matlab课程设计(1).doc

武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计课程设计任务书学生姓名： 张华 专业班级： 通信1201班 指导教师： 刘 新 华 工作单位：信息工程学院 题 目:MATLAB课程设计之利用MATLAB仿真软件系统进行图像的数据分析要求完成的主要任务: 1. 利用MATLAB仿真软件系统进行图像的数据分析要求:读取图像并求出图像的最大值、最小值、均值、中值、和、标准差、两图像的协方差、相关系数等课程设计的目的： 课程设计的主要目的是为了巩固课堂理论学习，并能用所学理论知识正确分析图像的数据。时间安排：序号阶段内容所需时间1方案设计1天2软件设计2天3系统调试3天4答辩1天合 计7天指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签字： 年 月 日 目 录 摘要.III Abstract . IV 1. Matlab简介及其在图像处理与分析的应用 . V 2. 数据采集. VI2.1 MATLAB的读取方法 . VI 3图像数据统计处理.9 3.1 图像数据处理原理 .9 3.2各像素点中最大值的获取 .10 3.3各像素点中最小值 .11 3.4各像素点值的均值 .12 3.5各像素点值的中值 .13 3.6各像素点值的和 .14 3.7各像素点值的标准差 .15 3.8各像素点值的方差 .16 3.9两图中各像素点值的协方差 .17 3.10两图的相对系数 .17 心得体会.18 参考文献.19 附件.20 本科生课程设计成绩评定表.21 摘 要 MATLAB软件是矩阵实验室的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，可用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，广泛用于数字信号分析，系统识别，时序分析与建模，神经网络、动态仿真等方面有着广泛的应用。 而且随着信息时代和数字世界的到来，数字信号处理也已成为当今一门极其重要的学科和技术领域。目前数字信号处理在通信、语音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。 本次课程设计利用MATLAB软件进行图像的数据分析，包括读取图像并求出图像的最大值、最小值、均值、中值、和、标准差、两图像的协方差、相关系数等。 关键词：MATLAB，数字信号处理，图像数据分析 1.Matlab简介及其在图像处理与分析的应用 MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。 Matlab是一套功能十分强大的工程计算及数据分析软件，其应用范围涵盖了数学、工业技术、电子科学、医疗卫生、建筑、金融、数字图像处理等各个领域。许多工程师和研究人员发现，matlab能迅速测试其构思，综合评测系统性能，并能借此快速设计出更多的解决方案，达到更高的技术要求。 Matlab的图像处理工具箱，功能十分强大，支持的图像文件格式丰富，如JPEG、RAS、PCX、TIFF、PNG、HDF、GIF、ICO、CUR、XWD、BMP等。 用Matlab所提供的图像处理与分析工具，结合其强大的数据处理能力，研究人员可利用前人已取得的研究成果，可以把精力集中在新技术理论的研究上，而不必关心图像文件的格式、读写、显示和已有成果的技术细节并快速测试其图像处理与分析的新方案。测试既可方便地得到统计数据，同时又可得到直观图示。 atlab提供了20类图像处理函数，涵盖了图像处理的包括近期研究成果在内的几乎所有的技术方法，是学习和研究图像处理的人员难得的宝贵资料和加工工具箱。 这些函数按其功能可分为：图像显示；图像文件I/O；图像算术运算；几何变换；图像登记；像素值与统汁；图像分析；图像增强；线性滤波；线性二元滤波设计；图像去模糊；图像变换；邻域与块处理；灰度与二值图像的形态学运算；结构元素创建与处理；基于边缘的处理；色彩映射表操作；色彩空间变换图像类型与类型转换。Abstract abbreviation,is the product of our company MathWorks business mathematics softwarMATLAB software MATLAB is Matrix lab (Matrix Laboratory) e for algorithm development, data visualization, data analysis and numerical calculation of the senior technical calculation language and interactive environment, widely used in digital signal analysis,system identification, timing analysis and modeling, neural network, dynamic simulation, etc in a wide range of applications. With the information age and the advent of the digital world, digital signal processing has become an extremely important disciplines and technical fields. Current digital signal processing in communications, voice, image, automatic control, radar, military, aerospace, medical and household appliances and many other fields has been widely used. The course is designed to use MATLAB software to do image data analysis, including reading image and getting the images of the maximum, minimum, mean, median, and, standard deviation, two images of the covariance, correlation coefficient, etc. Key words: MATLAB，digital signal processing，image data analysis 2.数据采集 2.1 MATLAB的读取方法 2.1.1编辑M文件 Matlab是解释型语言，就是说Matlab命令行中敲入的命令在当前Matlab进程中被解释运行。但是，每次执行一个任务时敲入长长的命令序列是很烦人的。有两种方法可以使Matlab的力量得到扩展脚本和函数。这两种方法都用像emacs一样的文本编辑器中编写的m文件（因为扩展名是.m所以这样命名，文件还称点m文件）。m文件的好处在于它可以保存命令，还可以轻易地修改命令而无需重新敲入整个命令行。 新建m文件的方法为File-New-M-File。 2.1.2图像的读取 从互联网上下载图片两张，图像为800*600和800*600像素保存为11.jpg和12.jpg，如图2-1和2-2所示 2-1 2-2Matlab显示图像的最基本的手段是使用image函数。该函数还产生了图像对象的句柄，并允许对对象的属性进行设置，利用图像读取函数imread()可完成图形图像文件的读取。 subplot函数介绍，在一般默认的情况下，MATLAB 每次使用plot 函数进行图形绘制，将重新产生一个图形窗口。但有时希望后续的图形能够和前面所绘制的图形进行比较。一般来说有两种方法：一是采用hold on(/off)命令，将新产生的图形曲线叠加到已有的图形上；二是采用 subplot(m,n,k)函数，将图形窗口分隔成n*m个子图，并选择第k个子图作为当前图形 ，然后在同一个视图窗口中画出多个小图形。作为一个二维曲线绘制函数，subplot的功能是：将一个窗口分为若干块，在选中的某一块区域内可以绘制图形。下面程序需采用subplot函数。 读取11.jpg和12.jpg，并将其分别存储到名为I和P的数组中，其程序如I=imread(D:11.jpg); subplot(1,2,1);image(I); title(11)P=imread(D:12.jpg);subplot(1,2,2);image(P); title(12) 以上两张图片满足像素要求，但图像为彩图，不是灰度图，无法进行接下来的分析，需将彩图转换为灰度图，利用MATLAB中的rgb2gray（）命令实现RGB图像到灰度图像的转化。转化后在使用命令isgray（）判断图像是否变为灰度图，如果是灰度图将返回为1，不是将返回0。灰度图转换成功后，将转化后的灰度图读取出来。 灰度转换程序如下： I=rgb2gray(I); P=rgb2gray(P); figure; imshow(I); figure; imshow(P); 2-43图像数据统计处理 3.1 图像数据处理原理 一幅图像可以被看作是空间各点光强度的集合。MATLAB把灰度图像存储为一个数据矩阵，该数据矩阵中的元素分别代表了图像中的像素。一幅行数为M、列数为N的图像大小为MN的矩阵形式为，如图3.1 3-1例如，键入命令M= imread(D:12.jpg)可得出12的灰度矩阵，因此可利用灰度矩阵来分析图片的各种参数以及对数据进行处理，而且由于在应用图片的方面，对图像各项参数的要求不同，所以要对图片进行适当的数据处理，来考察图片的不同参数。例如均值，标准差，方差就是图像的一些相关的参数，可以用作对图片的质量来作评价。 3.2各像素点中最大值的获取 3.2.1 引用函数 Matlab中max（）函数用于求最大值。 程序如下：image_max=max(max(I) image_max=max(max(P) 3.2.2计算结果 图像最大值分析结果如图3-3 3-33.3各像素点中最小值 3.3.1引用函数 Matlab中min（）函数用于求最大值。 程序如下： image_min=min(min(I) image_min=min(min(P) 3.3.2计算结果 图像最小值分析结果如图3-4 3-43.4各像素点值的均值 3.4.1引用函数 MATLAB中提供均值计算函数mean()和mean2()，题目要求计算图像各像素点的均值，因而可通过调用mean2()计算，在命令行中输入mean2(A_gray)即可求得灰度图各像素点的均值。 程序如下： image_mean= mean2(I) image_mean= mean2(P) 3.4.2计算结果 图像均值分析结果如图3-5 3-53.5各像素点值的中值 3.5.1引用函数 MATLAB中提供的median()函数可求出中值 程序如下： image_median=median(I(:) image_median=median(P(:) 3.5.2计算结果 图像中值分析结果如图3.6 3.63.6各像素点值的和 3.6.1引用函数 MATLAB中提供的sum（）函数可求出各像素点的和程序如下： image_sum=sum(sum(I) image_sum=sum(sum(P) 3.6.2计算结果 图像各像素点值的和分析结果如图3.73.7各像素点值的标准差 3.7.1引用函数 MATLAB中提供的std()函数可求出标准差 程序如下： image_std=std2(I(:) image_std=std2(P(:) 3.7.2计算结果图像标准差分析结果如图3.8 3.8 3.8各像素点值的方差 3.8.1引用函数 MATLAB中提供的var()函数可求出方差 程序如下： image_var=var(double(I(:) image_var=var(double(P(:) 3.8.2计算结果 图像方差分析结果如图3.9 3.93.9两图中各像素点值的协方差 3.9.1引用函数 MATLAB中提供的cov()函数可求出两数组间的协方差 程序如下： image_cov=cov(double(I),double(P) 3.9.2计算结果 图像两图像像素点值协方差分析结果如图 3.10两图的相对系数 3.10.1引用函数 MATLAB中提供的corrcoef函数可求出两数组间的协方差 程序如下： image_corrcoef=corrcoef(double(I),double(P） 心得体会 通过这次课程设计，我掌握了MATLAB的安装及其基本用法，也随着过程的深入，对MATLAB语言有了更深的认识，感觉它是一个非常神奇的工具，也是一个非常好的辅助工具，它能够帮助我们解决各种问题。看是枯燥无味，实则非常的有趣。例如这次就学会了用MATLAB进行图像分析的方法，如读取图像并求出图像的最大值、最小值、均值、中值、和、标准差、两图像的协方差、相关系数等，并且我对MATLAB信号处理工具箱内的模型函数有了深刻的体会和应用。 虽然老师布置这个课题的时候，我的知识储备并不多，可以说是几乎为零。但是，大学学习最重要的就是自学能力。所以。通过资料的查询，也是能够解决问题的。通过这个课程设计的完成，也让我明白了，只要自己愿意付出，就没有完不成的事。知识，也就像这样，慢慢的聚集，直至汇聚成汪洋大海。 参考文献 1. 自动控制原理的MATLAB实现黄忠霖编著，国防工业出版社 2.Digital Signal Processing Laboratory Using Matlab. Sanjit K. Miltra编著. McGraw-Hill出版社.2000年出版3.数字信号处理原理与实现第二版.刘泉主编.电子工业出版社4.信号与系统.刘泉主编.高等教育出版社.2006年版 6. 附件 I=imread(D:11.jpg); subplot(1,2,1);image(I); title(11)P=imread(D:12jpg);subplot(1,2,2);image(P); title(12) I=rgb2gray(I); P=rgb2gray(P); figure; imshow(I); figure; 由彩色改为灰色imshow(P); image_max=max(max(I) image_max=max(max(P) 最大值image_min