本书介绍了MATLAB数字图像处理及其应用实验，提供了大量的数字图像处理实验代码和典型应用案例，在新工科和人工智能的背景下，由浅入深地设计了创新性的应用实验。全书可分为三部分：MATLAB数字图像处理基础知识、基础性实验和应用性实验。本书可作为高等院校电子信息科学与工程类相关专业的本科生、研究生的教材，也可以供相关领域不同层次的研究人员参考。

前 言 数字图像处理已经在工业、医学及农业等各领域得到了广泛的应用，特别是在航空航天领域，近年来我国发射的“高分”系列卫星都搭载了先进的遥感成像设备，利用数字图像处理技术对采集到的遥感图像进行处理已经成为一种重要的技术手段。学习该课程需要配套相应的数字图像处理实验，帮助学生理解常用的数字图像处理算法，培养学生灵活运用相关知识解决实际工程问题的能力。 本书根据数字图像处理课程的理论知识，运用MATLAB软件平台，探讨了数字图像处理技术及应用领域的实现方法。 全书在内容上分为三部分。第一部分为MATLAB数字图像处理基础知识，包括6章：第1章MATLAB数字图像处理基础，包括数字图像处理系统、MATLAB数据、MATLAB函数、MATLAB编程；第2章数字图像处理基本操作和运算，包括数字图像读取、显示和保存，数字图像类型转换，数字图像代数运算，数字图像几何运算，数字图像点运算；第3章数字图像增强实验，包括数字图像空域增强、数字图像频域增强；第4章数字图像复原实验，包括数字图像复原理论基础、数字图像复原滤波器；第5章彩色数字图像实验，包括真彩色数字图像处理、假彩色数字图像处理、伪彩色数字图像处理；第6章数字图像形态学和分割处理实验，包括数字图像形态学处理和数字图像分割。 第二部分为基础性实验，包括：实验一数字图像灰度变换；实验二数字图像直方图；实验三数字图像平滑处理；实验四数字图像锐化处理；实验五数字图像复原、检测及形态学处理。 在新工科和人工智能的背景下，积极开展学科交叉融合，除了介绍信息学科中的数字图像处理实验基本内容，同时也应该尝试向学生介绍数字图像处理在其他学科的具体应用案例，用实际应用案例激发学生的学习兴趣，进一步提升学生的自主学习能力、实践能力和创新能力，因此编写第三部分：应用性实验，包括实验一含有噪声的工业电路板图像去噪处理；实验二医学脑部图像增强处理；实验三农业植被航天遥感图像分割处理；面向我校航空航天特色，创新性地设计了实验四航空遥感数据假彩色图像获取和实验五遥感数据目标亚像元定位。 本书由王鹏、李明磊、黎宁主编。在本书的编写过程中，作者参考了国内外专家和学者的论文与专著等文献，在此对有关作者一并表示衷心感谢。由于作者水平有限，以及研究内容周期跨度较大、编程软/硬件条件差异大和涉及研究人员较多等实际问题，所作评述也仅能代表一家之辞。衷心希望读者批评指正和不吝赐教，作者将在后续的工作中进一步完善修改。 本书为南京航空航天大学“十四五”规划教材，获得江苏省教育科学“十四五”规划专项课题基于自检与竞赛协同的数字图像处理实验考试改革与评价研究（项目编号：K-c/2021/08）和江苏省自然科学基金面上项目（BK 20221478）的资助。 作 者 2022年8月

目 录 第一部分 MATLAB数字图像处理基础知识 第1章 MATLAB数字图像处理基础 1 1.1 引言 1 1.2 数字图像处理系统 1 1.2.1 数字图像处理定义 1 1.2.2 数字图像处理软件开发工具 2 1.3 MATLAB数据 3 1.3.1 矩阵与数组 3 1.3.2 数组引用 6 1.3.3 字符串 7 1.3.4 图形显示 8 1.4 MATLAB函数 11 1.5 MATLAB编程 14 1.5.1 脚本文件 14 1.5.2 控制流语句 15 1.5.3 编写函数 16 第2章 数字图像处理基本操作和运算 18 2.1 引言 18 2.2 数字图像读取、显示和保存 18 2.2.1 数字图像读取 18 2.2.2 数字图像显示 20 2.2.3 数字图像保存 23 2.3 数字图像类型转换 24 2.3.1 支持数据类型 24 2.3.2 支持图像类型 25 2.3.3 数据和图像类型转换 27 2.4 数字图像代数运算 28 2.4.1 加法运算 29 2.4.2 减法运算 32 2.4.3 乘法运算 32 2.4.4 除法运算 33 2.4.5 逻辑运算 34 2.5 数字图像几何运算 35 2.5.1 图像插值 35 2.5.2 图像变换 36 2.6 数字图像点运算 39 2.6.1 线性点运算 39 2.6.2 非线性点运算 43 第3章 数字图像增强实验 44 3.1 引言 44 3.2 数字图像空域增强 44 3.2.1 灰度变换图像增强 44 3.2.2 直方图图像增强 46 3.2.3 空域滤波图像增强 49 3.2.4 空域锐化滤波 53 3.3 数字图像频域增强 56 3.3.1 图像的傅里叶变换 57 3.3.2 低通滤波器 58 3.3.3 高通滤波器 60 第4章 数字图像复原实验 63 4.1 引言 63 4.2 数字图像复原理论基础 63 4.2.1 图像退化模型 63 4.2.2 噪声模型 64 4.2.3 退化函数估计 65 4.3 数字图像复原滤波器 65 4.3.1 空域复原滤波器 65 4.3.2 频域复原滤波器 67 4.3.3 维纳滤波器 69 4.3.4 约束最小二乘滤波器 71 第5章 彩色数字图像实验 73 5.1 引言 73 5.2 真彩色数字图像处理 73 5.2.1 彩色图像格式 73 5.2.2 彩色图像的转换 74 5.2.3 真彩色图像处理方法 77 5.3 假彩色数字图像处理 79 5.4 伪彩色数字图像处理 80 5.4.1 灰度分层法 81 5.4.2 灰度变换法 82 第6章 数字图像形态学和分割处理实验 86 6.1 引言 86 6.2 数字图像形态学处理 86 6.2.1 结构元素 86 6.2.2 膨胀和腐蚀 87 6.2.3 开运算和闭运算 90 6.2.4 bwmorph函数 92 6.3 数字图像分割 94 6.3.1 点、线和边缘检测分割 94 6.3.2 基于阈值的图像分割 100 6.3.3 基于区域提取的图像分割 103 第二部分 基础性实验 第7章 数字图像处理基础性实验 112 7.1 引言 112 7.2 实验一：数字图像灰度变换 112 7.3 实验二：数字图像直方图 116 7.4 实验三：数字图像平滑处理 118 7.5 实验四：数字图像锐化处理 121 7.6 实验五：数字图像复原、检测及形态学处理 124 第三部分 应用性实验 第8章 数字图像处理应用性实验 127 8.1 引言 127 8.2 实验一：含有噪声的工业电路板图像去噪处理 127 8.3 实验二：医学脑部图像增强处理 129 8.4 实验三：农业植被航天遥感图像分割处理 131 8.5 实验四：航空遥感数据假彩色图像获取（创新性实验） 132 8.6 实验五：遥感数据目标亚像元定位（创新性实验） 135 参考文献 139