灰度共生矩阵(GLCM)及其MATLAB实现

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灰度共生矩阵(GLCM)是一种用于图像纹理特征分析的统计方法,通过计算像素灰度级共生概率来提取纹理信息。本文介绍了GLCM的原理,并提供了一个简单的MATLAB代码示例,展示如何计算图像的GLCM矩阵,从而获取图像的纹理特征,适用于图像分析和处理。

灰度共生矩阵(GLCM)及其MATLAB实现

灰度共生矩阵(Gray-Level Co-occurrence Matrix,GLCM)是一种用于描述图像纹理特征的统计方法。它通过分析图像中像素灰度级之间的关系,提取出图像的纹理信息。本文将介绍GLCM的原理,并提供MATLAB实现的源代码。

GLCM原理

GLCM的基本思想是统计图像中一对像素在特定方向上出现的频率。具体而言,对于给定的图像,GLCM计算了每对像素之间的灰度级共生概率。这些共生概率构成了一个二维矩阵,即灰度共生矩阵。

灰度共生矩阵的定义如下:

设灰度级别数目为N,对于给定的图像,定义d和θ分别表示像素对之间的距离和方向。那么灰度共生矩阵GLCM的元素G(i, j)表示灰度级别i和j在距离d和方向θ上共生的概率。

GLCM计算的过程如下:

  1. 选择合适的距离d和方向θ。

  2. 遍历图像的每个像素,对于每个像素,找到其相邻距离为d、方向为θ的像素。

  3. 统计每对像素之间的灰度级别,更新GLCM矩阵。

  4. 对GLCM矩阵进行归一化,得到归一化的GLCM矩阵。

MATLAB实现

下面是一个简单的MATLAB代码示例,用于计算图像的GLCM矩阵:

% 读取图像
image = 
### GLCM 灰度共生矩阵代码实现 #### Python 实现灰度共生矩阵 (GLCM) 为了创建灰度共生矩阵(GLCM),通常会使用Python中的`skimage.feature.greycomatrix()`函数。此方法允许指定方向、距离以及其他参数来构建GLCM。 ```python from skimage import data, io from skimage.feature import greycomatrix, greycoprops import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 加载测试图片并转换成灰度图 img = color.rgb2gray(data.camera()) # 定义距离向量d和角度θ distances = [1, 2, 3] angles = [0, np.pi/4, np.pi/2, 3*np.pi/4] # 计算GLCM,默认情况下,图像被量化到8个等级(即每个像素值会被映射到{0,...,7}) glcm = greycomatrix(img, distances=distances, angles=angles, levels=8, symmetric=True, normed=True)[^1] # 提取一些统计特征如对比度、同质性等 contrast = greycoprops(glcm, 'contrast') homogeneity = greycoprops(glcm, 'homogeneity') print(f'Contrast:\n {contrast}') print(f'Homogeneity:\n {homogeneity}') # 显示原始图像及其对应的GLCM可视化结果 plt.figure(figsize=(10, 5)) plt.subplot(121), plt.imshow(img, cmap='gray'), plt.title('Original Image') plt.axis('off') plt.subplot(122), plt.imshow(glcm[:, :, 1, 1], cmap='hot'), plt.title('GLCM at d=2, θ=π/4') plt.colorbar() plt.show() ``` 上述代码展示了如何利用Scikit-image库计算给定输入图像的灰度共生矩阵,并提取了一些常见的纹理特性,例如对比度和同质性。通过调整`greycomatrix()`函数内的参数设置,可以探索更多有关于不同间距和平移角下的GLCM属性[^3]。
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