图像的数据分析

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：刘新华工作单位：信息工程学院题目：图像的数据分析要求完成的主要任务：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：1．理论目的课程设计的目的之一是为了巩固课堂理论学习，并能用所学理论知识正确分析信号处理的基本问题和解释信号处理的基本现象。2．实践目的课程设计的目的之二是通过设计具体的图像信号变换掌握图像和信号处理的方法和步骤。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1天4答辩1天合计5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 IAbstract II1.Matlab简介及在图像处理与分析的应用 12.数据采集 22.1

MATLAB的读取方法 22.1.1编辑M文件 22.1.2图像的读取 23图像数据统计处理 63.1

图像数据处理原理 63.2各像素点中最大值的获取 73.2.1

引用函数 73.2.2计算结果 73.3各像素点中最小值 83.3.1引用函数 83.3.2计算结果 83.4各像素点值的均值 93.4.1引用函数 93.4.2计算结果 93.5各像素点值的中值 103.5.1引用函数 103.5.2计算结果 103.6各像素点值的和 113.6.1引用函数 113.6.2计算结果 113.7各像素点值的标准差 123.7.1引用函数 123.7.2计算结果 123.8各像素点值的方差 133.8.1引用函数 133.8.2计算结果 133.9两图中各像素点值的协方差 143.9.1引用函数 143.9.2计算结果 143.10两图的相对系数 153.10.1引用函数 153.11.2计算结果 154.心得体会 16参考文献 17本科生课程设计成绩评定表 18摘要MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，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，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。广泛应用于数字信号分析，系统识别，时序分析与建模，神经网络，动态仿真等方面。如今正是信息科技高速发展的时代，数字信号处理也变得尤为重要，是当今一门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、航天航空、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

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

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

1.Matlab简介及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。

Ｍatlab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。

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文件的方法为File->New->M-File。

2.1.2图像的读取 找到两张图片，图像为600*401和830*553像素保存为tp1.jpg和tp2.jpg图2-1tp1.jpg图2-2tp2.jpgMatlab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。读取tp1.jpg和tp2.jpg，并将其分别存储到名为F1和F2的数组中，其程序如下:

图2-3读取图片并显示 图2-4图像读取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。图2-5转化灰度图按如上输入后出现图片：图2-6tp1.jpg灰度图图2-7tp2.jpg灰度图

3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M×N的矩阵形式为，如图图3-1矩阵一般式例如，键入命令A=

imread('E:\tp1.jpg')可得出tp1的灰度矩阵，如图所示（仅部分矩阵）：图3-2图像的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。程序为：image_maxtp1=max(max(F1))image_maxtp2=max(max(F2))3.2.2计算结果

图像最大值分析结果如图：图3-3最大值

3.3各像素点中最小值

3.3.1引用函数

Matlab中min（）函数用于求最小值。image_mintp1=min(min(F1))

image_mintp2=min(min(F2))

3.3.2计算结果

图像最小值分析结果如图：图3-4最小值

3.4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()，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mean2()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：

image_meantp1=

mean2(F1)

image_meantp2=

mean2(F2)3.4.2计算结果

图像均值分析结果如图：图3-5均值

3.5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_zhongzhitp1=median(F1(:))

image_zhongzhitp2=median(F2(:))

3.5.2计算结果

图像中值分析结果如图：图3-6中值

3.6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_hetp1=sum(sum(F1))

image_hetp2=sum(sum(F2))

3.6.2计算结果

图像各像素点值的和分析结果如图：图3-7和

3.7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_bzctp1=std2(F1(:))

image_bzctp2=std2(F2(:))3.7.2计算结果

图像标准差分析结果如图：图3-8标准差

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_fctp1=var(double(F1(:)))image_fctp2=var(double(F2(:)))

3.8.2计算结果

图像方差分析结果如图图3-9方差

3.9两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_xfctp1=cov(double(F1),double(F2))

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：因两个图片的大小不同所以协方差不存在。

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_xdxs=corrcoef(double(I),double(P))3.11.2计算结果

图像两图的相对系数分析结果如图：因两个图片的大小不同所以相对系数不存在。

4.心得体会 在这次课程设计中我对于MATLAB有了更深入的了解，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。 对于MATLAB这个软件，功能很全面，这次课程设计只是运用了MATLAB其中的少部分功能而已，数据信息处理在当今时代是很重要的一门课题，MATLAB软件可以很好的解决数据信息处理的问题。 在这次课程设计中，通过自主学习了解和使用MATLAB的过程，使我的自学能力大幅度提升了；对于课题中不了解的知识，通过网上查找，书本查询等多