基于MATLAB的GUI界面数字图像处理系统

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#python #java #机器学习 #计算机视觉 #编程语言

本文档详述了基于MATLAB的GUI界面进行数字图像处理的实验内容，涵盖图像读取、显示、存储、类型转换、算术运算、滤波以及图像分割。实验涉及图像的加减乘除、代数运算、空域滤波器（平均、中值）、边缘检测（Roberts、Prewitt、Sobel、LoG）等操作，旨在让学生掌握图像处理的基本方法和理论。

目录

实验一 MATLAB数字图像处理初步

实验二 图像的代数运算

实验三 图像增强-空间滤波

实验四 图像分割

实验一 MATLAB数字图像处理初步

一、实验目的与要求

1．熟悉及掌握在MATLAB中能够处理哪些格式图像。

2．熟练掌握在MATLAB中如何读取图像。

3．掌握如何利用MATLAB来获取图像的大小、颜色、高度、宽度等等相关信息。

4．掌握如何在MATLAB中按照指定要求存储一幅图像的方法。

5．图像间如何转化。

二、实验原理及知识点

1、数字图像的表示和类别

一幅图像可以被定义为一个二维函数f(x,y),其中x和y是空间(平面)坐标，f 在任何坐标处(x,y)处的振幅称为图像在该点的亮度。灰度是用来表示黑白图像亮度的一个术语，而彩色图像是由单个二维图像组合形成的。例如，在RGB彩色系统中，一幅彩色图像是由三幅独立的分量图像(红、绿、蓝)组成的。因此，许多为黑白图像处理开发的技术适用于彩色图像处理，方法是分别处理三副独立的分量图像即可。

图像关于x和y坐标以及振幅连续。要将这样的一幅图像转化为数字形式，就要求数字化坐标和振幅。将坐标值数字化成为取样；将振幅数字化成为量化。采样和量化的过程如图1所示。因此，当f的x、y分量和振幅都是有限且离散的量时，称该图像为数字图像。

作为MATLAB基本数据类型的数值数组本身十分适于表达图像，矩阵的元素和图像的像素之间有着十分自然的对应关系。


1229eb9ac2b250aa956bfa11b7f0ce6b.png


图1 图像的采样和量化

根据图像数据矩阵解释方法的不同，MATLAB把其处理为4类：

(1) 亮度图像

一幅亮度图像是一个数据矩阵，其归一化的取值表示亮度。若亮度图像的像素都是uint8类或uint16类，则它们的整数值范围分别是[0，255]和[0，65536]。若图像是double类，则像素取值就是浮点数。规定双精度型归一化亮度图像的取值范围是[0，1]

(2) 二值图像

一幅二值图像是一个取值只有0和1的逻辑数组。而一幅取值只包含0和1的uint8类数组，在MATLAB中并不认为是二值图像。使用logical函数可以把数值数组转化为二值数组或逻辑数组。创建一个逻辑图像，其语法为：

B=logical(A)

其中，B是由0和1构成的数值数组。

要测试一个数组是否为逻辑数组，可以使用函数:

islogical(c)

若C是逻辑数组，则该函数返回1；否则，返回0。

(3) 索引图像

索引颜色通常也称为映射颜色，在这种模式下，颜色都是预先定义的，并且可供选用的一组颜色也很有限，索引颜色的图像最多只能显示256种颜色。

一幅索引颜色图像在图像文件里定义，当打开该文件时，构成该图像具体颜色的索引值就被读入程序里，然后根据索引值找到最终的颜色。

(4) RGB图像

一幅RGB图像就是彩色像素的一个M×N×3数组，其中每一个彩色相似点都是在特定空间位置的彩色图像相对应的红、绿、蓝三个分量。按照惯例，形成一幅RGB彩色图像的三个图像常称为红、绿或蓝分量图像。

令fR，fG和fB分别代表三种RGB分量图像。一幅RGB图像就利用cat(级联)操作将这些分量图像组合成彩色图像：

rgb_image=cat(3,fR,fG,fB)

在操作中，图像按顺序放置。

2、数据类和图像类型间的转化

表1中列出了MATLAB和IPT为表示像素所支持的各种数据类。表中的前8项称为数值数据类，第9项称为字符类，最后一项称为逻辑数据类。

工具箱中提供了执行必要缩放的函数(见表2)。以在图像类和类型间进行转化。

表1-1 MATLAB和IPT支持数据类型

名称 描述 double
名称 描述
double 双精度浮点数，范围为
uint8 无符号8比特整数，范围为[0 255]
uint16 无符号16比特整数，范围为[0 65536]
uint32 无符号32比特整数，范围为[0 4294967295]
int8 有符号8比特整数，范围为[-128 127]
int16 有符号16比特整数，范围为[-32768 32767]
int32 有符号32比特整数，范围为[-2147483648 2147483647]
single 单精度浮点数，范围为
char 字符
logical 值为0或1
uint8 无符号
名称 描述
double 双精度浮点数，范围为
uint8 无符号8比特整数，范围为[0 255]
uint16 无符号16比特整数，范围为[0 65536]
uint32 无符号32比特整数，范围为[0 4294967295]
int8 有符号8比特整数，范围为[-128 127]
int16 有符号16比特整数，范围为[-32768 32767]
int32 有符号32比特整数，范围为[-2147483648 2147483647]
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