数字图像处理实验一

大学实验报告

学院：计算机科学与技术专业：信息安全班级：131 姓名学号实验组实验时间2016/4/22 指导教师成绩

实验项目名称图像基本操作

实验目的

利用MATLAB软件，熟悉图像的数据矩阵操作、图像的类型转换及图像的存储等基本操作。

1.熟悉图像矩阵的基本操作

2.掌握图像数据类型转换及图像类型转换

3.掌握图像文件的读写

4.掌握图像及灰度图像直方图的显示

5.掌握图像缩放和旋转

实验要求

利用MATLAB软件，熟悉图像的数据矩阵操作、图像的类型转换及图像的存储等基本操作。

1.熟悉图像矩阵的基本操作

2.掌握图像数据类型转换及图像类型转换

3.掌握图像文件的读写

4.掌握图像及灰度图像直方图的显示

5.掌握图像缩放和旋转

实验原理1.关于图像矩阵

MATLAB中图像数据以矩阵方式的存储。所以有必要学会关于矩阵的操作，由于篇幅有限，这里只作简要的介绍。

生成矩阵的函数有：

eye 生成单位矩阵 ones全1阵 zeros 全零阵

rand 均匀随机阵 randn 正态随机阵

2.图像数据类型及图像类型

2.1 图像数据类型转换

MATLAB中图像数据矩阵的存储方式为双精度(double)类型即64位浮点数。而存储图像时MATLAB有时采用无符号整型（uint8)即图像矩阵中的每个数据占用一个字节。由于大多数运算和函数(比如最基本的矩阵加减运算)都不支持uint8类型，所以运算时通常要将图像转换成 double型。

函数double将数据转换为双精度浮点类型，调用格式为：

X64=double(x8) /256

2.2 图像类型及转换

在MATLAB中，一幅图像可能包含一个数据矩阵，也可能有一个颜色映像表矩阵。MATLAB图像处理工具箱支持四种图像类型，其区别在于数据矩阵元素的不同含意。它们是：

● 真彩色图像

● 索引图像

● 灰度图像

● 二值图像

（１）真彩色图像

真彩色图像又称RGB图像，对于一个尺寸为M×N的彩色图像来说，在MATLAB中则存储为一个M×N×3的多维数组，像素的颜色由保存在像素位置上的R、G、B的强度值的组合来确定。如果需要知道图像A中（x，y）处的像素值，则可以使用这样的代码A（x,y,1:3）。

（２）索引图像

MATLAB中的索引图像包含两个结构，一个是调色板，一个是图像数据矩阵。调色板是一个m×3的色彩映射矩阵，矩阵的每一行都代表一种色彩，与真彩色图像相同，通过3个分别代表红、绿、蓝颜色强度的双精度数，形成一种特定的颜色。调色板通常和索引图像存在一起，当读入图像时，MATLAB同时加载调色板和图像。

（３）灰度图像

灰度图像就是只有强度信息，而没有颜色信息的图像。存储灰度图像只需要一个数据矩阵，矩阵的每个元素表示对应位置像素的灰度值，灰度图像的数据类型可以是doubIe类型，这时值域为[0,1]，也可以uint8类刑，值域是[0,255]。

（４）二值图像

二值图像就是只有黑白两种值的图像，我们可以把它看作是特殊的灰度图像。二值图像只需一个数据矩阵来存储，每个像素只取0或1。

MATLAB提供了若干函数，用于图像类型的转换，这些函数如下所示：

●rgb2gray 将RGB图像转换成灰度图像

●Gray2ind 将灰度图像转换成索引图像

●Im2bw 设定阈值将图像转换为二值图像

●Im2double 将图像数据阵列转换为double型

●Im2unit8 将图像数据阵列转换为unit8型

●Im2unit16 将图像数据阵列转换为unit16型

●Ind2gray 将索引图像转换为灰度图像

●Ind2rgb 将索引图像转换成真彩色图像

2.3 图像读写及显示

MATLAB为用户提供了专门的函数以从图像格式的文件中读写图像数据。

（１）图像文件的读取

利用imread函数可以完成图像文件的读取操作，常见调用格式为：

A = imread(FILENAME,FMT)

其作用是将文件名用字符串FILENAME表示的、扩展名用字符串FMT（表示图像文件格式）表示的图像文件中的数据读到矩阵A中。如果FILENAME所指的为灰度图像，则A为M×N的二维矩阵；如果FILENAME所指的为RGB图像，则A为M×N×3的三维矩阵。

（２）图像文件的写入（保存）

利用imwrite函数完成图像的写入操作，也完全支持上述各种图像文件的格式，其常用的调用格式为：

imwrite(A,FILENAME,FMT)

（３）图像文件的显示

MATLAB的图像处理工具箱提供了多种图像显示技术。例如，imshow函数可以直接从文件显示多种类型的图像；image函数可以将矩阵作为图像显示；colorbar函数可以用来显示颜色条。

●imshow函数是最常用的显示各种图像的函数,格式为:

●imshow(I,n); %显示灰度矩阵I, n设置显示的灰度值范围(级数)，默认值为

256。

●imshow(RGB) %显示真彩色图像

●imshow filename %直接显示图像,但图像数据不在MATLAB的workspace中。

可以将多幅图像显示在一个图形窗口中，达到这一目的有两种方法：一种方法是联合使用subplot函数和imshow函数，但此方法在一个图形窗口只能有一个调色板；另一种方法是联合使用subplot函数和subimage函数，此方法可在一个图形窗口内使用多个调色板。

subplot函数将一个图形窗口划分为多个显示区域，其调用格式如下：

subplot(m,n,p)

subplot函数将图形窗口划分为m（行）×n（列）个显示区域，并选择第p个区域作为当前绘图区。

(4)灰度直方图的显示

MATLAB图像处理工具箱提供了imhist函数来计算和显示图像的直方图，imhist函数的语法格式为：

imhist(I, n)

imhist(X, MAP)

其中imhist(I,n)计算和显示灰度图像I的直方图，n为指定的灰度级数目，默认值为256。imhist(X, MAP)计算和显示索引色图像X的直方图，map为调色板。

3.图像的几何运算

3.1 图像的缩放

MATLAB图像处理工具箱中的函数imresize可以用三种方法对图像进行插值缩放，如果不指定插值方法，则默认为最邻近插值法。imresize函数的语法格式为：

B = imresize(A, m, method), 返回原图像A的m倍放大的图像（m小于1时效果是缩小）。

这里参数method用于指定插值的方法，可选用的值为'nearest'（最邻近法），

'bilinear'（双线性插值），'bicubic'（双三次插值），默认为'nearest'。

B = imresize(A, [numrows numcols])，返回的图像Ｂ具有由[numrows numcols]指定的行、列数。

3.2 图像的旋转

在工具箱中的函数imrotate可用上述三种方法对图像进行插值旋转，默认的插值方法也是最邻近插值法。imrotate的语法格式为：

B = imrotate(A, angle, method)

函数imrotate对图像进行旋转，参数method用于指定插值的方法，可选用的值为'nearest'（最邻近法），'bilinear'（双线性插值），'bicubic'（双三次插值），默认为'nearest'。一般说来旋转后的图像会比原图大，超出原图部分值为0。