基于MATLAB數(shù)字圖像GLCM紋理分析軟件實(shí)現(xiàn)

王輝 叢榆坤 陳金陽 王敏

摘要：結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)課程與科研實(shí)驗(yàn)的需要，針對(duì)圖像灰度共生矩陣紋理二次特征提取問題的需求，本文使用MATLAB語言設(shè)計(jì)了灰度共生矩陣圖像處理及特征提取程序，并給出了軟件算法在MATLAB開發(fā)平臺(tái)上程序的源代碼。

關(guān)鍵詞：圖像處理技術(shù);紋理特征;灰度共生矩陣;軟件設(shè)計(jì);MATLAB

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）10-0146-03

1 圖像處理技術(shù)與灰度共生矩陣

數(shù)字圖像處理技術(shù)（Digital Image Processing）主要討論用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行去除噪聲、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割、圖像提取特征等處理的加工方法和分析技術(shù)。紋理特征是數(shù)字圖像處理分析中的常用的重要特征，它描述了數(shù)字圖像中重復(fù)出現(xiàn)的局部模式以及排列規(guī)則，常用于圖像分類和場景識(shí)別。本文結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)課程與科研實(shí)驗(yàn)的需要，針對(duì)圖像灰度共生矩陣紋理二次特征提取問題的需求，本文使用MATLAB語言設(shè)計(jì)了灰度共生矩陣圖像處理程序，并給出了軟件算法在MATLAB開發(fā)平臺(tái)上程序的源代碼。

2 灰度共生矩陣MATLAB軟件程序設(shè)計(jì)

2.1 函數(shù)程序和軟件使用方法

軟件主函數(shù)為function GLCM_FAST（path_of_image，seq，step， gray_level），其中，Path_of_Image圖像存儲(chǔ)路徑，string格式;Seq批處理圖像序號(hào)，Seq=[first last]，first是首圖片編號(hào)，last是尾圖片編號(hào);Step灰度共生矩陣生成步長，Step=1、2、3...整數(shù);GRAY_LEVEL圖像灰度級(jí)數(shù)，GRAY_LEVEL一般取值為16，32，64，128，256;函數(shù)返回值為灰度共生矩陣14個(gè)特征參數(shù)及程序運(yùn)行時(shí)間。

軟件子函數(shù)計(jì)算θ=0°、45°、90°、135°四個(gè)方向灰度共生矩陣函數(shù)分別為function GCLM_P=Cal_Co_Matrix_0（DATA，GRAY_LEVEL，STEP）、functionGCLM_P=Cal_Co_Matrix_45（DATA，GRAY_LEVEL，STEP）、function GCLM_P=Cal_Co_ Matrix_90（DATA，GRAY_LEVEL，STEP）以及function GCLM_P=Cal_Co_Matrix_135（DATA，GRAY_LEVEL，STEP），其中，DATA已經(jīng)讀入的圖像數(shù)據(jù)，Step、GRAY_LEVEL同上。軟件子函數(shù)計(jì)算灰度共生矩陣14個(gè)特征參數(shù)函數(shù)為function Parameter= Cal_Para（GCLM_P，GRAY_LEVEL），GCLM_P待處理的灰度共生矩陣，其函數(shù)返回值為灰度共生矩陣14個(gè)特征參數(shù)，軟件程序流程圖如圖1所示。

軟件使用方法如下：（1）將文件置于MATLAB軟件默認(rèn)調(diào)用函數(shù)目錄中;（2）將待處理圖片，依次按數(shù)字編號(hào)1，2，3...，修改文件名;（3）打開MATLAB程序，在命令窗口中，分別給Path_of_Image、Seq、Step、GRAY_LEVEL賦初始值;（4）在命令窗口中，輸入“GLCM_FAST（Path_of_Image，Seq，Step，GRAY_LEVEL）;”即可運(yùn)行程序。待彈出窗口后，程序結(jié)束，在命令窗口中，顯示程序運(yùn)行時(shí)間，并將所得特征參數(shù)寫到當(dāng)前目錄下相應(yīng)的“WH_4_ Angles.txt”、“WH_AVR.txt”和“WH_4_Angles_Gui.txt”等3個(gè)數(shù)據(jù)文件中，分別對(duì)應(yīng)灰度共生矩陣4個(gè)方向特征參數(shù)值數(shù)據(jù)文件、4個(gè)方向特征參數(shù)平均值數(shù)據(jù)文件和4個(gè)方向歸一化后特征參數(shù)值數(shù)據(jù)文件。

2.2 主函數(shù)程序程序代碼

function GLCM_FAST（path_of_image，seq，step， gray_level）

clc;

t=cputime;

Seq= seq;

STEP=step;

GRAY_LEVEL=gray_level;

PATH_OF_IMAGE= path_of_image;

YDT=fix（clock）;

time=[num2str（YDT（4）），'：'，num2str（YDT（5）），'：'，num2str（YDT（6））];

disp（time）

eval（['cd' ' ' PATH_OF_IMAGE]）;

ff0=fopen（'WH_4_Angles.txt'，'w'）;

ff1=fopen（'WH_AVR.txt'，'w'）;

ff2=fopen（'WH_4_Angles_Gui.txt'，'w'）;

Image_First=Seq（1）;Image_Last=Seq（2）;

name=int2str（Image_First）;

for Image_number=Image_First：Image_Last

x=imread（name，'bmp'）;

data=rgb2gray（x）;

DATA=double（data）;

GCLM_P1=Cal_Co_Matrix_0（DATA，GRAY_LEVEL，STEP）;

Parameter（1，：）=Cal_Para（GCLM_P1，GRAY_LEVEL）;

GCLM_P2=Cal_Co_Matrix_45（DATA，GRAY_LEVEL，STEP）;

Parameter（2，：）=Cal_Para（GCLM_P2，GRAY_LEVEL）;

GCLM_P3=Cal_Co_Matrix_90（DATA，GRAY_LEVEL，STEP）;

Parameter（3，：）=Cal_Para（GCLM_P3，GRAY_LEVEL）;

GCLM_P4=Cal_Co_Matrix_135（DATA，GRAY_LEVEL，STEP）;

Parameter（4，：）=Cal_Para（GCLM_P4，GRAY_LEVEL）;

PARAMETER=mean（Parameter）;

P_SUM=sum（Parameter）;

Parameter_Gui=Parameter;

for iii=1：14

Parameter_Gui（：，iii）=Parameter（：，iii）/P_SUM（iii）;

end

for J=1：4

for I=1：14

String=[num2str（Parameter（J，I）），' '];

fprintf（ff0，'%s'，String）;

String2=[num2str（Parameter_Gui（J，I）），' '];

fprintf（ff2，'%s'，String2）;

if J==1

String1=[num2str（PARAMETER（I）），' '];

fprintf（ff1，'%s'，String1）;

end

end%

fprintf（ff0，'%s＼n'，';'）;

fprintf（ff2，'%s＼n'，';'）;

end%

fprintf（ff1，'%s＼n'，';'）;

name=str2double（name）;name=name+1;name=int2str（name）;

fprintf（ff0，'%s＼n'，''）;

fprintf（ff2，'%s＼n'，''）;

end

fclose（ff0）;

fclose（ff1）;

fclose（ff2）;

YDT=fix（clock）;

time=[num2str（YDT（4）），'：'，num2str（YDT（5）），'：'，num2str（YDT（6））];

disp（time）

disp（cputime-t）

Figure

3 結(jié)語

本文使用MATLAB語言設(shè)計(jì)了灰度共生矩陣圖像處理及特征提取程序，給出了軟件算法在MATLAB開發(fā)平臺(tái)上程序的源代碼。該軟件應(yīng)用于機(jī)器視覺、智能控制與模式識(shí)別研究領(lǐng)域，獲取已知圖像的灰度圖像共生矩陣，能夠反映圖像灰度關(guān)于方向、相鄰間隔、變化幅度的綜合信息。通過灰度共生矩陣可以分析圖像的局部模式和排列規(guī)則等。還可以提取其角二階矩、對(duì)比度、相關(guān)、熵、方差、均值和、方差和、逆差矩、差的方差、和熵、差熵、聚類陰影、顯著聚類和最大概率共14個(gè)紋理特征參數(shù)。該程序使用靈活，設(shè)有6個(gè)輸入形式參數(shù)，輸入圖像格式兼容范圍廣，輸出為灰度共生矩陣及其特征參數(shù)，可以根據(jù)需要設(shè)置灰度共生矩陣及其特征的獲取參數(shù)，以滿足不同需求下的紋理參數(shù)獲取。此外，本軟件還可以計(jì)算程序執(zhí)行時(shí)間，能夠解決圖像灰度共生矩陣紋理二次特征提取問題的需求，同時(shí)能夠滿足數(shù)字圖像處理技術(shù)課程與科研實(shí)驗(yàn)的需要。

參考文獻(xiàn)

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