MATLAB 纹理特征提取:一文读懂 graycomatrix 与 graycoprops

一、前言

在图像处理领域,纹理特征是描述图像像素灰度空间分布规律的核心特征之一,广泛应用于、图像分类、医学影像分析、工业检测等场景。

灰度共生矩阵(GLCM)是提取纹理特征的经典方法,通过统计图像中不同位置像素对的灰度出现规律,量化图像的纹理粗糙程度、均匀性等特性。MATLAB 提供了graycomatrix(生成 GLCM)和graycoprops(提取纹理特征)两个核心函数,零基础也能快速实现纹理特征提取。

本文结合完整可运行代码,讲解 GLCM 原理、函数用法、纹理特征含义,帮你掌握 MATLAB 纹理特征提取流程。

二、核心知识点铺垫

1. 什么是灰度共生矩阵(GLCM)?

灰度共生矩阵描述图像中两个像素的空间位置关系与灰度关系:

  • 定义两个像素的距离方向(0°、45°、90°、135°)
  • 统计满足条件的像素对,其灰度值(i,j)出现的次数 / 概率
  • 最终生成一个N×N矩阵(N 为灰度级数),矩阵值代表对应灰度像素对的共生频率

简单说:GLCM 就是图像纹理的 "数字指纹"

2. 四大核心纹理特征(graycoprops 输出)

graycoprops默认提取 4 个最常用的纹理特征,含义通俗易懂:

  1. 对比度(Contrast):衡量图像局部灰度差异,值越大,纹理越清晰、反差越大
  2. 相关性(Correlation):衡量像素间的线性相关程度,值越大,纹理越规律
  3. 能量(Energy):又称角二阶矩,衡量图像纹理均匀性,值越大,纹理越单一、均匀
  4. 同质性(Homogeneity):衡量纹理局部均匀程度,值越大,图像越平滑

graycomatrix和graycoprops详细用法在MATALB命令提示符下可以使用doc graycomatrix 和doc graycoprops进行获得。

三、程序代码和运行结果

clear all; %清除工作区中的所有变量、函数、MEX文件等

close all;%关闭所有打开的图形窗口(figure窗口)

clc; %清除命令窗口(Command Window)中的所有输出,使窗口变干净

I = imread('circuit.tif');

% 若图像为彩色,则转换为灰度图;若已是灰度则保持不变

if size(I, 3) == 3

I = rgb2gray(I);

end

% 显示原始图像

figure;

subplot(2,2,1);

imshow(I);

title('原始灰度图像');

%% 2. 计算灰度共生矩阵(GLCM)

% 参数说明:

% 'Offset':定义像素对的方向和距离。默认0 1表示水平向右,距离1像素。

% 为获取更全面的纹理,可计算多个方向,本例仅用一个方向演示。

% 'NumLevels':灰度级数,值越小计算越快,但可能损失细节。默认8,这里保持8。

% 'Symmetric':是否对称化GLCM(使矩阵对称),便于特征提取。

offsets = 0 1; % 0度方向,距离1

GLCM = graycomatrix(I, 'Offset', offsets, 'NumLevels', 8, 'Symmetric', true);

%% 3. 从GLCM中计算纹理特征

% graycoprops函数计算对比度、相关性、能量、同质性

stats = graycoprops(GLCM, {'Contrast', 'Correlation', 'Energy', 'Homogeneity'});

% 提取特征值(由于只有一个偏移,stats内各字段均为标量)

contrast = stats.Contrast;

correlation= stats.Correlation;

energy = stats.Energy;

homogeneity= stats.Homogeneity;

%% 4. 显示GLCM矩阵及纹理特征结果

subplot(2,2,2);

imagesc(GLCM);

title('灰度共生矩阵 (GLCM)');

colorbar;

axis square;

xlabel('灰度级 j');

ylabel('灰度级 i');

% 在文本框中显示特征值

subplot(2,2,3,4);

text_str = {

sprintf('对比度 (Contrast) : %.4f', contrast);

sprintf('相关性 (Correlation) : %.4f', correlation);

sprintf('能量 (Energy) : %.4f', energy);

sprintf('同质性 (Homogeneity) : %.4f', homogeneity);

};

text(0.1, 0.8, text_str, 'FontSize', 12, 'FontName', 'FixedWidth');

axis off;

title('纹理特征值 (Offset = 0 1, NumLevels = 8)');

%% 5. 补充:不同方向GLCM的特征对比(可选)

% 计算 0°, 45°, 90°, 135° 四个方向的GLCM,并观察纹理特征变化

offsets_multi = 0 1; -1 1; -1 0; -1 -1;

GLCM_multi = graycomatrix(I, 'Offset', offsets_multi, 'NumLevels', 8, 'Symmetric', true);

stats_multi = graycoprops(GLCM_multi, {'Contrast', 'Correlation', 'Energy', 'Homogeneity'});

% 显示多方向结果

fprintf('\n多方向纹理特征(四个方向取平均):\n');

fprintf('对比度平均: %.4f\n', mean(stats_multi.Contrast));

fprintf('相关性平均: %.4f\n', mean(stats_multi.Correlation));

fprintf('能量平均 : %.4f\n', mean(stats_multi.Energy));

fprintf('同质性平均: %.4f\n', mean(stats_multi.Homogeneity));

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