数字图像处理MATLAB图像处理学习教案.pptx

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1、会计学1数字图像处理数字图像处理(t xin ch l)MATLAB图像处理图像处理(t xin ch l)第一页，共41页。图像图像(t xin)文件格式文件格式n MATLAB支持下列图像文件格式：nbmp(microsoft windows bitmap，位图)nhdf(hierarchical data format，层次数据)njpeg(joint photographic expert group，静止图像压缩标准(biozhn)npcx(paintbrush，画刷格式)npng(portable network graphics，可移植网络图像)ntiff(tagged imag

2、e file format，标记图像文件)nxwd(x window dump)ngif(graphics interchange format，图形交换)第2页/共41页第二页，共41页。MATLAB的图像的图像(t xin)类型类型n n二值图像（Binary）：图像的取值为0或1；n n索引图像（Indexed,pseudocolor）：图像为m*n矩阵，矩阵元素的值指向颜色(yns)映像表（colormap）；n n灰度图像（intensity,gray scale,gray level）：图为m*n矩阵，矩阵元素的值指的是灰度值。对single or double矩阵取值范围为0，1

3、，对uint8矩阵取值范围为0，255，对uint16矩阵取值范围为0，65535，对uint16矩阵取值范围为-32768，32768；n n真彩色图像（RGB）：图像为m*n*3矩阵；第3页/共41页第三页，共41页。n n二值图像(t xin)第4页/共41页第四页，共41页。n n索引(suyn)图像第5页/共41页第五页，共41页。n n灰度图像(t xin)第6页/共41页第六页，共41页。n n真彩色图像第7页/共41页第七页，共41页。图像图像(t xin)的读写与显示的读写与显示常用(chn yn)函数：imread；imwrite；imshow；imagesc；colorm

4、ap(可以自定义颜色映射矩阵)例如：a=imread(D:MATLABworkcywaveletlenalena512.BMP);figure,imshow(a,),title(原始图像);或：figure,imagesc(cc);colormap(gray);第8页/共41页第八页，共41页。MATLAB函数函数(hnsh)n n图像(t xin)类型转换函数n ngray2ind:Convert a grayscale image to an indexed image;n ngrayslice:Convert a grayscale image,indexed image,or true

5、color image,to a binary image;n nind2gray:Convert an indexed image to a grayscale image;n nind2rgb:Convert an indexed image to a true color image;n nmat2gray:Convert a data matrix to a grayscale image,by scaling the data;n nrgb2gray:Convert a true color image to a grayscale image;n nrgb2ind:Convert

6、a true color image to an indexed image第9页/共41页第九页，共41页。n n数据(shj)类型转换函数n nIm2uint8n n rgb2=im2uint8(rgb1)n nim2uint16n nim2int16n nim2singlen nIm2double第10页/共41页第十页，共41页。图像的代数图像的代数(dish)运算运算n n图像的加法 imaddn n图像的减法(jinf)imsubtractn n图像的乘法 immultiplyn n图像的除法 imdividen n图像的补 imcomplementn n图像的绝对值的差 imab

7、sdiffn n图像的线性组合 imlincomb第11页/共41页第十一页，共41页。1 1、加法、加法(jif)(jif)运运算算主要应用主要应用(yngyng)(yngyng)举例：举例：去除去除“叠加性叠加性”随机噪音随机噪音生成图像叠加效果生成图像叠加效果加法加法(jif)运算运算第12页/共41页第十二页，共41页。（1）去除）去除(q ch)“叠加性叠加性”噪音噪音 对于对于(duy)(duy)原图象原图象f(x,y),f(x,y),有一个噪音图像集有一个噪音图像集 g i(x,y)i=1,2,.M g i(x,y)i=1,2,.M其中：其中：g i(x,y)=f(x,y)+ei

8、(x,y)g i(x,y)=f(x,y)+ei(x,y)当：噪音当：噪音ei(x,y)ei(x,y)为互不相关，且均值为为互不相关，且均值为0 0时，上述图象均值将降低时，上述图象均值将降低(jingd)(jingd)噪音的影响。噪音的影响。M个图像的均值为：个图像的均值为：第13页/共41页第十三页，共41页。则则 是是 的无偏估计的无偏估计 利用同一景物利用同一景物(jngw)(jngw)的多幅图像取平均、消除噪声。取的多幅图像取平均、消除噪声。取MM个图像相加个图像相加求平均得到求平均得到1 1幅新图像，一般选幅新图像，一般选8 8幅取平均。幅取平均。第14页/共41页第十四页，共41页

9、。相加相加Addition:averaging for noise reductionM=1M=2M=4M=16第15页/共41页第十五页，共41页。（2 2）生成图象叠加效果：可以得到）生成图象叠加效果：可以得到(d do)(d do)各种图像合各种图像合成的效果，也可以用于两张图片的衔接。成的效果，也可以用于两张图片的衔接。第16页/共41页第十六页，共41页。主要应用举例主要应用举例(j l)(j l)：差影法差影法(检测同一场景两幅图像之间的变化检测同一场景两幅图像之间的变化)混合图像的分离混合图像的分离 将同一景物在不同时间拍摄的图像或同一景物在不同波段的图将同一景物在不同时间拍摄的

10、图像或同一景物在不同波段的图像相减，这就是图像的减法像相减，这就是图像的减法(jinf)(jinf)运算。实际中常称为差影法。运算。实际中常称为差影法。差值图像提供了图像间的差值信息差值图像提供了图像间的差值信息(xnx)，能用于指导动态，能用于指导动态监测、运动目标的检测和跟踪、图像背景的消除及目标识别等。监测、运动目标的检测和跟踪、图像背景的消除及目标识别等。减法运算减法运算2 2、减法运算、减法运算第17页/共41页第十七页，共41页。（1）检测同一场景）检测同一场景(chng jng)两幅图像之间的变两幅图像之间的变化化设：时刻设：时刻设：时刻设：时刻(shk)1(shk)1(shk)

11、1(shk)1的图像为的图像为的图像为的图像为 T1(x,y)T1(x,y)T1(x,y)T1(x,y)，时刻时刻时刻时刻(shk)2(shk)2(shk)2(shk)2的图像为的图像为的图像为的图像为 T2(x,y)T2(x,y)T2(x,y)T2(x,y)g(x,y)=T2(x,y)-T1(x,y)g(x,y)=T2(x,y)-T1(x,y)g(x,y)=T2(x,y)-T1(x,y)g(x,y)=T2(x,y)-T1(x,y)=-T T1 1(x,y)(x,y)T T2 2(x,y)(x,y)g(x,y)g(x,y)第18页/共41页第十八页，共41页。（2 2）差影法在自动现场监测）差

12、影法在自动现场监测(jin c)(jin c)中的应用中的应用 1、在银行金库内，摄像头每隔一固定时间拍摄(pish)一幅图像，并与上一幅图像做差影，如果图像差别超过了预先设置的阈值，则表明可能有异常情况发生，应自动或以某种方式报警；2、用于遥感图像的动态监测，差值图像可以发现森林火灾、洪水泛滥，监测灾情变化等；3、也可用于监测河口、海岸的泥沙淤积及监视江河、湖泊、海岸等的污染；4、利用差值图像还能鉴别出耕地及不同的作物覆盖情况。第19页/共41页第十九页，共41页。第20页/共41页第二十页，共41页。图：差影法进行混合图：差影法进行混合(hnh)图像的分离图像的分离（a）混合）混合(hnh

13、)图像图像 （b）被减图像）被减图像 （c）差影图像）差影图像（3 3 3 3）混合图像）混合图像）混合图像）混合图像(t xin)(t xin)(t xin)(t xin)的分离的分离的分离的分离 第21页/共41页第二十一页，共41页。（3）消除背景）消除背景(bijng)影响：即去除不需要的叠加性图案影响：即去除不需要的叠加性图案设：背景图像设：背景图像b(x,y)b(x,y)，前景，前景(qinjng)(qinjng)背景混合图像背景混合图像f(x f(x,y),y)g(x,y)=f(x,y)b(x,y)g(x,y)=f(x,y)b(x,y)g(x,y)g(x,y)为去除了背景图像为去

14、除了背景图像背景背景(bijng)图像图像差值图像差值图像（a a）从病人头顶向下）从病人头顶向下拍摄的拍摄的X X光照片光照片（b）碘元素注入后拍摄的X光照片与背景图像的差值第22页/共41页第二十二页，共41页。乘法乘法(chngf)运算运算(Multiplication)3、乘法、乘法(chngf)运算运算主要应用举例主要应用举例(j l)(j l)：图像的局部显示图像的局部显示改变图像的灰度级改变图像的灰度级第23页/共41页第二十三页，共41页。（1）图像）图像(t xin)的局部显的局部显示示第24页/共41页第二十四页，共41页。乘法乘法(chngf)运算运算(Multiplic

15、ation)(a)原图(b)乘以1.2(c)乘以2图：乘法运算(ynsun)结果（2）改变）改变(gibin)图像的灰度级图像的灰度级注意：注意：注意：注意：使用乘法函数时，对uint8图像进行操作往往会发生溢出现象，immultiply函数将溢出的数据截取为数据类型允许的最大值。为了避免这种现象，可以考虑在进行乘法运算前将图像转换为一种数据范围更大的图像类型。第25页/共41页第二十五页，共41页。除法除法(chf)运算运算(Division)简单的除法简单的除法(chf)(chf)运算可用于改变图像的运算可用于改变图像的灰度级，常用于遥感图像处理中。灰度级，常用于遥感图像处理中。在四种在四

16、种(s zhn)算术运算中，减法与加法在图像增算术运算中，减法与加法在图像增强处理中最为有用。强处理中最为有用。4、除法运算除法运算第26页/共41页第二十六页，共41页。几何变换几何变换1）简单变换问题描述：图像的平移(pn y)、放缩和旋转。解题思路：从易到难。工具：线性代数中的齐次坐标。第27页/共41页第二十七页，共41页。几何变换几何变换第28页/共41页第二十八页，共41页。几何变换几何变换第29页/共41页第二十九页，共41页。图像的几何图像的几何(j h)操作操作n n图像的缩放 imresizen nimresize(A,mrows ncols,method)n n图像缩放，

17、A为缩放因子，method为nearest(默认)(最近邻插值)bilinear(双线性插值)bicubic(三线性插值)n n图像的旋转 imrotaten nimrotate(A,angle,method)n n图像逆时针旋转，angle为角度(jiod)n n图像的剪裁 imcropn nimcrop(A,rect)n n图像剪切，其中rect为x y width height第30页/共41页第三十页，共41页。图像图像(t xin)的缩放的缩放1 1）向前）向前(xin(xin qin)qin)映映射法射法通过输入图像像素位置,计算输出图像对应像素位置;将该位置像素的灰度值按某种方式

18、分配(fnpi)到输出图像相邻四个像素.第31页/共41页第三十一页，共41页。图像图像(t xin)的缩放的缩放2 2）向后映射）向后映射(yngsh)(yngsh)法法通过(tnggu)输出图像像素位置,计算输入图像对应像素位置;根据输入图像相邻四个像素的灰度值计算该位置像素的灰度值.第32页/共41页第三十二页，共41页。图像图像(t xin)的缩放的缩放n n两种映射方法的对比n n对于(duy)向前映射：每个输出图像的灰度要经过多次运算；n n对于(duy)向后映射：每个输出图像的灰度只要经过一次运算。实际应用实际应用(yngyng)中，更经常采用向后映射法。中，更经常采用向后映射法

19、。其中其中,根据四个相邻像素灰度值计算某位置的像素灰度值即根据四个相邻像素灰度值计算某位置的像素灰度值即为灰度级插值。为灰度级插值。第33页/共41页第三十三页，共41页。图像图像(t xin)的缩放的缩放常用的插值方法(fngf)：（1）最近邻插值（2）双线性插值（3）三次内插法第34页/共41页第三十四页，共41页。图像图像(t xin)的缩放的缩放（1）最近邻插值向后映射时，输出图像(t xin)的灰度等于在输入图像(t xin)中离它所映射位置最近的输入图像(t xin)的灰度值。（x,y）（x,y+1）（x+1,y）（x+1,y+1）P(x0,y0）通过(tnggu)计算与点P(x0

20、,y0）临近的四个点，并将与点P(x0,y0）最近的整数坐标点（x,y）的灰度值取为P(x0,y0）点灰度近似值。第35页/共41页第三十五页，共41页。n n优点：当P(x0,y0）点各相邻像素间灰度变化较小时，此法是最简单快速的插值方法n n缺点：当P(x0,y0）点相邻像素间灰度值差异很大时，该灰度估值方法会产生较大的误差，甚至可能(knng)影响图像质量。第36页/共41页第三十六页，共41页。图像图像(t xin)的缩放的缩放（2）双线性插值输出像素是它在输入图像中2*2领域采样点的平均值，它根据某像素周围(zhuwi)4个像素的灰度值在水平和垂直两个方向上对其插值；四点确定一个平面

21、函数，属于过约束问题；问题描述：单位正方形顶点已知，求正方形内任一点的P(x0,y0）值。具体原理第37页/共41页第三十七页，共41页。图像图像(t xin)(t xin)缩放缩放第38页/共41页第三十八页，共41页。图像图像(t xin)(t xin)的缩放的缩放n n用最近邻插值和双线性插值的方法分别将老虎用最近邻插值和双线性插值的方法分别将老虎(loh)(loh)放大放大1.51.5倍。倍。第39页/共41页第三十九页，共41页。图像图像(t xin)(t xin)的缩放的缩放采用采用(ciyng)(ciyng)最近邻插值最近邻插值放大放大1.51.5倍倍采用采用(ciyng)(ciyng)双线性插值放大双线性插值放大1.51.5倍倍第40页/共41页第四十页，共41页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第41页/共41页第四十一页，共41页。