【正文】 片，景物等模擬圖像中得到數(shù)字圖像，需要對傳統(tǒng)的模擬圖像進行采樣與量化兩種操作（二者統(tǒng)稱為數(shù)字化）。圖像基本上是在二維平面上連續(xù)分布的信息形式要把它輸入到計算機中，首先要把二維信號變成一維信號，因此要進行掃描（scanning）。對于由此得到的一維信號，通過求出每一特定間隔的值，可以得到離散的信號。通過采樣，如設(shè)橫向的像素數(shù)為M，縱向的像素數(shù)為N，則畫面的大小可以表示為“M*N”個像素。像素的值，是指白色灰色黑色的濃淡值，有時候也指光的強度（亮度）值或灰度值。如果把這些連續(xù)變化的值（灰度值）量化為8bit，則灰度值被分成02552的256個級別，分別對應(yīng)于各個灰度值的濃淡程度，叫做灰度等級或灰度標度。但在只有黑白二值的二值圖像的情形，一般設(shè)0為白，1為黑。3. 采樣、量化和圖像細節(jié)的關(guān)系上面的數(shù)字化過程，需要確定數(shù)值N和灰度級的級數(shù)K。隨著N和m的增加，計算機所需要的存儲量也隨之迅速增加。這種近似的程度主要取決于采樣樣本的大小和數(shù)量(N值)以及量化的級數(shù)K(或m值)。 數(shù)字圖像處理概述 基本概念數(shù)字圖像處理(Digital Image Processing)是通過計算機對圖像進行去除噪聲、增強、復(fù)原、分割、提取特征等處理的方法和技術(shù)。 研究內(nèi)容數(shù)字圖像處理主要研究的內(nèi)容有以下幾個方面：（1）圖像變換。因此，往往采用各種圖像變換的方法，如傅立葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等間接處理技術(shù)，將空間域的處理轉(zhuǎn)換為變換域處理，不僅可減少計算量，而且可獲得更有效的處理（如傅里葉變換可在頻域中進行數(shù)字濾波處理）。 （2）圖像編碼壓縮。壓縮可以在不失真的前提下獲得，也可以在允許的失真條件下進行。（3）圖像增強和復(fù)原。圖像增強不考慮圖像降質(zhì)的原因，突出圖像中所感興趣的部分。圖像復(fù)原要求對圖像降質(zhì)的原因有一定的了解，一般講應(yīng)根據(jù)降質(zhì)過程建立“降質(zhì)模型”，再采用某種濾波方法，恢復(fù)或重建原來的圖像。圖像分割是數(shù)字圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)之一。雖然目前已研究出不少邊緣提取、區(qū)域分割的方法，但還沒有一種普遍適用于各種圖像的有效方法。（5）圖像描述。作為最簡單的二值圖像可采用其幾何特性描述物體的特性，一般圖像的描述方法采用二維形狀描述，它有邊界描述和區(qū)域描述兩類方法。隨著圖像處理研究的深入發(fā)展，已經(jīng)開始進行三維物體描述的研究，提出了體積描述、表面描述、廣義圓柱體描述等方法。圖像分類（識別）屬于模式識別的范疇，其主要內(nèi)容是圖像經(jīng)過某些預(yù)處理（增強、復(fù)原、壓縮）后，進行圖像分割和特征提取，從而進行判決分類。 基本特點（1）數(shù)字圖像處理的信息大多是二維信息，處理信息量很大。因此對計算機的計算速度、存儲容量等要求較高。與語言信息相比，占用的頻帶要大幾個數(shù)量級。所以在成像、傳輸、存儲、處理、顯示等各個環(huán)節(jié)的實現(xiàn)上，技術(shù)難度較大，成本亦高，這就對頻帶壓縮技術(shù)提出了更高的要求。在圖像畫面上，經(jīng)常有很多像素有相同或接近的灰度。因此，圖像處理中信息壓縮的潛力很大。因此，要分析和理解三維景物必須作合適的假定或附加新的測量，例如雙目圖像或多視點圖像。（5）數(shù)字圖像處理后的圖像一般是給人觀察和評價的，因此受人的因素影響較大。另一方面，計算機視覺是模仿人的視覺，人的感知機理必然影響著計算機視覺的研究。 主要應(yīng)用計算機圖像處理和計算機、多媒體、智能機器人、專家系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。下面僅羅列了一些典型應(yīng)用實例，而實際應(yīng)用更廣。（2）遙感航天中的應(yīng)用軍事偵察、定位、導(dǎo)航、指揮等應(yīng)用；多光譜衛(wèi)星圖像分析；地形、地圖、國土普查；地質(zhì)、礦藏勘探；天文、太空星體的探測及分析等。（4）軍事公安領(lǐng)域中的應(yīng)用巡航導(dǎo)彈地形識別；指紋自動識別；警戒系統(tǒng)及自動火炮控制；反偽裝偵察；手跡、人像、印章的鑒定識別；過期檔案文字的復(fù)原；集裝箱的不開箱檢查等。 圖像處理文件格式 MATLAB圖像文件格式MATLAB支持以下幾種圖像文件格式：（1）PCX（Windows Paintbrush）格式。文件內(nèi)容包括：文件頭（128字節(jié)），圖像數(shù)據(jù)、擴展顏色映射表數(shù)據(jù)。有1，4，8，24位非壓縮圖像，8位RLE（Runlength Encoded ）圖像。（3）HDF（Hierarchical Data Format）格式。（4）JPEG(Joint Photographic Experts Group)格式，是一種成為聯(lián)合圖像專家組的圖像壓縮格式。處理1，4，8，24位非壓縮圖像，1，4，8，24位packbit壓縮圖像，一位CCITT壓縮圖像等。（6）XWD(X Windows Dump)格式。（7）PNG（Portable Network Graphics）格式。MATLAB中有四種基本的圖像類型：（1）索引圖像索引圖像包括圖像矩陣與顏色圖數(shù)組，其中，顏色圖是按圖像中顏色值進行排序后的數(shù)組。顏色圖為m*3雙精度值矩陣，各行分別指定紅綠藍（RGB）單色值。圖像矩陣與顏色圖的關(guān)系依賴于圖像矩陣是雙精度型還是uint8（無符號8位整型）類型。如果圖像矩陣是uint8，有一個偏移量，第0點值對應(yīng)于顏色圖的第一行，第一點對應(yīng)于第二行，依次類推；uint8長用于圖形文件格式，它支持256色。矩陣可以是雙精度類型，其值域為[0，1]；也可以為uint8類型，其數(shù)據(jù)范圍為[0，255]。（3）二進制圖像二進制圖像中，每個點為兩離散值中的一個，這兩個值代表開或關(guān)。從另一個角度講，二進制圖像可以看成為一個僅包括黑與白的灰度圖像，也可以看作只有兩種顏色的索引圖像。在圖像處理工具箱中，任何一個返回二進制圖像的函數(shù)都是以uint8類型邏輯數(shù)組來返回的。與索引圖像不同的是，這些亮度值直接存在圖像數(shù)組中，而不是存放在顏色圖中。3 MATLAB基本知識介紹 MATLAB的概述MATLAB 是MATrix LABoratory（“矩陣實驗室”）的縮寫，是由美國MathWorks 公司開發(fā)的集數(shù)值計算、符號計算和圖形可視化三大基本功能于一體的，功能強大、操作簡單的語言。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué),工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB來解算問題要比用C,FORTRAN等語言完相同的事情簡捷得多。 到70年代后期,身為美國New Mexico大學(xué)計算機系系主任的Cleve Moler,在給學(xué)生講授線性代數(shù)課程時,想教學(xué)生使用EISPACK和LINPACK程序庫,但他發(fā)現(xiàn)學(xué)生用FORTRAN編寫接口程序很費時間,于是他開始自己動手, Moler給這個接口程序取名為MATLAB,該名為矩陣(matrix)和實驗室(labotatory),MATLAB在多所大學(xué)里作為教學(xué)輔助軟件使用,并作為面向大眾的免費軟件廣為流傳.　 1984年,Cleve Moler和John Little成立了Math Works公司,正式把MATLAB推向市場,并繼續(xù)進行MATLAB的研究和開發(fā).　在當今30多個數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中,就軟件數(shù)學(xué)處理的原始內(nèi)核而言,如MATLAB,Xmath,Gauss等,這類軟件長于數(shù)值計算,對處理大批數(shù)據(jù)效率高。這種軟件的缺點是使用面窄，接口簡陋，程序結(jié)構(gòu)不開放以及沒有標準的基庫，很難適應(yīng)各學(xué)科的最新發(fā)展，因而很難推廣。在MATLAB問世不久的80年代中期，原先控制領(lǐng)域里的一些軟件包紛紛被淘汰或在MATLAB上重建。在國外，MATLAB已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗。在設(shè)計研究單位和工業(yè)部門，MATLAB被廣泛用于科學(xué)研究和解決各種具體問題?？梢哉f，無論你從事工程方面的哪個學(xué)科，都能在MATLAB里找到合適的功能。MATLAB最突出的特點就是簡潔。MATLAB給用戶帶來的是最直觀，最簡潔的程序開發(fā)環(huán)境。（1）語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)極其豐富。由于庫函數(shù)都由本領(lǐng)域的專家編寫，用戶不必擔(dān)心函數(shù)的可靠性。（2）運算符豐富。 （3）MATLAB既具有結(jié)構(gòu)化的控制語句（如for循環(huán)，while循環(huán)，break語句和if語句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦?。例如，在MATLAB里，用戶無需對矩陣預(yù)定義就可使用。（6）MATLAB的圖形功能強大。MATLAB還具有較強的編輯圖形界面的能力。由于MATLAB的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序為解釋執(zhí)行，所以速度較慢。MATLAB包含兩個部分：核心部分和各種可選的工具箱。其工具箱又分為兩類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。功能性工具箱用于多種學(xué)科。這些工具箱都是由該領(lǐng)域內(nèi)學(xué)術(shù)水平很高的專家編寫的，所以用戶無需編寫自己學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，而直接進行高、精、尖的研究。開放性也許是MATLAB最受人們歡迎的特點。 MATLAB在圖像處理中的應(yīng)用圖像處理工具包是由一系列支持圖像處理操作的函數(shù)組成的。下面就MATLAB 在圖像處理中各方面的應(yīng)用分別進行介紹。MATLAB 提供了圖像文件讀入函數(shù) imread()，用來讀取如:bmp、tif、tiffpcx 、jpg 、gpeg 、hdf、xwd等格式圖像文；圖像寫出函數(shù) imwrite() ，還有圖像顯示函數(shù) image()、imshow()等等。MATLAB 提供了圖像的和、差等線性運算 ，以及卷積、相關(guān)、濾波等非線性算。（3） 圖像變換。（4） 圖像的分析和增強。（5） 圖像的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理。以上所提到的 MATLAB在圖像中的應(yīng)用都是由相應(yīng)的MATLAB函數(shù)來實現(xiàn)的，使用時，只需按照函數(shù)的調(diào)用語法正確輸入?yún)?shù)即可。圖像邊緣對圖像識別和計算機分析十分有用，在MATLAB中，函數(shù) edge()用于灰度圖像邊緣的提取，它支持六種不同的邊緣提取方法，即Sobel方法、Prewitt 方法、Robert 方法，Laplacian2Gaussian方法、過零點方法和Canny方法。這里的好和有用要因具體的應(yīng)用目的和要求而異，并且所需的具體增強技術(shù)也可不同。第一類，直接在圖像所在的空間進行處理，也就是在像素組成的空間里直接對像素進行操作；第二類，在圖像的變化域?qū)D像進行間接處理。 空域變換增強 增強對比度增強對比度實際是增強原圖像的各部分的反差。圖41 增強對比度 在圖4．1．1中可以看出，通過變換可以使原圖的較高的和較低的灰度值的動態(tài)范圍減小了，而原圖在二者之間的動態(tài)范圍增加了，從而其范圍的對比度增加了。39。figure,imshow(X1)f0=0。f1=70。f2=180。f3=255。r1=(g1g0)/(f1f0)