MATLAB图像处理超级学习手册

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目　录

第 1章　MATLAB基础知识　1

1.1　MATLAB简介　1

1.1.1　什么是MATLAB　1

1.1.2　MATLAB语言特点　2

1.1.3　MATLAB系统　4

1.2　MATLAB的工作环境　4

1.2.1　MATLAB操作界面简介　4

1.2.2　命令窗口　5

1.2.3　M-文件编辑/调试窗口　7

1.2.4　帮助系统窗口　8

1.2.5　工作空间窗口　9

1.2.6　图形窗口　10

1.2.7　当前文件夹　10

1.3　查询帮助命令　11

1.3.1　help命令　11

1.3.2　lookfor函数的使用　12

1.3.3　模糊寻找　12

1.4　本章小结　12

第 2章　MATLAB基本运算及程序设计　13

2.1　矩阵的创建　13

2.1.1　直接输入法　13

2.1.2　利用M文件建立矩阵　14

2.1.3　利用其他文本编辑器建立矩阵　14

2.1.4　利用MATLAB内置函数建立特殊矩阵　14

2.2　矩阵的拼接　16

2.2.1　基本拼接　17

2.2.2　拼接函数　17

2.3　MATLAB矩阵寻访　18

2.3.1　下标寻访　18

2.3.2　单元素寻访　19

2.3.3　多元素寻访　19

2.4　MATLAB矩阵的运算　20

2.4.1　矩阵加减运算　21

2.4.2　矩阵乘法　21

2.4.3　矩阵除法　22

2.4.4　矩阵的乘方　22

2.4.5　矩阵的行列式　23

2.4.6　矩阵的秩　23

2.4.7　矩阵的逆　23

2.4.8　矩阵的迹　24

2.4.9　矩阵的范数及其计算函数　24

2.4.10　矩阵的特征值与特征向量　24

2.5　关系运算和逻辑运算　25

2.6　MATLAB变量及表达式　26

2.6.1　数值的表示　27

2.6.2　变量的表示　28

2.7　符号运算　29

2.7.1　创建符号变量　29

2.7.2　数值与符号的转换　30

2.7.3　数值矩阵转换为符号矩阵　30

2.7.4　符号替换　30

2.7.5　常用的符号运算　31

2.8　M文件与M函数　32

2.8.1　M文件　33

2.8.2　M函数　34

2.9　MATLAB程序设计　36

2.9.1　数据的输入和输出　36

2.9.2　顺序结构　37

2.9.3　判断语句　37

2.9.4　分支语句　39

2.9.5　for循环语句　40

2.9.6　for语句的嵌套　40

2.9.7　while循环语句　41

2.10　本章小结　41

第3章　图形绘制　42

3.1　二维绘图　42

3.2　MATLAB绘图参数控制　44

3.2.1　线型　44

3.2.2　线条宽度　44

3.2.3　颜色　44

3.2.4　标记类型(13种)　44

3.3　MATLAB图形标注与修饰函数　45

3.3.1　title函数　46

3.3.2　xlabel、ylabel函数　46

3.3.3　grid函数　47

3.3.4　legend函数　48

3.3.5　gtext函数　48

3.3.6　text函数　49

3.3.7　zoom函数　50

3.3.8　num2str、int2str函数　50

3.4　三维绘图　50

3.4.1　三维绘图基本流程　50

3.4.2　三维折线及曲线的绘制　51

3.4.3　三维图形坐标标记的命令　51

3.4.4　三维网格曲面的绘制　52

3.4.5　三维阴影曲面的绘制　55

3.4.6　三维图形的修饰标注　59

3.4.7　特殊图形的绘制实例　61

3.5　本章小结　79

第4章　图像处理基础　80

4.1　MATLAB图像文件的格式　80

4.2　常用图像的类型　81

4.2.1　二值图像　81

4.2.2　索引图像　81

4.2.3　灰度图像　82

4.2.4　RGB图像　83

4.3　图像处理的基本函数　83

4.3.1　图像文件的查询　84

4.3.2　图像文件的读取　85

4.3.3　图像数据类型的转换　86

4.3.4　图像文件的显示　86

4.3.5　imshow 函数　87

4.3.6　图像特殊显示的函数　89

4.3.7　图像文件的储存　92

4.4　图像类型的转换　93

4.4.1　dither函数　93

4.4.2　gray2ind函数　94

4.4.3　grayslice函数　95

4.4.4　im2bw函数　95

4.4.5　ind2gray函数　96

4.4.6　ind2rgb函数　96

4.4.7　mat2gray函数　97

4.4.8　rgb2gray函数　97

4.4.9　rgb2ind函数　98

4.5　MATLAB中的颜色模型　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颜色空间　100

4.6　MATLAB颜色模型的转换　100

4.6.1　rgb2hsv函数　100

4.6.2　hsv2rgb函数　101

4.6.3　rgb2ntsc函数　101

4.6.4　ntsc2rgb函数　103

4.6.5　rgb2ycbcr函数　104

4.6.6　ycbcr2rgb函数　105

4.7　本章小结　105

第5章　图像的运算　106

5.1　图像的点运算　106

5.1.1　线性点运算　106

5.1.2　非线性点运算　108

5.2　图像的代数运算　109

5.2.1　加法运算　110

5.2.2　减法运算　111

5.2.3　乘法运算　113

5.2.4　除法运算　114

5.2.5　线性组合运算　114

5.3　图像的逻辑运算　116

5.4　图像的几何运算　117

5.4.1　图像的插值　117

5.4.2　图像的平移　118

5.4.3　图像的缩放　119

5.4.4　图像的旋转　120

5.4.5　图像的镜像　121

5.4.6　图像的裁剪　123

5.5　仿射变换　124

5.5.1　尺度变换　125

5.5.2　伸缩变换　125

5.5.3　扭曲变换　126

5.5.4　旋转变换　127

5.6　邻域与块操作　128

5.6.1　滑动邻域操作　129

5.6.2　分离邻域操作　132

5.6.3　列处理操作　134

5.6.4　区域的选择　135

5.6.5　区域滤波　137

5.6.6　区域填充　138

5.7　本章小结　139

第6章　图像的变换　140

6.1　傅里叶变换　140

6.1.1　傅里叶变换的物理意义　140

6.1.2　图像傅里叶变换的物理意义　141

6.1.3　连续傅里叶变换　142

6.1.4　傅里叶变换的快速实现　143

6.1.5　傅里叶变换的性质　147

6.2　离散余弦变换　154

6.2.1　一维离散余弦变换　154

6.2.2　二维离散余弦变换　154

6.2.3　二维离散余弦函数　155

6.3　Radon变换　157

6.4　Fanbeam投影变换　161

6.5　离散沃尔什-哈达玛变换　162

6.6　小波变换　165

6.6.1　一维连续小波变换　165

6.6.2　高维连续小波变换　166

6.6.3　连续小波变换的性质　167

6.6.4　离散小波变换　167

6.7　本章小结　170

第7章　图像的增强　171

7.1　灰度变换增强　171

7.1.1　图像直方图的含义　171

7.1.2　图像直方图的均衡化　172

7.1.3　灰度的调整　173

7.1.4　直方图规定化　180

7.2　空域滤波增强　182

7.2.1　按干扰源分类　182

7.2.2　按噪声与信号的关系分类　182

7.2.3　按概率密度函数分类　183

7.2.4　imnoise函数　183

7.2.5　平滑滤波器　185

7.2.6　中值滤波器　186

7.2.7　自适应滤波器　189

7.2.8　空域锐化滤波器　190

7.3　频域滤波增强　192

7.3.1　低通滤波器　192

7.3.2　高通滤波器　195

7.3.3　同态滤波器　199

7.4　彩色增强　201

7.4.1　真彩色增强　201

7.4.2　伪彩色增强　202

7.4.3　假彩色增强　205

7.5　小波变换在图像增强方面的应用　206

7.5.1　图像增强处理　206

7.5.2　图像钝化与锐化　207

7.5.3　小波图像去噪处理　209

7.6　本章小结　212

第8章　图像压缩编码技术　213

8.1　图像压缩概述　213

8.1.1　图像压缩的可能　213

8.1.2　图像信息量的度量　214

8.2　图像压缩编码评价标准　215

8.2.1　客观标准　215

8.2.2　主观标准　215

8.2.3　压缩率　216

8.2.4　冗余度　216

8.3　DCT变换编码　217

8.4　图像的无损编码和有损编码　220

8.4.1　无损编码　220

8.4.2　有损编码　220

8.5　JPEG标准　241

8.6　小波图像压缩编码　242

8.7　基于小波变换的图像水印技术　247

8.8　本章小结　250

第9章　图像的复原　251

9.1　图像复原的概述　251

9.1.1　图像退化模型　252

9.1.2　噪声的特征　254

9.1.3　图像质量的客观评价　254

9.2　估计退化函数　255

9.2.1　图像观测估计法　255

9.2.2　试验估计法　255

9.2.3　模型估计法　255

9.3　逆滤波复原　257

9.4　维纳滤波复原　258

9.5　约束的**小二乘方滤波复原　261

9.6　Lucy-Richardson滤波复原　263

9.7　盲去卷积滤波复原　265

9.8　本章小结　267

第 10章　图像分割技术　268

10.1　图像分割技术的基本概念　268

10.2　边缘检测　269

10.2.1　边缘检测算法　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)变换检测图像边缘的算法　279

10.3　阈值分割　281

10.3.1　直方图双峰法　281

10.3.2　**大类间方差法　282

10.3.3　迭代法　284

10.4　区域分割　286

10.4.1　区域生长法　286

10.4.2　区域分裂合并　290

10.5　分水岭分割法　292

10.6　本章小结　296

第 11章　数学形态学的应用　297

11.1　基本符号和定义　297

11.2　数学形态学的基本运算　299

11.2.1　结构元素　299

11.2.2　膨胀处理　303

11.2.3　腐蚀处理　305

11.2.4　膨胀和腐蚀的组合　306

11.2.5　击中或击不中处理　310

11.3　基于膨胀和腐蚀的数学形态学应用　311

11.3.1　骨架化　311

11.3.2　边界提取　314

11.3.3　图像区域填充　315

11.3.4　移除小对象　316

11.3.5　距离变换　317

11.4　基于膨胀和腐蚀的数学形态学重建　319

11.4.1　极大值和极小值　320

11.4.2　极值的抑制　321

11.4.3　极小值的突显　323

11.5　对象的特性度量　324

11.5.1　连通区域的标识　324

11.5.2　二值图像的对象选择　326

11.5.3　图像面积的计算　327

11.6　查找表操作　327

11.6.1　查找表的创建　327

11.6.2　查找表的使用　328

11.7　本章小结　329

第 12章　MATLAB图像处理在实际中的应用　330

12.1　图像处理技术在医学处理方面的应用　330

12.1.1　图像旋转在医学处理方面的应用　330

12.1.2　图像剪切在医学处理方面的应用　331

12.1.3　图像负片效果在医学处理方面的应用　332

12.1.4　灰度变换在医学处理方面的应用　332

12.1.5　直方图均衡化在医学处理方面的应用　333

12.1.6　锐化效果在医学处理方面的应用　334

12.1.7　边缘检测效果在医学处理方面的应用　335

12.2　MATLAB识别与统计的应用　336

12.3　MATLAB图像处理在车牌识别系统上的应用　339

12.3.1　车牌识别研究内容　339

12.3.2　车牌识别系统设计原理概述　339

12.3.3　图像读取及车牌区域提取　340

12.3.4　牌照区域的分割　345

12.3.5　车牌进一步处理　347

12.3.6　字符分割与归一化　348

12.3.7　字符的识别　350

12.3.8　程序源代码　352

12.4　本章小结　359

第 13章　MATLAB图形用户界面　360

13.1　图形用户界面简介　360

13.1.1　命令方式　360

13.1.2　菜单方式　360

13.1.3　GUI模板　360

13.1.4　图形用户界面设计窗口　361

13.2　图形用户界面开发环境　362

13.2.1　布局编辑器　362

13.2.2　位置调整工具　364

13.2.3　用属性查看器设置控件属性　365

13.2.4　菜单编辑器　366

13.2.5　对象浏览器　367

13.2.6　Tab顺序编辑器　367

13.3　控件对象及属性　368

13.3.1　控件对象的描述　368

13.3.2　控件对象的属性　369

13.3.3　控件对象的建立　370

13.4　菜单设计　373

13.4.1　建立用户菜单　373

13.4.2　菜单对象常用属性　373

13.4.3　快捷菜单　375

13.5　对话框设计　376

13.5.1　Windows公共对话框　377

13.5.2　MATLAB专用对话框　379

13.6　GUI程序设计　382

13.7　本章小结　395

第 14章　GUI在图像处理中的应用　396

14.1　图形用户界面控件的设置　396

14.2　图像处理操作　397

14.2.1　“文件操作”菜单项　397

14.2.2　“图像编辑”菜单项　399

14.2.3　“图像分析”菜单项　403

14.2.4　“图像调整”菜单项　407

14.2.5　“图像平滑”菜单项　411

14.2.6　“图像锐化”菜单项　415

14.2.7　“图像**处理”菜单项　421

14.2.8　“小波变换”菜单项　423

14.3　本章小结　426

附录　图像处理工具箱函数汇总　427

参考文献　436