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1 Introduction 1
1.1 Images and pictures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 What is image processing? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.3 Images and digital images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 Some applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5 Aspects of image processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.6 An image processing task . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.7 Types of digital images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.8 Image File Sizes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.9 Image Acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.10 Image perception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2 Basic use of Matlab 15
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2 Basic use of Matlab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3 Variables and the workspace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.4 Dealing with matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.5 Plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.6 Help in Matlab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3 Images and Matlab 33
3.1 Greyscale images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2 RGB Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3 Indexed colour images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.4 Data types and conversions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4 Image Display 41
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.2 The imshow function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3 Bit planes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.4 Spatial Resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5 Point Processing 51
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.2 Arithmetic operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
CONTENTS iii
5.3 Histograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
5.4 Thresholding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.5 Applications of thresholding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6 Spatial Filtering 75
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.2 Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.3 Filtering in Matlab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
6.4 Frequencies; low and high pass lters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
6.5 Gaussian lters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
6.6 Non-linear lters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
7 Noise 95
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
7.2 Types of noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
7.3 Cleaning salt and pepper noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
7.4 Cleaning Gaussian noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
8 Edges 111
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
8.2 Dierences and edges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
8.3 Second dierences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
8.4 Edge enhancement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
8.5 Final Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
9 The Fourier Transform 131
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
9.2 The one-dimensional discrete Fourier transform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
9.3 Properties of the one-dimensional DFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
9.4 The two-dimensional DFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
9.5 Fourier transforms in Matlab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
9.6 Fourier transforms of images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
9.7 Filtering in the frequency domain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
9.8 Removal of periodic noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
9.9 Inverse ltering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
10 The Hough and Distance Transforms 169
10.1 The Hough transform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
10.2 Implementing the Hough transform in Matlab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
10.3 The distance transform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
11 Morphology 195
iv CONTENTS
11.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
11.2 Basic ideas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
11.3 Dilation and erosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
11.4 Opening and closing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
11.5 The hit-or-miss transform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
11.6 Some morphological algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
12 Colour processing 223
12.1 What is colour? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
12.2 Colour models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
12.3 Colour images in Matlab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
12.4 Pseudocolouring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
12.5 Processing of colour images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
13 Image coding and compression 247
13.1 Lossless compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
Bibliography 255
Index 257