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1、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：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
2、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：年月日武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计目录摘要 . 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
3、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 . 13武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计3.8.1 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
4、 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武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计I 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、
5、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，图像数据分析武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计II Abstract MATLAB software MATLAB is Matrix lab (Matrix Laboratory) abbreviation,is the product of our company MathWorks business mathem
6、atics 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 simulati
7、on, 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,
8、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
9、, correlation coefficient, etc. Key words: MATLAB，digital signal processing， image data analysis 武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计1 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
10、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
11、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。武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计2 i2.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
12、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 2-1 tp1.jpg 武汉理工大学MATLAB原理与应
13、用课程设计3 图 2-2 tp2.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
14、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 读取图片并显示武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计4 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
15、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 转化灰度图武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计5 按如上输入后出现图片：图 2-6 tp1.jpg灰度图图 2-7 tp2.jpg灰度图武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计6 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MN 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
16、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。武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计7 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-
17、3 最大值武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计8 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 最小值武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计9 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
18、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 均值武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计10 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 中值武汉理
19、工大学MATLAB原理与应用课程设计11 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 和武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计12 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
20、果如图：图 3-8 标准差武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计13 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 方差武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计14 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.
21、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。武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计15 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。武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计16 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，
22、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
23、，通过网上查找，书本查询等多种办法，使我解决问题的能力有了很大的提升。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。武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计17 参考文献1. MATLAB 数学计算与仿真应用周品编著，电子工业出版社2. 精通 MATLAB 王正林编著，电子工业出版社3. 详解 MATLAB数字图像处理张德丰电子工业出版社4.MATLAB应用基础徐金明编著，清华大学出版社武汉理工大学MATLAB原理与应用课程设计18 本科生课程设计成绩评定表姓名雷雪阳性别男专业班级通信 1201 题目
24、：利用 MATLAB仿真软件实现图像的数据分析答辩或质疑记录：1、 为什么要将原图片转化为灰度图？答：由于彩色图像包含信息量大，处理速度较慢。要是每秒的帧数多彩色图像最常见的是RGB三个通道或者RGB 加上透明度四个通道，灰度图就一个通道，信息量减少了好几倍。2、 协方差的意义是什么？答：协方差分析是建立在方差分析和回归分析基础之上的一种统计分析方法。方差分析是从质量因子的角度探讨因素不同水平对实验指标影响的差异。一般说来，质量因子是可以人为控制的。回归分析是从数量因子的角度出发，通过建立回归方程来研究实验指标与一个（或几个）因子之间的数量关系。但大多数情况下，数量因子是不可以人为加以控制的。3、 图像的数据处理的意义是什么？答： 图像的数据处理是通过对图像一些参数的计算与统计来对数据进行处理，用以对图片进行分析。最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：_ 年月日