Matlab二维灰度图象分析及变换处理文档格式.docx
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Matlab二维灰度图象分析及变换处理文档格式.docx
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题目:
二维灰度图象的统计分析及(FFT)变换处理
课程设计目的:
1较全面了解常用的数据分析与处理原理及方法;
2能够运用相关软件进行模拟分析;
3掌握基本的文献检索和文献阅读的方法;
4提高正确地撰写论文的基本能力。
课程设计内容和要求
1采集一幅像素大于64*64黑白图像;
2常规的数学统计数据处理:
计算图象各象素点灰度值得均值、标准差、方差,并绘出灰度直方图;
3采用[FFT(傅立叶变换)]对图像进行分析
初始条件:
1MATLAB软件。
2数字信号处理与图像处理基础知识。
时间安排:
第18周周一:
安排任务
19~20周:
仿真设计(鉴主13楼计算机实验室)
第20周周六:
完成(答辩,提交报告,演示)
指导教师签名:
年月日
系主任(或责任教师)签名:
摘要
MATLAB是矩阵实验室(MatrixLaboratory)的简称,是美国MathWorks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
MATLAB是集数值计算,符号运算及图形处理等强大功能于一体的科学计算语言。
作为强大的科学计算平台,它几乎能够满足所有的计算需求。
MATLAB本身就是功能强大的数据可视化工具,可以通过各种形式显示分析数据,例如灰度直方图、等高线、蒙太奇混合、像素分析、图层变换以及材质贴图等。
利用可视化的图形,不仅能够评估图形图像的特性,还能够分析图像中的色彩分布等情况。
本次练习介绍的就是Matlab环境下的一些最基本的图像处理操作,如读图像、写图像、查看图像信息和格式、尺寸和灰度的伸缩等等;
通过实验掌握图像直方图的描绘方法,加深直方图形状与图像特征间关系间的理解;
加深对直方图均衡算法的理解。
Abstract
MATLABisMatrixlab(MatrixofLaboratory),istheMathWorkscompanybusinessmathematicssoftwareisusedtodevelop,datavisualizationalgorithm,dataanalysisandnumericalcalculationofseniortechnicalcalculationlanguageandinteractiveenvironment,includingMATLABandSimulinktwomost.MATLABisascientificcomputinglanguagethataddsthefunctionofnumericalcomputingandgraphicsprocessing,symbolstogether.Asapowerfulscientificcomputingplatforms,itcanalmostsatisfyallthecalculationsthatneeds.MATLABitselfisapowerfultoolofdatavisualizationthatcandisplaydatathroughvariousforms,suchasgraylevelhistogram,contours,montagemixing,pixelanalysis,thelayertextureandtransformation.Withvisualgraphics,itcannotonlyevaluateimagecharacteristics,butalsoanalyzethedistributionofcolorimage.
ThepurposeofthepracticeofintroducingMatlabenvironmentisthemostbasicofsomeimageprocessingoperations,suchasread,write,imageinformationandimageformat,sizeandgraytelescopic;
etc.Throughtheexperimentmasteryofimagehistogramsdepictsmethod,deepenthehistogramimagefeatureandtherelationshipbetweentheshapeofunderstanding,andtodeepentheunderstandingofhistogramequalizationalgorithm.
1数据采集
Matlab软件的图像采集工具箱提供了大量的函数用于采集图像和视频信号,该工具箱支持的硬件设备包括工业标准的PC图像采集卡和相应的设备。
所支持的硬件包括:
Matrox和DataTranslation公司提供的视频采集设备,同时还支持Windows平台下支持USB或者火线(IEEE-1394)的视频摄像头等设备。
MATLAB可以支持很多很多图片的文件格式,例如﹡cur、﹡bmp、﹡hdf、﹡ico、﹡jpg、﹡tif、﹡gif、﹡pcx等。
用于读写图像数据的函数有imread(从图像格式的文件中读取数据)和imwrite(将数据写入图像格式的文件)。
这里我用到的是imread,主要是用到图像文件的读取。
1.1图像的选取
图1.1本次研究的图像如图所示,科比的图像
1.2MATLAB读取方法
1.2.1编辑M文件
打开Matlab软件,在File下选择New\M-File。
1.2.2图像的读取
imread函数用于读入各种图象文件,其一般的用法为:
[X,MAP]=imread(‘filename’,‘fmt’);
亦可直接写为imread(‘’);
其中,X,MAP分别为读出的图象数据和颜色表数据,fmt为图象的格式,filename为读取的图象文件(可以加上文件的路径)。
例如本次设计中:
i=imread(’科比.jpg’);
利用函数imread函数实现图像文件的读取,然后运用imshow函数显示图像。
如果采集图像为彩色图像,可以先将彩色图像转换为灰度图像,再进行计算分析。
操作如下图-1,将存在D:
\matlab\work里的图片“科比.jpg”写入MATLAB中。
需要先打开运行MATLAB,然后在File里面新建M-File文件,再将读写图片数据的程序输进去即可。
图1.2.1科比的彩色图像转化成灰度图像
检查程序无误之后,就可以直接在commandwindow窗口运行。
如果运行之后在MATLAB主页面里显示有错误的话就需要重新回到M-File的页面里面对程序进行修改然后才可以运行;
如果运行之后在MATLAB主页面里面没有错误显示就可以看到图1.2.2。
图1.2.2
1.2.3查看图像的格式
Matlab中可以使用imfinfo函数查看文件信息,图像的查询及读写在Matlab中要查询一个图像文件的信息,只要用imfinfo指令加上文件及其完整路径名即可。
函数调用格式为:
Info=imfinfo(filename,fmt)
Info=imfinfo(filename)
参数fmt对应为所有图像处理工具箱中所有支持的图像文件格式。
info=
Filename:
'
科比.jpg'
FileModDate:
04-Jul-201012:
41:
22'
FileSize:
32901
Format:
jpg'
FormatVersion:
'
Width:
299
Height:
450
BitDepth:
24
ColorType:
truecolor'
FormatSignature:
NumberOfSamples:
3
CodingMethod:
Huffman'
CodingProcess:
Sequential'
Comment:
{}
上面的即是图像的格式处理
1.2.4灰度值的获取
从上面的文件信息可以看出来,这个jpg文件的色彩类型为'
真彩类型,因此要获得这个图像的灰度值,首先需要将这幅真彩图转换成灰度图。
可以使用rgb2gray函数,最后的结果保存在一个八位矩阵中,由于这个矩阵为400*300大小,限于篇幅只截取部分。
每个单元的数值就是原来的图像对应的灰度值。
如图
图1.2.4
2数据统计处理
2.1均值计算
2.1.1原理及计算公式
均值计算的原理较简单,在MATLAB的函数库中表示均值的函数是mean2,其格式是mean2(),括号里面就是待处理分析的信号。
图2.1.1
上面的程序同样是在新建的M-File文件里面编写运行的,检查程序没有错误之后,就在commandwindow窗口直接运行。
2.1.2计算程序及结果
图2.1.2
2.2各像素点灰度值的标准差
在MATLAB的函数库中表示标准差的函数为std2,其格式是std2(),括号里面就是待处理分析的信号。
由于标准差反映的是偏离灰度均值的程度,如果标准差越大,则说明灰度级越大,则图像包含的信息就越多。
如下图,程序如下:
图2.2.1
结果显示如下:
图2.2.2
2.3各像素点灰度值的方差
这里对图像的方差进行计算如图2.3.1所示,在求标准差的基础上,方差是标准差的平方。
图2.3.1
结果如下,得到的即是灰度值的方差:
图2.3.2
2.4灰度直方图
直方图是一个显示灰度或索引图像亮度分布情况的图表,它是图像分析中用来说明图像灰度分布的图形。
直方图的每一个分支表示对应灰度级出现的频数(处于该灰度级的像素的数目)间的统计关系,用横坐标表示灰度级,纵坐标表示频数(或相对频数=频数/总像素数目)。
这里对图像的直方图的绘制用的函数是imhist,下面为具体绘制图像直方图的程序,如图2.4.1
图2.4.1
灰度直方图的显示如下图:
图2.4.2
3.傅立叶变化
3.1原理及计算公式
傅里叶变换能将满足一定条件的某个函数表示成三角函数(正弦和/或余弦函数)或者它们的积分的线性组合。
在不同的研究领域,傅里叶变换具有多种不同的变体形式,如连续傅里叶变换和离散傅里叶变换。
最初傅里叶分析是作为热过程的解析分析的工具被提出的(参见:
林家翘、西格尔著《自然科学中确定性问题的应用数学》,科学出版社,北京。
原版书名为C.C.Lin&
L.A.Segel,MathematicsAppliedtoDeterministicProblemsintheNaturalSciences,MacmillanInc.,NewYork,1974)。
*傅里叶变换属于谐波分析。
*傅里叶变换的逆变换容易求出,而且形式与正变换非常
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