MATLAB 数字图像处理

内容简介

本书以最新版的MATLAB R2011a为平台，结合大量的实例，全面、系统地讲解了MATLAB在数字图像处理中的实际套用。主要内容包括数字图像处理基础、数字图像运算、图像变换技术、图像的增强处理、图像压缩编码技术、图像复原技术、图像分割技术、图像数学形态学描述等。
在讲解过程中，本书力求理论与实例相结合，深入浅出、循序渐进，使读者可以全面了解MATLAB数字图像处理技术，提高分析问题、反思问题、解决问题的能力。

图书前言

在实际生产、生活中，图像无处不在，如电视画面、照片、广告媒介、图画等。据科学研究，人类所获得的外界信息有70%以上是通过视觉系统，也就是图像获取的。而数字图像起源于20世纪20年代，当时通过海底电缆从英国伦敦到美国纽约採用数字压缩技术传输了第一幅数字照片。此后，由于遥感等领域的套用，数字图像处理技术逐步受到关注并得到相应的发展。近年来，伴随着计算机与信息技术的高速发展，数字图像处理技术已成为计算机科学、医学、生物学、工程学、信息科学等领域学习和研究的重要对象，并取得了令人瞩目的成就。
MATLAB是由美国MathWorks公司开发的一款用于概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现的科学计算类软体。自1984年推出第一个版本以来，MATLAB就以其友好的工作平台和编程环境、简单易用的程式语言、强大的科学计算能力、出色的图形图像处理功能、套用广泛的模组集成工具箱、实用的程式接口和发布平台等受到用户的喜爱。后续版本更是在此基础上，不断扩展、完善MATLAB软体的功能。尤其是近些年，由于市场的肯定，MATLAB软体得到了快速的发展。它早已突破了初期简单矩阵实验的功能限制，性能得到不断提升，界面更趋友好，广泛套用于所有的科学和工程计算领域，如仿真技术、自动控制、信号处理、神经网路、数字图像处理、小波分析等。
本书採用最新版的MATLAB R2011a，全面、系统地介绍MATLAB在数字图像处理中的实际套用。归纳起来，本书具有如下一些特点。
（1）详略得当，条理分明。全书以MATLAB软体为主线，先让读者了解其各项功能，然后进一步分章介绍MATLAB在数字图像中的使用。
（2）重点突出，目的明确。立足基本理论，面向套用技术，以必需、够用为尺度，以掌握概念、强化套用为重点，加强理论知识和实际套用的统一。
（3）由浅入深，内容广泛。理论联繫实际，由基础入手，逐步深入，全方位地展示了MATLAB在数字图像处理中的套用。
本书共包括11章，具体内容安排如下：
第1章：MATLAB入门介绍。主要介绍了MATLAB的发展史及特点、MATLAB选单栏、MATLAB工具列、矩阵及其运算等内容。
第2章：MATLAB丰富绘图。主要介绍了二维图形绘製及编辑、三维绘图、三维图形编辑、特殊图形等内容。
第3章：数字图像处理基础。主要介绍了图像的读与写、图像显示、图像类型的转换等内容。
第4章：数字图像运算。主要介绍了点运算、代数运算、逻辑运算、几何运算等内容。
第5章：图像变换技术。主要介绍了正交变换通用运算元、傅立叶变换、离散余弦变换、Radon变换等内容。
第6章：图像的增强处理。主要介绍了灰度变换增强、空域滤波增强、频域滤波增强、彩色增强等内容。
第7章：图像压缩编码技术。主要介绍了图像编码质量评价、变换编码、有/无损压缩编码等内容。
第8章：图像复原技术。主要介绍了图像退化模型、退化函式估计、逆滤波、维纳滤波等内容。
第9章：图像分割技术。主要介绍了阈值分割、区域分割、运动分割、边缘检测等内容。
第10章：图像数学形态学描述。主要介绍了数学形态学的基本运算、数学形态学套用、形态学重构等内容。
本书可以作为各大院校相关专业本科生和研究生的学习用书，也可以作为广大科研人员、学者、工程技术人员的参考用书。
本书主要由周品和李晓东编写，参加编写的还有丁伟雄、雷晓平、李娅、杨文茵、何正风、赵新芬、赵书梅、栾颖、刘志为、周灵、余智豪、赵书兰和崔如春。
由于时间仓促，加之编者水平有限，错误和疏漏之处在所难免，敬请专家和读者批评指正。

编 者

图书目录

第1章　MATLAB入门介绍 1
1.1　MATLAB简介 1
1.1.1　MATLAB发展史 1
1.1.2　MATLAB的特点 2
1.1.3　MATLAB R2011a的新特点 3
1.2　MATLAB的安装 4
1.3　MATLAB集成环境 10
1.3.1　选单栏 10
1.3.2　工具列 15
1.3.3　Command Window 16
1.3.4　Command History 19
1.3.5　Workspace 20
1.3.6　Current Folder 22
1.3.7　搜寻路径及其设定 22
1.4　在线上帮助 25
1.4.1　帮助命令 25
1.4.2　帮助视窗 27
1.4.3　演示系统 28
1.5　MATLAB变数与表达式 29
1.5.1　数值 29
1.5.2　变数 30
1.5.3　表达式 32
1.6　矩阵及其运算 33
1.6.1　创建矩阵 33
1.6.2　拼接矩阵 38
1.6.3　矩阵寻访 43
1.6.4　矩阵的运算 46
第2章　MATLAB丰富绘图 51
2.1　二维图形的绘製及编辑 51
2.1.1　基本二维绘图 52
2.1.2　快捷绘图函式 55
2.1.3　绘製子图 57
2.1.4　坐标轴设定 60
2.1.5　图形标注 62
2.1.6　图形叠加 63
2.1.7　双y轴绘图 64
2.2　三维绘图 65
2.2.1　基本三维绘图 65
2.2.2　三维曲线图 66
2.2.3　三维等高线图 67
2.2.4　三维曲面图 68
2.3　三维图形编辑 70
2.3.1　视角设定 70
2.3.2　控制旋转 71
2.3.3　背景颜色设定 72
2.3.4　颜色设定 73
2.3.5　图形的着色设定 77
2.3.6　光照设定 78
2.3.7　透视设定 81
2.3.8　透明度设定 82
2.4　特殊图形 83
2.4.1　条形图 83
2.4.2　区域图 85
2.4.3　饼图 86
2.4.4　离散数据桿状图 87
2.4.5　阶梯图 89
2.4.6　矢量图 90
2.4.7　等高线图 93
2.4.8　散点图 95
第3章　数字图像处理基础 98
3.1　数字图像处理概述 98
3.1.1　数字图像处理及其特点 98
3.1.2　数字图像处理研究的主要内容 101
3.1.3　数字图像处理的套用 103
3.1.4　图像术语 105
3.1.5　图像档案格式 105
3.2　图像的读与写 106
3.2.1　图像档案的查询 106
3.2.2　图像档案的读取 109
3.2.3　图像档案写入 110
3.3　图像显示 112
3.3.1　二值图像的显示 112
3.3.2　灰度图像显示 113
3.3.3　RGB图像的显示 114
3.3.4　索引图像的显示 115
3.3.5　单帧显示 116
3.3.6　多帧显示 116
3.4　图像类型的转换 117
3.4.1　图像抖动 117
3.4.2　gray2ind函式 118
3.4.3　grayslice函式 119
3.4.4　im2bw函式 119
3.4.5　ind2gray函式 120
3.4.6　ind2rgb函式 121
3.4.7　mat2gray函式 121
3.4.8　rgb2gray函式 122
3.4.9　rgb2ind函式 123
3.5　颜色空间 124
3.5.1　颜色模型 124
3.5.2　图像退色处理 125
3.5.3　颜色模型的转换 127
3.6　纹理贴图 131
3.6.1　纹理贴图的概念 131
3.6.2　纹理映射 132
第4章　数字图像运算 135
4.1　点运算 135
4.1.1　线性点运算 135
4.1.2　非线性点运算 137
4.2　代数运算 138
4.2.1　代数运算的异常处理 138
4.2.2　图像加法运算 139
4.2.3　图像减法运算 141
4.2.4　图像乘法运算 142
4.2.5　图像除法运算 143
4.2.6　绝对值差运算 144
4.2.7　线性组合运算 145
4.2.8　图像求补运算 146
4.3　图像逻辑运算 147
4.4　图像的几何运算 148
4.4.1　图像的缩放 148
4.4.2　图像的旋转 150
4.4.3　图像的剪下 150
4.4.4　图像的平移 151
4.4.5　图像的镜像 153
4.5　空间变换 156
4.5.1　仿射变换 156
4.5.2　投影变换 157
4.5.3　几何配準 162
4.6　邻域与块操作 164
4.6.1　滑动邻域操作 165
4.6.2　非重叠块处理 166
4.6.3　快速块处理 168
4.6.4　块操作的其他函式 171
4.6.5　特殊区域处理 172
4.6.6　特殊区域的滤波 176
4.6.7　特定区域的填充 177
第5章　图像变换技术 178
5.1　图像变换的概述 178
5.2　正交变换通用运算元 178
5.3　傅立叶变换 179
5.3.1　一维连续傅立叶变换 179
5.3.2　一维离散傅立叶变换 180
5.3.3　二维连续傅立叶变换 180
5.3.4　二维离散傅立叶变换 181
5.3.5　实现傅立叶变换的MATLAB函式 181
5.3.6　傅立叶变换性质 184
5.4　离散余弦变换 189
5.4.1　一维离散余弦变换 189
5.4.2　二维离散余弦变换 190
5.4.3　快速离散余弦变换 190
5.4.4　离散余弦变换的MATLAB实现 191
5.5　沃尔什（Walsh）-哈达玛（Hadamard）变换 194
5.5.1　沃尔什-哈达玛变换概述 194
5.5.2　沃尔什-哈达玛变换MATLAB实现 195
5.6　Hough变换 197
5.6.1　Hough变换的基本原理 197
5.6.2　Hough变换的MATLAB实现 198
5.7　Radon变换 200
5.7.1　Radon变换概述 200
5.7.2　Radon变换的MATLAB实现 201
5.7.3　Radon逆变换 203
5.8　Fan-Beam变换 205
5.8.1　计算Fan-Beam投影 206
5.8.2　重构Fan-Beam投影 207
5.8.3　Radon投影和Fan-Beam投影转换 209
第6章　图像的增强处理 211
6.1　灰度变换增强 211
6.1.1　像素值及其统计特性 211
6.1.2　灰度变换 217
6.1.3　灰度值调整 223
6.1.4　直方图均衡化 225
6.1.5　直方图规定化 227
6.2　空域滤波增强 228
6.2.1　平滑滤波器 229
6.2.2　中值滤波器 232
6.2.3　自适应滤波器 236
6.2.4　锐化滤波器 237
6.3　频域滤波增强 240
6.3.1　低通滤波 241
6.3.2　高通滤波器 243
6.3.3　带通滤波器 246
6.3.4　同态滤波器 247
6.4　彩色增强 249
6.4.1　伪彩色增强 250
6.4.2　真彩色增强 255
第7章　图像压缩编码技术 257
7.1　图像压缩编码技术概述 257
7.1.1　图像压缩编码的必要性 257
7.1.2　图像压缩的可能性 258
7.1.3　图像编码性能指标 259
7.2　图像编码质量评价 259
7.2.1　客观评价準则 259
7.2.2　主观评价準则 260
7.2.3　压缩比 261
7.3　变换编码 261
7.4　无损压缩编码 266
7.4.1　哈夫曼编码技术 266
7.4.2　行程编码 270
7.4.3　算术编码 272
7.5　有损压缩编码 277
7.5.1　预测编码 277
7.5.2　主成分变换编码 281
7.5.3　哈达玛变换编码 285
7.6　JPEG标準 286
7.7　基于DCT的图像水印技术 295
7.8　小波图像编码 297
7.8.1　连续小波变换 297
7.8.2　离散小波变换 298
7.8.3　小波图像消噪处理 302
7.8.4　小波图像压缩处理 303
7.8.5　小波图像增强处理 305
7.8.6　小波图像融合处理 307
第8章　图像复原技术 311
8.1　图像复原概述 311
8.2　图像退化模型 312
8.2.1　连续退化模型 313
8.2.2　离散退化模型 315
8.2.3　退化模型的矩阵对角化运算 317
8.3　退化函式估计 317
8.3.1　图像观察估计法 317
8.3.2　试验估计法 318
8.3.3　模型估计法 318
8.4　逆滤波 320
8.4.1　无约束复原 320
8.4.2　逆滤波复原 321
8.4.3　消除匀速运动模糊 322
8.5　维纳滤波 323
8.5.1　有约束滤波 323
8.5.2　维纳滤波复原 324
8.5.3　维纳滤波复原的MATLAB实现 325
8.6　约束最小二乘滤波 328
8.6.1　滤波模型 328
8.6.2　约束最小二乘滤波的MATLAB实现 330
8.7　Lucy-Richardson滤波 334
8.7.1　Lucy-Richardson滤波模型 334
8.7.2　Lucy-Richardson滤波的MATLAB实现 335
8.8　盲卷积滤波 339
8.8.1　盲卷积滤波算法 339
8.8.2　盲卷积滤波的MATLAB实现 340
第9章　图像分割技术 344
9.1　图像分割定义 344
9.2　阈值分割 345
9.2.1　人工选择法 347
9.2.2　自动阈值法 348
9.2.3　分水岭算法 353
9.3　区域分割 357
9.3.1　区域生长法 357
9.3.2　区域分裂合併法 361
9.3.3　四叉树分解法 363
9.4　运动分割 367
9.4.1　背景差值法 367
9.4.2　图像差分法 369
9.5　彩色图像分割 370
9.5.1　彩色图像分割 371
9.5.2　聚类算法 371
9.6　边缘检测 374
9.6.1　梯度运算元 375
9.6.2　罗伯特（Roberts）边缘运算元 375
9.6.3　索贝尔（Sobel）边缘运算元 376
9.6.4　Prewitt边缘运算元 377
9.6.5　拉普拉斯（Laplacian）边缘运算元 379
9.6.6　高斯-拉普拉斯（LOG）边缘运算元 379
9.6.7　坎尼（Canny）边缘运算元 382
第10章　图像数学形态学描述 385
10.1　数学形态学的基本运算 385
10.1.1　结构元素 385
10.1.2　膨胀运算 389
10.1.3　腐蚀运算 392
10.1.4　开闭运算 393
10.1.5　击中/击不中变换 395
10.2　数学形态学套用 397
10.2.1　骨架化 397
10.2.2　边界提取 399
10.2.3　区域填充 400
10.2.4　移除对象 401
10.2.5　距离变换 402
10.3　形态学重构 405
10.3.1　标记图像与掩模图像 406
10.3.2　像素的连通性 407
10.3.3　寻找峰值与谷值 408
10.4　区域、对象及特性度量 413
10.4.1　标记连通区域 413
10.4.2　对象选择 415
10.4.3　面积计算 416
10.5　查表操作 417
10.5.1　创建一个查找表 417
10.5.2　使用查找表 418
参考文献 420