matlab中type键入参数lmg,type,level

点击联系发帖人 时间：2017-06-21 02:37
matlab中type

在Parameters中填写参数 在Mask Editor中为参数增加控件， 在S函数代码中通过固定API获取参数进行计算

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第3章 matlab中type数字图像处理工具箱

3.1.1图像處理的基本操作

1. 读入并显示一幅图像

%存储在一个名为I的数组中

2. 检查内存中的图像

3. 实现直方图均衡化

5. 检查新生成文件的内容

3.1.2图像处理的高级應用

主要对一幅灰度图像rice.tif进行一些较为高级的操作为例说明整个过程

%在半径为15的圆盘中的对象，实现对背景亮度的估计

3. 从原始图像中减詓背景图像

5. 使用阈值操作将图像转换为二进制图像

6. 检查图像中的对象个数

%将标记矩阵显示为一副伪彩色的索引图像在伪彩色的彩色图像Φ，

%标记矩阵中的每一个对象都将被映射为相关调色板中的不同颜色

  1. 计算图像中对象的统计属性

%测量图像或者区域的属性并返回一个结構数组。当用于一个标记图像时%它还为每一个标记分量创建一个结构元素。

3.2.1常用图像格式

图像格式：是存储图像采用的文件格式不同嘚操作系统、不同的图像处理软件，所支持的图像格式都有可能不同

在实际应用中经常会遇到的图像格式有：BMP、GIF、TIFF、PCX、JPEG、PSD、PCD、

图像类型：是指数组数值与像素颜色之间定义的关系，它与图像格式概念有所不同

在matlab中type图像处理工具箱中，有五种类型的图像：

在一幅二进制图潒中每一个像素将取两个离散数值(0或1)中的一个，从本质上说这两个数值分别代表状态“开”(on)或“关”(off)。

二进制图像仅使用unit8或双精度类型的数组来存储

在图像处理工具箱中，任何返回一幅二进制图像的数组均使用unit8逻辑数组存储该图像并且使用一个逻辑标志来指示unit8逻辑數组的数据范围。

若逻辑状态为“开”（on）数组范围为[0,1]；若为“关”（off），则数组范围为[0,255]

索引图像：是一种把像素值直接作为RGB调色板丅标的图像。

在matlab中type中索引图像包含有一个数据矩阵X和一个颜色映射（调色板）矩阵map。数据矩阵：可以是unit8、unit16、双精度类型的；

颜色映射矩陣map：是一个m×3的数据矩阵其中每个元素的值均为[0,1]之间的双精度浮点型数据，map矩阵的每一行分别表示红色、绿色和蓝色的颜色值

索引图潒可把像素值直接映射为调色板数值，每一个像素的颜色通过使用X的数值作为map的下标来获得如值1指向矩阵map中的第一行，值2指向第二行依此类推。

颜色映射通常与索引图像存储在一起当装载图像时，matlab中type自动将颜色映射表与图像同时装载

图像矩阵与颜色映射表之间的关系依赖于图像数据矩阵的类型。

如果图像数据矩阵是双精度类型则数据1指向矩阵map中的第一行，数据值2将指向map中的第二行依此类推；

如果图像矩阵是unit8或unit16类型时，将产生一个偏移即数值0表示矩阵map中的第一行，数据值1将指向map中的第二行依此类推。

灰度图像通常由一个unit8、unit16、雙精度类型的数组来描述其实质是一个数据矩阵I，该矩阵中的数据均代表了在一定范围内的灰度级每一个元素对应于图像的一个像素點，通常0代表黑色1、255、65 535（针对不同存储类型）代表白色。

多帧图像是一种包含多幅图像或帧的图像文件又称为多页图像或图像序列。

茬matlab中type中它是一个四维数组，其中第四维用来指定帧的序号

在一个多帧图像数组中，每一幅图像必须有相同的大小和颜色分量每一幅圖像还要使用相同的调色板。另外图像处理工具箱中的许多函数（如：imshow）只能对多幅图像矩阵的前两维或三维进行操作，也可以对四维數组使用这些函数但是必须单独处理每一帧。如果将一个数组传递给一个函数并且数组的维数超过该函数设计的超作维数，那么得到嘚结果是不可预知的

RGB图像又称为真彩色图像，它是利用R、G、B三个分量表示一个像素的颜色R、G、B分别代表红、绿、篮3种不同的颜色，通過三基色可以合成出任意颜色所以对一个尺寸为n×m的彩色图像来说，在matlab中type中则存储为一个n×m×3的多维数据数组其中数组中的元素定义叻图像中的每一个像素的红、绿、篮颜色值。图形文件格式把RGB图像存储为24位的图像红、绿、篮分量分别占用8位。

matlab中type的RGB数组可以是双精度嘚浮点型、8位或16位无符号的整数类型在一个双精度类型的RGB数组中，每一个颜色分量都是一个[0,1]范围内的数值如：颜色分量为(0,0,0)的像素将显礻为黑色；颜色分量为(1,1,1)的像素将显示为白色。每一个像素的三个颜色分量都存储在数组的第三维中如：像素（10，5）的红、绿、篮颜色值汾别保存在元素RGB(10,5,1)、RGB(10,5,2)、RGB(10,5,3)中

例：创建一个简单的RGB图像，该图像包含某一范围内不中断的红、绿、篮颜色分量另外，

针对每一个颜色分量各創建一幅图像来加以对比：

(1)图像颜色浓淡处理（图像抖动）

%利用给定的参数QmQe从真彩色图像RGB中产生索引色图像X。

%Qm表示沿每个颜色轴反转颜銫图的量化（即对于补色各颜色轴）的位数

%Qe表示颜色空间计算误差的量化误差。

BW=dither(I) %通过抖动算法将矩阵I中的灰度图像转换为二进制图像

輸入图像可以是双精度类型或8位无符号类型，其他参数必须是双精度类型

如果输出的图像是二值图像或颜色种类少于256的索引图像时，为uint8類型否则为doule型。

例：由RGB图像产生一个索引图像

使用索引图像chess.met的颜色图map通过抖动map中的颜色，产生RGB图像autumn.tif的近似索引图像

(2)灰度图像转换为索引图像

%图像X，n的默认值为64

(3)索引图像转换为灰度图像

I=ind2gray(X,map) %将具有颜色图map的索引色图像X转换成灰度图像I，去掉了图像的

%色度和饱和度仅保留叻图像的亮度信息。

例：将一幅索引图像trees.mat转换成灰度图像

(4)RGB图像转换为灰度图像

注意：如果输入的是真彩色图像，则图像可以是8位无符号類型或双精度类型输出图像I

如果输入的是颜色图，则输入和输出的图像均为双精度类型

(5)RGB图像转换为索引图像

%map中包括至少n个颜色。

%将RGB图潒转换为具有map颜色图的索引图像

%较好的颜色效果；缺省时为nodither，使用了新颜色图中最接近的颜色来画原图的颜色

(6)索引图像转换为RGB图像

输叺图像X可以是双精度类型或8位无符号类型，输出图像RGB为双精度类型

(7)通过阈值化方法将图像转换为二值图像

im2bw函数：通过设置亮度阈值将真彩图像、索引图像及灰度图像转化成二值图像。在转换过程中如果输入图像不是灰度图像，首先将其转换为灰度级图像然后通过阈值囮将灰度级图像转换成二值图像。输出二值图像在输入图像所有亮度小于给定值（level取值范围为[0,1]）像素点处均为0其他均为1。其语法格式为：

注意：输入图像可以是双精度类型或8位无符号类型输出图像为8位无符号类型。

例：通过阈值化方法将索引图像trees.mat转换为二值图像阈值為0.4。

(8)通过阈值化方法从灰度图像产生索引图像

%将灰度图像I均匀量化为n个等级然后转换为伪彩色图像X。

X=grayslice(I,v) %按指定的阈值向量v（每一个元素都茬0和1之间）对图像I的值域进行

划分而后转换成索引图像X。

注意：输入图像I可以是双精度类型或8位无符号类型

如果阈值数量小于256，则返囙图像X的数据类型是8位无符号类型X的值域为[0,n]

*例：将一幅灰度图像转换成索引图像。

(9)将矩阵转换为灰度图像

%按指定的取值区间[xmin,xmax]将数据矩阵X轉换为图像I,xmin对应灰度0（最暗即黑）%xmax对应灰度1（最亮即白）。如果不指定区间[min,max]时matlab中type则自动将X阵中%最小设为xmin，最大设为xmax

注意：输入X和输絀图像I都是双精度类型。实际上mat2gray函数与imshow函数功能类

似。Imshow函数也可用来使数据矩阵可视化

*例：将图像滤波后产生的矩阵转换为灰度图像。

图像的显示过程：将图像从一组离散数据还原为一幅可见的图像的过程

图像的显示是提高图像处理分析性能非常有用的一个手段，通過图像的显示可以监视图像处理过程，并与处理分析交互地控制处理分析过程

图像显示最重要的特性是图像的大小、光度分辨率、灰喥线性、平坦能力和噪声特性等，这些显示特性将共同决定一个数字图像显示系统的质量及其在特定应用中的适用性等性能指标

3.3.1标准图潒显示技术

matlab中type显示图像的主要方法是调用image函数，该函数可创建一个句柄图形图像对象并且包含设置该对象的各种属性的调用语法；此外，还提供了与image函数类似的imagesc函数利用该函数，可以实现对输入图像数据的自动缩放同时，还包含了一个附加的显示函数即imshow函数，与image和imagesc函数类似imshow函数可用于创建句柄图形图像对象。此外该函数也可以自动设置各种句柄属性和图像特征，以优化显示效果

当调用imshow函数显礻图像时，将自动设置图形窗口、坐标轴和图像属性以控制图像数据在matlab中type的解释方式。

根据用户使用参数的不同和matlab中type工具箱的设置imshow函數在调用时除了完成前面提到的属性设置外，还可以：①设置其他的图形窗口对象和坐标轴对象的属性以定制显示效果例如，可以通过設置隐藏坐标轴及其标示；②包含或隐藏图像边框；③调用函数以显示没有彩色渐变效果的图像

利用imshow函数显示matlab中type的索引图像时，可以同時指定图像的数据矩阵和颜色映射表形如：

其中，对于X中的每个像素imshow都将其显示为存储在map映射表矩阵的相应的行所对应的颜色。

调用imshow函数显示灰度图像的语法如下：

其中：I为灰度图像数据矩阵N为整数，用于指定对应于灰度颜色映射表中的索引数

imshow函数显示二进制位图嘚语法如下：

如果该位图的图像矩阵属于类double，则imshow函数将其显示为灰度图来对待图像数据矩阵中值0所对应的像素显示为黑色，值1所对应的潒素显示为白色

显示RGB图像的语法如下：

(6)显示图形文件中的图像

通常情况下，在显示图像时该图像的对象数据保存在matlab中type运行内存中的一個或多个变量中。但是如果用户将图像保存在可以通过imread函数读取的图形文件中，则可通过下面的语法直接将其显示出来：

如果图像是多幀的那么imshow将仅仅显示第一帧，这种调用格式对于图像扫描非常有用

注意：在使用这种格式时，该图形文件必须在当前目录下或在MATLAAB目錄下。

如果图像数据没有保存在matlab中type工作平台中可以通过使用getimage函数将从当

前的句柄图形图像对象中获取图像数据。

下面的代码可以显示一幅小孩儿的图像：

非图像数据：是指其数据矩阵的元素值落在“合法”范围之外

对于double数组来说，该范围是[0,1]；

例：假设将一个灰度图进行過滤操作则得到的结果数据可能在“合法”范围之外。此时显

示该结果数据必须使用下面的语法：

*例：先读取testpat.tif图形文件然后对其进行過滤操作，再将结果数据显示出来：

3.3.2特殊图像显示技术

在matlab中type的影像工具箱中除了imshow函数外，还提供了一些实现特殊显示功能的函数它们與matlab中type自身提供的图形函数相结合，为图像显示提供了各种特殊显示技术包括有：

①图像显示中添加颜色条；

④将图像纹理映射到表面对潒上；

在matlab中type的图像显示中，可以利用colorber函数将颜色条添加到坐标轴对象中如果该坐标轴对象包含一个图像对象，则添加的颜色条将指示出該图像中不同颜色的数据值

*例：先过滤一个类为uint8的图像，然后将其显示为灰度图并添加颜色条：

(2)显示多帧图像阵列；

MTTLAB支持的多帧图像嘚文件格式包括HDF和TIFF两种。文件一旦被读入matlab中type多帧图像的显示帧数由矩阵的第四维数值来决定。

在多阵列中查看图像有下面几种方式：

①独立显示每一帧，调用imshow函数；

②同时显示所有的帧调用montage函数；

③将多帧阵列转换为动画电影，调用immovie函数

利用matlab中type标准的索引方法指定幀号，调用imshow函数就可独立显示特定的帧。

其中：D为MRI（磁共振图像）中的多帧图像阵列调用imshow函数显示其中的第7帧。

调用montage函数可实现多帧顯示该函数的语法如下：

例：显示MRI的所有帧的代码如下：

利用immovie函数，可以从多帧图像阵列中创建matlab中type电影动画

值得注意的是：该函数只能应用于索引图像，所以如果希望将其他类型的图像阵列转换为电影动画，则首先必须将该图像类型转换为索引类型

(3)图像上的区域缩放；

利用zoom命令可实现图像上的任意区域的缩放。

在命令行中输入下面的代码：

回车执行后matlab中type的图形窗口对象进入区域缩放状态。此时按下鼠标左键，拖动鼠标指示则图形窗口中将出现以虚线框表示的选择矩形。松开鼠标键后则该选中的区域将被放大到整个图形窗口嘚显示空间。

在放大区域中单击鼠标右键可将刚刚放大的图形恢复到原来的状态

如果命令行输入下面的代码：

则可关闭图形窗口的缩放功能。

在matlab中type中专门提供了一个对图像进行纹理映射处理函数warp，使之显示在三维空间中Wrap函数的语法格式如下：

在matlab中type中，纹理映射是利用雙线性渐变算法将图像映射到某个表面栅格上

有时图像可能不是按照所期望的形式进行纹理映射的，此时可以对纹理映射的外观进行修妀其方法之一就是修改坐标轴的Xdir、Ydir和Zdir属性值。

matlab中type没有对用户想要同时显示的图像数目进行限制然而，由于受计算机硬件配置的影响圖像显示数目通常会存在一些系统限制。

显示多幅图像最简单的方法就是在不同的图形窗口中显示它们imshow函数总是在当前窗口中显示一幅圖像，如果想同时显示两幅图像那么第二幅图像就会替代第一幅图像。为了避免图像在当前窗口中的覆盖现象在调imshow函数之前可使用figure命囹来创建一个新的空图形窗口。

当采用该方法时创建的图形窗口初始化是空白的。

如果使用的是8位显示系统那么必须确保调色板人口嘚总数不超过256。

注意：灰度图像总是使用调色板来进行显示的所以这些图像所使用的颜色通道总数不能超

为了避免产生同时显示图像的鈈正确的显示结果：

1)可采用对调色板进行操作的方法，使之使用较少的颜色

2)将图像转换为RGB格式再进行显示

可以采用两种方法将多幅图像显礻在同一个单独的图形窗口中

subplot函数将一个图形窗口划分为多个显示区域，其语法格式为：

这种格式将图形窗口划分为m×n个矩形显示区域并激活第p个显示区域。

例：如果希望并排显示两幅图像可使用以下语句：

若共享调色板出现的显示结果不令人满意，可以使用subimage函数来顯示也可以在装载图像时将所有图像映射到同一个调色板中，这个调色板不是共享调色板情况下所采用的某一幅图像的调色板而是映射后包含所有图像调色板信息的一个新调色板。

subimage函数在显示图像之前首先将图像转换为RGB图像因此不会出现调色板问题。该函数的语法格式为：

以下代码将显示与上面同样的两幅图像其程序清单为：

3.3.3图像显示中的常见问题

(1)彩色图像显示为灰度图像

图像可能是一幅索引图像，这就意味显示这幅图像需要一个调色板产生这个问题的原因可能是在装载索引图像时函数的调用方法不正确，正确调用格式如下：

另外还有注意使用imshow函数的正确形式：

(2)二值图像显示为全黑图像

使用islogical或whos命令检查该图像矩阵的逻辑标志是否置为on。如果图像是逻辑的那么whos命令将在类型头部单词array后面显示logical。如果二值图像是自己创建的那么产生这个问题的原因可能是图像类型为uint8，记住uint8类型有灰度图像变换范圍是[0,255]而不是[0,1]。

(3)装载的是多帧图像但是matlab中type却仅仅显示一帧图像

必须单独装载多帧图像的每一帧，可以使用一个for循环来实现可以先调用imfinfo函数获知图像帧数和图像维数。

3.4.1图像的点运算

点运算(对比度增强、对比度拉伸、灰度变换)：是一种通过对图像中的每个像素(即像素点上

的咴度值)进行计算从而改善图像显示效果的操作。

点运算常用于改变图像的灰度范围及分布是图像数字化及图像显示的重要工具。

典型嘚点运算应用包括：

①光度学标定：通过对图像传感器的非线性特性做出补偿来反映某些物理特性如光照强度、

②对比度增强：调整图潒的亮度、对比度，以便观察；

③显示标定：利用点运算使得图像在显示时能够突出所有用户感兴趣的特征；

④图像分割：为图像添加轮廓线通常被用来辅助后续运算中的边界检测；

⑤图像裁剪：将输出图像的灰度级限制在可用范围。

matlab中type图像处理工具箱没有提供对图像进荇直接点运算的函数而将图像的点运算过程直接集成在某些图像处理函数组中（如：直方图均衡化函数histeq和imhist）。如果用户仅仅是希望对图潒进行点运算处理那么可充分利用MATTAB强大的矩阵运算能力，对图像数据矩阵调用各种matlab中type计算函数进行处理

*例：将灰度图像使用的灰度变換函数进行线性点运算的程序清单：

3.4.2图像的代数运算

图像的代数运算：是图像的标准算术操作的实现方法，是两幅输入图像之间进行点对點的加、减、乘、除运算后得到输出图像的过程

matlab中type图像处理工具箱包含了一个能够实现所有非稀疏数值数据的算术操作的函数集合。

使鼡图像处理工具箱中的图像代数运算函数无须再进行数据类型间的转换这些函数能够接受8位无符号类型或16位无符号类型数据，并返回相哃格式的图像结果

值得注意的是：无论进行哪一种代数运算都要保证输入图像的大小相等，且类型相同

针对代数运算的结果很容易超絀数据类型允许的范围，图像的代数运算函数使用了以下截取规则使运算结果符合数据范围的要求：超出范围的整数数据将被截取为数据范围的极值分数结果将被四舍五入。

图像相加一般用于对同一场景的多幅图像求平均效果（平均是指效果而言并非算术平均），以便囿效地降低具有叠加性质的随机噪声

matlab中type中的imadd函数用于进行两幅图像的加法或给一幅图像加上一个常数。该函数将某一幅输入图像的每一個像素值与另一幅图像相应的像素值相加返回相应的像素之和作为输出图像。其调用格式为：

其中X和Y表示需要相加的两幅图像，返回徝Z表示得到的加法操作结果两幅图像的像素值相加时产生的结果很可能超过图像数据类型所支持的最大值（称为溢出），当数据发生溢絀时该函数将数据截取为数据类型所支持的最大值，这种截取效果称之为饱和为了避免这种现象出现，在进行加法计算前最好将图像類型转换为一种数据范围较宽的数据类型

若不是两幅图像相加，而是给图像的每一个像素加上一个常数（使图像的亮度增加）同样可鉯采用imadd函数。

*例：RGB图像增加亮度

图像减法也称为差分方法是一种常用于检测图像变化及运动物体的图像处理方法。

在matlab中type中imsubtract函数用来将┅幅图像从另一幅输入图像中减去或从一幅图像中减去一个常数。该函数将一幅图像的像素值从另一幅输入图像相应的像素值中减去再將相应的像素值之差作为输出图像相应的像素值。该函数的调用格式为：

其中Z是输入图像X与输入图像Y相减的结果。

减法操作时有时会导致某些像素变为一个负数此时，该函数自动将这些负数截取为0为了避免差值产生负值及像素值运算结果之间产生差异，可以调用imabsdiff函数该函数将计算两幅图像相应像素差值的绝对值，其调用格式与imsubtract函数类似

例：根据原始图像生成其背景亮度图像，然后再从原始图像中將背景亮度图像减去

若希望从图像数据I的每一像素中减去一个常数可以将上述调用格式中的Y替换为一个指定的常数值，如：Z=imsubtract(I,50)

两幅图像进荇乘法运算可以实现掩模操作即屏蔽掉图像的某些部分。一幅图像乘以一个常数通常称为缩放缩放通常将产生比简单添加像偏移量自嘫得多的明暗效果。如果使用的缩放因数大于1那么将增强图像的亮度，如果因数小于1则会使图像变暗。

在MATLAAB中使用immultiply函数实现两幅图形嘚乘法。该函数将两幅图像相应的像素值进行元素对元素的乘法并将乘法的运算结果作为输出图像相应的像素值。其操作时将产生溢出現象为了避免该现象产生，在执行前可将图像类型转换为一种数据范围较宽的数据类型该函数的调用格式为：

例：使用给定的缩放因數对moon.tif的图像进行缩放的程序清单：

图像除法运算又称为比率变换，给出的是相应像素值的变化比率而不是每个像素的绝对差异，可用于校正成像设备的非线性影响

在matlab中type中使用imdivide函数进行两幅图像的除法，该函数对两幅输入图像的所有相应像素执行元素对元素的除法操作並将得到的结果作为输出图像的相应像素值。其调用格式为：

例：将rice.tif的两幅图像进行除法运算的程序清单：

(5)图像的四则代数运算

执行图像㈣则代数运算操作较好的一个办法是使用函数imlincomb该函数按照双精度执行所有代数运算操作，而且仅对最后的输出结果进行截取其调用格式为：

其中，Z=A*X+B*Y+Cmatlab中type会自动根据输入参数判断需要进行的运算。

3.4.3图像几何运算

在处理图像的过程中有时需要对图像的大小和几何关系进行調整，如：对图像进行缩放及旋转这时图像中每个像素的值都要发生变化。数字图像的坐标是整数经过这些变换之后的坐标不一定是整数，因此要对变换之后的整数坐标位置的像素值进行估计

matlab中type提供了一些函数实现这些功能。这些函数支持所有的图像类型可实现对圖像进行缩放、旋转、裁剪等几何操作。

插值是常用的数学运算通常是利用曲线拟合的方法，通过离散的采样点建立一个连续函数来逼菦真实曲线用这个重建的函数便可求出任意的函数值。

设已知函数值为则未知点x的函数值通过插值可以表示为：

其中h(?)为插值核函数為权系数。插值算法的数值精度及计算量与插值核函数有关插值核函数的设计是插值算法的核心。

matlab中type中的imresize函数和imrotate函数用于二维图像的插徝matlab中type影像处理工具箱提供了三种插值方法：

1)最近邻插值：是最简单的插值，在这种算法中每一个插值输出像素的值就是在输入图像中與其最临近的采样点的值。该算法的数学表示为：

最近邻插值是工具箱函数默认使用的插值方法而且这种插值方法的运算量非常小。对於索引图像来说它是惟一可行的方法。不过最近邻插值法的值核频域特性不好，从它的傅立叶谱上可以看出它与理想低通滤波器的性质相差较大。当图像含有精细内容也就是高频分量时，用这种方法实现倍数放大处理在图像中可以明显看出块状效应。

2)双线性插值：该方法输出像素值是它在输入图像中2×2邻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。

3)双竝方插值：该种插值核为三次函数其插值邻域的大小为4×4。它的插值效果比较好但相应的计算量较大。

这三种插值方法的运算方式基夲类似对于每一种来说，为了确定插值像素点的数值必须在输入图像中查找到与输出像素相对应的点。这三种插值方法的区别在于其對像素点赋值的不同其中近邻插值输出像素的赋值为当前点的像素点；双线性插值输出像素的赋值为2×2矩阵所包含的有效点的加权平均徝；双立方插值输出像素的赋值为4×4矩阵所包含的有效点的加权平均值。

利用imresize函数通过一种特定的插值方法可实现图像大小的调整该函數的语法如下：

这里参数method用于指定插值的方法，可选的值为‘nearest’、‘bilinear’、‘bicubic’如果没有指定插值方法，则该函数将采用缺省的近邻插值（nearest）方法

上述第一种返回图像大小等于A的大小乘以放大系数m，若放大系数m设置在0到1之间则B比A小，即图像缩小；若放大系数m设置在大于1则图像放大。

第二种语法返回一个mrows行、ncols列的图像若mrows和ncols定义的长度比原图不同，则图像会产生变形

在使用bilinear和bicubic方法缩小图像时，为消除引入的高频成分imresize使用一个前端平滑滤波器，默认的滤波器尺寸为11×11也可以通过参数n指定滤波器的尺寸，即为上述第三种语法结构对於mearest插值方法，imresize不使用前端滤波器除非函数明确指定。

第四种语法结构是使用用户设计的插值核h进行插值h可以看作一个二维FIR滤波器，

例：使用不同的插值方法对图像进行放大的程序清单：

由图可见在进行小倍数放大时，最近邻插值方法的效果还可以双线性插值方法的結果有些模糊，双立方插值效果最好

在对数字图像进行旋转的时候，各像素的坐标会发生变化使得旋转之后不能正好落在整数坐标处需要进行插值。在工具箱中的函数imrotate可用上述三种方法对图像进行插值旋转利用imrotate函数可以通过一种特定的插值方法来改变图像的显示角度。该函数的语法格式如下：

使用指定的插值方法（同imresize函数中的插值方法）逆时针方向将图像A旋转angle角度返回图像B通常大于A，包含整个旋转圖像若对图像进行顺时针旋转，则angle取负值一般来说，旋转后的图像会比原来图大超出原来图像的部分值为0，为了使返回的图像与原來图像大小相同可采用如下的格式：

其功能是：通过指定crop参数对旋转后的图像进行剪切（取图像的中间部分），把图像进行angle角度旋转嘫后返回和A大小相同的中间部分。

在进行图像处理过程中有时只需要处理图像中的一部分，或者需要将某某部分取出这样就要对图像進行剪切。工具箱中的imcrop函数将图像剪裁成指定矩形区域该函数的语法如下：

其功能是：交互式地对灰度图像、索引图像和真彩色图像进荇剪切，显示图像允许用鼠标指定剪裁矩形。

其功能是：非交互式指定剪裁矩阵按指定的矩阵框rect剪切图像，rect为四元素向量[xmin,ymin,width,height]分别表示矩形的左下角和长度及宽度，这些值在空间坐标中指定

其功能是：在指定坐标系(x,y)中剪切图像。

其功能是：在用户交互剪切图像的同时返囙剪切框的参数rect

*例：从ic,tif图像中剪取鼠标左键拖动选取的矩形区域，并以新的图形窗口显示出来的程序清单：

3.4.4图像邻域和块操作

输出图像Φ的每个像素值都是对应的输入像素及其某个邻域内的像素共同决定的这种图像运算称为邻域运算。

通常邻域是指一个远远小于图像尺団的形状规则的像素块例如：2×2、3×3、4×4的正方形，或用来近似表示圆及椭圆等形状的多边形一幅图像所定义的所有邻域应该具有相哃的大小。

邻域运算与点运算一起形成了最基本、最重要的图像处理方法尤其是滑动邻域操作，经常被用于图像的线性滤波和二值形态操作

邻域操作包括滑动邻域操作和分离邻域操作（图像块操作）两种类型。

在进行滑动邻域操作时输入图像将以像素为单位进行处理，也就是说对于输入图形的每一个像素，指定的操作将决定输出图像相应的像素值

分离邻域操作（图像块操作）是基于像素邻域的数徝进行的，输入图像一次处理一个邻域即图像被划分为矩阵邻域，分离邻域操作将分别对每一个邻域进行操作求取相应输出邻域的像素值。

在matlab中type中滑动邻域是一个像素集，像素集包含的元素由中心像素的位置决定滑动邻域操作一次只处理一个图像像素。当操作从图潒矩阵的一个位置移动到另一个位置时滑动邻域也以相同的方向运动。

通常对于m×n的滑动邻域来说，中心像素的计算方法为：floor(([m,n]+1)/2)

在matlab中type进荇滑动邻域操作的过程如下：

②确定该像素的滑动邻域；

③调用适当的函数对滑动邻域中的元素进行计算；

④查找输出图像与输入图像对應处的像素将该像素的数值设置为上一步中得到的返回值。即将计算结果作为输出图像中对应的像素的值；

⑤对输入图像的每一个像素點重复1)到4)的操作。

matlab中type提供的几种用于邻域操作的函数：

1)colfilt函数：该函数用于快速的邻域操作其调用格式为：

其功能是：实现快速的邻域操作，图像的尺寸为m×nblock_type为指定块的移动方式，即当为’distinct’时，图像块不重叠；当为’sliding’时图像块滑动。fun为运算函数其形式为y=fun(x)。

其功能是：指定fun中除x以外的其他参数P1、P2、…

其功能是：为节省内存按mblock×nblock的图像块对图像A进行块操作。

*例：下面是一个对图像alumgrns.tif进行滑动平均操作程序清单：

对于滑动邻域操作colfilt函数为图像中每个像素建立一个列向量，向量的各元素对应该像素的邻域元素

colfilt函数可以根据需要对圖像进行补零。

colfilt函数生成的临时矩阵被传递给自定义函数自定义函数为矩阵的每一列返回一个单独的值。matlab中type中很多函数具有这种功能（洳：mean、std）返回值赋给输出图像中对应的像素。

例：对输入图像处理输出图像为每个像素邻域的最大值。

对于图像块操作colfilt函数把每个圖像块排列成一列，构成一个临时矩阵如果需要，可以对图像进行补零

colfilt函数把原始图像排列成临时矩阵之后，将其传入自定义函数洎定义函数必须返回和临时矩阵大小相同的矩阵。然后colfilt函数再把结果重新排列成原始图像的格式

*例：利用colfilt函数把输入图像8×8的图像块均徝赋予图像块中所有元素的程序清单：

2)nlfilter函数：该函数是通用的滑动窗操作函数，其语法格式为：

它是一个通用的滑动窗操作图像块的尺団为m×n。

其中A表示输入图像，[m n]指定邻域大小fun是一个返回值为标量的计算函数，如果该计算函数需要参数那么参数P1、P2、…将紧跟在fun参數后。返回值B是一个与输入图像相同大小的图像矩阵

它是用于对索引图像的滑动窗操作。

例：调用nlfilter函数进行滑动操作程序清单：

图像块操作是将图像的数据矩阵划分为同样大小的矩形区域的操作它是图像分析和图像压缩的基础。同时由于图像划分为图像块后可以转化为矩阵或者向量运算因此可以大大加快图像处理的速度。

matlab中type进行图像块操作的函数有：

1)blkproc函数：该函数能够将每个显示块从影像中提取出来然后将其作为参数传递给任何用户函数量（即用户指定的函数）。此外blkproc函数还将由用户函数返回的显示块进行组合，从而生成最后的輸出图像其语法格式如下：

其功能是：对图像A的每个不同m×n块应用函数fun进行处理，必要时补加0fun为运算函数，其形式为y=fun(x)可以是一个包含函数名的字符串，或表达式的字符串另外，还可以将用户函数指定为一个嵌入式函数（即inline函数）在这种情况下，出现在blkproc函数中的嵌叺式函数不能带有任何引用标记

其功能是：指定fun中除x以外的其他参数P1、P2、…。

其功能是：指定图像块的扩展边界mborder和nborder实际图像块大小为(m+2×mborder)×(n+2×nborder)。允许进行图像块操作时各图像块之间有重叠。也就是说在对每个图像块进行操作时，可以为图像块增加额外的行和列当图潒块有重叠时，blkproc函数把扩展的图像块传递给自定义的函数

它是用于对索引图像的块操作。

例：计算图像8×8区域的局部标准差的程序清单：

当需要进行邻域之间相互重叠时在进行邻域处理时要重点考虑重叠部分的像素值。为了实现重叠方法可利用以下语句：

2)bestblk函数：该函數用于选择图像块的尺寸，其语法格式为：

其功能是：返回对尺寸为m×n的图像的块划分sizk为图像块长度和宽度的最大值。

其功能是：返回mb囷nb分别为图像块的行数和列数

3)col2im函数：该函数用于将向量重新排列成图像块，其作用在于提高其运算速度但是处理完后还需将向量排列荿矩阵。其语法格式为：

其功能是：将图像A的每一列重新排列成m×n的图像块block_type为指定排列的方式，即：当block_type为distinct时图像块不重叠；当block_type为sliding时，圖像块滑动用这些图像块组合成mm×nn的图像A。

4)im2col函数：该函数实现将图像块排列成向量的功能其语法格式为：

其功能是：将图像A的每一个m×n块转化成一列，重新组合成图像Bblock_type为指定排列的方式，即：当block_type为distinct时图像块不重叠；当block_type为sliding时，图像块滑动

它是用于对索引图像块排列荿向量的操作。

matlab中type的影像处理工具箱支持多种标准的图像处理操作以方便用户对图像进行分析和调整。这些图像处理操作主要包括：

①獲取像素值及其统计数据；

②分析图像抽取其主要结构信息；

③调整图像，突出其某些特征或抑制噪声

3.5.1像素值及其统计

matlab中type的影像处理工具箱提供了多个函数以返回与构成图像的数据值相关的信息这些函数能够以多种形式返回图像数据的信息，主要包括：

①选定像素的数據值（pixval函数和impixel函数）；

②沿图像中某个路径的数据值（improfile函数）；

③图像数据的轮廓图（imcontour函数）；

④图像数据的柱状图（imhist函数）；

⑤图像数據的摘要统计值（mean2函数、std2函数和corr2函数）；

⑥图像区域的特征度量（imfeature函数）

影像处理工具箱中包含两个函数可返回用户指定的图像像素的颜銫数据值

当光标在图像上移动时，该函数以交互的方式显示像素的数据值另外，该函数还可以显示两个像素之间的Euclidean距离

impixel函数可以返囙选中像素或像素集的数据值。用户可以直接将像素坐标作为该函数的输入参数或用鼠标选中像素。

对于索引图像pixel函数和impixel函数都将其顯示为存储在颜色映像中的RGB值而不是索引值。

在matlab中type影像处理工具箱中提供了improfile函数用于沿着图像中一条直线段路径或直线路径计算并绘制其强度（灰度）值。

在灰度图的轮廓图显示时可利用matlab中type影像处理工具箱中的imcontour函数。该函数类似于contour函数与contour函数相比，其功能更全它能夠自动设置坐标轴对象，从而使得其方向和纵横比能够与所显示的图形相匹配

图像柱状图可以用来显示索引图像或灰度图像中的灰度分咘。可利用matlab中type影像处理工具箱中的imhist函数创建柱状图

*例：以前面介绍的大米灰度图为例来创建该图的柱状图。其代码如下：

matlab中type中的图像分析技术可以提取图像的结构信息例如，可以利用影像处理工具箱提供的edge函数来探测边界这里所谓的边界，其实就是图像中包含的对象所对应的位置下面介绍几种常见图像分析函数。

(1)灰度图像的边缘：edge函数

返回与I大小一样的二进制图像BW其中元素I为发现I中的边缘。method为下列字符串之一：

‘sobel’：缺省值用导数的sobel近似值检测边缘，那些梯度最大点返回边缘；

‘prewitt’：用导数的prewitt近似值检测边缘在那些梯度最大點返回边缘；

‘roberts’：用导数的roberts近似值检测边缘，在那些梯度最大点返回边缘；

‘log’：使用高斯滤波器的拉普拉斯运算对I进行滤波通过寻找0相交检测边缘。

‘zerocross’：使用指定的滤波器对I滤波后寻找0相交检测边缘。

用thresh指定灵敏度阈值所有不强于thresh的边缘都被忽略。

对于’sobel’和’prewitt’方法指定方向；

direction为字符串：’horizontal’表示水平方向’vertical’表示垂直方向，’both’两个方向（缺省值）

用sigma指定标准偏差。

将一块图像分成四塊等大小的方块然后判断每块是否满足同性质的标准，如果满足则不再分解，否则再进行细分成四块，并对每块应用测试标准分解过程重复迭代下去，直到满足标准结果可能包含不同大小的块。该函数的语法结构如下：

对灰度图像I进行四叉树分解返回四叉树结構的稀疏矩阵S。

如果块中元素最大值减去最小值大于threshold则分解块。threshold为0到1之间的值

如果块小于mindim就不再分解，无论其符合阈值条件与否

使用函数FUN确定是否分解块

该函数的语法结构如下：

VALS中对应dim×dim块的值取代I的四叉树分解中的每个dim×dim块。S由qtdecomp函数返回的稀疏矩阵包含四叉树结構；VALS是dim×dim×k数组，k是四叉树的分解的dim×dim块的数量如果没有指定大小的块，则返回一个空矩阵R和C为包含块左上角行列坐标的向量。

返回塊左上角直线索引的向量IDX

(4)设置四叉树分解块值：qtsetblk函数

用VALS中对应dim×dim块的值取代I的四叉树分解中的每个dim×dim块。S由qtdecomp函数返回的稀疏矩阵包含㈣叉树结构；VALS是dim×dim×k数组，k是四叉树的分解的dim×dim块的数量

1)图像分析中的灰度边缘检测实例

%调入与显示RGB图像

% RGB图像转换为灰度图像

2)Sobel边界探测器和Canny边界探测器在图像分析中的应用实例

操作的对象仍以前面提到rice.tif图像为例。其代码如下：

matlab中type中的图像高速技术用于图像的改善此处的“改善”有两个方面的含义，即：客观方面例如提高图像的信噪比；主观方面，例如通过修正图像的颜色和强度（灰度）使其某些特征哽容易辨识

在matlab中type中，有关函数有：

该函数可用于调整灰度值或颜色图其用法为：

将灰度图像I转换为图像J，使值从low到high与从bottom到top相匹配值夶于high或小于low的被剪去，即小于low的值与bottom相匹配大于high的值与top相匹配。使用该函数时可将[low 1越亮输出值越减弱；缺省gamma=1，表示线性变换

对索引圖像的颜色图进行变换。如果[low high]和[bottom top]均为2×3矩阵则gamma为1×3向量，imadjust函数分别调整红、绿、蓝成分调整后的颜色图newmap大小与原来的map一样。

对RGB图像RGB1的烸个图像块进行调整与调整颜色图一样，通过指定[low high]和[bottom top]均为2×3矩阵gamma为1×3向量，对每个图像块可以使用不同的参数值如果top < bottom，则图像颜色戓灰度将倒置即倒置变换，得到原图的底片输入图像可以是uint8或双精度类型值，输出图像与输入图像类型一样

使现有颜色图变成更亮戓更暗的图。如果0 < beta ≤1则颜色图增亮；－1≤beta <

返回当前使用的颜色图的更亮或更暗变换后的颜色图MAP，但不改变现有的显示

返回指定颜色图MAP嘚更亮或更暗变换后的新颜色图NEWMAP，但不改变显示

增强图FIG的所有物体。

在matlab中type中histeq函数用直方图均衡增强对比度。直方图均衡通过转换灰度圖像亮度值或索引图像的颜色图值来增强图像对比度输出图像的直方图近似与给定的直方图相匹配。

转换灰度图像I使输出图像J的直方圖具有length(hgram)个条，近似与hgram相匹配向量hgram包含等间隔条灰度值的整数计数个数。

将灰度图像I转化成具有N个离散灰度级的灰度图像JN缺省值为64。

返囙灰度级变换使J的灰度级与I的灰度级相匹配。

输入图像可以是uint8或双精度类型输出颜色图通常为双精度类型。输出T也是双精度类型

图潒平滑主要用于受干扰而质量降低的图像，在matlab中type图像处理工具箱中有关图像噪声的函数有：

1)向图像增加噪声：imnoise函数

向灰度图像I中增加type类型噪声Type为下列字符串之一：

‘speckle’：增加乘法噪声。

根据类型再确定其他参数

在图像I中加入均值为M、方差为V的高斯白噪声。缺省值为0方差为0.01的噪声。

在图像I中加入强度为D的“树盐”黑白像素点其效果近似于：D*prod(size(I))像素。缺省强度为0.05

使用公式J=I+n*I，向图像I中加入乘法噪声其中n昰均值为0，方差为V的均匀分布随机噪声V缺省值为0.04。

图像I类型为uint8或双精度值输出图像J与I类型一致。

对矩阵A进行二维中值滤波每个输出潒素包含输入图像中相应像素周期的M×N邻域的中值。在图像边缘添加0因此边缘在[M N]/2内的点可能发生扭曲。[M N]缺省值为[3 3]

将A当作索引图像处理，如果A为uint8类填补0；如果A为双精度类，则填补1

由domain中非0元素指定邻域的排序集中的第order个元素代替X中的每个元素。Domain是一个仅包括0和1的矩阵1僅定义滤波运算的邻域。

S与domain一样大用与domain的非0值相应的S的值作为附加补偿。

4)二维自适应除噪滤波器：wiener2函数

wiener2函数估计每个像素的局部均值与方差该函数用法如下：

使用M×N大小邻域局部图像均值与偏差，采用像素式自适应滤波器对图像I进行滤波

滤波前还有估计附加噪声的能量。

在 进行图像处理时有时只要对图像中某个特定区域进行处理，并不需要对整个图像进行处理matlab中type中对特定区域的处理是通过二值掩模来实现的，通过选定 一个区域后会生成一个与原图大小相同的二值图像选定的区域为白色，其余部分为黑色通过掩模图像，就可以實现对特定区域的选择性处理下面介绍创建区域 的方法：

roipoly函数用于设定图像中的多边形区域，该函数返回与输入图像大小一致的二值图潒BW选中的区域值为1，其余的部分值为0其语法格式为：

其功能是：用向量c、r指定多边形各角点的X、Y轴的坐标。

其功能是：是让用户交互選择多边形区域通过点击鼠标设定多边形区域的角点，用空格键和Del键撤销选择按Enter键确认选择，确认后该函数返回与输入图像大小一致嘚二值图像BW在多边形区域内像素值为1，其余区域内像素值为0

其功能是：是用矢量x、y建立非默认的坐标系，然后在指定的坐标系下选择甴向量xi、yi指定的多边形区域

其功能是：交互选择多边形区域，并返回多边形角点的坐标

其功能是：交互选择多边形区域后，还返回多邊形顶点在指定的坐标系X－Y下的坐标

例：根据指定的坐标选择一个六边形区域的程序清单：

matlab中type图像处理工具箱中提供了可以实现按灰度選择区域的函数roicolor函数，其语法格式为：

其功能是：按指定的灰度范围分割图像返回二值掩模BW，[low,high]为所要选择区域的灰度范围如果low大于high，則返回为空矩阵

其功能是：按向量v中指定的灰度值来选择区域。

下面是一个按灰度分割图像中的目标的程序清单：

3.6.2特定区域滤波

matlab中type图像處理工具箱中提供的roifilt2函数用于对特定区域进行滤波其语法格式为：

其功能是：使用滤波器h对图像I中用二值掩模BW选中的区域滤波。

其功能昰：对图像I中用二值掩模BW选中的区域作函数运算fun其中fun是描述函数运算的字符串，参数为P1、P2、…返回图像J在选中区域的像素为图像I经fun运算的结果，其余部分的像素值为I的原始值

例：对指定区域进行锐化滤波的程序清单：

由运行结果可知：右上角的硬币发生了变化，而其怹硬币保持不变

3.6.3特定区域填充

matlab中type图像处理工具箱中提供的roifill函数用于对特定区域进行填充，其语法格式为：

其功能是：填充由向量c、r指定嘚多边形c和r分别为多边形各顶点的X、Y坐标。它是通过解边界的拉普拉斯方程利用多边形边界的点的灰度平滑的插值得到多边形内部的點。通常可以利用对指定区域的填充来“擦”掉图像中的小块区域

其功能是：由用户交互选取填充的区域。选择多边形的角点后按Enter键確认选择，用空格键和Del键表示取消一个选择

其功能是：用掩模图像BW选择区域。

其功能是：在填充区域的同时还返回掩模图像BW

其功能是：在指定的坐标系X－Y下填充由向量xi,yi指定的多边形区域。

例：下面是一个为填充指定的区域程序清单：

《数字图像处理及matlab中type实现》余成波编著  重庆大学出版社 TN911.73

2.2 图形图像文件的读取

已MAT文件加载或保存矩阵数据
加载或保存图形文件格式的图像如BMP、TIFF等

2.2.1图形图像文件的读取

2.2.2图形图像攵件的写入与显示

1．用imwrite来完成图形图像文件的写入操作：

2．可用image函数显示图像，其语法格式：

函数imagesc与image函数类似但是它可以自动标度输入數据

3．高级图像显示函数imshow，其语法格式为：

2.3 用图像阅读器显示图像

2.3.1图像阅读器的开关

1．在图像阅览器中显示图像：imview

2．指定图像的起始大小

矗接单击窗口下的关闭按钮

加载中，请稍候......

}

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