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1、 MATLABMATLAB图像处理介绍图像处理介绍第2章MATLAB图像处理工具箱本章教学安排2学时讲解内容:1.Matlab简介。2.Matlab中常用的基本命令。3.图像处理工具箱介绍4.Matlab处理的图像类型和文件格式。5.Matlab图像的基本操作。2.1 2.1 Matlab简介MATLAB名字是MatrixLaboratory的意思。由美国的MathWorks公司出品，它的基本数据单位是矩阵。它的指令表达式与数学，工程中常用的形式十分相似，故用它来解决问题比用C,Fortran等语言完成相同的事情简捷的多。在大学，数学,工程学,科学的介绍性课程和高级性课程中,MATLAB是标准
2、的教学工具。在工厂，MATLAB是高生产率研究发展和分析的可选择的工具。MATLAB是一种直观性的语言和专业运算的环境。它已成为工程计算机方面世界上公认的标准。它被用于各种各样的应用领域,包括信号和图像处理,控制系统,设计,地球与生命科学,金融与经济,还有仪器测试。MATLAB的主要特点包括：快速准确的数字运算；图形可视化并用于分析数据；交互式语言和编程环境；图形用户界面设计的工具；可结合一些外部应用程序，包括C、C、Fortran、Java、COM部分和Excel；支持来自文件和外部设备的输入数据，且支持用低标准的文件的输入输出（加上附加的产品对入数据库和附加硬件的访问（存取）产生附加的产品
3、）；把MATLAB的应用转到带有编译器的C和C。由于直接内嵌了大量的优化数学程序，MATLAB使工程师和科学家能够专注于自己实质性的工作，避免了耗时的寻找开发调试以及维护代码的工作。2.2Matlab中常用的基本命令。(1)矩阵生成一般矩阵的生成对于一般的矩阵MATLAB的生成方法有多种。最简单的方法是从键盘直接输入矩阵元素。直接输入矩阵元素时应注意：各元素之间用空格或逗号隔开，用分号或回车结束矩阵行，用中括号把矩阵所有元素括起来。例1-1在工作空间产生一个33矩阵A可用MATLAB语言描述如下：A=123;456;789或A=123456789运行结果： A=123456789特殊矩阵的生成
4、对于特殊的矩阵可直接调用MATLAB的函数生成。用函数zeros生成全0矩阵：格式B=zeros(m,n)生成mn的全0阵。用函数ones生成全1矩阵：格式B=ones(m,n)生成mn的全1阵。用函数eye生成单位阵：格式B=eye(m,n)生成mn的单位矩阵，其中对角线元素全为1，其他元素为0。用函数rand生成随机矩阵：格式B=rand(m,n)生成mn的随机矩阵。矩阵中的元素值和线性代数一样，我们可采取下标来表述矩阵元素，同时也可以利用下标对矩阵元素进行修改。例如对例1-1中的矩阵A，如果输入A(4)则显示:ans=2若输入A(1,2)，结果仍为：ans=2可见矩阵是按列存储的。若输入
5、A(1,2)=6，显示结果为：A=163456789若要选取A的第二行，可以输入A(2,：)，则显示ans=456(2)矩阵的运算矩阵的运算有基本运算和函数运算两种类型。基本运算包括矩阵的加、减、乘、除、乘方、求转置、求逆等，其主要特点是通过MATLAB提供的基本运算符、*、/（）、等即可完成。例1-2矩阵的基本运算。A=1,2,3;4,5,6B=6,5,4;3,2,1C=A+B%计算两个矩阵的和D=B%计算矩阵B的转置E=A*D%做矩阵乘法，必须要满足矩阵乘法的基本要求%E应该是2阶方阵F=det(E)%求E的行列式值G=E(-1)%求E的逆问题：设有矩阵A和B，试问A*B和A.*B的区别？
6、（3）基本语句）基本语句1)循环语句循环语句MATLAB的循环语句包括for循环和while循环两种类型。for循环语法格式：for循环变量=起始值：步长：终止值循环体endwhile循环语法格式：while表达式循环体end其执行方式为：若表达式为真(运算值非0)，则执行循环体；若表达式为假(运算结果为0)，则退出循环体，执行end后的语句。2) 条件转移语句条件转移语句条件转移语句有if和switch两种。if语句；MATLAB中if语句的用法与其他高级语言相类似，其基本语法格式有以下几种：格式一：if逻辑表达式执行语句end格式二：if逻辑表达式执行语句1else执行语句2end格式三：
7、if逻辑表达式1执行语句1elseif逻辑表达式2执行语句2endswitch语句switch语句的用法与其他高级语言相类似，其基本语法格式为：switch表达式(标量或字符串)case值1语句1case值2语句2otherwise语句nend（4）MATLAB函数函数函数及其调用方法函数及其调用方法函数定义行：MATLAB语言在M文件的第一行用关键字“function”把M文件定义为一个函数，并指定它的名字（必须和文件名相同），同时也定义了函数的输入和输出参数。例如：求最大值函数“max”的定义可描述为functionY,I=max(x)函数体其中,“max”为函数名，输入参数为“x”，输出
8、参数为“Y”和“I”。函数调用函数调用的过程实际上就是参数传递的过程。例如，在一个脚本文件里调用函数“max”可采用如下方式：n=1:20;a=sin(2*pi*n/20);Y,I=max(a);该调用过程把变量“a”传给了函数中的输入参数“x”,然后把函数运算的返回值传给输出参数“Y”和“I”。其中，Y是a序列的最大值，I是最大值Y对应的坐标值。注意：1.自己编写函数时，所用的函数名应和保存的m文件文件名相同。2.分清矩阵相乘和点乘的区别。3.注意文件命名。必须以字母开头。有的同学喜欢以数字或中文开头，这是错误的！2.3.1常用图像格式图像格式是指图像文件的存储格式。MATLAB中常用的图像
9、格式有：bmp,cur,gif,hdf,ico,jpg或jpeg,pcx,png,tif或tiff等。2.3Matlab处理的图像类型和文件格式。2.3.2MATLAB图像类型MATLAB支持五种图像类型，即二值图像、索引图像、灰度图像、RGB图像和多帧图像阵列。二值图像：数据存储类型，Logical,元素值为0或1的矩阵；索引图像:把像素值直接作为RGB调色板下标的图像。一幅索引图像包含一个数据矩阵X和一个调色板矩阵map,数据矩阵为double或uint8或uint16；调色板矩阵总是一个m*3(m表示颜色数目）的double型矩阵且矩阵元素的值域为0,1。Map矩阵的每一行指定一个颜色的
10、R,G,B颜色分量。RGB图像：double型或uint8型或uint16型，又称真彩色图像，在MATLAB中存储为m*n*3的数据矩阵，它表示图像中每个像素的红，绿，蓝3个颜色分量的数值。多帧图像阵列：由多帧图像组成，每一帧图像可以为前4种图像中的一种，但组成一个多帧图像阵列的图像必须为同一种。2.4图像处理工具箱简介MATLAB图像处理工具箱的函数，按具体功能可以分为以下几类：图像显示几何操作图像注册邻域和块操作线性滤波和滤波器的设计。图像变换，形态学分析图像分析与图像增强。图像恢复颜色映射和颜色空间转换Matlab中图像处理相关工具箱主要有：ImageAcquisitiontoolbox
11、ImageProcessingToolboxSignalProcessingToolboxWaveletToolboxStatisticsToolboxMatlabCompiler读者也可以根据需要编写自己的函数以满足特定的需要，也可以将图像处理工具箱和其他工具箱结合起来使用。可通过“help函数名”来查看各函数的使用方法。2.5.1图像文件信息查询在MATLAB中，可以使用imfinfo函数来获取图像处理工具箱支持的任何格式图像文件的信息。该函数语法格式如下：info=imfinfo(filename,fmt)info=imfinfo(filename)info=imfinfo(URL,.)
12、例1-1图像文件信息查询info=imfinfo(cameraman.tif)2.5Matlab图像的基本操作2.5.2图像文件的读取MATLAB通过函数imread完成图像的读取，该函数语法格式如下：A=imread(filename,fmt)X,map=imread(filename,fmt).=imread(filename).=imread(URL,.).=imread(.,idx)(CUR,GIF,ICO,andTIFFonly).=imread(.,frames,idx)(GIFonly).=imread(.,ref)(HDFonly).=imread(.,BackgroundCo
13、lor,BG)(PNGonly)A,map,alpha=imread(.)(ICO,CUR,andPNGonly)例1-2数字图像的打开I=imread(cameraman.tif)2.5.3图像文件的写入MATLAB函数imwrite来存储图像文件，该函数的语法格式如下：imwrite(A,filename,fmt)imwrite(X,map,filename,fmt)imwrite(.,filename)imwrite(.,Param1,Val1,Param2,Val2.)例例1- 3 图像文件写入图像文件写入I=imread(cameraman.tif);imwrite(I,E:test
14、1.tif)执行程序后，可以看到在路径E:下写入的图像文件“test1.tif”2.5.4图像的显示MATLAB包含两个显示图像的函数image和imagesc；另外MATLAB图像工具箱中也包含两个显示图像的函数imview和imshow。1.MATLAB图像显示函数image函数image函数的语法格式如下：image(C)image(x,y,C)image(x,y,C,PropertyName,PropertyValue,.)image(PropertyName,PropertyValue,.)handle=image(.)例例1- 4 image函数的应用函数的应用I=imread(c
15、ameraman.tif);figure(1);image(100,100,I);%设置图像左上角坐标为（100，100）colormap(gray(256);imagesc函数函数imagesc函数具有对显示的数据进行自动缩放的功能。函数语法如下：imagesc(C)imagesc(x,y,C)imagesc(.,clims)imagesc(PropertyName,PropertyValue,.)h=imagesc(.)例1-5imagesc函数显示图像和image函数显示图像比较当采用image函数显示一个值域为0,1的double型数组时，不能正常显示为灰度图的形式，而imagesc函
16、数对数据有自动缩放功能，可以显示。MATLAB工具箱中提供了两个图像显示函数imview和imshow，在实际应用中，这两个函数应用更为广泛。imshow函数imshow函数显示一幅数字图像时，将自动设置图像窗口、坐标轴和图像属性。该函数的语法格式如下imshow(I,n)imshow(I,lowhigh)imshow(BW)imshow(X,map)imshow(RGB)imshow(.,display_option)imshow(x,y,A,.)imshowfilenameh=imshow(.)例1-6灰度图像的显示例1-7索引图像的显示X,map=imread(canoe.tif);im
17、show(X,map);例1-8RRB图像的显示、RGB=imread(peppers.png);imshow(RGB);例1-9二进制图像的显示Imview，在图像阅览器中显示图像，语法格式为：Imview(I)Imview(RGB)Imview(X,map)Imview(I,range)Imviewcloseall例灰度图像的显示ClearallI=imread(cameraman.tif);Imview(I);2.5.5图像数据类型转换(excercise12-19)im2double函数将图像类型转换为double型im2uint8函数将图像类型转换为uint8型im2uint16函数将图像类型转换为uint16型2.5.6图像类型转换（功能详见书P36) dither函数用抖动法把RGB图像转换成索引图像或把灰度图转换成二值图像gray2ind函数将灰度图或二值图转换成索引图grayslice函数将灰度图转换成索引色图像im2bw函数将真彩色图像，索引图像，灰度图像转换成二值图像ind2rgb函数将索引色图像转换成真彩色图像mat2gray函数将数据矩阵转换成灰度图像rgb2gray函数将真彩色图像或颜色映射图转换成灰度图像Rgb2ind将真彩色图像转换成索引图像作业：P481,3课后实验1
