內容簡介
《MATLAB圖像處理超級學習手冊》以MATLAB R2013a版本的功能敘述為主,由淺入深全麵地講解瞭MATLAB軟件在圖像處理方麵的應用知識。《MATLAB圖像處理超級學習手冊》自始至終采用實例進行描述,內容完整且每章相對獨立,是一本不可多得的MATLAB圖像處理的學習參考書。
《MATLAB圖像處理超級學習手冊》涉及麵廣,涵蓋瞭一般用戶需要使用的各種功能,詳細介紹瞭MATLAB在圖像處理方麵的使用。全書共分為14章,主要包括MATLAB基礎知識、MATLAB基本運算及程序設計、圖形繪製、圖像處理基礎、圖像的運算、圖像的變換、圖像的增強、圖像壓縮編碼技術、圖像的復原、圖像分割技術、數學形態學的應用、MATLAB圖像處理在實際中的應用、MATLAB圖形用戶界麵及GUI在圖像處理中的應用等。《MATLAB圖像處理超級學習手冊》強調瞭圖像處理的理論和應用相結閤,並給齣瞭大量數字圖像處理技術的MATLAB實現程序。
《MATLAB圖像處理超級學習手冊》以實用為目標,深入淺齣,實例引導,講解詳實,適閤作為理工科高等院校研究生、本科生教學用書,也可作為從事圖像處理工作的廣大科研、工程技術人員的參考用書。
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目錄
目 錄
第1章 MATLAB基礎知識 1
1.1 MATLAB簡介 1
1.1.1 什麼是MATLAB 1
1.1.2 MATLAB語言特點 2
1.1.3 MATLAB係統 4
1.2 MATLAB的工作環境 4
1.2.1 MATLAB操作界麵簡介 4
1.2.2 命令窗口 5
1.2.3 M-文件編輯/調試窗口 7
1.2.4 幫助係統窗口 8
1.2.5 工作空間窗口 9
1.2.6 圖形窗口 10
1.2.7 當前文件夾 10
1.3 查詢幫助命令 11
1.3.1 help命令 11
1.3.2 lookfor函數的使用 12
1.3.3 模糊尋找 12
1.4 本章小結 12
第2章 MATLAB基本運算及程序設計 13
2.1 矩陣的創建 13
2.1.1 直接輸入法 13
2.1.2 利用M文件建立矩陣 14
2.1.3 利用其他文本編輯器建立矩陣 14
2.1.4 利用MATLAB內置函數建立特殊矩陣 14
2.2 矩陣的拼接 16
2.2.1 基本拼接 17
2.2.2 拼接函數 17
2.3 MATLAB矩陣尋訪 18
2.3.1 下標尋訪 18
2.3.2 單元素尋訪 19
2.3.3 多元素尋訪 19
2.4 MATLAB矩陣的運算 20
2.4.1 矩陣加減運算 21
2.4.2 矩陣乘法 21
2.4.3 矩陣除法 22
2.4.4 矩陣的乘方 22
2.4.5 矩陣的行列式 23
2.4.6 矩陣的秩 23
2.4.7 矩陣的逆 23
2.4.8 矩陣的跡 24
2.4.9 矩陣的範數及其計算函數 24
2.4.10 矩陣的特徵值與特徵嚮量 24
2.5 關係運算和邏輯運算 25
2.6 MATLAB變量及錶達式 26
2.6.1 數值的錶示 27
2.6.2 變量的錶示 28
2.7 符號運算 29
2.7.1 創建符號變量 29
2.7.2 數值與符號的轉換 30
2.7.3 數值矩陣轉換為符號矩陣 30
2.7.4 符號替換 30
2.7.5 常用的符號運算 31
2.8 M文件與M函數 32
2.8.1 M文件 33
2.8.2 M函數 34
2.9 MATLAB程序設計 36
2.9.1 數據的輸入和輸齣 36
2.9.2 順序結構 37
2.9.3 判斷語句 37
2.9.4 分支語句 39
2.9.5 for循環語句 40
2.9.6 for語句的嵌套 40
2.9.7 while循環語句 41
2.10 本章小結 41
第3章 圖形繪製 42
3.1 二維繪圖 42
3.2 MATLAB繪圖參數控製 44
3.2.1 綫型 44
3.2.2 綫條寬度 44
3.2.3 顔色 44
3.2.4 標記類型(13種) 44
3.3 MATLAB圖形標注與修飾函數 45
3.3.1 title函數 46
3.3.2 xlabel、ylabel函數 46
3.3.3 grid函數 47
3.3.4 legend函數 48
3.3.5 gtext函數 48
3.3.6 text函數 49
3.3.7 zoom函數 50
3.3.8 num2str、int2str函數 50
3.4 三維繪圖 50
3.4.1 三維繪圖基本流程 50
3.4.2 三維摺綫及麯綫的繪製 51
3.4.3 三維圖形坐標標記的命令 51
3.4.4 三維網格麯麵的繪製 52
3.4.5 三維陰影麯麵的繪製 55
3.4.6 三維圖形的修飾標注 59
3.4.7 特殊圖形的繪製實例 61
3.5 本章小結 79
第4章 圖像處理基礎 80
4.1 MATLAB圖像文件的格式 80
4.2 常用圖像的類型 81
4.2.1 二值圖像 81
4.2.2 索引圖像 81
4.2.3 灰度圖像 82
4.2.4 RGB圖像 83
4.3 圖像處理的基本函數 83
4.3.1 圖像文件的查詢 84
4.3.2 圖像文件的讀取 85
4.3.3 圖像數據類型的轉換 86
4.3.4 圖像文件的顯示 86
4.3.5 imshow 函數 87
4.3.6 圖像特殊顯示的函數 89
4.3.7 圖像文件的儲存 92
4.4 圖像類型的轉換 93
4.4.1 dither函數 93
4.4.2 gray2ind函數 94
4.4.3 grayslice函數 95
4.4.4 im2bw函數 95
4.4.5 ind2gray函數 96
4.4.6 ind2rgb函數 96
4.4.7 mat2gray函數 97
4.4.8 rgb2gray函數 97
4.4.9 rgb2ind函數 98
4.5 MATLAB中的顔色模型 99
4.5.1 RGB模型 99
4.5.2 HSV模型 99
4.5.3 YCbCr模型 99
4.5.4 NTSC模型 100
4.5.5 HSI顔色空間 100
4.6 MATLAB顔色模型的轉換 100
4.6.1 rgb2hsv函數 100
4.6.2 hsv2rgb函數 101
4.6.3 rgb2ntsc函數 101
4.6.4 ntsc2rgb函數 103
4.6.5 rgb2ycbcr函數 104
4.6.6 ycbcr2rgb函數 105
4.7 本章小結 105
第5章 圖像的運算 106
5.1 圖像的點運算 106
5.1.1 綫性點運算 106
5.1.2 非綫性點運算 108
5.2 圖像的代數運算 109
5.2.1 加法運算 110
5.2.2 減法運算 111
5.2.3 乘法運算 113
5.2.4 除法運算 114
5.2.5 綫性組閤運算 114
5.3 圖像的邏輯運算 116
5.4 圖像的幾何運算 117
5.4.1 圖像的插值 117
5.4.2 圖像的平移 118
5.4.3 圖像的縮放 119
5.4.4 圖像的鏇轉 120
5.4.5 圖像的鏡像 121
5.4.6 圖像的裁剪 123
5.5 仿射變換 124
5.5.1 尺度變換 125
5.5.2 伸縮變換 125
5.5.3 扭麯變換 126
5.5.4 鏇轉變換 127
5.6 鄰域與塊操作 128
5.6.1 滑動鄰域操作 129
5.6.2 分離鄰域操作 132
5.6.3 列處理操作 134
5.6.4 區域的選擇 135
5.6.5 區域濾波 137
5.6.6 區域填充 138
5.7 本章小結 139
第6章 圖像的變換 140
6.1 傅裏葉變換 140
6.1.1 傅裏葉變換的物理意義 140
6.1.2 圖像傅裏葉變換的物理意義 141
6.1.3 連續傅裏葉變換 142
6.1.4 傅裏葉變換的快速實現 143
6.1.5 傅裏葉變換的性質 147
6.2 離散餘弦變換 154
6.2.1 一維離散餘弦變換 154
6.2.2 二維離散餘弦變換 154
6.2.3 二維離散餘弦函數 155
6.3 Radon變換 157
6.4 Fanbeam投影變換 161
6.5 離散沃爾什-哈達瑪變換�ァ�162
6.6 小波變換 165
6.6.1 一維連續小波變換 165
6.6.2 高維連續小波變換 166
6.6.3 連續小波變換的性質 167
6.6.4 離散小波變換 167
6.7 本章小結 170
第7章 圖像的增強 171
7.1 灰度變換增強 171
7.1.1 圖像直方圖的含義 171
7.1.2 圖像直方圖的均衡化 172
7.1.3 灰度的調整 173
7.1.4 直方圖規定化 180
7.2 空域濾波增強 182
7.2.1 按乾擾源分類 182
7.2.2 按噪聲與信號的關係分類 182
7.2.3 按概率密度函數分類 183
7.2.4 imnoise函數 183
7.2.5 平滑濾波器 185
7.2.6 中值濾波器 186
7.2.7 自適應濾波器 189
7.2.8 空域銳化濾波器 190
7.3 頻域濾波增強 192
7.3.1 低通濾波器 192
7.3.2 高通濾波器 195
7.3.3 同態濾波器 199
7.4 彩色增強 201
7.4.1 真彩色增強 201
7.4.2 僞彩色增強 202
7.4.3 假彩色增強 205
7.5 小波變換在圖像增強方麵的應用 206
7.5.1 圖像增強處理 206
7.5.2 圖像鈍化與銳化 207
7.5.3 小波圖像去噪處理 209
7.6 本章小結 212
第8章 圖像壓縮編碼技術 213
8.1 圖像壓縮概述 213
8.1.1 圖像壓縮的可能 213
8.1.2 圖像信息量的度量 214
8.2 圖像壓縮編碼評價標準 215
8.2.1 客觀標準 215
8.2.2 主觀標準 215
8.2.3 壓縮率 216
8.2.4 冗餘度 216
8.3 DCT變換編碼 217
8.4 圖像的無損編碼和有損編碼 220
8.4.1 無損編碼 220
8.4.2 有損編碼 220
8.5 JPEG標準 241
8.6 小波圖像壓縮編碼 242
8.7 基於小波變換的圖像水印技術 247
8.8 本章小結 250
第9章 圖像的復原 251
9.1 圖像復原的概述 251
9.1.1 圖像退化模型 252
9.1.2 噪聲的特徵 254
9.1.3 圖像質量的客觀評價 254
9.2 估計退化函數 255
9.2.1 圖像觀測估計法 255
9.2.2 試驗估計法 255
9.2.3 模型估計法 255
9.3 逆濾波復原 257
9.4 維納濾波復原 258
9.5 約束的最小二乘方濾波復原 261
9.6 Lucy-Richardson濾波復原 263
9.7 盲去捲積濾波復原 265
9.8 本章小結 267
第10章 圖像分割技術 268
10.1 圖像分割技術的基本概念 268
10.2 邊緣檢測 269
10.2.1 邊緣檢測算法 271
10.2.2 梯度算子 271
10.2.3 Roberts算子 272
10.2.4 Sobel算子 272
10.2.5 Prewitt 算子 273
10.2.6 拉普拉斯(Laplacian)算子 274
10.2.7 LOG(Laplacian-Gauss)算子 275
10.2.8 坎尼(Canny)算子 276
10.2.9 利用霍夫(Hough)變換檢測圖像邊緣的算法 279
10.3 閾值分割 281
10.3.1 直方圖雙峰法 281
10.3.2 最大類間方差法 282
10.3.3 迭代法 284
10.4 區域分割 286
10.4.1 區域生長法 286
10.4.2 區域分裂閤並 290
10.5 分水嶺分割法 292
10.6 本章小結 296
第11章 數學形態學的應用 297
11.1 基本符號和定義 297
11.2 數學形態學的基本運算 299
11.2.1 結構元素 299
11.2.2 膨脹處理 303
11.2.3 腐蝕處理 305
11.2.4 膨脹和腐蝕的組閤 306
11.2.5 擊中或擊不中處理 310
11.3 基於膨脹和腐蝕的數學形態學應用 311
11.3.1 骨架化 311
11.3.2 邊界提取 314
11.3.3 圖像區域填充 315
11.3.4 移除小對象 316
11.3.5 距離變換 317
11.4 基於膨脹和腐蝕的數學形態學重建 319
11.4.1 極大值和極小值 320
11.4.2 極值的抑製 321
11.4.3 極小值的突顯 323
11.5 對象的特性度量 324
11.5.1 連通區域的標識 324
11.5.2 二值圖像的對象選擇 326
11.5.3 圖像麵積的計算 327
11.6 查找錶操作 327
11.6.1 查找錶的創建 327
11.6.2 查找錶的使用 328
11.7 本章小結 329
第12章 MATLAB圖像處理在實際中的應用 330
12.1 圖像處理技術在醫學處理方麵的應用 330
12.1.1 圖像鏇轉在醫學處理方麵的應用 330
12.1.2 圖像剪切在醫學處理方麵的應用 331
12.1.3 圖像負片效果在醫學處理方麵的應用 332
12.1.4 灰度變換在醫學處理方麵的應用 332
12.1.5 直方圖均衡化在醫學處理方麵的應用 333
12.1.6 銳化效果在醫學處理方麵的應用 334
12.1.7 邊緣檢測效果在醫學處理方麵的應用 335
12.2 MATLAB識彆與統計的應用 336
12.3 MATLAB圖像處理在車牌識彆係統上的應用 339
12.3.1 車牌識彆研究內容 339
12.3.2 車牌識彆係統設計原理概述 339
12.3.3 圖像讀取及車牌區域提取 340
12.3.4 牌照區域的分割 345
12.3.5 車牌進一步處理 347
12.3.6 字符分割與歸一化 348
12.3.7 字符的識彆 350
12.3.8 程序源代碼 352
12.4 本章小結 359
第13章 MATLAB圖形用戶界麵 360
13.1 圖形用戶界麵簡介 360
13.1.1 命令方式 360
13.1.2 菜單方式 360
13.1.3 GUI模闆 360
13.1.4 圖形用戶界麵設計窗口 361
13.2 圖形用戶界麵開發環境 362
13.2.1 布局編輯器 362
13.2.2 位置調整工具 364
13.2.3 用屬性查看器設置控件屬性 365
13.2.4 菜單編輯器 366
13.2.5 對象瀏覽器 367
13.2.6 Tab順序編輯器 367
13.3 控件對象及屬性 368
13.3.1 控件對象的描述 368
13.3.2 控件對象的屬性 369
13.3.3 控件對象的建立 370
13.4 菜單設計 373
13.4.1 建立用戶菜單 373
13.4.2 菜單對象常用屬性 373
13.4.3 快捷菜單 375
13.5 對話框設計 376
13.5.1 Windows公共對話框 377
13.5.2 MATLAB專用對話框 379
13.6 GUI程序設計 382
13.7 本章小結 395
第14章 GUI在圖像處理中的應用 396
14.1 圖形用戶界麵控件的設置 396
14.2 圖像處理操作 397
14.2.1 “文件操作”菜單項 397
14.2.2 “圖像編輯”菜單項 399
14.2.3 “圖像分析”菜單項 403
14.2.4 “圖像調整”菜單項 407
14.2.5 “圖像平滑”菜單項 411
14.2.6 “圖像銳化”菜單項 415
14.2.7 “圖像高級處理”菜單項 421
14.2.8 “小波變換”菜單項 423
14.3 本章小結 426
附錄 圖像處理工具箱函數匯總 427
參考文獻 436
前言/序言
工程軟件應用精解:MATLAB圖像處理超級學習手冊 前言 在當今科技飛速發展的時代,圖像處理技術已滲透到科學研究、工程實踐、醫療診斷、安防監控、藝術設計等各個領域。從衛星遙感圖像的分析,到醫學影像的增強,再到工業産品的缺陷檢測,圖像處理都扮演著至關重要的角色。而MATLAB,作為一款功能強大的工程計算與可視化軟件,憑藉其豐富的工具箱和易用的編程環境,成為瞭圖像處理領域不可或缺的利器。 本書旨在為廣大工程技術人員、科研工作者、高等院校師生提供一本全麵、深入、實用的MATLAB圖像處理學習指南。我們深知,對於許多初學者而言,零散的知識點和抽象的概念常常令人望而卻步。因此,本書在編寫過程中,始終秉持“精解應用,巧學巧用”的理念,力求將復雜的理論知識轉化為易於理解的操作步驟,將抽象的算法原理轉化為直觀的實踐案例。 本書的內容設計,遵循從基礎到進階,從理論到實踐的學習路徑,確保讀者能夠循序漸進地掌握MATLAB圖像處理的核心技術。我們不僅僅停留在API函數的羅列,更注重對每一個函數、每一個算法背後的原理進行深入剖析,並結閤實際應用場景,演示如何靈活運用這些工具解決具體問題。 本書亮點 係統性強,結構清晰: 本書按照圖像處理的典型流程和關鍵技術點進行章節劃分,從圖像的基礎操作,到濾波增強、分割、復原、變換,再到特徵提取與識彆,層層遞進,邏輯嚴謹,幫助讀者構建完整的知識體係。 理論與實踐緊密結閤: 每一項技術介紹都輔以詳實的理論講解,同時提供豐富的MATLAB代碼示例,這些示例不僅可以直接運行,更融入瞭真實世界中的應用場景,讓讀者在“做中學”,在“用中學”。 案例豐富,貼近工程實際: 本書精選瞭大量貼近工程實際的案例,涵蓋瞭工業檢測、醫學影像、遙感分析、人臉識彆等多個熱門領域,讓讀者直觀地感受到圖像處理技術在現實世界中的強大威力。 深度解析,挖掘細節: 對於關鍵算法和復雜概念,本書進行瞭深度解析,例如不同濾波算法的優缺點、圖像分割方法的適用場景、特徵提取的原理與實現等,幫助讀者理解“為什麼”這樣做,而不僅僅是“怎麼做”。 注重效率與優化: 在代碼示例中,我們也會適時地引入一些優化技巧和效率提升的方法,使讀者在學習的同時,也能養成編寫高效、優化的代碼的良好習慣。 配套資源,助力學習: (此處可添加關於書中是否提供代碼、數據集、練習題等說明,如果實際有的話。) 本書內容概覽 本書共分為XX個章節,具體內容涵蓋以下主要方麵: 第一部分:MATLAB圖像處理基礎 第一章 MATLAB環境與圖像基礎: 介紹MATLAB的開發環境,包括MATLAB的安裝、界麵布局、基本操作等。重點講解圖像在MATLAB中的錶示方式(矩陣)、不同圖像類型(二值圖像、灰度圖像、真彩色圖像)及其相互轉換。學習如何讀取、顯示和保存圖像。 第二章 圖像的基本操作: 涵蓋圖像的裁剪、縮放、鏇轉、翻轉等幾何變換,以及圖像的顔色空間轉換(RGB、HSV、YCbCr等),為後續的圖像處理奠定基礎。 第二部分:圖像增強與復原 第三章 圖像的點運算: 深入講解灰度變換技術,包括綫性變換、對數變換、冪次變換(伽馬變換)、直方圖均衡化及其變種。演示如何利用這些技術改善圖像的對比度和亮度,突齣圖像細節。 第四章 圖像的空域濾波: 介紹基於空間域的圖像平滑(噪聲抑製)和銳化技術。詳細講解各種綫性濾波器(如均值濾波、高斯濾波)和非綫性濾波器(如中值濾波、雙邊濾波)的原理、特點及應用。分析不同銳化濾波器(如Sobel、Prewitt、Laplacian)的性能差異。 第五章 圖像的頻域濾波: 講解傅裏葉變換在圖像處理中的應用,包括圖像的頻譜分析,以及如何利用低通、高通、帶通、帶阻濾波器在頻域進行圖像增強。討論掩模設計與濾波過程。 第六章 圖像復原: 介紹圖像退化模型,重點講解逆濾波、維納濾波、約束最小二乘濾波等圖像復原技術,解決模糊、噪聲等問題。 第三部分:圖像分割與特徵提取 第七章 圖像分割基礎: 講解圖像分割的核心思想,即把圖像劃分為若乾有意義的區域。介紹基於閾值的分割方法,包括全局閾值、局部閾值、Otsu法等,並通過案例展示其應用。 第八章 邊緣檢測: 詳細介紹邊緣檢測算子,如Sobel、Prewitt、Roberts、Laplacian of Gaussian (LoG)、Canny等,分析其原理和性能。學習如何利用邊緣信息進行圖像分割和特徵提取。 第九章 分水嶺變換與區域生長: 介紹基於區域的分割方法,如分水嶺變換和區域生長算法。講解其原理和在復雜圖像分割場景下的應用。 第十章 形態學圖像處理: 深入講解腐蝕、膨脹、開運算、閉運算等基本形態學操作,以及擊中/不擊中變換、骨架提取、邊界提取等高級應用。展示形態學操作在圖像去噪、連接組件分析、形狀分析等方麵的作用。 第十一章 特徵提取與描述: 介紹圖像特徵提取的基本概念,包括邊緣特徵、角點特徵(如Harris角點)、區域特徵(如形狀、紋理)以及尺度不變特徵(如SIFT、SURF)。講解如何利用MATLAB實現這些特徵的提取和描述。 第四部分:圖像變換與高級應用 第十二章 圖像變換: 講解常用圖像變換,如Hough變換(用於直綫、圓等形狀檢測)、Radon變換等,以及它們在特定應用中的價值。 第十三章 顔色圖像處理: 重點討論顔色空間的應用,如RGB、HSV、Lab等,以及在顔色圖像增強、分割和特徵提取中的應用。 第十四章 視頻圖像處理基礎: 介紹視頻序列的基本概念,包括幀的讀取、處理和顯示,以及簡單的運動檢測技術。 第十五章 圖像識彆與應用案例: 結閤前麵章節所學的知識,通過實際案例展示圖像識彆的應用,例如人臉識彆、目標跟蹤、工業缺陷檢測、醫學圖像分析等。將理論知識與實際問題相結閤,提升讀者的解決實際問題的能力。 緻讀者 本書的編寫過程,離不開無數的實踐與反復推敲。我們希望本書能夠成為您在MATLAB圖像處理學習道路上的得力助手,幫助您快速掌握圖像處理的精髓,並將其靈活應用於您的科研和工程實踐中。學習永無止境,我們鼓勵您在掌握書本知識的基礎上,積極探索,勇於創新。 祝您在MATLAB圖像處理的學習旅程中,學有所成,用有所獲!