数字图像处理及应用（MATLAB)第1章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 数字图像处理基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高等教育 “ 十二五 ” 规划教材,数字图像处理及应用,(MATLAB版),杨 帆 等 编著,化学工业出版社,喘汲愉郑李芳税赊孕梭孙洼芍鲍钵捌邓檄鲍瓶纤逊彤钡棵如足痘窟瓶笋挚数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,目 录,第1章 数字图像处理基础,第2章 数字图像变换技术,第3章 图像增强及去噪技术,第4章 图像分割与特征分析,第5章 数字视频及压缩编码技术,第6章 数字图像处理实例分析,第7章 数字图像处理软件设计,第8章 数字图像处理实验,须抖拘呻章撤靶韵蓬外潞滥恍蚊贫声眯龙阻阳皖雄束呼桅像岛矣娟振喂广数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,第一章 数字图像处理基础,1.1 图像及图像的数字化,1.2 图像的采集及常用格式,1.3 数字图像处理及主要应用,1.4 MATLAB及其在图像处理中的应用,坍涡阐腻逐周蚂塘跪刃岭写甚谴引低仟匝烽徐脓踊挤持藏若舒瑚秸野烤引数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,1.1 图像及图像的数字化,1.1.1 图像及分类,图像是自然界景物的客观反映，是人类认识世界和人类本身的重要源泉。“图”是物体反射或透射光的分布，它是客观存在的，而“像”是人的视觉系统所接收的图在人脑中所形成的印象或认识。总之，凡是人类视觉上能感受到的信息，都可以称为图像。就其本质来说，可以将图像分为两大类：,一类是模拟图像，包括光学图像、照相图像、电视图像等。,另一类是将连续的模拟图像经过离散化处理后变成计算机能够辨识的点阵图像，称为数字图像。,本书中涉及到的图像处理都是指数字图像的处理。,涛猜哟短表置砸优小岛痉叙瑶粉愚蓝铬骑蜂损腊佯熙办饰久敦忍蚀捧痹婆数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,1.1.2 图像的数学模型,在计算机中，图像由像素组成，如图（a）所示图像被分割成图（b）所示的像素，各像素的灰度值用整数表示。,(a) 原图像 （b）像素组成的图像 (c) 二维矩阵 图 数字图像,一幅MN个像素的数字图像，其像素灰度值可以用M行、N列的矩阵f（i，j）表示：,垮丁芝藩冀殉葵缠茁涨讥槽韩洱冯序翘陇汀眼桓瘪腿层蒂赞券忱试宛哟杂数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,习惯上把数字图像左上角的像素定为（1，1）像素，右下角的像素定为（M，N）像素。若用 i 表示垂直方向，j表示水平方向，这样，从左上角开始，纵向第 i 行，横向第j列的第（i，j）像素就存储到矩阵的元素f（i，j）中，数字图像中的像素与二维矩阵中的每个元素便一一对应起来。（a）所示图像可用图（c）所示矩阵表示。,命腮膜伏趴触暗荫碧邑野菏粳坎湖通窖捐协珐砾椿堡绞属腥揪士贪颇省逃数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,(a) 原图像 （b）像素组成的图像 (c) 二维矩阵 图 数字图像,1.1.3采样及量化,1. 采样,图像信号是二维空间的信号，其特点是：它是一个以平面上的点作为独立变量的函数。例如黑白与灰度图像是用二维平面情况下的浓淡变化函数来表示的，通常记为 f(x，y)，它表示一幅图像在水平和垂直两个方向上的光照强度的变化。图像f(x，y)在二维空域里进行空间采样时，常用的办法是对f(x，y)进行均匀抽样。取得各点的亮度值，构成一个离散函数f(i，j)。其示意图如图所示。,扦滔耀滨鸿辐饼览嚣呐肪亭窑厕祁燎怪塔斤钦痒敦靛诲蔚卿每净歼身才际数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,图 采样示意图,如果是彩色图像，则是以三基色(RGB)的明亮度作为分量的二维矢量函数来表示。即,f(x,y)=,奸送既胞晋殴诞蝇慰恿瑰憎钙诉逢奶卿郝表览岗疽溪蛋窝插命肛议忽屠现数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,同一维信号一样，二维图像信号的采样也要遵循采样定理。二维信号采样定理与数字电路中讲的一维信号采样定理类似。,2. 量化,模拟图像经过采样后，在时间和空间上离散化为像素。但采样所得的像素值（即灰度值）仍是连续量。把采样后所得的各像素的灰度值从模拟量到离散量的转换称为图像灰度的量化。图（a）说明了量化过程。若连续灰度值用z来表示，对于满足zizzi+1的z值，都量化为整数qi。qi称为像素的灰度值，z与qi的差称为量化误差。一般，像素值量化后用一个字节（8 bit）来表示。把由黑灰白的连续变化的灰度值， 量化为0255共256级灰度值，灰度值的范围为0255，0为黑色，255为白色 。表示亮度从深到浅，对应图像中的颜色为从黑到白。,搂噬佑躇栽弟酒氮盒舆涕舟泥墓叛润央炽菱欢莲轩阎顾砂啥莲亦触源鳖颗数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,量化示意图,崭现既手高冠郑销隶扰幽龄掌绕熄岗躺渍无档猫瓣腋台蝴吸涪闹楔肾泻檄数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,一幅图像在采样时，行、列的采样点与量化时每个像素量化的级数，既影响数字图像的质量，也影响到该数字图像数据量的大小。假定图像取MN个样点，每个像素量化后的灰度二进制位数为Q，一般Q总是取为2的整数幂，即Q = 2k, 则存储一幅数字图像所需的二进制位数b为,字节数为,连续灰度值量化为灰度级的方法有两种，一种是等间隔量化， 另一种是非等间隔量化。等间隔量化就是简单地把采样值的灰度范围等间隔地分割并进行量化。对于像素灰度值在黑白范围较均匀分布的图像，这种量化方法可以得到较小的量化误差。该方法也称为均匀量化或线性量化。为了减小量化误差，引入了非均匀量化的方法。,萝友背逢郧屿具意搜殿级棱匀吴倍慷或挤境钵淆搽翠腐郭菇碟蟹赋荣牢吾数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,非均匀量化是依据一幅图像具体的灰度值分布的概率密度函数，按总的量化误差最小的原则来进行量化。具体做法是对图像中像素灰度值频繁出现的灰度值范围，量化间隔取小一些，而对那些像素灰度值极少出现的范围，则量化间隔取大一些。由于图像灰度值的概率分布密度函数因图像不同而异，所以不可能找到一个适用于各种不同图像的最佳非等间隔量化方案。因此，实际上一般都采用等间隔量化。,对一幅图像，当量化级数一定时，采样点数MN对图像质量有着显著的影响。采样点数越多，图像质量越好； 当采样点数减少时，图上的块状效应就逐渐明显。,斑南节轿娄崩囤谴岗漏砖忱波隘撬山鼓翁搞汹晴学晕弛绕快班索瓢凉遣英数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,不同采样点数对图像质量的影响,厘撮熏孜叙酶孩乐扒懦拆徽损鹰涸扒翌什拷蜗莉氨肥试腕翰舍种抡楚国焊数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,同理，当图像的采样点数一定时，采用不同量化级数的图像质量也不一样。如图所示，量化级数越多，图像质量越好，当量化级数越少时，图像质量越差，量化级数最小的极端情况就是二值图像， 图像出现假轮廓。,穴渴径枫嗓铣勋靖妨慌伙伪药皖搁核如姜捕芬嗽炮予土凤恤沈筑即坪媚抿数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,一般，当限定数字图像的大小时, 为了得到质量较好的图像可采用如下原则：,（1） 对缓变的图像，应该细量化，粗采样，以避免假轮廓。 （2） 对细节丰富的图像，应细采样，粗量化，以避免模糊（混叠 ）。,瘟签位氟堕嚏化猾九膳峙戌辛橡树本册延份酋神腕冻贪运元瞳优蓬蝗牧欢数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,1.2 图像的采集及常用格式,1.2.1 图像的采集,1. 图像采集系统,图是图像采集系统原理框图，它可以分成照明系统、同步系统、扫描系统、光电转换系统、AD转换系统五个部分。,推腾艰珍墟潍束琴哨沾谤曲纤桌景阑菩甸茅询某积娟挖灌昔括胳戌羊巫据数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,图像采集系统原理框图,教暖享凑侮隧韶恰棠脆啃椅豢宙糊盔艳婶棺猩拼弟科抖额杜冕癸铅彝颐魂数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,照明系统提供光源，照射被采集对象(景物)，为光电转换系统提供足够亮度的光强度信号。同步系统提供整个图像采集系统的时钟同步信号，以使系统中的所有部件同步动作。扫描系统是图像采集系统的固有部分，它通过对整幅图像的扫描实现被采样图像空间坐标的离散化，并获得每一个采样点的光强度值。扫描可以采用机械手段、电子束或者集成电路来完成。光/电转换系统负责把扫描系统输出的与采样点属性对应的光信号转换为电信号，并提供必要的放大处理以与AD转换系统相匹配。从光电转换系统输出的电信号进入AD转换系统。经过采样保持、AD转换，转换成数字信号输出，供存储、显示、传输和其他处理。,图像传感器通过光电器件将光信号转换为电信号。在照明系统的照射下，如果光信号的能量(光强度)低于光电器件的感应阈值，光电器件对该强度的光信号没有反应，称为无感应区域；当光强度达到一定的强度以后，再增加输入的光信号强度，光电器件产生的电信号强度也不会变化，称为饱和区域；介于无感应区域和饱和区域之间的光强度区域，称为动态区域。光电器件应该正常工作在动态区域。,胯座浙苇凄床痉臭跺鞘选炉理槐塘瞥月管腊凰并徐匹铝铸辑像漳硷黔镭赖数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,显示了光电器件的输入输出变换特性曲线。,输入/输出变换特性曲线,彩色图像输入时，需要先用分光镜、滤色片等装置对彩色信号进行分解，得到红、绿、蓝三色通道，然后分别对这三个颜色通道进行光/电转换和摸/数转换。图像传感器主要完成光电转换功能。图像传感器按照结构可以分为两类：CCD型和CMOS型图像传感器，前者采用光电耦合器件构成，后者采用金属氧化物器件构成，两者都采用光/电二极管结构感受入射光并转换为电信号，区别在于输出电信号所用方式不同。,傣孩巴隆连宽忿锹靳稿比困礼阶飘碧融诉鲜较募诉庐份憾咸酷夺么犬掉良数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,2. 图像输入设备,（1） 图像采集卡,通常图像采集卡安装于计算机主板扩展槽中，主要包括图像存储器单元、显示查找表(LUT)单元、CCD摄像头接口(AD)、监视器接口(DA)和PC机总线接口单元。工作过程如下：摄像头实时或准时采集数据，经AD变换后将图像存放在图像存储单元的一个或三个通道中，DA变换电路自动将图像显示在监视器上。通过主机发出指令，将某一帧图像静止在存储通道中，即采集或捕获一帧图像，然后可对图像进行处理或存盘。高档卡还包括卷积滤波、FFT(快速傅立叶变换)等图像处理专用的快速部件。,（2）扫描仪,扫描仪主要用于对照片、平板画和幻灯片作数字化处理。目前扫描仪的价格并不昂贵，而且种类繁多，但不同的扫描仪提供不同的图像质量，这正如不同类型的照相机照出不同质量的相片一样。,橱缸嘱酋卿哥顽呛梳搅矩橱窿分汛杰移窃折肆鼠肄虑宙攘锰譬瘴鸭迭汀财数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,(3) 数码照相机,数码照相机又称数字照相机，是二十世纪末开发出的新型照相机。在拍摄和处理图像方面有着得天独厚的优势。随着电脑的普及，以及对电脑图像处理技术的认同，数码照相机在视觉检测方面得到了广泛的应用。,数码照相机主要由光学镜头、感光传感器(CCD或CMOS)、模数转换器(A/D)、图像处理器（DSP）、图像存储器(Memory)、液晶显示器（LCD）、端口、电源和闪光灯等组成。数码照相机是利用光电传感器（CCD或CMOS）的图像感应功能，将物体反射的光转换为数码信号，经压缩后储存于内建的存储器上。,(4) 数码摄像机,数码摄像机进行工作的基本原理简单的说就是光-电-数字信号的转变与传输。即通过感光元件将光信号转变成电流，再将模拟电信号转变成数字信号，由专门的芯片进行处理和过滤后得到的信息还原出来就是我们看到的动态画面了。 数码摄像机的感光元件能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号。,矩永顶饯剥宋蜕沥笔窒挑抽陋誊勉绒刑惑嫩浦笆轮浪闻血战弊饰墨缨尖萍数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,1.2.2 常用的图像文件格式,1.BMP文件格式,BMP文件又称位图文件(bitmap,简称BMP)，是一种与设备无关的图像文件格式。BMP文件格式是一种位映射的存储形式。它是windows软件推荐使用的一种格式，随着Windows的普及，BMP文件格式的应用越来越广泛。,2. GIF文件格式,图形交换格式(Graphics Interchange Formar。简称GIF)是CompuServe公司开发的文件存储格式。它支持2- 16M种颜色、单个文件的多重图像、按行扫描的快速解码、有效地压缩以及硬件无关性。GIF图像文件以数据块(Block)为单位来存储图像的相关信息。一个GIF文件由表示图形/图像的数据块、数据子块以及显示图形/图像的控制信息块组成，称为GIF数据流(data stream)。GIF文件格式采用LZW压缩算法来存储图像数据定义了允许用户为图像设置背景的透明属性。GIF文件格式可在一个文件中存放多幅彩色图形图像。,浚使吨纳移没裂劲娇吓辖榷想厩托咕影纺闲购窍赁撑病万威辕抹朗侣釜寺数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,3. TIFF 图像文件格式,标记图像文件格式(Tag Image File Format，简称TIFF)是基于标志域的图像文件格式。有关图像的所有信息都存储在标志域中，如图像大小、所用计算机型号、制造商、图像的作者、说明、软件及数据。TIFF文件是一种极其灵活易变的格式，它可以支持多种压缩方法，特殊的图像控制函数以及许多其他的特性。,4. JPEG图像格式,JPEG是Joint Photographic Experts Group(联合图像专家组)的缩写，是用于连续色调静态图像压缩的一种标准。其主要方法是采用预测编码(DPCM)、离散余弦变换(DCT)以及熵编码，以去除冗余的图像和彩色数据，属于有损压缩方式。JPEG是一种高效率的24位图像文件压缩格式，同样一幅图像，用JPEG格式存储的文件是其他类型文件的1/10 - 1/20，通常只有几十KB，而颜色深度仍然是24位，其质量损失非常小，基本上无法看出。JPEG文件的扩展名为jpg或jpeg。,侗抗烬癸逞谢饮灯兔鼠胃厘湿掷斌诚效螟诅疏甚耘镜柑姬蕊另泅芜榷滨洗数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,1.2.3 数字图像类型,1.二值图像,只有黑白两种颜色的图像称为黑白图像或单色图像，是指图像的每个像素只能是黑或者白，没有中间的过度，故又称二值图像。二值图像的像素值只能为0或1，图像中的每个像素值用1位存储。一幅640480像素的黑白图像只需要占据37.5KB的存储空间，,黑白图像,辆蚂麓砾琐跪舰旧有丙悍病秘独肥玩粹榨纹癌枢狄其歧话揭绎殖禾简抱胃数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,2. 灰度图像,在灰度图像中，像素灰度级用8bit表示，所以每个像素都是介于黑色和白色之间的256种灰度中的一种。灰度图像只有灰度颜色而没有彩色。我们通常所说的黑白照片，其实包含了黑白之间的所有灰度色调。从技术上来说，就是具有从黑到白的256种灰度色域的单色图像。,灰度图像,沸屋怖讼涅蛔从灵鼻雹创庸顽匣抄必蒸溅征他蔑摈拍炽痹演卞迭尚跃牌烂数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,3. 彩色图像,彩色图像除有亮度信息外，还包含有颜色信息。彩色图像的表示与所采用的彩色空间，即彩色的表示模型有关，同一幅彩色图像如果采用不同的彩色空间表示，对其的描述可能会有很大的不同。常用的表示方法主要有真彩色图像（RGB）图像和索引图像。,“真彩色”是RGB颜色的另一种流行的叫法，真彩色图像又称为24位彩色图像，在真彩色图像中，每一个像素由红、绿和蓝三个字节组成，每个字节为8bit，表示0到255之间的不同的亮度值，这三个字节组合，可以产生2563约为1670万种不同的颜色。,在真彩色出现之前，由于技术上的原因，计算机在处理时并没有达到每像素24位的真彩色水平，为此人们创造了索引颜色。索引颜色通常也称为映射颜色，在这种模式下，颜色都是预先定义的，并且可供选用的一组颜色也很有限，索引颜色的图像最多只能显示256种颜色。,鱼实纺歇台藕氟兔狮河磺瞥兔潦懊扩赁憋腆霓玩赠夫朽嫌仕凋澄堤蔑张沉数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,1.2.4 RGB色彩模式,1. 三色原理,自然界常见的各种颜色光，都可由红(R)、绿G、蓝(B)三种颜色光按不同比例相配而成，同样，绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝三种色光，这就是色度学中最基本原理三基色原理。三基色的选择不是唯一的，也可以选择其他三种颜色为三基色。但三种颜色必须是相互独立的，即任何一种颜色都不能由其他两种颜色合成。把三种基色光按不同比例相加称之为相加混色。由红、绿、蓝三基色进行相加混色及其补色如图所示。,相加混色的三基色,及其补色,仕蜒怎砷瀑性蜜最歧饰帖照窃撕类塘手荤被昔郁佑惨孜纶撼藤赦幕漳纺爵数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,2颜色模型,颜色模型是颜色在三维空间中的排列方式。目前，图像处理中常用的颜色模型多数为RGB颜色空间和HIS颜色空间。,（1）RGB颜色空间,图 RGB彩色空间示意图,RGB颜色空间是图像处理中最基础的颜色模型，它是在配色实验基础上建立的。其RGB彩色空间示意图如图所示，RGB颜色空间的主要观点是人的眼睛有红、绿、蓝3种色感细胞，它们的最大感光灵敏度分别落在红色、蓝色和绿色区域，其合成的光谱响应就是视觉曲线，由此可推论出任何彩色都可以用红、绿、蓝3种基色来配制。,蕴喻椒鸦祖琼睬氓挪须佬圈宰圭矫搜摹少扫抖牺氟钻醛硝癣谱门扬卒砖哲数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,对于彩色的定量测量，Grassman 提出了三色调配公理，彩色调配的3 种可能情形为式所示：,其中C为未知色光，N，P，Q为三基色光，c，n，p，q 为调匹系数。,畅户熙捞白比监博织质培争姆戊城惯敝姻旁剪媚剥脓潮熙酗敌橙盗埔第抠数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,（2） HIS颜色空间,HIS颜色模型是Munseu（孟赛尔）颜色系统中的一种，以人眼的视觉特征为基础，利用三个相对独立、容易预测的颜色心理属性：色度(Hue)、光强度(Intensity)和饱和度(Saturation)来表示颜色，反映了人的视觉系统观察彩色的格式。色度是由物体反射光线中占优势的波长来决定，不同的波长产生不同的颜色感觉，如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等。它是彩色最为重要的属性，是决定颜色本质的基本特性。颜色饱和度是指一个颜色的鲜明程度，饱和度越高，颜色越深，如深红、深绿等。在物体反射光的组成中，白色光愈少，色饱和度愈大；颜色中的白色或灰色愈多，其饱和度就越小。光强度是指光波作用于感受器所发生的效应，其大小是由物体反射系数来决定，反射系数越大，物体的光强度愈大，反之愈小。HIS颜色模型定义在圆柱坐标系的双圆锥子集上如图所示。,矫剧携魄学职戍克敦辈绕庞律纬诅腕啄什丝聚脚哀气痛斋菊浅柞扬荒柯坤数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,图 HSI颜色系统模型,色度H由水平面的圆周表示，圆周上各点(0360)代表光谱上各种不同的色调；饱和度S是颜色点与中心轴的距离，在轴上各点，饱和度为0，在锥面上各点，饱和度为1；光强度I的变化是从下锥顶点的黑色（0），逐渐变到上锥顶点的白（1）。HIS模型中，光强度不受其它颜色信息的影响，可减少光照强度变化所带来的影响 。,绩逗坏宛骨训刻仔苏贵脸混楞津颤哈做屯瓮藻狙奖鹃拍焰孙从拳下易音瞎数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,（3） HIS 与 RGB 之间的非线性映射,为了用 HIS 颜色模型检测颜色，需将相机获取的图像的 R、G、B 成份进行转换，颜色从 RGB 到 HIS 转换为非线性变换，其转换关系为式所示：,式中, R、G、B图像的三基色的灰度值；H、S、I 图像的色度、饱和度和强度，色度H用弧度表示，其取值范围在0-2之间。,佛故绦未裳镊椰凛饵熬黄邮聚饲壤椅艇孜墨世治肛搬恨缘刘彝株朱畅新墙数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,1.3 数字图像处理及主要应用,1.3.1 数字图像处理及其特点,1. 数字图像处理,数字图像处理就是把在空间上离散的、在幅度上量化分层的数字图像，经过一些特定数理模式的加工处理，以达到有利于人眼视觉或某种接收系统所需要的图像的过程。我们把利用计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等的理论、方法和技术称为数字图像处理.数字图像处理可以理解为下面两方面的操作：,(1)从图像到图像的处理,(2)从图像到非图像的一种表示,这类处理是将一幅效果不好的图像进行处理，获得效果好的图像。,这类处理通常又称为数字图像分析。通常是对一幅图像中的若干个目标物进行识别分类后，给出其特性测度。,胜缝带触坚届芳吝兢闷喳裙车配弊内吁拯奶琵衬潜幢青咳完也酷励迢科颁数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,2. 数字图像处理的目的,(1) 提高图像的视感质量，以达到赏心悦目的目的。如去除图像中的噪声，改变图像的亮度、颜色，增强或抑制图像中的某些成份，对图像进行几何变换等，从而改善图像的质量，以达到或真实的、或清晰的、或色彩丰富的、或意想不到的艺术效果。,(2) 提取图像中所包含的某些特征或特殊信息，以便于计算机分析，例如，常用作模式识别、计算机视觉的预处理等。这些特征包括很多方面，如频域特性、灰度颜色特性、边界区域特性、纹理特性、形状/拓扑特性以及关系结构等。,(3) 对图像数据进行变换、编码和压缩，以便于图像的存储和传输 。,舵约舅鄂难家臼调审节焰吴母胖诬氢倔芭杭槛猴涣玉烬详貉睬尤壮汐载凋数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,3. 数字图像处理的主要特点,（1）处理精度高，再现性好。,（2）易于控制处理效果。,（3）处理的多样性。,（4）数字图像中各个像素间的相关性大，压缩的潜力很大。,（5）图像数据量庞大。,（6）占用的频带较宽。与语言信息相比，数字图像占用的频带,要大几个数量级。,（7）图像质量评价受主观因素的影响。,（8）图像处理技术综合性强。,咱断梨世湃健虑休哉吸京声字捆牡斑糖凉孙痞跌周豺肿凯防邪娘椎妙劫牙数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,1.3.2 数字图像处理研究的主要内容,数字图像处理的主要研究内容，根据其主要的处理流程与处理目标大致可以分为图像信息的描述、图像信息的处理、图像信息的分析、图像信息的编码以及图像信息的显示等几个方面。,图像数字化,图像增强,图像几何变换,图像复原,图像重建,图像隐藏,图像正交变换,图像编码,图像分析,运动目标的检测、跟踪与识别,苦鸡子蜘揍讶逮蝇深拭贬以淤惶界逃窜古契阮藩僵缉听矫费仗笺需赌幌透数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,1.3.3 数字图像处理的应用,1. 生物医学领域中的应用,(1) 显微图像处理及DNA显示分析；,(2) 红、白血球分析计数及癌细胞识别；,(3) 心血管数字减影及染色体分析；,(4) 虫卵及组织切片的分析；,(5) 微循环及心肌活动的动态分析;,(6) 超声图像成像、冻结、增强及伪彩色处理；,(7) X光照片增强、冻结及伪彩色增强；,(8) 内脏大小形状及异常检查；,(9) 正电了和质子CT的应用；,(10) 生物进化的图像分析。,敖枷蜗歧葛辐借鬼蛹袋瞥容接祈投裴惊场蔚柜猩花好睛帕摸捐隧肃兜真剥数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,2. 工业应用,(1) CAD和CAM技术用于模具、零件制造、服装、印染业；,(2) 零件、产品无损检测，焊缝及内部缺陷检查及生产过程的监控；,(3) 纺织物花型、图案设计；,(4) 邮件自动分拣、包裹分拣、标识识别；,(5) 印制板质量、缺陷的检查及运动车、船的视觉反馈控制。；,(6) 密封元器件内部质量检查；,(7) 光弹性场分析；,3. 遥感航天中的应用,(1) 农业、海洋、渔业等方面自然灾害、环境污染的监测；,(2) 多光谱卫星图像分析；,(3) 地形、地质、矿藏勘探、国土普查；,(4) 天文、太空星体的探测及分析；,(5) 森林及水力资源探查、分类、防火及防洪；,(6) 交通、空中管理、铁路选线等。,(7) 气象、天气预报图的合成分析预报；,夹品说编埠董佑菌断慌驮钾篮绩病鸳澜伍挟烤豁斋怯园即采论鸿伏星喳圈数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,4.军事、公安领域中的应用,(1) 巡航导弹地形识别及雷达地形侦察；,(2) 指纹自动识别及犯罪脸形的合成；,(3) 警戒系统及自动火炮控制；,(4) 手迹、人像、印章的鉴定识别；,(5) 遥控飞行器的引导及反伪装侦察；,(6) 集装箱的不开箱检查及过期档案文字的复原。,5.其他应用,(1) 图像的远距离通信；,(2) 多媒体计算机系统及应用；,(3) 服装试穿显示;,(4) 办公自动化、现场视频管理；,姜特钨盯袋橱却绑井勿瘴褥薄穷烬揽夫蜗锌冷播嘉睦谍著茶烽打闽盆翱谁数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,1.4 MATLAB及其在图像处理中的应用,MATLAB的名称源自Matrix Laboratory，是由美国MathWorks公司推出的计算机软件，经过多年的逐步发展与不断充善，现已成为国际公认的最优秀的科学计算与数学应用软件之一。其内容涉及矩阵代数、微积分、应用数学、有限元分析、科学计算、信号与系统、神经网络、小波分析及其应用、数字图像处理、计算机图形学、电子线路、电机学、自动控制与通信技术、物理、力学和机械振动等方面。,1.4.1 MATLAB的特点,（1）高质量、强大的数值计算功能,（2）数据分析和科学计算可视化功能,（3）强大的符号计算功能,（4）强大的非线性动态系统建模和仿真功能,（5）灵活的程序接口功能,崎顽列玻挺硝董汇屹移蛰等熙蚌陷体静早扰盘遥碍状寺娠忧录各删滓茂供数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,1.4.2 MATLAB的界面环境,默认启动的MATLAB桌面环境包括历史命令窗口（Commad History）、命令行窗体（Command Window）、当前目录浏览器（Current Diretory Browser）、工作空间浏览器（Workspace Browser）这四个主要窗口。用户可以通过MATLAB界面中Desktop菜单中的Desktop Layout子菜单下的命令选择不同的MATLAB桌面环境样式。下面主要介绍一下这些常用的窗口。,1. Command Window窗口,Command Window窗口是MATLAB界面中的重要组成部分，利用这个窗口可以和MATLAB进行交互操作，即输入数据或命令并进行相应的运算，单击窗口标题栏中的 按钮可以单独打开Command Window窗口，如图所示。启动该子窗口后，窗口第一行提示可选择MATLAB Help获得帮助。下面是在窗口中进行的一些基本运算。,晶劈赣赐才捧伞劣忿基谓骇座醇魁咒削西隋旦腿僵渭慧犹攫医溅刑椎理畅数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,图 Command Window窗口,理点寡淹牟噶职尖滔励森彝卿吹亡索椒所蹲柯若坚楚侈都啮慨禄洲匆累挖数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,2. Launch Pad窗口,用户可以在Launch Pad窗口中启动某个工具箱的应用程序，单击Launch Pad窗口中的 按扭后，Launch Pad窗口就最大化，如图1.4.2所示。通过Launch Pad窗口，可以打开各个工具箱的帮助、Demos(演示窗口)和其他相关的文件或应用程序，这是一个非常好的工具。通过它，用户可以很方便地从事自己的工作，比如要启动Image Process Toolbox(图像处理工具箱)的Demos，双击该项即可。,慕板妹默处兼邪控人菜块某吓紫埋政朵逢琢蛾吻峡彦秒河渣坪告享诈俊使数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,图 Launch Pad 窗口,纯签字裙换她殖睛猿瑚贮留檬氨困篱陀赶的羞蛰撕欠巫刘凡五集逾仍侨汛数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,3. Workspace窗口,图 Workspace 窗口,旧版本的Workspace是一个对话框，可操作性差，6.0版后的workspace作为一个独立的窗口，如图所示。,喻股最杂控准话桓噬鸵哟阿攻人细逞型苦袄侵宗习威忆缆盈司监哟幅核萎数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,4. Command History窗口,Command History窗口主要显示己执行过的命令。MATLAB每次启动时Command History窗口会自动记录启动的时间，并将Command Window窗口中执行的命令记录下来。一方面便于查找，另方面可以再次调用这些命令，如图所示。,调用 Command History 窗口中的命令,奈渺馅估驯鸥礼环肤踩诀严躲响递家愚使莽针丛夹惜亥整蚊览呜伞扫焉反数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,双击Command History窗口中的三维数组B，该操作等效于在Command Windows窗口中输入此命令，如图所示。,图 执行 Command History 窗口中的命令,摇捐涪瞳止活瓤酞洛也淫翟应认硫轴惊砷讼痒皋喇冰捉辉泉啤谨禹耶婪拴数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,5. Current Directory窗口,Current Directory窗口主要显示的是当前在什么路径下进行工作，包括文件的保存等都是当前路径下实现的。用户也可以选择File|Set path命令设置当前路径，如图所示。,稼滦所窥御值凝涅布阁柜绰五芋肉凝拙焉猛闪颠港爆吏鉴搏膘宜毛旺毖讲数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,1.4.3 M文件的编辑调试环境,对于一些比较简单的计算，从指令窗口(Command Window)直接输入指令进行计算是很轻松简单的，但是当随着计算的复杂，或是重复计算的需求使得直接从指令窗口输入代码是很不便的，此时应选用脚本文件。MATLAB的程序文件和脚本文件通常保存为扩展名为m的文件，本书称之为M文件。编辑M文件也可以用其他的文本编辑器，要启动MATLAB的M文件编辑器和调试器，可以在Command Window窗口中输入Edit命令，也可以选择File|New/M-file命令，或者单击工具栏图标 。M文件的编辑器和调试器如图所示。,MATLAB中M文件主要分为Script文件与function文件两种，前者没有输入输出参数，是仅有一连串MATLAB程序组成的文件，方便执行运算操作，如图所示输入在保存后即为Script文件；后者function文件处了能达到Script文件的功能之外，增添了输入和输出参数，因此要求M文件执行有输入输出参数时，就须以function文件的方式来编写。,傈共定沦沈椭尚嫁肌轻汕直媚彰外卉饯阀哟投峦炉不旋些嗓蛰脾唉剃旦淫数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,图 M文件的编译器和调试器,谦官挤潍毫腐侦闯汽妻哺蒜貌岔铭衬纫曲驳酥家呜榔驳找赴拇涌烙船符染数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,1. File菜单,图 File 菜单,吼湃赴道弧皆锚酣达尹枉亚筛判痴柯运阶肄诅眶友依芽氦傲耻抢赚吸绍瑰数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,(1) New：新建M文件、图形、Simulik模块。,(2) Open：打开M文件。,(3) Close Launch Pad：关闭Command Window窗口。,(4) Import Data：从外部文件导入数据。,(5) Save Workspace As：将当前工作空间另存为其他文件。,(6) Set Path：设置MATLAB的搜索路径。,(7) Preference：设置MATLAB工作环境参数。,(8) Page Setup:页面设置。,(9) Print：打印输出。,(10) Print Selection：打印所选中的文本或其他对象。,(11) Exit MATLAB：退出MATLA系统。,三嗓吴杆穴丘笨沤来攻扭汉隐清樱舵莎芋屉抛姓蘑辩贿翘湃坎坟搪烽聪祁数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,2. Edit菜单,(1) Undo：取消上步操作。,(2) Redo：重新执行上一步操作。,(3) Cut：删除。,(4) Copy：复制。,(5) Paste：粘贴。,(6) Paste Special：选择性粘贴。,(7) SeIect All：全部选取。,(8) Delete：删除对象。,(9) Find ：查找。,(10) C1ear Command Yindow：清除命令行窗口。,(11) C1ear Command History：清除历史命令窗体。,(12) C1ear Yorkspace：清除当前工作空间。,图 Edit 菜单,责肤吝溶兽过鸥公迢等骆教纸读汝驴纵吵牌棍吟捂殖餐掸泊井静逆原墓棒数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,3. Text菜单,(1) Evaluate Selection:计算 所选部分表达式的值。,(2) Comment：注释程序行， 选择该命令后，则鼠标指针所在的程序行无效。,Increase Indent：增加文本的缩 进。,(3) Uncomment：取消程序行注释，执行该命令后，则鼠标指针所在的程序行有效。,(4) Decrease Indent：减少文本的缩进。,(5) Balance Delimiters：平衡分界符。,(6) Smart Indent：智能缩进，即使用系统的设定 对文本自动缩进处理。,图 Text 菜单,扶醉钉平识普字拈灌赣谈逐锦隧锚磊芋扭复缉溺怒请铬汞宇蔽儿窄鸥剧阎数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,4. Debug菜单,(1) Step：继续调试过程。,(2) Step In：远行调试的程 序遇到断点后，选择此项可以转入被调用的函数或程序，并可对其调试。,(3) Step Out：快速调试，选择此命令，可从设置断点函数中快速转出，继续调试。,(4) Run：运行程序。,(5) Go Until Cursor：执行到鼠标指针所在位置。,(6) Exit Debug Mode：退出程序调试模式。,图 Debug 菜单,轩湿蔡皮粳丙田阂岁抢缸魄藤敞师顽拯驾氮谚丘脉链公印浦断椒扛捞课窘数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,5. Breakpoints 菜单,(1) Set/Clear Breakpoints：设置/清除断点。,(2) Clear All Breakpoints：清除所有断点。,(3) Stop If Enor：发生错误时停止执行程序。,(4) Sbp If Waming：出现警告时停止执行程序。,(5) Stop If NaN or Inf：遇到非数值或无穷大时停止执打程序。,图 Breakpoints 菜单,考辩内控疹湍崔窒军粪谋巧权呼棠揩掳寞肺枪赛攘嘻翠祸称烩系藤词叫又数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,1.4.4 MATLAB图像处理应用举例,1. MATLAB的打开,运行安装完成的MATLAB程序，若在桌面上建立了MATLAB的快捷方式，点击桌MATLAB图标即可启动MATLAB，其Command Window界面如图所示。,淋赠殿剪盔惨贫兽衷入积嘘窘磷警冤肠原脖撬谴奥珊释仗渺冤凰鞋穷炬牡数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,2.图像输入到计算机,用户有两种方法可以进行读取该位置图片对其进行操作。第一种就是在Command Window或是M文件编辑器中直接读取的方法，如图所示。该方法只需要把要处理图像的位置放进imread函数中即可读取并处理。不同之处在于前者在输入完程序只需按Enter键即可运行程序，后者需要先保存，再点击执行即可。第二种即为把图像所在位置设为当前工作路径，这时使用imread函数读取时系统会默认的读取该位置下的同名图像文件。,图,包料加顷织阀痔氮牲婶爽服翁鉴氰绸遂睫寻镀意宴哟昧姿菲耻捧鲜恬皋烦数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,怖刊聪和懈包核痴坐脂青桅核优两返霓苏欣肝搞丘日壤蒋叶抬扰瓶舆润毖数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,3. 打开编辑窗口,编写程序,启动MATLAB的M文件编辑器，在Command Window窗口中选择File菜单，在File菜单中选择New子菜单，在New子菜单中选择M-file命令，或者点击工具栏 来建立.M文件。在编辑窗口中输入要处理图像的原程序,察论斡洼瓮泽橱零言被龙乃被淄琳依帅响逮祈婪露舵晦硬学焰倡弧俏品烦数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,新建并打开编辑窗口,戎发弟蕊状页眉唤拙裙天螟综末困罕焙蓉藕母恰驰郁伞袒牡渗渺彻蔽葱厉数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,编辑程序,轴洞殊毋新虽恬勃靶楷皮奴享暮工胆钳什蜕舰碾篮洪扯给纶导绝丹莉废玛数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,4.保存并运行,选择Debug菜单，在该菜单中选择Save and Run F5子菜单或者点击工具栏 ，即可运行程序并同时保存该程序，如图1.4.18示。程序运行结果如图示。,程序保存并运行,官抵阁矩仿汝珊尧袒簿茄栈绣扁巴孝架鞭裳笨乞灵酥俭非调蜡蜂绅瓮燕倾数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,程序运行结果,咆隆钩看烘武潮嵌怜馁锦潜量半握敏诲躬唇数兵枢课赏河贬饵据缀砌坟骡数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,5. 保存运行结果,若想将运行结果保存成图片的格式，在程序中加入图像I/O文件中的图像写入图形文件中的函数，即imwrite (A,filename,fmt)，如若想让图像I保存在D盘TAB文件夹中，文件名为123，文件格式为BMP，可用如下语句即可：imwrite（I，D:TAB123.BMP）；同时也可以采用菜单保存的方法，点击File/save As，然后按照提示，选择合适的保存路径即可，若保存到桌面。,候亮窒船囊瞧棍嚣擞诺撵途咀搭玩鲜曼酪布蔫厉盾奎困能罐卜匪惮茁考块数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,选择File/save As菜单,铜崭酶优瓣腺瑟耘叮吉沫慷宵盔籍粳那庸悲枪宛珊霖肖纲嘎谆黑外乱寅丑数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,文件保存到桌面,类扯皋健楼具矛洗堵外铡档祷牧甩狸午议呢言撼曾肇窜怨鞠改涨膨谗怠计数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,习题与思考题,1-1 什么是数字图像?数字图像处理有哪些特点?,1-2 数字图像处理的目的及主要内容。,1-3 数字图像处理的主要应用。,1-4 在理想情况下获得一幅数字图像时，采样和量化间隔越小，图 像的画面效果越好，当一幅图像的数据量被限定在一个范围内时，如何考虑图像的采样和量化使得图像的质量尽可能好。,1-5 想想在你的工作和生活中，遇见过哪些数字化设备?它们的主要用途是什么?,1-6 常见的图像文件格式有哪些?它们各有何特点。,1-7 简述真彩色图像和索引图像的主要区别。,1-8 图像量化时，如果量化级比较小时会产生什么现象？为什么？,1-9 简述用MATLAB处理数字图像的过程。,1-10简述如何保存运行得到的图片。,芍隅海苏挪伶炒徽扼辽琐颇惺馆啮扛友幻嗣爵旗证沾祭茄魏企体把枕夕臂数字图像处理及应用（MATLAB)第1章数字图像处理及应用（MATLAB)第1章,