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1、数字图像处理,-MATLAB图像处理,概述,1、MATLAB中的图像和图像处理工具箱 MATLAB中大多数是用二维数据（矩阵）double(64位)浮点型，或uint8（8位无符号整数）、 uint16（16位无符号整数）来存储的，矩阵中的每一个无素对应图像中的一个像素（pixel）. 例如：一幅由200行300列不同灰度值的点组成的图像可以用200*300的矩阵来存储； 对于彩色图像，如RGB图像，需要用三维数组来存储；,图像文件格式,MATLAB支持下列图像文件格式： bmp(microsoft windows bitmap，位图) hdf(hierarchical data format
2、，层次数据) jpeg(joint photographic expert group，静止图像压缩标准) pcx(paintbrush，画刷格式) png(portable network graphics，可移植网络图像) tiff(tagged image file format，标记图像文件) xwd(x window dump) gif(graphics interchange format，图形交换),MATLAB的图像类型,二值图像（Binary）：图像的取值为0或1； 索引图像（Indexed, pseudocolor）：图像为m*n矩阵，矩阵元素的值指向颜色映像表（color
3、map）； 灰度图像（intensity, gray scale, gray level）：图为m*n矩阵，矩阵元素的值指的是灰度值。对single or double矩阵取值范围为0，1，对uint8矩阵取值范围为0，255，对uint16矩阵取值范围为0，65535，对uint16矩阵取值范围为-32768，32768； 真彩色图像（RGB）：图像为m*n*3矩阵；,二值图像,索引图像,灰度图像,真彩色图像,图像的读写与显示,常用函数： imread； imwrite； imshow；imagesc； colormap(可以自定义颜色映射矩阵) 例如：a=imread(D:MATLABwo
4、rkcywaveletlenalena512.BMP); figure, imshow(a,),title(原始图像); 或： figure, imagesc(cc);colormap(gray);,MATLAB函数,图像类型转换函数 gray2ind: Convert a grayscale image to an indexed image; grayslice: Convert a grayscale image, indexed image, or truecolor image, to a binary image; ind2gray: Convert an indexed imag
5、e to a grayscale image; ind2rgb: Convert an indexed image to a true color image; mat2gray: Convert a data matrix to a grayscale image, by scaling the data; rgb2gray: Convert a true color image to a grayscale image; rgb2ind: Convert a true color image to an indexed image,数据类型转换函数 Im2uint8 rgb2=im2uin
6、t8(rgb1) im2uint16 im2int16 im2single Im2double,图像的代数运算,图像的加法 imadd 图像的减法 imsubtract 图像的乘法 immultiply 图像的除法 imdivide 图像的补 imcomplement 图像的绝对值的差 imabsdiff 图像的线性组合 imlincomb,1、加法运算,主要应用举例： 去除“叠加性”随机噪音 生成图像叠加效果,加法运算,（1）去除“叠加性”噪音,对于原图象f(x,y),有一个噪音图像集 g i (x ,y) i =1,2,.M 其中：g i (x ,y) = f(x,y) + ei(x,y)
7、,当：噪音ei(x,y)为互不相关，且均值为0时，上述图象均值将降低噪音的影响。,M个图像的均值为：,则 是 的无偏估计,利用同一景物的多幅图像取平均、消除噪声。取M个图像相加求平均得到1幅新图像，一般选8幅取平均。,相加,Addition: averaging for noise reduction,M=1,M=2,M=4,M=16,（2）生成图象叠加效果：可以得到各种图像合成的效果，也可以用于两张图片的衔接。,主要应用举例： 差影法(检测同一场景两幅图像之间的变化) 混合图像的分离,将同一景物在不同时间拍摄的图像或同一景物在不同波段的图像相减，这就是图像的减法运算。实际中常称为差影法。,差
8、值图像提供了图像间的差值信息，能用于指导动态监测、运动目标的检测和跟踪、图像背景的消除及目标识别等。,减法运算,2、减法运算,（1）检测同一场景两幅图像之间的变化,设：时刻1的图像为 T1(x,y)， 时刻2的图像为 T2(x,y) g(x,y) = T2 (x,y) - T1(x,y),T1(x,y),T2(x,y),g(x,y),（2）差影法在自动现场监测中的应用,1、在银行金库内，摄像头每隔一固定时间拍摄一幅图像，并与上一幅图像做差影，如果图像差别超过了预先设置的阈值，则表明可能有异常情况发生，应自动或以某种方式报警； 2、用于遥感图像的动态监测，差值图像可以发现森林火灾、洪水泛滥，监测
9、灾情变化等； 3、也可用于监测河口、海岸的泥沙淤积及监视江河、湖泊、海岸等的污染； 4、利用差值图像还能鉴别出耕地及不同的作物覆盖情况。,图：差影法进行混合图像的分离,（a）混合图像 （b）被减图像 （c）差影图像,（3）混合图像的分离,（3）消除背景影响：即去除不需要的叠加性图案,设：背景图像b(x ,y)，前景背景混合图像f(x ,y)g(x,y)=f(x,y)b(x,y) g(x,y) 为去除了背景图像,背景图像,差值图像,（a）从病人头顶向下拍摄的X光照片,（b）碘元素注入后拍摄的X光照片与背景图像的差值,乘法运算(MULTIPLICATION),3、乘法运算,主要应用举例： 图像的局
10、部显示 改变图像的灰度级,（1）图像的局部显示,乘法运算(MULTIPLICATION),(a) 原图 (b) 乘以1.2 (c) 乘以2 图：乘法运算结果,（2）改变图像的灰度级,注意：使用乘法函数时，对uint8图像进行操作往往会发生溢出现象，immultiply函数将溢出的数据截取为数据类型允许的最大值。为了避免这种现象，可以考虑在进行乘法运算前将图像转换为一种数据范围更大的图像类型。,除法运算(DIVISION),简单的除法运算可用于改变图像的灰度级，常用于遥感图像处理中。,在四种算术运算中，减法与加法在图像增强处理中最为有用。,4、除法运算,几何变换,1）简单变换 问题描述：图像的平
11、移、放缩和旋转。 解题思路：从易到难。工具：线性代数中的齐次坐标。,几何变换,几何变换,图像的几何操作,图像的缩放 imresize imresize(A,mrows ncols,method) 图像缩放，A为缩放因子，method为nearest(默认)(最近邻插值)bilinear(双线性插值)bicubic(三线性插值) 图像的旋转 imrotate imrotate(A,angle,method) 图像逆时针旋转，angle为角度 图像的剪裁 imcrop imcrop(A,rect) 图像剪切，其中rect为x y width height,图像的缩放,1）向前映射法,通过输入图像像
12、素位置, 计算输出图像对应像素位置; 将该位置像素的灰度值按某种方式分配到输出图像相邻四个像素.,图像的缩放,2）向后映射法,通过输出图像像素位置, 计算输入图像对应像素位置; 根据输入图像相邻四个像素的灰度值计算该位置像素的灰度值.,图像的缩放,两种映射方法的对比 对于向前映射：每个输出图像的灰度要经过多次运算； 对于向后映射：每个输出图像的灰度只要经过一次运算。,实际应用中，更经常采用向后映射法。,其中,根据四个相邻像素灰度值计算某位置的像素灰度值即为灰度级插值。,图像的缩放,常用的插值方法： （1）最近邻插值 （2）双线性插值 （3）三次内插法,图像的缩放,（1）最近邻插值 向后映射时，
13、输出图像的灰度等于在输入图像中离它所映射位置最近的输入图像的灰度值。,（x,y）,（x,y+1）,（x+1,y）,（x+1,y+1）,P(x0,y0）,通过计算与点P(x0,y0）临近的四个点，并将与点P(x0,y0） 最近的整数坐标点（x,y）的灰度值取为P(x0,y0）点灰度近似值。,优点：当P(x0,y0）点各相邻像素间灰度变化较小时，此法是最简单快速的插值方法 缺点：当P(x0,y0）点相邻像素间灰度值差异很大时，该灰度估值方法会产生较大的误差，甚至可能影响图像质量。,图像的缩放,（2）双线性插值 输出像素是它在输入图像中2*2领域采样点的平均值，它根据某像素周围4个像素的灰度值在水平和垂直两个方向上对其插值； 四点确定一个平面函数，属于过约束问题； 问题描述：单位正方形顶点已知，求正方形内任一点的P(x0,y0）值。 具体原理,图像缩放,图像的缩放,用最近邻插值和双线性插值的方法分别将老虎放大1.5倍。,图像的缩放,采用最近邻插值放大1.5倍,采用双线性插值放大1.5倍,
