基于MATLAB软件系统进行图像的数据分析(共20页)

1、武汉理工大学Matlab课程设计说明书课程设计任务书学生(xu sheng)姓名： 专业(zhuny)班级：_ 指导(zhdo)教师： _ 工作单位： _ 题 目: 利用MATLAB仿真软件系统进行图像的数据分析初始条件：1.MATLAB软件2.数字信号处理与图像处理基础知识要求完成的主要任务: 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、相关系数等时间安排：指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 目 录 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc409018475 Abstract PAGEREF _Toc409

2、018475 h 3 HYPERLINK l _Toc409018476 1.Matlab简介(jin ji)及其在图像处理与分析的应用 PAGEREF _Toc409018476 h 4 HYPERLINK l _Toc409018477 2.数据(shj)采集 PAGEREF _Toc409018477 h 4 HYPERLINK l _Toc409018478 2.1 MATLAB的读取方法(fngf) PAGEREF _Toc409018478 h 4 HYPERLINK l _Toc409018479 3图像数据统计处理 PAGEREF _Toc409018479 h 8 HYPER

3、LINK l _Toc409018480 3.1 图像数据处理原理 PAGEREF _Toc409018480 h 8 HYPERLINK l _Toc409018481 3.2各像素点中最大值的获取 PAGEREF _Toc409018481 h 8 HYPERLINK l _Toc409018482 3.3各像素点中最小值 PAGEREF _Toc409018482 h 9 HYPERLINK l _Toc409018483 3.4各像素点值的均值 PAGEREF _Toc409018483 h 10 HYPERLINK l _Toc409018484 3.5各像素点值的中值 PAGERE

4、F _Toc409018484 h 12 HYPERLINK l _Toc409018485 3.6各像素点值的和 PAGEREF _Toc409018485 h 12 HYPERLINK l _Toc409018486 3.7各像素点值的标准差 PAGEREF _Toc409018486 h 13 HYPERLINK l _Toc409018487 3.8两图中各像素点值的协方差 PAGEREF _Toc409018487 h 14 HYPERLINK l _Toc409018488 3.9两图的相对系数 PAGEREF _Toc409018488 h 15 HYPERLINK l _Toc

5、409018489 4.心得体会 PAGEREF _Toc409018489 h 16 HYPERLINK l _Toc409018490 参考文献 PAGEREF _Toc409018490 h 17 HYPERLINK l _Toc409018491 附录 PAGEREF _Toc409018491 h 18 HYPERLINK l _Toc409018492 本科生课程设计成绩评定表 PAGEREF _Toc409018492 h 19摘 要MATLAB软件(run jin)是矩阵(j zhn)实验室的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学(shxu)软件，可用于算法开发、数据

6、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AbstractMATLAB software MATLAB

7、is Matrix lab (Matrix Laboratory) abbreviation,is the product of our company MathWorks business mathematics software for algorithm development, data visualization, data analysis and numerical calculation of the senior technical calculation language and interactive environment, widely used in digital

8、 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. Cu

9、rrent 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

10、 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 analysis1.Matlab简介(jin ji)及其在图像处理(t xin ch l)与分析的应用(yngyng)MATLAB是美国 HYPERLINK /view/1855191.htm t _blank MathWork

11、s公司出品的商业 HYPERLINK /view/1658637.htm t _blank 数学软件，用于 HYPERLINK /view/7420.htm t _blank 算法开发、数据可视化、数据分析以及 HYPERLINK /view/920695.htm t _blank 数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国 HYPERLINK /view/1855191.htm t _blank mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以

12、及交互式 HYPERLINK /view/8332.htm t _blank 程序设计的高科技计算环境。它将 HYPERLINK /view/295760.htm t _blank 数值分析、 HYPERLINK /view/2627393.htm t _blank 矩阵计算、科学数据可视化以及非 HYPERLINK /view/300474.htm t _blank 线性动态系统的 HYPERLINK /view/44500.htm t _blank 建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效 HYPERLINK /view/920695.h

13、tm t _blank 数值计算的众多科学 HYPERLINK /view/257682.htm t _blank 领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式 HYPERLINK /view/128511.htm t _blank 程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和 HYPERLINK /view/30608.htm t _blank Mathematica、 HYPERLINK /view/127864.htm t _blank Maple并称为三大 HYPERLINK /view/1284.htm t _

14、blank 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可以进行 HYPERLINK /view/10337.htm t _blank 矩阵运算、绘制 HYPERLINK /view/15061.htm t _blank 函数和数据、实现 HYPERLINK /view/7420.htm t _blank 算法、创建用户界面、连接其他 HYPERLINK /view/552871.htm t _blank 编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、 HYPERLINK /view/642820.htm t _blank 信号处理与通讯、 HYPERLINK /v

15、iew/14662.htm t _blank 图像处理、 HYPERLINK /view/1345304.htm t _blank 信号检测、 HYPERLINK /view/2659790.htm t _blank 金融建模设计与分析等 HYPERLINK /view/257682.htm t _blank 领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的 HYPERLINK /view/178461.htm t _blank 指令 HYPERLINK /view/420676.htm t _blank 表达式与 HYPERLINK /view/1284.htm t _blank 数学、工程中常

16、用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C， HYPERLINK /view/36402.htm t _blank FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的 HYPERLINK /view/1658637.htm t _blank 数学软件。在新的版本中也加入了对 HYPERLINK /view/10075.htm t _blank C， HYPERLINK /view/36402.htm t _blank FORTRAN， HYPERLINK /view/824.htm t _blank C+， HY

17、PERLINK /view/29.htm t _blank JAVA的支持。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，m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(wnjin)的方法为File-New-M-File。2.

18、1.2图像(t xin)的读取从互联网上下载(xi zi)图片两张，先用画图附件把两张图片改成相同像素（800*600），并且保存在指定位置（E:pxh1.jpg和E:pxh2.jpg）如图2-1和2-2所示图2.1 pxh1图2.2 jepg2Matlab的函数库中有现成的图像读取和显示(xinsh)函数imread()和image();程序(chngx)如下:%获取图像并分区(fn q)显示a1=imread(E:pxh1.jpg);subplot(2,2,1);image(a1);title(pxh1)b1=imread(E:pxh2.jpg);subplot(2,2,2);image(

19、b1);title(pxh2)执行此程序(chngx)后，输出图像2.3图2.3 图像(t xin)读取以上两张图片(tpin)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。灰度转换程序如下：%转灰度模式，并分区显示a2=rgb2gray(a1);b2=rgb2gray(b1);subplot(2,2,3);imshow(a2);subplot(2,2,4);imshow(b2);转换后灰度图如图2.4所示图2.4 灰度图3图像数据统计(tngj)处理3.1 图像(t xin)数据

20、处理原理一幅(y f)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。例如，键入命令a2可得出pxh2的灰度矩阵，如图3.2所示（仅部分矩阵）图3.2 jpeg2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：max1=ma

21、x(max(a2)max2=max(max(P)3.2.2计算结果图像最大值分析(fnx)结果如图3.3图3.3 最大值分析(fnx)3.3各像素点中最小值3.3.1引用(ynyng)函数Matlab中min（）函数用于求最大值。程序如下：min1=min(min(a2)min2=min(min(b2)3.3.2计算结果图3.4 最小值分析3.4各像素点值的均值(jn zh)3.4.1引用(ynyng)函数MATLAB中提供均值计算(j sun)函数mean()和mean2()，函数的使用方法如下：例如用mean2（H）求出矩阵H所有元素的均值。题目要求计算图像各像素点的均值，因而可通过调用m

22、ean2()函数进行计算，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：%求均值，并在命令窗得出结果mean1=mean(mean(a2)mean2=mean(mean(b2)3.4.2计算结果图像均值分析结果如图3.5图3.5 均值分析3.5各像素点值的中值(zhn zh)3.5.1引用(ynyng)函数MATLAB中提供(tgng)的median()函数可求出中值程序如下：%求中值，并在命令板中显示结果mid1=median(a2(:)mid2=median(b2(:)3.5.2计算结果图像中值分析结果如图3.63.6 中值分析3.6各像素点值的和3.6.

23、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：%获得和，并在命令板中显示sum1=sum(sum(a2)sum2=sum(sum(b2)3.6.2计算结果图像各像素点值的和分析(fnx)结果如图3.7.图3.7 像素(xin s)的点和分析3.7各像素点值的标准差3.7.1引用(ynyng)函数MATLAB中提供的std2()函数可求出标准差程序如下：%获得标准差，并在命令板中显示s1=std2(a2(:)s2=std2(b2(:) 3.7.2计算结果图像标准差分析结果如图3.8图3.8 标准差分析(fnx)3.8两图中各像素点值的协方差3.8.1引用(ynyng)函

24、数MATLAB中提供(tgng)的cov()函数可求出两数组间的协方差程序如下：%获得协方差，并在命令板中显示co=cov(double(a2),double(b2)3.8.2计算结果图像两图像像素点值协方差分析结果如图3.9所示3.8两图协方差分析3.9两图的相对(xingdu)系数3.9.1引用(ynyng)函数MATLAB中提供(tgng)的corrcoef函数可求出两数组间的相对系数程序如下：%求得相对系数，并显示在命令板上c=corrcoef(double(a2),double(b2)3.9.2计算结果图像两图的相对系数分析结果如图3.11所示3.9 两图相对系数分析4.心得体会在这

25、次课程设计中我进一步熟悉了MATLAB软件的应用(yngyng).对MATLAB语言的发展和特点有了更深的了解，掌握了MATLAB的基本语法，了解了MATLAB程序书写的一般思路及一般步骤，学会了用MATLAB进行(jnxng)图像(t xin)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。 本次课程设计，学习了图像的分析处理的各项基本函数的使用，特别对Matlab的帮助功能有了很深刻的了解，能够独立的完成函数的编写及功能的实现，再也不是什么函数都需要使用网络来询问，学习了图像噪声的使用，让我对专业知识有了更深的了解，对我以后的学习很有方向性但使我们对课本上的知识有了更深一步的掌握，对仿真软件有更熟悉的操作，对分析问题、解决问题以及自主学习、查阅资料的能力有了一定的提高。即提高了自己的设计能力也锻炼了动手能力，更多的是让我看清了自己，明白了凡事需要耐心，实践是检验学习的唯一标准。理论知识的不足在这次课设中表现的很明显。这将有助于我今后的学习，端正自己的学习态度，从而更加努力的学习。总之，通过本次课程设计不但让我又学到了一些知识，而且也提高了我的综合能力。参考文献1.MATLAB从入门到精通(jngtng)周建兴编著