基于Matlab二維圖像的分析與處理

1、摘要2Abstract31 數(shù)據(jù)采集41.1 圖像提取4圖像的讀取4圖像鑒別及轉(zhuǎn)換5轉(zhuǎn)換后圖像信息顯示62 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理82.1 均值計(jì)算82.1.1 原理介紹82.1.2 仿真結(jié)果82.2 標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算92.2.1 原理介紹92.2.2 仿真結(jié)果92.3 方差計(jì)算102.3.1 原理介紹102.2.2 仿真結(jié)果102.4 灰度直方圖繪制112.4.1 原理介紹112.4.2 仿真結(jié)果113 快速傅立葉變換123.1 原理介紹123.2 仿真結(jié)果124 小結(jié)與體會15參考文獻(xiàn)16摘要基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練的主要目的就是安排學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)理論、基本技能的強(qiáng)化訓(xùn)練，提高學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識、基本動手能力，提高人才

2、培養(yǎng)的基本素質(zhì)。根據(jù)本專業(yè)需求和特點(diǎn)，需要在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識、基本技能方面進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，使學(xué)生對常用的數(shù)據(jù)分析與處理原理及方法有較為全面的了解，能夠運(yùn)用相關(guān)軟件進(jìn)行模擬分析。并幫助學(xué)生掌握基本的文獻(xiàn)檢索和文獻(xiàn)閱讀的方法，同時提高學(xué)生正確地撰寫論文的基本能力，本次基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練主要是運(yùn)用Matlab軟件來處理圖像，而且主要是學(xué)會使用該軟件中與圖像信息顯示、分析和處理的有關(guān)函數(shù)的調(diào)用，本次基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練運(yùn)用的主要函數(shù)為，imread、imshow、fft、fft2、dct、dct2、dwt、dwt2、std、std2、mean、mean2、hist等，通過調(diào)用這些函數(shù)來實(shí)現(xiàn)圖像顯示、數(shù)據(jù)分析和圖像處理即傅

3、里葉變換。本次基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練包括三個內(nèi)容分別為：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理和數(shù)據(jù)分析算法。AbstractThe basis of intensive training is the main purpose of allowing students to carry out basic theory, basic skills training to enhance students knowledge of basic theory, basic practical ability to improve the basic quality of personnel training. Accor

4、ding to the professional needs and characteristics, the need for basic knowledge in mathematics, basic skills training to enable students to commonly used data analysis and theory and methods to deal with a more comprehensive understanding of, related to the use of simulation software. And to help s

5、tudents master basic reading literature search and documentation of methods, while improving the students correctly the basic ability to write papers, this is the basis of intensive training to deal with the use of Matlab software, images, and mainly learn how to use the software with the image info

6、rmation display, analysis and processing of the function to be called the basis for the use of intensive training for the main function, imread, imshow, fft, fft2, dct, dct2, dwt, dwt2, std, std2, mean, mean2, hist and so on, through the call these functions to achieve image display, data analysis a

7、nd image processing that the Fourier transform. The basis of this intensive training, including three components are: data acquisition, data processing and data analysis algorithms.1 數(shù)據(jù)采集1.1 圖像提取原始圖像源來自于互聯(lián)網(wǎng)，如圖1所示，像素為794*454，且為黑白圖像，本要求像素大于64*64，為黑白圖像，所以所選圖像滿足要求。圖 1 原始圖像圖像的讀取MATLAB中從圖像文件中讀取數(shù)據(jù)用函數(shù)imread

8、()，這個函數(shù)的作用就是將圖像文件的數(shù)據(jù)讀入矩陣中，此外還可以用imfinfo()函數(shù)查看圖像文件的信息。圖像數(shù)據(jù)及圖像信息的讀取源程序如下:源程序1：A,M=imread(e);%圖像數(shù)據(jù)的讀取，%將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中imshow(A,M);%顯示圖像title(原圖像);%圖像標(biāo)題info=imfinfo(e:ks1.jpg)%讀取圖像信息運(yùn)行源程序部分結(jié)果：info = Filename: e:ks1.jpg Format: jpg Width: 794 Height: 454 BitDepth: 24 ColorType: truecolor圖像顯示結(jié)果如圖2：

9、圖 2 原圖像顯示由運(yùn)行結(jié)果知，圖像像素為像素為794*454，ColorType為truecolor。MATLAB還提供了將數(shù)據(jù)寫入一個文件的函數(shù)imwrite，在此不做詳解。圖像鑒別及轉(zhuǎn)換題目要求計(jì)算圖象各象素點(diǎn)灰度值得均值、標(biāo)準(zhǔn)差、方差，并繪出灰度直方圖，所以圖像要保證為灰度圖，首先要確定所選圖片是否為灰度圖，如果是則可正常處理，如果不是則要將圖片轉(zhuǎn)換為二維灰度圖。MATLAB中實(shí)現(xiàn)判別圖像是否為灰度圖的函數(shù)為isgray()，可以用isgray()函數(shù)對圖片是否為灰度圖進(jìn)行判別，若為灰度圖則返回1，否則返回值為0。另外，MATLAB還有多種圖形轉(zhuǎn)換函數(shù)來實(shí)現(xiàn)不同圖形的轉(zhuǎn)換?；叶葓D鑒別源

10、程序：源程序2：A=imread(e:ks1.jpg);%圖像數(shù)據(jù)的讀取Res=isgray(A)%灰度圖進(jìn)行判別運(yùn)行程序結(jié)果：Res = 0此結(jié)果說明所選圖像不是二維灰度圖，所以要進(jìn)行下一步的圖形轉(zhuǎn)換，MATLAB實(shí)現(xiàn)把RGB圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像的函數(shù)為rgb2gray()，可以用此函數(shù)把原圖像轉(zhuǎn)換為所需類型圖像。圖像轉(zhuǎn)換源程序：源程序3：A=imread(e:ks1.jpg);%圖像數(shù)據(jù)的讀取A_gray=rgb2gray(A)%圖像轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換后圖像信息顯示為確保所選圖像經(jīng)簡單處理后得到滿足要求的圖像，有必要對處理后的圖像數(shù)據(jù)及圖像信息進(jìn)一步檢查，并顯示出處理后的圖像結(jié)果。轉(zhuǎn)換后圖像數(shù)據(jù)及圖像

11、信息的讀取源程序如下：源程序4：A=imread(e:ks1.jpg);%圖像數(shù)據(jù)的讀取A_gray= rgb2gray(A); %圖像轉(zhuǎn)換imshow(A_gray);%顯示圖像title(轉(zhuǎn)換后圖像);%圖像標(biāo)題Res=isgray(A) %顯示轉(zhuǎn)換后圖像是否為灰度圖程序運(yùn)行結(jié)果：Res =1圖像顯示結(jié)果如圖3：圖 3 二維灰度圖像顯示2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理題目要求用MATLAB有關(guān)函數(shù)計(jì)算圖像各象素點(diǎn)灰度值得均值、標(biāo)準(zhǔn)差、方差，并繪出灰度直方圖。MATLAB中提供均值計(jì)算函數(shù)mean()和mean2()，標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算函數(shù)std()和std2()，方差計(jì)算函數(shù)var()，直方圖繪制函數(shù)hist，通

12、過調(diào)用這些函數(shù)可以得到所需數(shù)據(jù)。2.1 均值計(jì)算2.1.1 原理介紹MATLAB中提供均值計(jì)算函數(shù)mean()和mean2()，函數(shù)的使用方法如下：用mean2（H）求出矩陣所有元素的均值題目要求計(jì)算圖像各像素點(diǎn)的均值，因而可通過調(diào)用mean2()函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，在命令行中輸入mean2(A_gray)即可求得灰度圖各像素點(diǎn)的均值。 仿真結(jié)果MATLAB源程序及運(yùn)行結(jié)果如下：源程序5：A_average=mean2(A_gray) %進(jìn)行各像素點(diǎn)的均值計(jì)算源程序運(yùn)行結(jié)果如圖4：圖 4 圖像各像素點(diǎn)的均值結(jié)果2.2 標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算2.2.1 原理介紹MATLAB中提供標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算函數(shù)std()和std2

13、()，兩個函數(shù)的使用方法如下：s = std(X)s = std(X,flag)s = std(X,flag,dim)題目要求計(jì)算圖像各像素點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差，因而可通過std2()函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，在命令行中輸入std2(A_gray)即可求得灰度圖各像素點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差。2.2.2 仿真結(jié)果MATLAB源程序及運(yùn)行結(jié)果如下：源程序6：A_std2=std2(A_gray) %各像素點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算源程序運(yùn)行結(jié)果如圖5所示：圖 5 圖像各像素點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)差結(jié)果2.3 方差計(jì)算2.3.1 原理介紹MATLAB中提供了方差計(jì)算函數(shù)var()，可以方便的計(jì)算矩陣的方差，函數(shù)的使用方法如下：在命令行中輸入var(double

14、(A_gray (:)，即可求得灰度圖各像素點(diǎn)的方差。2.2.2 仿真結(jié)果MATLAB源程序及運(yùn)行結(jié)果如下：源程序7：A_var= var(double(A_gray (:)%進(jìn)行各像素點(diǎn)的方差計(jì)算源程序運(yùn)行結(jié)果如圖6所示：圖 6 圖像各像素點(diǎn)方差結(jié)果2.4 灰度直方圖繪制2.4.1 原理介紹灰度直方圖用于顯示圖像的灰度值分布情況，是數(shù)字圖像處理中最簡單和最實(shí)用的工具。MATLAB中提供了專門繪制直方圖的函數(shù)imhist()。用它可以很簡單的繪制出一幅圖像的灰度直方圖。在MATLAB中可以調(diào)用函數(shù)hist來繪制圖像的灰度直方圖，對應(yīng)圖像處理函數(shù)為imhist();用該函數(shù)可以方便的繪制圖像的數(shù)

15、據(jù)柱狀圖，在命令窗口輸入imhist(A_gray)即可得到圖像A_gray的灰度直方圖。2.4.2 仿真結(jié)果源程序和運(yùn)行結(jié)果如下：源程序8：imhist(A_gray) %繪制灰度圖像的灰度直方圖源程序運(yùn)行結(jié)果如圖9所示：圖 9 灰度直方圖3 快速傅立葉變換3.1 原理介紹傅立葉變換是線性系統(tǒng)分析的一個有力的工具。它在圖像處理，特別是在圖像增強(qiáng)、復(fù)原和壓縮中，扮演著非常重要的作用。實(shí)際中一般采用一種叫做快速傅立葉變換（FFT）的方法，MATLAB中的fft2指令用于得到二維FFT的結(jié)果，ifft2指令用于得到二維FFT逆變換的結(jié)果。3.2 仿真結(jié)果源程序和運(yùn)行結(jié)果如下：源程序9：A=imre

16、ad(e:ks1.jpg); %讀取圖像信息i= rgb2gray(A); %圖像轉(zhuǎn)換figure(1);imshow(i) %顯示圖像colorbar;j=fft2(i);k=fftshift(j);l=log(abs(k); %進(jìn)行傅里葉變換figure(2);imshow(l,) %顯示傅里葉變換后結(jié)果colorbarn=ifft2(j)/255; %進(jìn)行傅里葉反變換figure(3);imshow(n,) %顯示傅里葉反變換后結(jié)果colorbar;源程序運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：圖 10 原圖像圖 11 二維FFT結(jié)果圖 12傅里葉逆變換結(jié)果4 小結(jié)與體會基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練的主要目的就是安排學(xué)生進(jìn)

17、行基礎(chǔ)理論、基本技能的強(qiáng)化訓(xùn)練，提高學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識、基本動手能力，提高人才培養(yǎng)的基本素質(zhì)。根據(jù)本專業(yè)需求和特點(diǎn)，需要在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識、基本技能方面進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，使學(xué)生對常用的數(shù)據(jù)分析與處理原理及方法有較為全面的了解，能夠運(yùn)用相關(guān)軟件進(jìn)行模擬分析。并幫助學(xué)生掌握基本的文獻(xiàn)檢索和文獻(xiàn)閱讀的方法，同時提高學(xué)生正確地撰寫論文的基本能力，本次基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練主要是運(yùn)用Matlab軟件來處理圖像，而且主要是學(xué)會使用該軟件中與圖像信息顯示、分析和處理的有關(guān)函數(shù)的調(diào)用，本次基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練運(yùn)用的主要函數(shù)為，imread、imshow、fft、fft2、dct、dct2、dwt、dwt2、std、std2、mean、

18、mean2、hist等，通過調(diào)用這些函數(shù)來實(shí)現(xiàn)本次基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練中對圖像的分析及對圖像的處理。通過本次基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練，一方面我對Matlab軟件的使用更加熟練了，另一方面，對圖像的處理有了初步掌握，雖然以前使用過該軟件，但都是對信號的處理，并沒有涉及到對圖像的處理，所以對圖像處理的操作沒有一點(diǎn)了解，在做該次基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練時，通過查找有關(guān)書籍和同學(xué)們的探討，才順利完成了該次基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練的要求。在做本次基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練時，對圖像取樣和圖像數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)沒有遇到太大困難，因?yàn)檫@些都可以通過簡單通過調(diào)用Matlab相關(guān)函數(shù)得到，所以較為容易的解決了問題。但在對圖像做快速傅里葉變換時遇到了困難，由于對這些沒有一點(diǎn)了解所以要經(jīng)過查找資料才能解決，還好這些問題都還比較簡單，通過網(wǎng)上資料瀏覽，最終也很順利的解決了問題。參考文獻(xiàn)1陳懷琛