数字图像处理(Matlab)读书笔记

数字图像处理（matlab）----基本原理

1.数字图像的表示

一幅图像可以被定义为一个二维函数f(x,y)其中x和y是空间（平面）坐标，f在任何坐标点（x,y）处的振幅称为在该点亮度。将坐标值数字化称为取样，将振幅数字化称为量化，当f的x，y分量和振幅都是有限且离散的量时，称该图像为数字图像。

1.1坐标约定

假设对一幅图像f(x,y)取样后，得到了一副有着M行和N列的图像，我们称这幅图像的大小为M×N。坐标(x,y)的值是离散的。在很多图像处理书籍中，图像原点定义在(x,y)=(0,0)。matlab图像处理工具箱中该坐标系统的原点在(r,c)=(1,1)处。

1.2图像的矩阵表示

等式右边是由定义给出的一幅数字图像，该数组中的每一个元素称为像元，图元或像素。一幅图像在matlab表示成矩阵

一个1×N矩阵称为一个行向量，而一个M×1矩阵称为列向量。一个1×1矩阵是一个标量。

1.3读取、显示、保存图像

使用imread函数可以将图像读入MATLAB环境，imread的语法为imread(‘filename’);函数size可给出一幅图像的行数和列数;函数whos可以显示出一个数组的附加信息；函数imshow显示图像;可用函数figure来同时显示两幅图像；函数imwrite将图像写到磁盘上，函数语法为imwrite(f,‘filename’);函数imfinfo保存一幅图像。下边给一个完整的例子并附上结果：

程序：

f =imread('E:\dip\p02-01.bmp');%说明路径+图片名称

g = imread('p02-02.tif');%如果图片在所编写的文件夹内则不需要说明路径

[M,N] = size(f);

whos f                   %运行结果对应结果图片1

imshow(f);               %运行结果对应结果图片2

figure;imshow(g);        %运行结果对应结果图片3

imwrite(f,'patient2.jpg','quality',25);%运行结果对应结果图片4

imfinfo patient2.jpg     %运行结果对应结果图片5

k = imfinfo ('patient2.jpg');

 

运行结果：

                                                                  图1

                                                                  图2

                                                          图3

              

                                                              图4

                                                       图5

备注：imshow函数还有如下用法：imshow(f,G)其中f是图像数组，G是显示该图像的灰度级数，若将G省略，则默认的灰度级数是256。imshow(f,[lowhigh])会将所有小于或等于low的值都显示为黑色，所有大于或等于high的值都显示为白色，介于low和high之间的值将以默认的级数显示为中等亮度值。imshow(f,[])可以将变量low设置为数组f的最小值，将变量high设置为数组f的最大值。

上述代码中的imwrite函数将保存的图像进行了压缩(保存的格式为jpg),可以省略后边的参数，不进行压缩。

1.4数据类和图像类型

数据类：double  双精度浮点数(8bit每像素)；

uint8   无符号8bit整数(1bit每像素)；

uint16  无符号16bit整数(2bit每像素);

uint32  无符号32bit整数(4bit每像素);

int8    有符号8bit整数(1bit每像素)；

int16   有符号16bit整数(2bit每像素);

int32   有符号32bit整数(4bit每像素);

single  单精度浮点(4bit每像素);

字符类： char   字符(2bit每像素);

逻辑数据类： logical   值为0或1 (1bit每像素);

MATLAB中所有的数值计算都可用double类进行，是图像处理应用中最常用的数据类。uint8主要是从存储设备读取数据时频繁使用，只需要1个字节。

图像类型： 亮度图像、二值图像、索引图像、RGB图像等

图像类和数据类之间的转换：

以下主要以代码和运行结果的形式解析：

1.代码：  f =[-0.5,0.5;0.75,1.5];

g = im2uint8(f);

g

运行结果：g =

              0  128

             191 255

分析：函数im2uint8将输入中所有小于0的值设置为0，而将输入中所有大于1的值设置为255，再将所有的其他值乘以255.

2.代码：f = [1,2;3,4];

g = mat2gray(f);

g

运行结果：g =

         0   0.3333

    0.6667   1.0000

分析：要把一个double类的任意数组转化成取值范围为[0,1]的归一化double类数组，可以通过函数mat2gray完成。

3.代码: f = uint8([125 50;128 200]);

g = im2double(f);

g

运行结果：g =

     0.4902    0.1961

0.5020    0.7843

分析：当输入uint8类数据时，转换只是简单的将输入数组的每个值都除以255.

4.代码: f = [1,2;3,4];

g = mat2gray(f);

gb = im2bw(g,0.6);

gb

运行结果：gb =1+

     0    0

     1    1

分析：函数im2bw的语法为g=im2bw(f,T)，该函数通过阈值处理，将一幅亮度图像f转换为一幅二值图像g。T的取值在[0,1]内。默认为0.5。图像会归一化，然后和阈值进行比较。

1.5数组索引

向量索引：维数为1×N的数组称为行向量，行向量中元素的存取是使用一维索引进行的，V(1)是向量    V的第一个元素,Matlab中向量的元素使用方括号括起，并有空格或者逗号隔开，如：v=[1 2 3 45 6]；使用转置运算符( .’)可将行向量转换为列向量;要存取元素的数据块，可以用冒号，如V(1:3),V(1:end),end表示向量中最后一个元素,V(1:2:end)表示索引从1开始，步长为2，直到最后一个元素停止,同时步长可以为负值，索引从end开始;

矩阵索引：在matlab中，矩阵可以用一列被方括号括起并用分号隔开的行向量表示，如：A = [1 2 3; 4 5 6; 7 8 9]显示了3×3矩阵;从矩阵中提取元素和从向量中提取元素是一样的，需要两个索引，一个用于确定行位置，一个用于确定列位置，如A(1,2);矩阵索引使用冒号操作符来对矩阵中选择一个二维元素块，如C3 = A(：，2)，会将第二列所有元素输出;sum(A(:))会将向量中的所有元素相加;通过矩阵索引可以进行简单的图像操作，如垂直翻转，裁剪图像，扫描某一行或者某一列元素值等。

1.6一些重要的标准数组

zeros(M,N)生成一个大小为M×N的double类矩阵，其元素均为0;

ones(M,N)生成一个大小为M×N的double类矩阵，其元素均为1;

true(M,N)生成一个大小为M×N的logical类矩阵，其元素均为1;

false(M,N)生成一个大小为M×N的logical类矩阵，其元素均为0;

magic(M)生成一个大小为M×N的”魔术方阵”;

rand(M,N)生成一个大小为M×N的矩阵,矩阵中的元素都是在区间[0,1]中均匀分布的随机数。

randn(M,N)生成一个大小为M×N的矩阵,矩阵中的元素是正态分布的随机数，随机数均值为0，方差为1。

1.7M函数变成简介

M文件由文本编辑器创建，并以filename.m形式的文件名存储，M文件函数的组成部分为：函数定义行、HI行、帮助文本、函数体、命令，函数定义行的形式为function [outputs] = name(inputs);HI行是第一个文本行，它是单个注释行，其前面为函数定义行;帮助文本是紧跟在HI行后面的文本块，二者之间wu空行，帮助文本用来为函数提供注释或在线帮助;函数体包含了所有执行计算并给输出变量赋值的Matlab代码;

算术运算符:矩阵算术运算符由线性代数的规则定义，数组算术运算符可以逐个元素地执行，并且可以用于多维数组，句点(圆点)字符( .)用来区分数组运算符和矩阵运算符。例如，A*B表示传统意义上的矩阵乘法，而A.*B则表示数组乘法.其余运算符(+,-,/,^)均相同.

关系运算符: 运算符A==B(<,<=,>,>=,~=)生成一个与A和B维数相同的逻辑数组，当A与B的相应元素匹配时，新数组中的相应位置取1，其余位置取0;

逻辑运算符:(&,|,~,xor(异或),all(若向量中的所有元素都非零，则返回1),any(若向量中的任一元素都非零，则返回1))Matlab将逻辑1或者非零数值量作为true来处理，将逻辑0和数值0作为false来处理.

流控制:

1.  if expression1

  statements1

elseif expression2

  statements2

else

statements3

end

2.  for index = start:increment:end

statements

       end

3.  while expression1

statements

       end

4.  break是结束整个循环体，continue是结束单次循环

5.  switch switch_expression

  case case_expression

      statement(s)

   case {case_expreeion1,expression2,…}

      statement(s)

  otherwise

      statement(s)

end

    6.交互式I/O: 函数disp用来在屏幕上显示信息,disp( argument );函数input用于将数据输入到M函数,t = input(‘message’);若要求输入为数字，可使用函数str2num将串的元素转换为double类数字, n = str2num(t);若输入既有字符又有数字,用strread函数;