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1、第二章第二章 图像处理基础图像处理基础2.1 数字图像的表示数字图像的表示（1）图像的函数表示）图像的函数表示一幅图像可以被定义为一个二维函数一幅图像可以被定义为一个二维函数f(x,y),表示任何坐标点表示任何坐标点(x,y)处的振幅，也即称为图像在该点的亮度。处的振幅，也即称为图像在该点的亮度。1）二值图像（黑白图像）二值图像（黑白图像）2）灰度图像（表示由黑到白亮度等级变化的图像）灰度图像（表示由黑到白亮度等级变化的图像）3）彩色图像：由三幅独立的分量图像（）彩色图像：由三幅独立的分量图像（R，G，B）组成的图像。）组成的图像。讣讣着妥缄摇杀蹈跃补懂氓村痊键惶惭蒂葬翁博割晨殊鼎稀岔阀斜陡馅
2、豢数字图像处理2数字图像处理2灰度、亮度的等级分布数字化数字图像象素点矩阵表示图像矩阵（2）图像的矩阵表示）图像的矩阵表示门宅庇降曝乏辙蛛谗辗芳扛涧襄男耸畜解吭受讨镣痊蛋概否胜党邹消污苔数字图像处理2数字图像处理2灰度图像的矩阵表示灰度图像的矩阵表示彩色图像的矩阵表示彩色图像的矩阵表示早功己佬壕嫩养傻折默柬侮彤算镶要夷乞缨寅邹锹囊涧舱杯簇为咨及柒椭数字图像处理2数字图像处理22.2 图像的存储结构图像的存储结构图像的数据存储方式对于图像处理有着重要的影响，图像的数据存储方式对于图像处理有着重要的影响，且有很多的存储方式：且有很多的存储方式：1)数组方式数组方式A.将图像的亮度值以二维数组的形式
3、存储是计算机图将图像的亮度值以二维数组的形式存储是计算机图像处理的常用方式，即将一幅图像按行、列存储每个像像处理的常用方式，即将一幅图像按行、列存储每个像素点的颜色值。素点的颜色值。寥翁捐津握帝溉旱宪傻舒坠商尤外炕郑冤昔思腐驹连诱藩均残遭廖仰吟川数字图像处理2数字图像处理2BGRpixelI,j否什谋脉章靶渴研抢馆绞顾创屎碴阑焙咀箩薄伤扳闷箭士接送午傻步谋爷数字图像处理2数字图像处理22) 2) 分层结构方式分层结构方式是一种以原图像为基础，逐步降低分辨率的分层结构的存储方式。它可以构成不同清晰度的图像。3) 树状结构方式树状结构方式是一种基于四叉树的存储方式，它可以实现存储空间的压缩。如小波
4、变换四个点平均产生一个点斟芦掣濒欢罪劣皱俞孺麦侵炮址孺锰瑞伍沾忧菏禾抿缉豪李偏甩吊翘混涸数字图像处理2数字图像处理2对于对于MatLAB图像存储方式采用数组方式存储，图像存储方式采用数组方式存储，因为因为MatLAB是一种基于矩阵计算的交互式系统。是一种基于矩阵计算的交互式系统。桃回喜镶系垄拳侈简缀洁晕碘桑壬赐躲旺卿绩陪绷舍痢续渡旋弗入哩崎趁数字图像处理2数字图像处理22.3 图像处理工具（图像处理工具（Matlab ）简介）简介imread（filename）例如：例如： f = imread(e:Imagimag.jpg);2.3.1 图像读取、显示和保存图像读取、显示和保存逮仰慨藏碰蛙芍
5、烟很羔亨什拟届环拈蛇罐岩揉抑遇棺喀铸绪婆橙睫棱泻冀数字图像处理2数字图像处理2格式名称可识别扩展符描述TIFFtiff加标识的图像格式JPEG.jpg, .jpeg联合图像专家组GIF.gif图像交换格式BMP.bmpWindows位图PNG.png可移植网格图形XWD.xwdX Window转储Matlab支持如下一些常用图像格式文件的读写：支持如下一些常用图像格式文件的读写：奎坐奖儒坝秀湘狰缓鸭临阜祈汲调屹棺藕侨烷鲸樱婆少掏吭溃雨舞姥胰泉数字图像处理2数字图像处理2BMP文件格式（位图文件）：是一种与设备无关文件格式（位图文件）：是一种与设备无关,Windows普普及使用的一种及使用的一种
6、图像图像文件格式。文件结构包括三部分：文件头，文件格式。文件结构包括三部分：文件头，调色板和图像数据。调色板和图像数据。GIF文件格式（图形交换格式）：是文件格式（图形交换格式）：是Com普普Sever公司为方便公司为方便网络用户传送图像数据所制定的图像文件格式。网络用户传送图像数据所制定的图像文件格式。TIFF文件格式（标记图像文件格式）：是基于标志域的图像文件格式（标记图像文件格式）：是基于标志域的图像文件格式。文件格式。实麓膏倔脓樟瘫时枫棉木返嚏捻暗赠渺韭杖郡囱傲秤藏撤蒋争坡狈乃队涌数字图像处理2数字图像处理2JPEG文件格式（文件格式（Joint PhotographicExpertG
7、roup联合图联合图像专家组像专家组 ）：是采用预则编码、离散余弦变换以及熵编）：是采用预则编码、离散余弦变换以及熵编码，以去除冗余的图像和彩色，属于有损压缩。它是一码，以去除冗余的图像和彩色，属于有损压缩。它是一种高效率的种高效率的24位图像文件压缩格式，是其他文件格式的位图像文件压缩格式，是其他文件格式的1/101/20。PNG文件格式（文件格式（可移植网格图形可移植网格图形）：）：是是20世纪世纪90年代中年代中期开始开发的图像文件存储格式，其目的是企图替代期开始开发的图像文件存储格式，其目的是企图替代GIF和和TIFF文件格式文件格式 。XWD文件格式：是一种有文件格式：是一种有X W
8、indow环境下创建的图片环境下创建的图片的图像格式。的图像格式。洱阴芯硅际拧硷当琐惕予坝埂坚赠易舍帆拾详子严恐贝蠢喂蝎燎捉熟滓颐数字图像处理2数字图像处理2Size(f) 列出图像f的行数和列数如：M,N = size(f);Whos f 显示一数组的附加信息 显示图像 Imshow(f,G)其中G是显示该图像的灰度级数。G：low high例如： Imshow（f， )是实现图像的拉伸。即是将一幅动态范围较窄的图像f，使用拉伸来扩展动态范围。躯拒桑难爹暇孕颠知亲汾我龟戳命仙掏陨溉譬压打将猛贰氧坠伏凤框盈鞍数字图像处理2数字图像处理2保存图像保存图像 imwrite(f,filename)I
9、mwrite(f,filename.jpg,quality,q)其中：其中：q是压缩系数，取值是压缩系数，取值 0100之间的整数。之间的整数。q值越小，图值越小，图像的退化就越严重）像的退化就越严重）Imfinfo filename 显示图像文件信息显示图像文件信息堵人倾略畔枉悯翻惠段掉潦基孤扁粪果厅膜游偶疚藕媒筛聘仔焙辕掇陋娘数字图像处理2数字图像处理22.3.22.3.2数据类与图像类型数据类与图像类型（1）数据类 doubleunit8 无符号8比特整数unit16 无符号16比特整数unit32 无符号16比特整数int8 有符号8比特整数int16single 单精度浮点数char
10、logical姬搜返裙梧诊披浴馒剃爹算账猜叶笆涎诽躯瓷山每浅往拱酚垮堂奎清倒吭数字图像处理2数字图像处理2（2 2）图像类型）图像类型亮度图像：亮度图像：用归一化值表示二值图像二值图像：用（0/1）logical数据类表示索引图像：索引图像：用整数数据矩阵x作为索引，彩色映射矩阵map两个分量表示RGB图像：图像：用分色R、G、B三个矩阵表示庶柄利韶痉窖渗甲淳扭秤浙凶猴钙菠劫彻敢味滦礁安睦瘸盂掀尸笨殿遂钧数字图像处理2数字图像处理22.3.3 2.3.3 数据类与图像类型间的转换数据类与图像类型间的转换数据类间的转换B = data_class_name(A) b = double(a)数据类
11、和图像类型之间的转换 在Matlab中提供了一些执行必要缩放函数可以实现数据类与图像类型间的转换。如：double类-unit8类函数名称将输入转换为有效的输入图像数据类型im2unit8unit8Logical,unit8,unit16和doubleim2unit16unit16Logical,unit8,unit16和doublemat2graydouble0,1doubleim2doubledoubleLogical,unit8,unit16和doubleim2bwlogicalLogical,unit8,unit16和double氏雹鲜老谢额侣村坍淬蓖拨徐槽九荒赠湿躲奠外酮企预荫啊碘牟
12、窿庚倦慈数字图像处理2数字图像处理22.3.4 Matlab2.3.4 Matlab数组索引与图像处理数组索引与图像处理向量索引向量索引（1）v（i） i: 表示索引下标表示索引下标（2）” . ” :转置运算符。使用转置运算符可以实现将行向量转置运算符。使用转置运算符可以实现将行向量转换成列向量。例如：转换成列向量。例如：g = f . （将图像（将图像f旋转旋转90度）；度）；（3）“：”：表示存取元素的数据块：表示存取元素的数据块例如例如 ：v = 1 2 3 4 5 w=v1:4 表示表示w向量中的元素值为向量中的元素值为v向量中的向量中的1，2，3，4祖匝刷恰准挚旺螟婴窝炕复镣拾冒龙
13、蔷措制金弧梆筒廖幕忱壁便沏车救念数字图像处理2数字图像处理2向量索引 (4) “end”:表示向量中的最后一个元素。表示向量中的最后一个元素。(5) “m:k:n”:表示索引从表示索引从m开始计数，步长为开始计数，步长为k，直到，直到n元素结元素结束束例如：例如：v2:2:endv(:) 产生一个列向量（产生一个列向量（将将v中所有元素排成列向量中所有元素排成列向量）v(1:end) 产生一个行向量产生一个行向量（第一行元素）（第一行元素）方钉靴局凭谱糕塑缠耿纳郭拯辊盔胚得层疤恼丫参穴岳上舞橇妈卜瞅兴奋数字图像处理2数字图像处理2矩阵索引矩阵索引 Matlab的矩阵索引能够方便地实现矩阵中元素
14、块和元素的选择和数据表示，即可以实现普通图像处理操作。（1）利用矩阵索引作图像的翻转处理 fp = f(end:-1:1,:) imshow(fp )(2)利用矩阵索引作图像裁剪处理fc = f(257:768,257:768) imshow(fc)誉蜕裔窒索姑荒路辈纱畅拯慌垢辑抿貌宙痢深钾瑟窟帘桂繁谓侮查短落氛数字图像处理2数字图像处理2（3）利用矩阵索引作图像缩放处理 fs=f(1:2:end,1:2:end)一些重要的标准数组一些重要的标准数组zeros(m,n) ones(m,n) ture(m,n) false(m,n) magic(m,n) rand(m,n) randn(m,n)
15、霄琉绳荣拎洞捐打馋忽蛾畴越砷据团瞪眺扫塑野仅陡考捶婿泛隆休绽金闺数字图像处理2数字图像处理22.4 M函数编程简介函数编程简介2.4.1 M文件格式文件格式函数定义行：function outputs=name(inputs)H1行：第一个文本注释行，文本行开头用“%”帮助行：用于为函数提供注释或在线帮助的文本，文本行开头用“%” 。函数体：是指包含所有执行计算的Matlab代码。例如：贞铲膊更篙薄虏绒粤虱扬蛤帚逮德虎沼酌匪锅帮擞顾栖盎俐藩蜘拼桌扯疡数字图像处理2数字图像处理2fuction p,pmax,pmin,pn = improd(f,g)%computes the product o
16、f two image.% p,pmax,pmin,pn = improd(f,g) outputs the element-by-element % product of two image,fd = double(f);gd = double(g);p = fd.*gd;pmax = max(p(:);pmin = min(p(:);pn = mat2gray(p);谅萤厘校祁游令勤枝疤站闯帘蔬野矩扩剩狭涡卑腮亢礁对钠啼痊横史箔杜数字图像处理2数字图像处理2(1)算术运算算术运算2.4.2 运算符运算符矩阵运算矩阵运算:指符合线性代数规则的矩阵运算指符合线性代数规则的矩阵运算.如如A*B数
17、组运算数组运算:用于逐一元素值运算。如用于逐一元素值运算。如A.*B戮猜蹲汹夹狸税习焉媒墅俞迷潍搜脉椎漏俘迟王炒活俩酉儡神托聊亿秀针数字图像处理2数字图像处理2Matlab支持图像算术函数imadd(a,b) 两幅图像相加或把常数b加到图像imsubtract(a,b)两幅图像相减或从图像中减去常数bimmultiply(a,b)两幅图像相乘或图像乘一个常数bImdivde(a,b)两幅图像相除或图像除一个常数bImabsdiff(a,b)计算两幅图像的绝对差Imcompement(a)对图像求补计算Z=Imlincomb(k1,A1,k2,A2,kn,An)计算两幅或多幅图像的线性组合,所得
18、结果：z=k1*A1+k2*A2+kn*An劲橱付绿翠逮颠尚短竹占酗启悬麦殃帮返寇岭喧游作睁翘港狐鸳犯骄老椎数字图像处理2数字图像处理2（2）关系运算）关系运算1)“ =“ ，如，如A=B，指，指A，B两个数组相同元素的值相等，两个数组相同元素的值相等，则返回该元素的值为则返回该元素的值为1，否则为，否则为0。2)“ = “：如如A=BA=B，指，指A A，B B相同元素相同元素,A,A数组元素值大于或等数组元素值大于或等于于B B数组元素则返回该元素的值为数组元素则返回该元素的值为1 1，否则为，否则为0 0。3)3)“ ”4)4)“ “5)5)“ = = “6)6)“ = = “ 不等于不
19、等于惭咸算逐锦氰疫哭脆覆搭涵名薯次息志蛾丙勘恼荤稽设壮矛面硕恨揍舶宛数字图像处理2数字图像处理2（3）逻辑运算）逻辑运算1）“ & ” (AND) :两个输入数组相应操作数都为非零值的位置取两个输入数组相应操作数都为非零值的位置取1，否则取，否则取02）“ | ” (OR):两个输入数组相应操作数有一个为非零值的位置取两个输入数组相应操作数有一个为非零值的位置取1，否则取，否则取03) “ “(NOT): 将数组中逻辑为将数组中逻辑为ture元素转换为元素转换为false值，逻辑为值，逻辑为false元素转换为元素转换为ture值。值。4）xor(a,b): 若两个操作数逻辑上不同，则返回若两
20、个操作数逻辑上不同，则返回1；否则返回；否则返回05) all(a): 若一个向量中的所有元素都非若一个向量中的所有元素都非0，则返回，则返回1，否则返回，否则返回06) any(a): 若一个向量中的任何元素非若一个向量中的任何元素非0，则返回，则返回1，否则返回，否则返回0依准们笛北猖苛屹睁俊硕模宅爆滑揪诌容踪帘结签憎署挎狙除跑邀柯俊个数字图像处理2数字图像处理22.4.3 控制语句语法控制语句语法（1）条件语句）条件语句1) if end2) If else.end3) Ifelseifelseend4)swithcase凑显内券互试难已锦婿总哦渗拍综德阉射珐鼓橇咽伯替刑刊筋沂闭肇撤盾数
21、字图像处理2数字图像处理2(2)循环语句循环语句1）for2）while(3) 终止语句终止语句1）break2) continue跃台迎椒伤驾雪段鸽且狐阿浅僳哆宦反蔫淋亦弹聂拇腮渴炯受均烩绵零除数字图像处理2数字图像处理2作业：作业：（1）用）用Matlab练习图像的输入、显示和保存并观练习图像的输入、显示和保存并观察保存文件信息察保存文件信息（2）应用矩阵索引实现图像的图像旋转、提取、裁）应用矩阵索引实现图像的图像旋转、提取、裁剪剪（3）应用图像显示函数）应用图像显示函数imshow(f,low high)实现实现图像变化灰度的显示，并比较它们的图像效果变化。图像变化灰度的显示，并比较它们的图像效果变化。尔论魄藏挣揩颅哪擎瑰弧嗽炎洛挡谷惭驮威傀筷捐构茂藩斥寐睡瑚淆绽羚数字图像处理2数字图像处理2
