式基本知識(shí)，并結(jié)合具體實(shí)踐進(jìn)行不同格式圖象的打開(kāi)和各種圖象格式之間的轉(zhuǎn)換，為進(jìn)一步開(kāi)展圖象處理的學(xué)習(xí)和研究奠定基礎(chǔ)。第一節(jié)MATLAB中圖象工具箱1.1圖像文件讀寫(xiě)1.imread函數(shù)該函數(shù)用于從圖形文件中讀出圖像。格式A=IMRAED(FILENAME,FMT)。該函數(shù)把FILENAME中的圖像讀到A中。若文件包含一個(gè)灰度圖,則為二維矩陣。若文件包含一個(gè)真彩圖(RGB),則A為一三維矩陣。FILENAME指明文件，F(xiàn)MT指明文件格式。格式[X,MAP]=IMREAD(FILENAME,FMT).把FILENAME中的索引圖讀入X,其相應(yīng)的調(diào)色板讀到MAP中.圖像文件中的調(diào)色板會(huì)被自動(dòng)在范圍[0,1]內(nèi)重新調(diào)節(jié)。FMT的可能取值為jpg或jpeg,tif或tiff,bmp,png,hdf,pcx,xwd。2.imwrite函數(shù)該函數(shù)用于把圖像寫(xiě)入圖形文件中。格式IMWRITE(A,FILENAME,FMT)把圖像A寫(xiě)入文件FILENAME中。FILENAME指明文件名,FMT指明文件格式。A既可以是一個(gè)灰度圖,也可以是一個(gè)真彩圖像。格式IMWRITE(X,MAP,FILENAME,FMT)把索引圖及其調(diào)色板寫(xiě)入FILENAME中。MAP必須為合法的MATLAB調(diào)色板,大多數(shù)圖像格式不支持多于256色的調(diào)色板。FMT的可能取值為tif或tiff,jpg或jpeg,bmp,png,hdf,pcx,xwd。1.2圖像顯示1.getimage函數(shù)格式A=GETIMAGE(H).返回圖形句柄對(duì)象H中包含的第一個(gè)圖像的數(shù)據(jù).H既可以是一條曲線,圖像,或紋理表面.A等同為圖像的數(shù)據(jù)。格式[X,Y,A]=GETIMAGE(H).返回圖像的Xdata到X,Ydata到Y(jié),Xdata和Ydata是表明x軸和y軸的范圍的兩元素向量。格式[…,A,FLAG]=GETIMAGE(H)。返回指示圖像類(lèi)型的整數(shù)型標(biāo)記.FLAG可為下列值:0不是圖像,A返回一個(gè)空矩陣。1索引圖。2標(biāo)準(zhǔn)灰度圖。3非標(biāo)準(zhǔn)灰度圖。4RGB圖像。例如在用imshow直接從文件中顯示一個(gè)圖像后,用getimage直接從工作區(qū)中得到圖像數(shù)據(jù)Imshowabc.tifX=getimage;Image函數(shù)該函數(shù)用于顯示圖像。格式IMAGE(C).把矩陣C作為一幅圖像顯示.C的每一個(gè)元素指明了一個(gè)圖像塊的顏色。C可以為M*N或M*N*3的矩陣，其數(shù)據(jù)可為double,unit8,unit16型。格式IMAGE(X,Y,C)。其中X,Y為矢量,指明C(1,1)和C(M,N)象素中心的位置。3.IMAGESC函數(shù)該函數(shù)按比例決定數(shù)據(jù)并把它作為圖像顯示。該函數(shù)的格式除數(shù)據(jù)要按比例重整來(lái)使用完全調(diào)色板外,其他與函數(shù)IMAGE相同。在格式IMAGESC(…,CLIM)中,CLIM=[CLOW,CHIGH]表明比例尺度。4.IMSHOW函數(shù)格式IMSHOW(I,N).用N級(jí)離散灰度級(jí)顯示灰度圖象I。若省略N,默認(rèn)用256級(jí)灰度顯示24位圖像,64級(jí)灰度顯示其他系統(tǒng)。格式IMSHOW(I,[LOWHIGH])，把I作為灰度圖顯示。LOW值指定為黑色,HIGH指定為白色，中間為按比例分布的灰色。若[LOW,HIGH]為[],則函數(shù)把圖像中的最小值顯示為黑色,最大值顯示為白色。格式IMAGE(SW).用于顯示二值圖.0顯示為黑色,1顯示為白色。格式IMAGE(RGB).用于顯示真彩色圖像。格式IMAGE(X,MAP).顯示索引圖X及其調(diào)色板MAP。格式IMSHOW(FILENAME).顯示存儲(chǔ)于圖形文件FILENAME中的圖像。H=IMSHOW(…).返回圖像對(duì)象的句柄。5.SUBIMAGE函數(shù)格式SUBIMAGE(X,MAP).用來(lái)顯示當(dāng)前坐標(biāo)中的索引圖.格式SUBIMAGE(I).用來(lái)顯示灰度圖.格式SUBIMAGE(BW).用來(lái)顯示二值圖.格式SUBIMAGE(RGB).用來(lái)顯示真彩圖.格式SUBIMAGE(x,y,…)用來(lái)在非默認(rèn)的空間坐標(biāo)中顯示圖像.H=SUBIMAGE(…)返回圖像對(duì)象的句柄.輸入圖像可為unit8,unit16,double型一個(gè)例子loadlena[x2,map2]=imread(‘peppers.tif’);subplot(1,2,1),subimage(X,map)subplot(1,2,2),subimage(X2,map2)1.3圖像幾何變換1.imcrop函數(shù)該函數(shù)用于把一幅圖像經(jīng)裁剪后放入一指定的矩形中。例如在以下的語(yǔ)法格式中IMCORP顯示輸入圖像,并等待用鼠標(biāo)指定矩形。I2=IMCORP(I).X2=IMCORP(X,MAP).RGB2=IMCORP(RGB).2.imrotate函數(shù)該函數(shù)用于旋轉(zhuǎn)圖像。格式B=IMROTATE(A,ANGLE,METHOD)。用于把圖像A按逆時(shí)針?lè)较蚝吞厥獾奶畛浞椒ㄐD(zhuǎn)ANGLE度,METHOD可取以下值:“nearest”:默認(rèn)值,用最近鄰插值。“bilinear”:用雙線性插值?！癰icubic”:用雙立方插值。例子

I=imread(‘lena.tif’);J=imrotate(I,-3,’bilinear’,’corp’);Imshow(I),figure,imshow(J)1.4象素統(tǒng)計(jì)1．

COOR2函數(shù)該函數(shù)用于計(jì)算二維相關(guān)系數(shù)。格式R=COOR2(A,B).用于計(jì)算A,B間的相關(guān)系數(shù)，A,B為相同尺寸的矩陣或向量。2．IMHIST函數(shù)該函數(shù)用于計(jì)算圖像數(shù)據(jù)的直方圖。格式IMHIST(I,N).用于顯示灰度圖像I的N級(jí)直方圖。對(duì)灰度圖默認(rèn)N為256，對(duì)二值圖默認(rèn)N為2。格式IMHIST(X,MAP)。用于顯示索引圖的直方圖。3.MEAN2函數(shù)該函數(shù)用于計(jì)算矩陣元素的均值。

1.5圖像分析

1.

EDGE函數(shù)該函數(shù)用于找出灰度圖的邊緣。該函數(shù)的輸入是灰度圖，返回一個(gè)同樣大小的二值圖。邊緣處為1，其他地方為0。該函數(shù)支持Sobel,Prewitt,Roberts,Laplacian,Zero-cross,Canny六種不同的算子。例如使用Prewitt和Canny算子找出lena.bmp的邊緣。I=imread(‘lena.tif’);BW1=edge(I,’prewitt’);BW2=edge(I,’canny”);imshow(BW1)figure,imshow(BW2)1.6圖像增強(qiáng)

1.

HISTEQ函數(shù)該函數(shù)用直方圖均衡的方法增強(qiáng)圖像的對(duì)比度。例如用直方圖均衡的方法增強(qiáng)一幅灰度圖。I=imread(‘lena.tif’);J=histeq(I);Imshow(I);Figure,Imshow(J)2

MEDFILT2函數(shù)該函數(shù)用來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行二維中值濾波。例如I=imread(‘lena.tif’);J=imnoise(I,’salt&pepper’,0.02);K=medfilt2(J);imshow(J),figure,imshow(K)3.ORDFILT2函數(shù)

4.WIENER2函數(shù)ORDFILT2函數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行二維排序統(tǒng)計(jì)濾波。WIENER2函數(shù)進(jìn)行二維自適應(yīng)去噪濾波。該函數(shù)可對(duì)一幅被加性噪聲污染的灰度圖進(jìn)行低通濾波。例如I=imread(‘lena.tif’);J=imnoise(I,’gaussian’,0,0.005);K=wiener2(J,[55]);imshow(J),figure,imshow(K)1.7線性濾波1.

CONV2函數(shù)該函數(shù)進(jìn)行二維卷積。格式C=CONV2(A,B)對(duì)矩陣A,B進(jìn)行二維卷積。若[ma,na]=size(A),[mb,nb]=size(B),則size(C)=[ma+mb-1,na+nb-1]。2.

FILTER2函數(shù)該函數(shù)進(jìn)行二維數(shù)字濾波。格式Y(jié)=FILTER2(B,X)。對(duì)X中的數(shù)據(jù)用矩陣B中的二維FIR濾波器進(jìn)行濾波。結(jié)果Y是用二維相關(guān)性進(jìn)行計(jì)算的，大小和X一樣。1.8線性二維濾波器設(shè)計(jì)

1.

FSAMP2函數(shù)該函數(shù)用頻率抽樣法設(shè)計(jì)二維FIR濾波器。該函數(shù)在笛卡兒平面上抽樣點(diǎn)的二維頻率響應(yīng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)二維FIR濾波器。例如用該函數(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)通帶在0.1至0.5之間（歸一化頻率）的近似對(duì)稱(chēng)二維帶通濾波器。[f1,f2]=freqspace(21,’meshgrid’);Hd=ones(size(f1));r=sqrt(f1.^2+f2.^2);Hd((r<0.1)|(r>0.5))=0;h=fsamp2(Hd);freqz2(h)2.

FTRANS2函數(shù)

該函數(shù)用頻率轉(zhuǎn)換法設(shè)計(jì)二維FIR濾波器。例如用該函數(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)通帶在0.1至0.6（歸一化頻率）的近似循環(huán)對(duì)稱(chēng)二維帶通濾波器。b=remez(10,[00.050.150.550.651],[001100]);h=ftrans(b);freqz2(h)3.

FWIND1函數(shù)

該函數(shù)用一維加窗的方法設(shè)計(jì)二維FIR濾波器。例如用該函數(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)通帶在0.1至0.5（歸一化頻率）的近似循環(huán)對(duì)稱(chēng)二維帶通濾波器。[f1,f2]=freqspace(21,’meshgrid’);Hd=ones(21);r=sqrt(f1.^2+f2.^2);Hd((r<0.1)|(r>0.5))=0;h=fwind1(Hd,hamming(21));freqz2(h)4.FWIND2函數(shù)

該函數(shù)用二維加窗的方法設(shè)計(jì)二維FIR濾波器。例如用該函數(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)通帶在0.1至0.5（歸一化頻率）的近似循環(huán)對(duì)稱(chēng)二維帶通濾波器。[f1,f2]=freqspace(21,’meshgrid’);Hd=ones(21);r=sqrt(f1.^2+f2.^2);Hd((r<0.1)|(r>0.5))=0;win=fspecial(‘gaussian’,21,2);win=win./max(win(:));h=fwind2(Hd,win);freqz2(h)1.9圖像變換

1.

DCT2函數(shù)該函數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行二維離散余弦變換。格式B=DCT2(A)返回A的離散余弦變換。A和B大小相同，B包含離散余弦變換的系數(shù)。格式B=DCT2(A,[MN])或B=DCT2(A,M,N)在變換前把矩陣A用0填充至大小M*N，若M或N小于A相應(yīng)的尺寸，則先截取A。

2．

IDCT2函數(shù)該函數(shù)計(jì)算二維離散余弦反變換。格式B=IDCT2(A).返回A的二維離散余弦反變換。格式B=IDCT2(A)或B=IDCT(A,M,N)在變換前對(duì)A截短或添0產(chǎn)生一個(gè)M*N的矩陣。3．

FFT2函數(shù)該函數(shù)計(jì)算二維快速傅立葉變換。4.

IFFT2函數(shù)該函數(shù)計(jì)算二維快速傅立葉反變換。5.FFTn函數(shù)該函數(shù)計(jì)算n維快速傅立葉變換。6．iFFTn函數(shù)該函數(shù)計(jì)算n維快速傅立葉反變換。1.10顏色空間變換

1．

HSV2RGB函數(shù)該函數(shù)把HSV顏色轉(zhuǎn)換為RGB顏色。2．

RGB2HSV函數(shù)該函數(shù)把RGB顏色轉(zhuǎn)換為HSV顏色。3.

NTSC2RGB函數(shù)該函數(shù)把NTSC顏色轉(zhuǎn)換為RGB顏色。4.

RGB2NTSC函數(shù)該函數(shù)把RGB顏色轉(zhuǎn)換為NTSC顏色。5.

YCBCR2RGB函數(shù)該函數(shù)把YCBCR顏色轉(zhuǎn)換為RGB顏色。6.

RGB2YCBCR函數(shù)該函數(shù)把RGB顏色轉(zhuǎn)換為YCBCR顏色。1.11圖像類(lèi)型和類(lèi)型轉(zhuǎn)換

1．

DITHER函數(shù)該函數(shù)用抖動(dòng)的方法轉(zhuǎn)換圖像。2．

GRAY2IND函數(shù)該函數(shù)把灰度圖轉(zhuǎn)換為索引圖。格式[X,MAP]=GRAY2IND(I,N)。用調(diào)色板GRAY(N)把灰度圖I轉(zhuǎn)換為索引圖X.若省略N，則系統(tǒng)默認(rèn)64。3．

GRAYSLICE函數(shù)該函數(shù)用閥值的方法把灰度圖轉(zhuǎn)換為索引圖。例如用多級(jí)閥值的方法增強(qiáng)一幅圖像的可理解性。I=imread(‘a(chǎn)bc.tif’);X=graysice(I,16);imshow(I),figure,imshow(X,hot(16))

4．

IM2BW函數(shù)該函數(shù)用加閥值的方法把一幅圖像轉(zhuǎn)換為二值圖。loadlenaBW=im2bw(x,map,0.4);imshow(x,map),figure,imshow(BW)5．

IM2DOUBLE函數(shù)該函數(shù)把一幅圖像轉(zhuǎn)換為雙精度圖像。6．

IM2UNIT8函數(shù)該函數(shù)把一幅圖像轉(zhuǎn)換為8位無(wú)符號(hào)整數(shù)圖像。7．IM2UNIT16函數(shù)該函數(shù)把一幅圖像轉(zhuǎn)換為16位無(wú)符號(hào)整數(shù)圖像。8．

IND2GRAY函數(shù)該函數(shù)把一幅索引圖轉(zhuǎn)換為灰度圖。格式I=IND2GRAY(X,MAP).把調(diào)色板為MAP的圖像X轉(zhuǎn)換為灰度圖I。該函數(shù)在保留亮度的同時(shí)，除掉了顏色和飽和度信息。例如loadpeppersI=ind2gray(X,map);imshow(X,map),figure,imshow(I)9．

IND2RGB函數(shù)該函數(shù)把索引圖轉(zhuǎn)換為RGB圖像。格式RGB=IND2RGB(X,MAP)。把矩陣X和相應(yīng)的調(diào)色