第三章-图像运算教材课件

第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理第三章第三章 图像运算图像运算vv图像的点运算图像的点运算图像的点运算图像的点运算vv图像的代数运算图像的代数运算图像的代数运算图像的代数运算vv图像的几何运算图像的几何运算图像的几何运算图像的几何运算vv图像的邻域操作图像的邻域操作图像的邻域操作图像的邻域操作第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理3.1 3.1 图像的点运算图像的点运算图像的点运算图像的点运算1.点运算概念 通过对图像中每个相素点上的灰度值进行计算,改善图像显示效果。2.点运算运用 （1）光学度标定 （4）图像分割 （2）对比度增强 （5）图像裁剪 （3）显示标定 点运算关系式：第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理3.3.3.线性点运算线性点运算线性点运算线性点运算线性点运算线性点运算 0 0iW 0iW 0jH j1 a1 对比度增大对比度增大对比度增大对比度增大 a1 a1 对比度减小对比度减小对比度减小对比度减小 a=1,b=0 a=1,b=0 简单复制简单复制简单复制简单复制 a=1,b=0 a=1,b=0 明亮或灰暗明亮或灰暗明亮或灰暗明亮或灰暗平均灰度平均灰度平均灰度平均灰度方差方差方差方差第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理4.4.非线性点运算非线性点运算非线性点运算非线性点运算第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理直方图均衡化直方图均衡化直方图均衡化直方图均衡化第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理 3.2 图像的代数运算代数运算函数:Imabsdiff 两幅图像的绝对差值 Imdaa 两幅图像的加法 Imcomplment 补足一幅图像 Imdivide 两幅图像的除法 Imlincomb 两幅图像的线性组合 Immultiply 两幅图像的乘法 Imsubtract 两幅图像的减法第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理 3.3 图像的几何运算1.几何运算与坐标系统 几何运算:改变图像中物体对象(像素)之间的空间关系。空间变换的一般定义：g为输出图像，f为输入图像 (x,y)变换后的坐标 (x,y)变换前的坐标第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理2.2.灰度级插值灰度级插值灰度级插值灰度级插值 灰度级插值：估计像素在图像像素间某一位置处的过程。方法：首先找到与输出图像像素相对应的输入图像点，然后通过计算该点附近某一像素集合的权平均值来指定输出图像的灰度值。双线性插值：利用(x,y)点的四个最近邻像素的灰度值，按下述方法计算(x,y)点的灰度值四点：(a,b)、(a+1,b)、(a,b+1)、(a+1,b+1)(x,y)点的灰度值f(x,y)为0 xW,0yH 第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理3.3.空间变换空间变换 空间变换：将输入图像的像素位置映射到输出图像的新位空间变换：将输入图像的像素位置映射到输出图像的新位 置。置。常用的仿射变换为：常用的仿射变换为：尺度变换尺度变换 伸缩变换伸缩变换 扭曲变换扭曲变换 旋转变换旋转变换 第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理前述五种变换的级联矩阵为前述五种变换的级联矩阵为前述五种变换的级联矩阵为前述五种变换的级联矩阵为:透视变换透视变换透视变换透视变换:aijaij 为指定的变换系数为指定的变换系数为指定的变换系数为指定的变换系数,且且且且:第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理 MATLAB空间变换方法空间变换方法:首先创建一个结构体首先创建一个结构体TFORM,然后调用然后调用imtransform函数函数b=imtransform(A,TFORM,INTERP)A 为需要变换的图像为需要变换的图像TFORM 为结构体为结构体INTERP 为使用的插值方式为使用的插值方式第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理Maketform函数支持的空间变换类型函数支持的空间变换类型:Affine 仿射变换仿射变换(平移、旋转、尺度、拉伸、剪切）平移、旋转、尺度、拉伸、剪切）Projiective 透视变换透视变换Box 对图像的每一维单独进行仿射变换对图像的每一维单独进行仿射变换Custom 用户定义的变换用户定义的变换Composite 两种或多种变换结合两种或多种变换结合第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理3.4 图像的邻域操作图像的邻域操作 邻域运算：输出图像中的每个像素值都是由对应的输入像素及其某个邻域内的像素共同参与的一种运算。邻域操作分为：滑动邻域操作、分离邻域操作 1.滑动邻域操作 一次处理一个像素,输出图像的每一个像素都是通过对输入图像某邻域内的像素值采用某种代数运算得到的。第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理（1）选择）选择（2）判断）判断（3）函数求值）函数求值（4）寻找并设置（）寻找并设置（5）重复）重复14步步操作步骤：操作步骤：第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理2.2.分离邻域操作分离邻域操作分离邻域操作分离邻域操作 分离邻域：将矩阵划分离邻域：将矩阵划分离邻域：将矩阵划分离邻域：将矩阵划分为分为分为分为mnmn后得到的矩阵部后得到的矩阵部后得到的矩阵部后得到的矩阵部分。分。分。分。见右上图的见右上图的见右上图的见右上图的9 9个个个个4848邻域的邻域的邻域的邻域的11241124矩阵。矩阵。矩阵。矩阵。见右下图，在见右下图，在见右下图，在见右下图，在1530 1530 矩阵中有矩阵中有矩阵中有矩阵中有1212重叠部分的重叠部分的重叠部分的重叠部分的邻域，图中用阴影表示重邻域，图中用阴影表示重邻域，图中用阴影表示重邻域，图中用阴影表示重叠部分。叠部分。叠部分。叠部分。第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理3.3.列处理列处理列处理列处理列处理：在图像处理之前，将图像数据矩阵转列处理：在图像处理之前，将图像数据矩阵转列处理：在图像处理之前，将图像数据矩阵转列处理：在图像处理之前，将图像数据矩阵转换为矩阵列。换为矩阵列。换为矩阵列。换为矩阵列。colfiltcolfilt函数实现列操作的执行过程：先将图函数实现列操作的执行过程：先将图函数实现列操作的执行过程：先将图函数实现列操作的执行过程：先将图像的每一个滑动或分离邻域重新排列到一个临像的每一个滑动或分离邻域重新排列到一个临像的每一个滑动或分离邻域重新排列到一个临像的每一个滑动或分离邻域重新排列到一个临时矩阵的某一列中，然后将临时矩阵传递给指时矩阵的某一列中，然后将临时矩阵传递给指时矩阵的某一列中，然后将临时矩阵传递给指时矩阵的某一列中，然后将临时矩阵传递给指定的计算函数，计算得到的结果经过重新排列定的计算函数，计算得到的结果经过重新排列定的计算函数，计算得到的结果经过重新排列定的计算函数，计算得到的结果经过重新排列变为原始图像的形状。变为原始图像的形状。变为原始图像的形状。变为原始图像的形状。第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理 对于滑动邻域操作：原始图像中的每一个像素对于滑动邻域操作：原始图像中的每一个像素对于滑动邻域操作：原始图像中的每一个像素对于滑动邻域操作：原始图像中的每一个像素都对应于都对应于都对应于都对应于colfiltcolfilt函数所创建的临时矩阵的一个单独函数所创建的临时矩阵的一个单独函数所创建的临时矩阵的一个单独函数所创建的临时矩阵的一个单独列，该列包含该像素邻域内的所有数值。列，该列包含该像素邻域内的所有数值。列，该列包含该像素邻域内的所有数值。列，该列包含该像素邻域内的所有数值。第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理 对于分离邻域操作：对于分离邻域操作：对于分离邻域操作：对于分离邻域操作：对于分离邻域操作：对于分离邻域操作：colfiltcolfiltcolfilt函数通过将输入函数通过将输入函数通过将输入函数通过将输入函数通过将输入函数通过将输入图像的每一个邻域进行图像的每一个邻域进行图像的每一个邻域进行图像的每一个邻域进行图像的每一个邻域进行图像的每一个邻域进行重新排列来创建一个临重新排列来创建一个临重新排列来创建一个临重新排列来创建一个临重新排列来创建一个临重新排列来创建一个临时矩阵，在此之前如果时矩阵，在此之前如果时矩阵，在此之前如果时矩阵，在此之前如果时矩阵，在此之前如果时矩阵，在此之前如果必要会对原始图像进行必要会对原始图像进行必要会对原始图像进行必要会对原始图像进行必要会对原始图像进行必要会对原始图像进行零填充。零填充。零填充。零填充。零填充。零填充。第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理程序举例程序举例%ch3%f3.6（直方图均衡化）i=imread(pout.tif);subplot(1,2,1),imshow(i);subplot(1,2,2),imhist(i);i2=histeq(i);figure,subplot(1,2,1),imshow(i2);subplot(1,2,2),imhist(i2);%f3.2（线性点运算）rice=imread(rice.tif);I=double(rice);第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理J=I*0.43+60;rice2=uint8(J);subplot(1,2,1),imshow(rice);subplot(1,2,2),imshow(rice2);%f3.7_8（加法运算：两图像相加）i=imread(rice.tif);j=imread(cameraman.tif);k=imadd(i,j);subplot(1,3,1),imshow(i);subplot(1,3,2),imshow(j);subplot(1,3,3),imshow(k);%imshow(k);第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理%f3.9（加法运算：增加亮度值）RGB=imread(flowers.tif);RGB2=imadd(RGB,50);RGB3=imadd(RGB,100);subplot(1,3,1),imshow(RGB);subplot(1,3,2),imshow(RGB2);subplot(1,3,3),imshow(RGB3);%f3.10（减法运算减背景）rice=imread(rice.tif);background=imopen(rice,strel(disk,15);rice2=imsubtract(rice,background);第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理subplot(1,2,1),imshow(rice);subplot(1,2,2),imshow(rice2);%f3.10（减法运算图像相减）rice=imread(rice.tif);pout=imread(pout.tif);c=imsubtract(rice,pout);subplot(1,2,2),imshow(c);%不能这样相减%提示使用 Z=imlincomb(1.0,X,-1.0,Y)%f3.11（乘法运算：j,k取值不同）第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理i=imread(moon.tif);j=immultiply(i,1.2);k=immultiply(i,2);subplot(1,3,1),imshow(i);subplot(1,3,2),imshow(j);subplot(1,3,3),imshow(k);%f3.12(除法运算：j,k,l取值不同）rice=imread(rice.tif);i=double(rice);j=i*0.43+90;k=i*0.1+90;l=i*0.01+90;第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理rice2=uint8(j);rice3=uint8(k);rice4=uint8(l);ip=imdivide(rice,rice2);ik=imdivide(rice,rice3);il=imdivide(rice,rice4);imshow(ip,);figure,imshow(ik,);figure,imshow(il,);%subplot(1,2,1),imshow(rice);%subplot(1,2,2),imshow(rice2);%f3.13(四则运算1：imadd_imdivide混合用法）i=imread(rice.tif);第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理i2=imread(cameraman.tif);l=imadd(i,i2);k=imdivide(imadd(i,i2),6);imshow(l);figure,imshow(k,);%f3.13(四则运算2：imlincomb用法）X=imread(rice.tif);Y=imread(rice.tif);A=0.5;B=2.1;C=2.3;z1=imlincomb(A,X,C);z2=imlincomb(A,X,B,Y);第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理figure,imshow(z1,);figure,imshow(z2,);%f3.15(非缺省空间坐标系统下图像效果）A=magic(5);x=19.5 23.5;y=8.0 12.0;image(A,XData,x,YData,y),axis image,colormap(jet(25);%A=magic(50);x=19.5 23.5;y=8.0 12.0;第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理image(A,XData,x,YData,y),axis image,colormap(jet(255);%A=magic(10);x=19.5 23.5;y=8.0 12.0;image(A,XData,x,YData,y),axis image,colormap(jet(100)%f3.18(投影变换）I=imread(cameraman.tif);udata=0 1;vdata=0 1;tform=maketform(projective,0 0;1 0;1 1;0 1,.第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理-4 2;-8-3;-3-5;6 3);B,xdata,ydata=imtransform(I,tform,bicubic,udata,udata,.vdata,vdata,size,size(I),fill,128);subplot(1,2,1),imshow(udata,vdata,I),axis on;subplot(1,2,2),imshow(xdata,ydata,B),axis on;%f3.19(图像缩放1）i=imread(ic.tif);j=imresize(i,1.25);imshow(i);figure,imshow(j);%f3.19(图像缩放2）load woman;X1=imresize(X,2,bilinear);X2=imresize(X,2,bicubic);第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理imshow(X,map);figure,imshow(X1,map);figure,imshow(X2,map);%f3.20(图像旋转与裁剪）i=imread(ic.tif);j=imrotate(i,60,bilinear);j1=imrotate(i,60,bilinear,crop);subplot(1,3,1),imshow(i);subplot(1,3,2),imshow(j);subplot(1,3,3),imshow(j1);%f3.21(图像剪切）i=imread(ic.tif);imshow(i);j=imcrop;第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理k=imresize(j,3);figure,imshow(j);figure,imshow(k);%f3.23(滑动邻域操作）i=imread(tire.tif);f=inline(max(x(:);i2=nlfilter(i,3 3,f);subplot(1,2,1),imshow(i);subplot(1,2,2),imshow(i2);%f3.25(分离邻域操作1）i=imread(tire.tif);f=inline(uint8(round(mean2(x)*ones(size(x);i2=blkproc(i,8 8,f);i3=blkproc(i,1 8,f);第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理subplot(1,3,1),imshow(i);subplot(1,3,2),imshow(i2);subplot(1,3,3),imshow(i3);%f3.25(分离邻域操作2）A=imread(alumgrns.tif);B=blkproc(A,5 5,std2(x)*ones(size(x);imshow(A);figure,imshow(B);%f3.26(重叠否与减法）i=imread(tire.tif);f=inline(uint8(round(mean2(x)*ones(size(x);i1=blkproc(i,8 8,f);i2=blkproc(i,8 8,1 2,f);i3=imsubtract(i2,i1);第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理imshow(i1);figure,imshow(i2);figure,imshow(i3);%习题%补充A1=1,2,3;4,5,6;7,8,9;A1A2=2,3,1;4,6,5;9,8,7;A2A=cat(3,A1,A2);AB=cat(2,A1,A2);B第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理C=cat(1,A1,A2);C%size(A1)%习题解答%题1I=imread(rice.tif);X=ones(size(I);I1=im2double(I);J1=I1.*I1-X/256;J2=I1*0.6+X/64;subplot(1,2,1),imshow(J1);subplot(1,2,2),imshow(J2);第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理%题2I=imread(rice.tif);m,n=size(I);I1=zeros(m,n);%I1(1:m-100,1:n-60)=I(1:m-100,1:n-60);I1(1:m,1:n-30)=I(1:m,1:n-30);%I1(1:m-100,1:n)=I(1:m-100,1:n);I1=uint8(I1);sub=imsubtract(I1,I);div=imdivide(I1,I);subplot(1,2,1),imshow(sub);subplot(1,2,2),imshow(div,);%题3解_1I=imread(tire.tif);第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理f=inline(uint8(round(mean2(x)*ones(size(x);%f=uint8(colfilt(I,3 3,distinct,mean);I2=colfilt(I,3 3,distinct,f);%I2=colfilt(I,3 3,distinct,f);imshow(I2);%题3解_2I=imread(rice.tif);I=imread(tire.tif);f=uint8(colfilt(I,5 5,sliding,mean);f2=uint8(colfilt(I,10 10,sliding,mean);第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理subplot(1,2,1),imshow(f);subplot(1,2,2),imshow(f2);%题4解i=imread(c1513.tif);i1=imcrop(i);imshow(i1);%题4解+1i=imread(c1513.tif);background=imopen(i,strel(disk,15);i2=imsubtract(i,background);subplot(1,2,1),imshow(i);subplot(1,2,2),imshow(i2);第三章第三章第三章第三章 图像运算图像运算图像运算图像运算计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理计算机图像处理