內容簡介
本書以最新版的MATLAB R2011a為平台，結合大量的實例，全面、系統地講解了MATLAB在數字圖像處理中的實際套用。主要內容包括數字圖像處理基礎、數字圖像運算、圖像變換技術、圖像的增強處理、圖像壓縮編碼技術、圖像復原技術、圖像分割技術、圖像數學形態學描述等。
在講解過程中，本書力求理論與實例相結合，深入淺出、循序漸進，使讀者可以全面了解MATLAB數字圖像處理技術，提高分析問題、反思問題、解決問題的能力。
圖書前言
在實際生產、生活中，圖像無處不在，如電視畫面、照片、廣告媒介、圖畫等。據科學研究，人類所獲得的外界信息有70%以上是通過視覺系統，也就是圖像獲取的。而數字圖像起源於20世紀20年代，當時通過海底電纜從英國倫敦到美國紐約採用數字壓縮技術傳輸了第一幅數字照片。此後，由於遙感等領域的套用，數字圖像處理技術逐步受到關注並得到相應的發展。近年來，伴隨著計算機與信息技術的高速發展，數字圖像處理技術已成為計算機科學、醫學、生物學、工程學、信息科學等領域學習和研究的重要對象，並取得了令人矚目的成就。
MATLAB是由美國MathWorks公司開發的一款用於概念設計、算法開發、建模仿真、實時實現的科學計算類軟體。自1984年推出第一個版本以來，MATLAB就以其友好的工作平台和編程環境、簡單易用的程式語言、強大的科學計算能力、出色的圖形圖像處理功能、套用廣泛的模組集成工具箱、實用的程式接口和發布平台等受到用戶的喜愛。後續版本更是在此基礎上，不斷擴展、完善MATLAB軟體的功能。尤其是近些年，由於市場的肯定，MATLAB軟體得到了快速的發展。它早已突破了初期簡單矩陣實驗的功能限制，性能得到不斷提升，界面更趨友好，廣泛套用於所有的科學和工程計算領域，如仿真技術、自動控制、信號處理、神經網路、數字圖像處理、小波分析等。
本書採用最新版的MATLAB R2011a，全面、系統地介紹MATLAB在數字圖像處理中的實際套用。歸納起來，本書具有如下一些特點。
（1）詳略得當，條理分明。全書以MATLAB軟體為主線，先讓讀者了解其各項功能，然後進一步分章介紹MATLAB在數字圖像中的使用。
（2）重點突出，目的明確。立足基本理論，面向套用技術，以必需、夠用為尺度，以掌握概念、強化套用為重點，加強理論知識和實際套用的統一。
（3）由淺入深，內容廣泛。理論聯繫實際，由基礎入手，逐步深入，全方位地展示了MATLAB在數字圖像處理中的套用。
本書共包括11章，具體內容安排如下：
第1章：MATLAB入門介紹。主要介紹了MATLAB的發展史及特點、MATLAB選單欄、MATLAB工具列、矩陣及其運算等內容。
第2章：MATLAB豐富繪圖。主要介紹了二維圖形繪製及編輯、三維繪圖、三維圖形編輯、特殊圖形等內容。
第3章：數字圖像處理基礎。主要介紹了圖像的讀與寫、圖像顯示、圖像類型的轉換等內容。
第4章：數字圖像運算。主要介紹了點運算、代數運算、邏輯運算、幾何運算等內容。
第5章：圖像變換技術。主要介紹了正交變換通用運算元、傅立葉變換、離散餘弦變換、Radon變換等內容。
第6章：圖像的增強處理。主要介紹了灰度變換增強、空域濾波增強、頻域濾波增強、彩色增強等內容。
第7章：圖像壓縮編碼技術。主要介紹了圖像編碼質量評價、變換編碼、有/無損壓縮編碼等內容。
第8章：圖像復原技術。主要介紹了圖像退化模型、退化函式估計、逆濾波、維納濾波等內容。
第9章：圖像分割技術。主要介紹了閾值分割、區域分割、運動分割、邊緣檢測等內容。
第10章：圖像數學形態學描述。主要介紹了數學形態學的基本運算、數學形態學套用、形態學重構等內容。
本書可以作為各大院校相關專業本科生和研究生的學習用書，也可以作為廣大科研人員、學者、工程技術人員的參考用書。
本書主要由周品和李曉東編寫，參加編寫的還有丁偉雄、雷曉平、李婭、楊文茵、何正風、趙新芬、趙書梅、欒穎、劉志為、周靈、余智豪、趙書蘭和崔如春。
由於時間倉促，加之編者水平有限，錯誤和疏漏之處在所難免，敬請專家和讀者批評指正。
編 者
圖書目錄
第1章 MATLAB入門介紹 1
1.1 MATLAB簡介 1
1.1.1 MATLAB發展史 1
1.1.2 MATLAB的特點 2
1.1.3 MATLAB R2011a的新特點 3
1.2 MATLAB的安裝 4
1.3 MATLAB集成環境 10
1.3.1 選單欄 10
1.3.2 工具列 15
1.3.3 Command Window 16
1.3.4 Command History 19
1.3.5 Workspace 20
1.3.6 Current Folder 22
1.3.7 搜尋路徑及其設定 22
1.4 在線上幫助 25
1.4.1 幫助命令 25
1.4.2 幫助視窗 27
1.4.3 演示系統 28
1.5 MATLAB變數與表達式 29
1.5.1 數值 29
1.5.2 變數 30
1.5.3 表達式 32
1.6 矩陣及其運算 33
1.6.1 創建矩陣 33
1.6.2 拼接矩陣 38
1.6.3 矩陣尋訪 43
1.6.4 矩陣的運算 46
第2章 MATLAB豐富繪圖 51
2.1 二維圖形的繪製及編輯 51
2.1.1 基本二維繪圖 52
2.1.2 快捷繪圖函式 55
2.1.3 繪製子圖 57
2.1.4 坐標軸設定 60
2.1.5 圖形標註 62
2.1.6 圖形疊加 63
2.1.7 雙y軸繪圖 64
2.2 三維繪圖 65
2.2.1 基本三維繪圖 65
2.2.2 三維曲線圖 66
2.2.3 三維等高線圖 67
2.2.4 三維曲面圖 68
2.3 三維圖形編輯 70
2.3.1 視角設定 70
2.3.2 控制旋轉 71
2.3.3 背景顏色設定 72
2.3.4 顏色設定 73
2.3.5 圖形的著色設定 77
2.3.6 光照設定 78
2.3.7 透視設定 81
2.3.8 透明度設定 82
2.4 特殊圖形 83
2.4.1 條形圖 83
2.4.2 區域圖 85
2.4.3 餅圖 86
2.4.4 離散數據桿狀圖 87
2.4.5 階梯圖 89
2.4.6 矢量圖 90
2.4.7 等高線圖 93
2.4.8 散點圖 95
第3章 數字圖像處理基礎 98
3.1 數字圖像處理概述 98
3.1.1 數字圖像處理及其特點 98
3.1.2 數字圖像處理研究的主要內容 101
3.1.3 數字圖像處理的套用 103
3.1.4 圖像術語 105
3.1.5 圖像檔案格式 105
3.2 圖像的讀與寫 106
3.2.1 圖像檔案的查詢 106
3.2.2 圖像檔案的讀取 109
3.2.3 圖像檔案寫入 110
3.3 圖像顯示 112
3.3.1 二值圖像的顯示 112
3.3.2 灰度圖像顯示 113
3.3.3 RGB圖像的顯示 114
3.3.4 索引圖像的顯示 115
3.3.5 單幀顯示 116
3.3.6 多幀顯示 116
3.4 圖像類型的轉換 117
3.4.1 圖像抖動 117
3.4.2 gray2ind函式 118
3.4.3 grayslice函式 119
3.4.4 im2bw函式 119
3.4.5 ind2gray函式 120
3.4.6 ind2rgb函式 121
3.4.7 mat2gray函式 121
3.4.8 rgb2gray函式 122
3.4.9 rgb2ind函式 123
3.5 顏色空間 124
3.5.1 顏色模型 124
3.5.2 圖像退色處理 125
3.5.3 顏色模型的轉換 127
3.6 紋理貼圖 131
3.6.1 紋理貼圖的概念 131
3.6.2 紋理映射 132
第4章 數字圖像運算 135
4.1 點運算 135
4.1.1 線性點運算 135
4.1.2 非線性點運算 137
4.2 代數運算 138
4.2.1 代數運算的異常處理 138
4.2.2 圖像加法運算 139
4.2.3 圖像減法運算 141
4.2.4 圖像乘法運算 142
4.2.5 圖像除法運算 143
4.2.6 絕對值差運算 144
4.2.7 線性組合運算 145
4.2.8 圖像求補運算 146
4.3 圖像邏輯運算 147
4.4 圖像的幾何運算 148
4.4.1 圖像的縮放 148
4.4.2 圖像的旋轉 150
4.4.3 圖像的剪下 150
4.4.4 圖像的平移 151
4.4.5 圖像的鏡像 153
4.5 空間變換 156
4.5.1 仿射變換 156
4.5.2 投影變換 157
4.5.3 幾何配準 162
4.6 鄰域與塊操作 164
4.6.1 滑動鄰域操作 165
4.6.2 非重疊塊處理 166
4.6.3 快速塊處理 168
4.6.4 塊操作的其他函式 171
4.6.5 特殊區域處理 172
4.6.6 特殊區域的濾波 176
4.6.7 特定區域的填充 177
第5章 圖像變換技術 178
5.1 圖像變換的概述 178
5.2 正交變換通用運算元 178
5.3 傅立葉變換 179
5.3.1 一維連續傅立葉變換 179
5.3.2 一維離散傅立葉變換 180
5.3.3 二維連續傅立葉變換 180
5.3.4 二維離散傅立葉變換 181
5.3.5 實現傅立葉變換的MATLAB函式 181
5.3.6 傅立葉變換性質 184
5.4 離散餘弦變換 189
5.4.1 一維離散餘弦變換 189
5.4.2 二維離散餘弦變換 190
5.4.3 快速離散餘弦變換 190
5.4.4 離散餘弦變換的MATLAB實現 191
5.5 沃爾什（Walsh）-哈達瑪（Hadamard）變換 194
5.5.1 沃爾什-哈達瑪變換概述 194
5.5.2 沃爾什-哈達瑪變換MATLAB實現 195
5.6 Hough變換 197
5.6.1 Hough變換的基本原理 197
5.6.2 Hough變換的MATLAB實現 198
5.7 Radon變換 200
5.7.1 Radon變換概述 200
5.7.2 Radon變換的MATLAB實現 201
5.7.3 Radon逆變換 203
5.8 Fan-Beam變換 205
5.8.1 計算Fan-Beam投影 206
5.8.2 重構Fan-Beam投影 207
5.8.3 Radon投影和Fan-Beam投影轉換 209
第6章 圖像的增強處理 211
6.1 灰度變換增強 211
6.1.1 像素值及其統計特性 211
6.1.2 灰度變換 217
6.1.3 灰度值調整 223
6.1.4 直方圖均衡化 225
6.1.5 直方圖規定化 227
6.2 空域濾波增強 228
6.2.1 平滑濾波器 229
6.2.2 中值濾波器 232
6.2.3 自適應濾波器 236
6.2.4 銳化濾波器 237
6.3 頻域濾波增強 240
6.3.1 低通濾波 241
6.3.2 高通濾波器 243
6.3.3 帶通濾波器 246
6.3.4 同態濾波器 247
6.4 彩色增強 249
6.4.1 偽彩色增強 250
6.4.2 真彩色增強 255
第7章 圖像壓縮編碼技術 257
7.1 圖像壓縮編碼技術概述 257
7.1.1 圖像壓縮編碼的必要性 257
7.1.2 圖像壓縮的可能性 258
7.1.3 圖像編碼性能指標 259
7.2 圖像編碼質量評價 259
7.2.1 客觀評價準則 259
7.2.2 主觀評價準則 260
7.2.3 壓縮比 261
7.3 變換編碼 261
7.4 無損壓縮編碼 266
7.4.1 哈夫曼編碼技術 266
7.4.2 行程編碼 270
7.4.3 算術編碼 272
7.5 有損壓縮編碼 277
7.5.1 預測編碼 277
7.5.2 主成分變換編碼 281
7.5.3 哈達瑪變換編碼 285
7.6 JPEG標準 286
7.7 基於DCT的圖像水印技術 295
7.8 小波圖像編碼 297
7.8.1 連續小波變換 297
7.8.2 離散小波變換 298
7.8.3 小波圖像消噪處理 302
7.8.4 小波圖像壓縮處理 303
7.8.5 小波圖像增強處理 305
7.8.6 小波圖像融合處理 307
第8章 圖像復原技術 311
8.1 圖像復原概述 311
8.2 圖像退化模型 312
8.2.1 連續退化模型 313
8.2.2 離散退化模型 315
8.2.3 退化模型的矩陣對角化運算 317
8.3 退化函式估計 317
8.3.1 圖像觀察估計法 317
8.3.2 試驗估計法 318
8.3.3 模型估計法 318
8.4 逆濾波 320
8.4.1 無約束復原 320
8.4.2 逆濾波復原 321
8.4.3 消除勻速運動模糊 322
8.5 維納濾波 323
8.5.1 有約束濾波 323
8.5.2 維納濾波復原 324
8.5.3 維納濾波復原的MATLAB實現 325
8.6 約束最小二乘濾波 328
8.6.1 濾波模型 328
8.6.2 約束最小二乘濾波的MATLAB實現 330
8.7 Lucy-Richardson濾波 334
8.7.1 Lucy-Richardson濾波模型 334
8.7.2 Lucy-Richardson濾波的MATLAB實現 335
8.8 盲卷積濾波 339
8.8.1 盲卷積濾波算法 339
8.8.2 盲卷積濾波的MATLAB實現 340
第9章 圖像分割技術 344
9.1 圖像分割定義 344
9.2 閾值分割 345
9.2.1 人工選擇法 347
9.2.2 自動閾值法 348
9.2.3 分水嶺算法 353
9.3 區域分割 357
9.3.1 區域生長法 357
9.3.2 區域分裂合併法 361
9.3.3 四叉樹分解法 363
9.4 運動分割 367
9.4.1 背景差值法 367
9.4.2 圖像差分法 369
9.5 彩色圖像分割 370
9.5.1 彩色圖像分割 371
9.5.2 聚類算法 371
9.6 邊緣檢測 374
9.6.1 梯度運算元 375
9.6.2 羅伯特（Roberts）邊緣運算元 375
9.6.3 索貝爾（Sobel）邊緣運算元 376
9.6.4 Prewitt邊緣運算元 377
9.6.5 拉普拉斯（Laplacian）邊緣運算元 379
9.6.6 高斯-拉普拉斯（LOG）邊緣運算元 379
9.6.7 坎尼（Canny）邊緣運算元 382
第10章 圖像數學形態學描述 385
10.1 數學形態學的基本運算 385
10.1.1 結構元素 385
10.1.2 膨脹運算 389
10.1.3 腐蝕運算 392
10.1.4 開閉運算 393
10.1.5 擊中/擊不中變換 395
10.2 數學形態學套用 397
10.2.1 骨架化 397
10.2.2 邊界提取 399
10.2.3 區域填充 400
10.2.4 移除對象 401
10.2.5 距離變換 402
10.3 形態學重構 405
10.3.1 標記圖像與掩模圖像 406
10.3.2 像素的連通性 407
10.3.3 尋找峰值與谷值 408
10.4 區域、對象及特性度量 413
10.4.1 標記連通區域 413
10.4.2 對象選擇 415
10.4.3 面積計算 416
10.5 查表操作 417
10.5.1 創建一個查找表 417
10.5.2 使用查找表 418
參考文獻 420
