精通MATLAB图像处理.第2版

目 录
第1篇 MATLAB入门篇
第1章 MATLAB概述 2
1.1 MATLAB的发展历程 2
1.2 MATLAB的优势与特点 2
1.3 MATLAB系统的构成 4
1.4 MATLAB桌面操作环境 5
1.4.1 启动和退出 5
1.4.2 主要功能菜单 7
1.4.3 命令窗口 9
1.4.4 工作空间 11
1.4.5 M文件编辑/调试器 13
1.4.6 Figure窗口 15
1.4.7 文件管理 16
1.4.8 使用帮助 16
1.5 MATLAB的工具箱 17
1.6 小结 19
第2章 MATLAB基本运算 20
2.1 MATLAB数据类型 20
2.2 数组及其运算 22
2.2.1 数组的创建 22
2.2.2 数组的运算 23
2.3 矩阵及其运算 25
2.3.1 矩阵的创建 25
2.3.2 矩阵的基本运算 26
2.3.3 矩阵的行列式运算 27
2.3.4 矩阵的求逆运算 27
2.3.5 矩阵的求秩 28
2.3.6 矩阵的范数和条件数运算 29
2.3.7 矩阵的特征值、特征向量和
特征多项式运算 29
2.3.8 矩阵的标准正交基运算 30
2.3.9 矩阵的分解运算 31
2.3.10 矩阵对角元素操作运算 35
2.4 复数及其运算 36
2.4.1 复数的表示 36
2.4.2 复数的绘图 37
2.4.3 复数的操作函数 38
2.5 符号运算 38
2.5.1 符号运算概述 38
2.5.2 常用的符号运算 40
2.6 关系运算和逻辑运算 42
2.7 小结 43
第3章 MATLAB程序设计 44
3.1 程序设计概述 44
3.2 程序设计的基本原则 45
3.3 M文件 46
3.4 程序流程控制 48
3.5 函数及调用 51
3.5.1 函数类型 51
3.5.2 函数参数传递 54
3.6 函数句柄 58
3.7 程序调试 59
3.7.1 常见的程序错误 60
3.7.2 调试方法 62
3.7.3 调试工具 63
3.8 程序设计技巧 68
3.8.1 嵌套计算 69
3.8.2 循环计算 70
3.8.3 使用异常处理机制 70
3.8.4 使用全局变量 72
3.8.5 通过varargin传递参数 74
3.9 小结 75
第4章 MATLAB图形绘制 76
4.1 MATLAB中绘图的基本步骤 76
4.2 在工作空间直接绘图 76
4.3 利用绘图函数绘图 78
4.3.1 二维图形 78
4.3.2 三维图形 79
4.4 特殊图形绘制 81
4.4.1 直方图 81
4.4.2 柱状图 82
4.4.3 面积图 83
4.4.4 饼图 84
4.4.5 火柴杆图 85
4.4.6 阶梯图 86
4.4.7 等高线图 87
4.4.8 向量图 89
4.4.9 圆柱体图 91
4.4.10 球面图 92
4.5 图形修饰 92
4.6 小结 95
第 5章 MATLAB图像处理基础 96
5.1 MATLAB图像文件的格式 96
5.2 图像类型 97
5.2.1 索引图像 97
5.2.2 灰度图像 98
5.2.3 RGB图像 99
5.2.4 二值图像 101
5.2.5 图像类型转换 101
5.2.6 图像数组 102
5.3 MATLAB中的颜色模型 103
5.3.1 颜色模型的分类 103
5.3.2 颜色模型的转换 104
5.4 图像处理基本函数 105
5.4.1 图像读入和显示 106
5.4.2 图像写回 108
5.4.3 获取图像信息 109
5.5 标准图像显示技术 110
5.5.1 imshow函数 110
5.5.2 显示灰度图像 111
5.5.3 显示二值图像 112
5.5.4 显示索引图像 112
5.5.5 显示真彩图像 113
5.5.6 显示图形文件中的图像 113
5.6 特殊图像显示技术 113
5.6.1 添加颜色条 113
5.6.2 显示多帧图像阵列 113
5.6.3 图像上的区域缩放 114
5.6.4 纹理映射 114
5.6.5 同时显示多幅图像 114
5.7 小结 115
第2篇 图像处理精通篇
第6章 图像的运算 117
6.1 图像的代数运算 117
6.1.1 图像的加运算 117
6.1.2 图像的减运算 118
6.1.3 图像的乘运算 119
6.1.4 图像的除运算 119
6.1.5 图像的差的绝对值运算 120
6.1.6 图像的补运算 121
6.1.7 图像的一般线性运算 122
6.2 图像的逻辑运算 123
6.3 图像的块和邻域处理 124
6.3.1 滑动邻域操作 124
6.3.2 分离块操作 125
6.3.3 使用列处理加快速度 127
6.4 图像的几何运算 129
6.4.1 图像的插值 129
6.4.2 图像的缩放 130
6.4.3 图像的旋转 130
6.4.4 图像的裁剪 132
6.4.5 图像的一般线性变换 133
6.5 小结 134
第7章 图像的变换 135
7.1 傅里叶变换 135
7.1.1 傅里叶变换的定义 135
7.1.2 傅里叶变换的快速实现 137
7.1.3 傅里叶变换的应用 139
7.2 离散余弦变换（DCT） 141
7.2.1 二维离散余弦变换的定义 141
7.2.2 DCT变换矩阵 142
7.2.3 DCT的实现和图像压缩 142
7.3 Radon变换 144
7.3.1 Radon变换的定义 144
7.3.2 使用Radon变换检测直线 146
7.3.3 逆Radon变换 147
7.4 Fan-Beam变换 148
7.4.1 Fan-Beam变换的用法 149
7.4.2 使用Fan-Beam投影数据
重构图像 149
7.5 小结 151
第8章 图像的增强 152
8.1 灰度变换增强 152
8.1.1 图像直方图的含义 152
8.1.2 直方图均衡化 153
8.1.3 灰度值调整到指定范围 154
8.1.4 有限对比自适应直方图
均衡化 157
8.1.5 使用去相关进行色度拉伸 157
8.2 线性滤波器增强 159
8.2.1 卷积 159
8.2.2 相关 160
8.2.3 imfilter函数用于滤波 161
8.2.4 使用预定义的滤波器对
图像滤波 164
8.3 空间域滤波增强 166
8.3.1 图像加入噪声 166
8.3.2 中值滤波器 167
8.3.3 自适应滤波器 168
8.4 频域滤波增强 169
8.4.1 频率变换方法 169
8.4.2 频率抽样法 170
8.4.3 窗函数法 171
8.4.4 创建所需的频率响应矩阵 173
8.4.5 计算滤波器的频率响应 174
8.5 小结 174
第9章 图像的分析 175
9.1 像素值和图像统计量 175
9.1.1 获取像素值 175
9.1.2 创建图像强度曲线 176
9.1.3 显示图像数据的等值线图 178
9.1.4 图像的统计信息 179
9.1.5 图像的局部属性 180
9.2 图像的边界分析 183
9.2.1 边缘检测 183
9.2.2 边界跟踪 185
9.2.3 使用hough变换检测图像
中的直线 188
9.3 四叉树分解 190
9.4 图像的纹理分析 191
9.4.1 纹理分析的函数 191
9.4.2 使用灰度共生矩阵 193
9.5 小结 196
第10章 图像的复原 197
10.1 图像的退化 197
10.1.1 图像退化的原因 197
10.1.2 图像退化的数学模型 197
10.1.3 图像的噪声 199
10.2 图像复原的模型和方法分类 200
10.2.1 图像的复原模型 201
10.2.2 无约束复原方法 201
10.2.3 有约束复原方法 202
10.2.4 复原方法的评估 202
10.3 图像的复原方法 202
10.3.1 维纳滤波 203
10.3.2 规则化滤波 204
10.3.3 Lucy-Richardson滤波 206
10.3.4 盲反卷积 207
10.4 点扩散函数和光学转换函数的
互相转化 208
10.5 小结 209
第11章 图像的形态学操作 210
11.1 膨胀和腐蚀 210
11.1.1 理解膨胀和腐蚀 210
11.1.2 处理图像边界的像素 211
11.1.3 理解结构元素 211
11.1.4 图像膨胀 215
11.1.5 图像腐蚀 217
11.1.6 膨胀和腐蚀组合 219
11.1.7 以膨胀和腐蚀为基础的
其他操作 221
11.2 数学形态学重建 225
11.2.1 理解标记图像和
掩膜图像 225
11.2.2 像素连通性 226
11.2.3 填充操作 227
11.2.4 寻找最大值和最小值 229
11.3 距离变换 235
11.4 对象的标记和测量 238
11.4.1 连通区域的标记 238
11.4.2 选择二值图像中的对象 240
11.4.3 计算二值图像中前景的
面积 241
11.4.4 计算二值图像的欧拉数 241
11.5 二值图像的查表操作 242
11.5.1 创建一个查询表 242
11.5.2 使用查询表 242
11.6 小结 243
第12章 彩色图像处理 244
12.1 减少彩色图像中的色彩数 244
12.1.1 使用色彩近似 244
12.1.2 使用imapprox函数 248
12.1.3 抖动 249
12.2 色彩空间转换 249
12.3 小结 254
第3篇 综合实战篇
第13章 MATLAB图像重构实战 256
第14章 MATLAB图像增强实战 261
14.1 对比度增强技术 261
14.2 纠正不均匀的照明 268
14.3 对多分辨率彩色图像进行增强 272
14.4 小结 277
第 15章 MATLAB图像配准实战 278
15.1 归一化互相关图像配准 278
15.2 旋转和尺度变换后的图像配准 281
15.3 配准航拍照片和正射影像 285
15.4 小结 287
第16章 MATLAB图像去模糊实战 288
第17章 MATLAB图像分割实战 296
17.1 基于L*a*b*空间的色彩分割 296
17.2 利用图像分割来检测细胞 303
17.3 检测交通视频中的汽车目标 306
17.4 在多分辨率图像中检测植被 309
17.5 分水岭分割算法 313
17.6 使用纹理滤波器分割图像 319
17.7 小结 322
第18章 MATLAB图像特征
提取实战 323
18.1 计算运动中单摆的长度 323
18.2 粒度测定 326
18.3 确定圆形目标 329
18.4 测量角度 331
18.5 灰度图像的属性测量 334
18.6 磁带滚动轴半径的测量 337
18.7 小结 340
第19章 MATLAB图像空间
变换实战 341
19.1 创建变换图像的图片库 341
19.2 保角变换映射 349
19.3 小结 357
第20章 MATLAB处理大数据
图像实战 358
20.1 并行批处理图像 358
20.2 分块处理图像 361
20.3 计算大图像的统计信息 364
20.4 小结 370
附录A MATLAB图像处理工具箱函数
详解 371
参考文献 410
实 例 目 录
第2章 MATLAB基本运算 20
例2-1 元胞数组创建与显示实例 21
例2-2 数组创建实例 23
例2-3 数组运算 24
例2-4 矩阵创建实例 25
例2-5 特殊矩阵生成函数使用实例 26
例2-6 矩阵基本运算实例 27
例2-7 矩阵行列式运算实例 27
例2-8 矩阵的求逆运算实例 27
例2-9 矩阵的秩运算实例 28
例2-10 矩阵的范数和条件数运算实例 29
例2-11 矩阵的特征值、特征向量和特征
多项式运算实例 30
例2-12 矩阵的标准正交基运算实例 30
例2-13 LU分解运算实例 31
例2-14 Cholesky分解运算实例 32
例2-15 QR分解运算实例 33
例2-16 SVD分解（奇异值分解）
运算实例 33
例2-17 Schur分解运算实例 34
例2-18 对角元素操作运算实例 35
例2-19 复数构造实例 36
例2-20 复数矩阵构造实例 37
例2-21 复数函数绘图实例 37
例2-22 符号表达式创建实例 39
例2-23 微积分的符号运算实例 41
例2-24 常微分方程符号运算实例 42
第3章 MATLAB程序设计 44
例3-1 M文件创建实例 47
例3-2 return语句使用实例 50
例3-3 匿名函数创建实例 51
例3-4 显示函数输入和输出参数的
例3-4 数目实例 54
例3-5 可变数目的参数传递实例 56
例3-6 函数内部的输入参数修改实例 57
例3-7 函数参数传递实例 57
例3-8 全局变量使用实例 58
例3-9 函数句柄创建和调用实例 59
例3-10 处理函数句柄的函数使用实例 59
例3-11 嵌套计算与直接求值的
例3-11 比较实例 69
例3-12 嵌套计算与非嵌套计算的
例3-12 比较实例 69
例3-13 异常处理机制使用实例 71
例3-14 nargin函数应用实例 72
例3-15 全局变量使用实例 73
例3-16 通过varargin传递参数的实例 74
第4章 MATLAB图形绘制 76
例4-1 工作空间直接作图法使用实例 77
例4-2 二维图形绘制实例 78
例4-3 三维曲线绘制函数使用实例 79
例4-4 三维网格曲面图绘制实例 80
例4-5 阴影曲面绘制函数surf使用实例 80
例4-6 直方图绘制函数hist使用实例 81
例4-7 玫瑰图绘制函数rose使用实例 81
例4-8 柱状图绘制函数bar使用实例 82
例4-9 三维柱状图函数使用实例 82
例4-10 面积图绘制函数area使用实例 83
例4-11 饼图绘制函数pie使用实例 84
例4-12 绘制饼图应用实例 85
例4-13 火柴杆图绘制函数stem使用实例 85
例4-14 stem3函数绘图应用实例 86
例4-15 阶梯图绘制函数stairs使用实例 86
例4-16 等高线图绘制函数contour
例4-16 使用实例 87
例4-17 三维等高线绘制应用实例 88
例4-18 罗盘图绘制函数compass
例4-18 使用实例 89
例4-19 羽毛图绘制函数feather
例4-19 使用实例 89
例4-20 向量场图绘制函数quiver
例4-20 使用实例 90
例4-21 圆柱体绘制函数cylinder
例4-21 使用实例 91
例4-22 球面绘制函数sphere使用实例 92
例4-23 绘图命令使用实例 94
第5章 MATLAB图像处理基础 96
例5-1 索引图像及颜色表说明实例 98
例5-2 灰度图像显示 98
例5-3 RGB图像显示 100
例5-4 gray2ind函数应用实例 102
例5-5 rgb2hsv函数应用实例 105
例5-6 图像读入及显示应用实例 107
例5-7 图像写回命令应用实例 108
例5-8 图像信息查询函数应用实例一 109
例5-9 图像信息查询函数应用实例二 109
例5-10 显示灰度图像的函数应用实例 111
例5-11 二值图像显示应用实例 112
第6章 图像的运算 117
例6-1 图像的加运算 117
例6-2 图像的减运算 118
例6-3 图像的乘运算 119
例6-4 图像的除运算 120
例6-5 图像的差的绝对值运算 120
例6-6 图像的补运算 121
例6-7 图像的一般线性运算 122
例6-8 图像的逻辑运算 123
例6-9 滑动邻域操作 125
例6-10 分离块操作 126
例6-11 列处理操作 128
例6-12 图像的插值 129
例6-13 图像的缩放 130
例6-14 图像的旋转 131
例6-15 图像的交互式裁剪 132
例6-16 图像的参数式裁剪 132
例6-17 图像的一般线性变换 133
第7章 图像的变换 135
例7-1 二维傅里叶变换函数的使用 138
例7-2 高斯低通滤波器的频率响应 139
例7-3 傅里叶变换应用于快速卷积 140
例7-4 确定图像特征的位置 140
例7-5 离散余弦变换和逆变换 142
例7-6 DCT用于图像压缩示例 143
例7-7 两个方向的Radon变换 145
例7-8 在一幅图像中显示不同方向的
例7-8 Radon变换 146
例7-9 使用Radon变换来检测直线 146
例7-10 逆Radon变换重建图像 148
例7-11 Fan-Beam变换重建头骨
幻影图像 149
第8章 图像的增强 152
例8-1 直方图的显示 152
例8-2 直方图均衡化 153
例8-3 调整灰度范围 154
例8-4 imadjust函数用于展现
例8-4 图像的细节 155
例8-5 用stretchlim函数确定映射
例8-5 的灰度 155
例8-6 gamma校正 156
例8-7 有限对比自适应直方图均衡化 157
例8-8 简单的去相关拉伸操作 158
例8-9 均值滤波 161
例8-10 不同的填充选项对比 163
例8-11 对真彩色图像进行滤波 164
例8-12 不同的滤波器对图像进行滤波 165
例8-13 在图像中加入不同的噪声 166
例8-14 中值滤波和均值滤波对比 167
例8-15 wiener2函数自适应滤波 168
例8-16 一维滤波器转化为二维滤波器 169
例8-17 用频率抽样法设计二维带
例8-17 通滤波器 170
例8-18 fwind1函数产生二维滤波器 171
例8-19 fwind2函数产生二维滤波器 172
例8-20 理想低通圆形滤波器 173
例8-21 利用freqz2函数计算频率响应 174
第9章 图像的分析 175
例9-1 返回指定点坐标的像素值 175
例9-2 交互式获取像素值 176
例9-3 返回指定坐标的图像强度曲线 177
例9-4 交互式获取图像像素强度曲线 177
例9-5 真彩色图像的像素强度曲线 178
例9-6 显示等值线 179
例9-7 计算图像的统计信息 180
例9-8 求图像区域的质心 183
例9-9 边缘检测 185
例9-10 利用bwtraceboundary函数
例9-10 跟踪边界 186
例9-11 利用bwboundaries函数跟踪
例9-11 外部边界 187
例9-12 利用bwboundaries函数检测外部
例9-12 边界和内部边界 187
例9-13 利用hough变换检测图像
例9-13 中的直线 188
例9-14 矩阵四叉树分解 190
例9-15 图像的四叉树分解 191
例9-16 计算图像的局部最大差值 192
例9-17 计算图像的局部标准差 193
例9-18 计算图像的局部熵 193
例9-19 计算矩阵的灰度共生矩阵 194
例9-20 计算灰度共生矩阵的统计量 195
第10章 图像的复原 197
例10-1 图像的模糊 198
例10-2 维纳滤波复原图像 203
例10-3 规则化复原图像 205
例10-4 Lucy-Richardson方法复原图像 206
例10-5 盲反卷积恢复图像 208
例10-6 点扩散函数和光学转换函数的
例10-6 互相转化 209
第11章 图像的形态学操作 210
例11-1 二值图像的膨胀 216
例11-2 灰度图像的膨胀 216
例11-3 灰度图像的膨胀（图像先取
例11-3 反后膨胀） 217
例11-4 二值图像的腐蚀 218
例11-5 灰度图像的腐蚀 218
例11-6 二值图像的开运算 219
例11-7 利用imopen函数进行开运算 220
例11-8 二值图像的关运算 220
例11-9 图像的骨架提取 221
例11-10 图像的边缘检测 222
例11-11 击中击不中操作 222
例11-12 对图像进行top-hat滤波 223
例11-13 使用top-hat和bottom-hat
例11-13 滤波对图像进行增强 224
例11-14 对图像进行孔洞填充 229
例11-15 确定图像的局部极小值 231
例11-16 计算简单图像的欧氏距离 236
例11-17 二维情况下使用不同的距离
例11-17 函数求距离 236
例11-18 三维情况下使用不同的距离
例11-18 函数求距离 237
例11-19 二值图像中对象的选择 240
例11-20 计算前景面积增加的比例 241
例11-21 计算二值图像的欧拉数 242
例11-22 使用查询表操作 243
第12章 彩色图像处理 244
例12-1 颜色查找表映射 248
例12-2 使用imapprox函数减少
例12-2 色彩数 248
例12-3 使用抖动创建图像 249
例12-4 从NTSC空间转换到
例12-4 RGB空间 251
例12-5 RGB空间和YCbCr空间之间
例12-5 的相互转化 252
例12-6 makecform函数的使用方法 254
第13章 MATLAB图像重构实战 256
例13-1 图像的重构 256
第14章 MATLAB图像增强实战 261
例14-1 利用最大熵原理进行图像
例14-1 对比度增强 262
例14-2 对比度增强的主程序 263
例14-3 纠正不均匀的照明 268
例14-4 对多分辨率彩色图像进行增强 272
第15章 MATLAB图像配准实战 278
例15-1 归一化互相关图像配准 278
例15-2 旋转和尺度变换后的图像配准 282
例15-3 配准航拍照片和正射影像 285
第16章 MATLAB图像去模糊实战 288
例16-1 图像去模糊 288
第17章 MATLAB图像分割实战 296
例17-1 基于L*a*b*空间的色彩分割 296
例17-2 K均值用于图像分割 300
例17-3 图像分割用于检测细胞 303
例17-4 检测运动的汽车 306
例17-5 在多分辨率图像中检测植被 310
例17-6 标记分水岭分割算法 314
例17-7 利用纹理滤波器进行
例17-7 图像分割 319
第18章 MATLAB图像特征
第18章 提取实战 323
例18-1 计算运动中的摆长 323
例18-2 粒度测定 326
例18-3 确定圆形目标 329
例18-4 测量两条直线之间的夹角 331
例18-5 灰度图像的属性计算 335
例18-6 计算磁带滚动轴的半径 337
第19章 MATLAB图像空间
变换实战 341
例19-1 创建变换图像的图片库 341
例19-2 保角变换映射 350
第20章 MATLAB处理大数据
图像实战 358
例20-1 并行处理图像 358
例20-2 分块处理图像 361
例20-3 计算大图像的统计信息 364