Matlab簡(jiǎn)介及圖像處理基礎(chǔ)課件

1、第9章 MATLAB簡(jiǎn)介及圖像處理基礎(chǔ)9.1 MATLAB簡(jiǎn)介 Matlab語(yǔ)言是由美國(guó)的Clever Moler博士于1980年開(kāi)發(fā)的 設(shè)計(jì)者的初衷是為解決“線性代數(shù)”課程的矩陣運(yùn)算問(wèn)題 取名MATLAB即Matrix Laboratory 矩陣實(shí)驗(yàn)室的意思。1993年 MATH WORKS公司先后推出MATLAB 3.x， MATLAB 4.0；1997年MATLAB5.0;2001年MATLAB6.x;2004年MATLAB7.0。2011年MATLAB 7.12 MATLAB由總包和若干個(gè)工具箱構(gòu)成。具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算能力，良好的符號(hào)計(jì)算功能和卓越的數(shù)據(jù)可視化能力。 9.1 MATLA

2、B簡(jiǎn)介一、MATLAB的特點(diǎn) 9.1 MATLAB簡(jiǎn)介 9.1 MATLAB簡(jiǎn)介二、 Matlab能在各領(lǐng)域做什么？工業(yè)研究與開(kāi)發(fā);學(xué)科方面的教學(xué)與研究 線性代數(shù)、高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、自動(dòng)控制理論、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字圖像處理等課程基本教學(xué)工具。 數(shù)值分析、優(yōu)化分析、數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)控制、信號(hào)處理等領(lǐng)域的數(shù)學(xué)計(jì)算。計(jì)算可視化、圖形繪制、場(chǎng)景創(chuàng)建與虛擬現(xiàn)實(shí)、圖像處理等分析處理經(jīng)濟(jì)學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)等計(jì)算問(wèn)題的所有其他領(lǐng)域中的教學(xué)與研究請(qǐng)欣賞例子例、用簡(jiǎn)短命令計(jì)算并繪制在0 x6范圍內(nèi)的sin(2x)、sinx2、sin2x。x=linspace(0,6)y1=sin(2*x),y2=

3、sin(x.2),y3=(sin(x).2;plot(x,y1,x, y2,x, y3)用matlab中的simulink工具箱仿真PID控制算法(f1001.mdl文件)用matlab軟件仿真數(shù)字水印算法實(shí)例(watermark_photo_noise.m文件)三、 Matlab的啟動(dòng)和用戶界面 2、啟動(dòng)Matlab開(kāi)機(jī)執(zhí)行： 開(kāi)始-所有程序-MATLAB6.5-MATLAB6.5或用鼠標(biāo)雙擊桌面上matlab圖標(biāo)即可打開(kāi)matlab命令平臺(tái)1、安裝Matlab 圖9.1 MATLAB主界面3、Matlab6.5的用戶界面 9.1 MATLAB簡(jiǎn)介 9.1 MATLAB簡(jiǎn)介圖9.2 Comm

4、and Window窗口 9.1 MATLAB簡(jiǎn)介 9.1 MATLAB簡(jiǎn)介 9.1 MATLAB簡(jiǎn)介 9.1 MATLAB簡(jiǎn)介 9.1 MATLAB簡(jiǎn)介 9.1 MATLAB簡(jiǎn)介 9.1 MATLAB簡(jiǎn)介 圖9.6 Current Directory窗口1、Matlab聯(lián)機(jī)幫助命令 help 功能提供Matlab大部分主題的在線幫助信息help 顯示help 主題一覽表help plotxyz 顯示有關(guān)三維做圖指令幫助信息help sqrt 顯示平方根功能和使用方式help help 顯示help 的幫助信息雖然help可以隨時(shí)提供幫助，但必須知道準(zhǔn)確的函數(shù)名稱。當(dāng)不能確定函數(shù)名稱時(shí)，hel

5、p就無(wú)能為力了。1）命令行幫助四、Matlab7.0的基礎(chǔ)知識(shí) Lookfor函數(shù) 它可提供通過(guò)一般的關(guān)鍵詞，搜索出一組與之相關(guān)的命令lookfor fourier 尋找含有傅立葉變換的相關(guān)指令help、lookfor 兩個(gè)指令構(gòu)成了matlab語(yǔ)言相當(dāng)完善的在線幫助查詢系統(tǒng) lookfor fouri 尋找所有包含fouri的指令和注例如 FFT Discrete Fourier transform2）聯(lián)機(jī)幫助在Matlab界面中單擊工具條上的問(wèn)號(hào)或點(diǎn)擊Help菜單中的Matlab Help選項(xiàng)，可以打開(kāi)聯(lián)機(jī)幫助界面。what：顯示當(dāng)前目錄下所有與matlab相關(guān)的文件及它們的路徑。dir：

6、顯示當(dāng)前目錄下所有的文件which：顯示某個(gè)文件的路徑cd path：由當(dāng)前目錄進(jìn)入path目錄cd .：返回上一級(jí)目錄cd：顯示當(dāng)前目錄type filename：在命令窗口中顯示文件filenamedelete filename：刪除文件filename2、 matlab與dos兼容命令3、matlab的數(shù)據(jù)與變量1） 建立數(shù)據(jù) （1）直接輸入數(shù)據(jù)注意“；”表示不顯示定義的數(shù)據(jù)（2）自動(dòng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)?xx=1:10 xx從1到10，間隔為1xx = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10?xx=-2:0.5:1 xx從-2到1，間隔為0.5xx = -2.0000 -1.5000 -1.00

7、00 -0.5000 0 0.5000 1.0000?xx=linspace(-1,1,10) xx從-1到1等距離取10個(gè)點(diǎn)xx = Columns 1 through 7 -1.0000 -0.7778 -0.5556 -0.3333 -0.1111 0.1111 0.3333 Columns 8 through 10 0.5556 0.7778 1.00002） 變量查詢函數(shù)who與whoswho作用列出在matlab工作空間中已經(jīng)駐留的變量名清單?whoYour variables are:x1 xx y1 whos作用在給出駐留變量的同時(shí)，還給出他們的維數(shù)及性質(zhì)whos Name S

8、ize Bytes Class x1 1x3 24 double array xx 1x10 80 double array y1 2x3 48 double arrayGrand total is 19 elements using 152 bytes3） 查詢變量函數(shù)exist格式：i=exist(xx);其中xx為要查詢的變量名;i 為返回值i=1 表示存在一個(gè)變量名為xx的矩陣i=0表示不存在和xx相關(guān)的變量和文件4）清除變量函數(shù)clear格式：Clear x1 %清除x1一個(gè)變量Clear x1 x2 %清除x1和x2兩個(gè)變量注意：中間沒(méi)有“，”或“；”號(hào)Clear 清除整個(gè)空間中的

9、所有變量注意clear 是無(wú)條件刪除變量，且不可恢復(fù)5 ）關(guān)閉圖像窗口close格式：Close %關(guān)閉當(dāng)前圖像窗口Clear all %關(guān)閉所有圖像窗口6 ）清除工作命令窗口clc格式：clc %清除工作命令窗口內(nèi)容CTRL+C 和CTRL+Break隨時(shí)中斷Matlab運(yùn)行1 ）變量定義：其值可以改變的量稱變量注意：1）使用變量時(shí)無(wú)需變量聲明 2）系統(tǒng)自動(dòng)生成變量，并指定合適的存儲(chǔ)空間 3）在重復(fù)使用變量時(shí)，自動(dòng)更新內(nèi)容。4、 變量、數(shù)據(jù)與函數(shù)規(guī)則： （1）由字母、數(shù)字和下劃線組成，字母間不可留空格，且第一個(gè)字符為字母（2）變量名中的英文字母大小寫(xiě)是有區(qū)別的 如：A1B,a1b,A1b,a

10、1B是不同的變量 (3) 變量名的長(zhǎng)度上限為63個(gè)字符Matlab常用特殊變量 eps 容差變量，計(jì)算機(jī)的最小數(shù)，定義為1.0到最近浮點(diǎn)數(shù)的距離,在 pc機(jī)上= 2-52 pi 圓周率的近似值3.1415926 inf或Inf 表示正無(wú)大,定義為1/0 NaN 不定量，它產(chǎn)生于0 ，0/0，/ 等運(yùn)算 i，j 虛數(shù)單位 ans 對(duì)于未賦值運(yùn)算結(jié)果，自動(dòng)賦給ansdate日歷clock 掛鐘tic秒表開(kāi)始toc秒表停止2） 注釋和標(biāo)點(diǎn)百分號(hào)后所有的文字為注釋，注釋語(yǔ)句不執(zhí)行。?xx=1:10 xx從1到10，間隔為1xx = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10多條命令可以放在同一行，中間用

11、逗號(hào)或分號(hào)隔開(kāi)。區(qū)別：逗號(hào)要求顯示結(jié)果，分號(hào)禁止顯示結(jié)果如：?x=4.5;y=5,f=1.9y = 5f = 1.90003 ） 復(fù)數(shù)表示Matlab復(fù)數(shù)不用特殊處理，用i ,j和sqrt(-x)表示復(fù)數(shù)運(yùn)算形式與實(shí)數(shù)一樣?a=1-2i,b=sqrt(-2),c=a+ba = 1.0000 - 2.0000ib = 0 + 1.4142ic = 1.0000 - 0.5858ireal(a),imag(a),abs(a),angle(a)命令來(lái)表示一個(gè)復(fù)數(shù)的實(shí)部、虛部、幅值和相角。4） 數(shù)學(xué)函數(shù)Matlab所支持的常用數(shù)學(xué)函數(shù)見(jiàn)下表。abs(x)絕對(duì)值或復(fù)數(shù)的幅值lcm(x,y)整數(shù)x和y的最

12、小公倍數(shù)acos(x)反余弦log(x)自然對(duì)數(shù)angle(x)復(fù)數(shù)相角log10(x)常用對(duì)數(shù)asin(x)反正弦real(x)復(fù)數(shù)實(shí)部atan(x)反正切round(x)四舍五入到最近的整數(shù)conj(x)復(fù)數(shù)共軛sign(x)符號(hào)函數(shù)cos(x)余弦sin(x)正弦exp(x)指數(shù)函數(shù)sqrt(x)平方根gcd(x,y)整數(shù)x和y的最大公約數(shù)tan(x)正切imag(x)復(fù)數(shù)虛部使用函數(shù)注意幾點(diǎn)：1）函數(shù)一定要出現(xiàn)在等式右邊2）每個(gè)函數(shù)對(duì)其自變量的個(gè)數(shù)和格式都有一定的要求,3）函數(shù)允許嵌套，例如：sqrt(abs(sin(225*pi/180)4)Matlab只對(duì)弧度操作,如sin(1)表

13、示的不是sin1，而是sin57.28578。 sqrt(5)ans = 2.2361 sqrt(-5)ans = 0 + 2.2361i例 round(1.2)ans = 1 round(5.6)ans = 6 sign(-5)ans = -1 sign(5)ans = 1 gcd(4,6)ans = 2 lcm(4,6)ans = 12 abs(-5.6)ans = 5.60005、 應(yīng)用舉例例11計(jì)算下式的結(jié)果，其中x3.5度，y6.7度。x=pi/180*(-3.5);y=pi/180*6.7; %將角度轉(zhuǎn)換 為弧度值z(mì)=sin(abs(x)+abs(y)/sqrt(cos(abs(x

14、+y)z 0.1772例1-2我國(guó)人口按2000年第五次全國(guó)人口普查的結(jié)果為12.9533億，如果年增長(zhǎng)率為1.07，求公元2010年末的人口數(shù)。計(jì)算人口公式為：P1=P0(1+r) n ，其中： P1 為幾年后的人口，P0為人口的初值，r為年增長(zhǎng)率，n為年數(shù)。R=0.0107;N=2010-2000;P0=12.9533E8;P1=P0*(1.0+R)NP1=1.4408e+009例1-3求解ax2+bx+c=0方程的根，其中：a=1,b=2,c=3.分析一元二次方程的求根公式為a=1;b=2;c=3;d=sqrt(b*b-4*a*c)X1=(-b+d)/(2*a)X1= -1.000+1.

15、4142iX2=(-b-d)/(2*a)X2=-1.000-1.4142i.9.2 MATLAB編程基礎(chǔ)一、數(shù)據(jù)生成及修改矩陣元素可以是任何matlab表達(dá)式 ，可以是實(shí)數(shù) ，也可以是復(fù)數(shù)，復(fù)數(shù)可用特殊函數(shù)i，j 輸入 a=1 2 3;4 5 6 x=2 pi/2;sqrt(3) 3+5i%例1-1 x = 1 2 3 4;2 3 4 5;3 4 5 6 A=1 2 34 5 62 3 4x = 1 2 3 4 2 3 4 5 3 4 5 6只要是賦過(guò)值的變量，不管是否在屏幕上顯示過(guò)，都存儲(chǔ)在工作空間中，以后可隨時(shí)顯示或調(diào)用。變量名盡可能不要重復(fù)，否則會(huì)覆蓋 。當(dāng)一個(gè)指令或矩陣太長(zhǎng)時(shí)，可用續(xù)行

16、注意：由文本文件生成矩陣 txt文件中不含變量名稱，文件名x為矩陣變量名，每行數(shù)值個(gè)數(shù)必須相等。 調(diào)用：load d:.例1-3load test.txttesttest = 1.1000 1.2000 1.3000 1.40001）部分?jǐn)U充 D=A;B C 2 矩陣的修改%例3-4A=1 2 3 4; 5 6 7 8;B=eye(2);C=zeros(2);D=A;B CA為原矩陣，B，C中包含要擴(kuò)充的元素，D為擴(kuò)充后的矩陣2） 部分刪除 A(:,n)=; A(m,:)= 3）部分修改 A(m,n)=a; A(m,:)=a b ; A(:,n)= a; b; %例3-5A = 1 2 3 4

17、;5 6 7 8;A(:,2)=A = 1 3 4 5 7 8結(jié)果：%例3-6A = 1 2 3 4;5 6 7 8;A(:,2)=10; 11A = 1 10 3 4 5 11 7 8結(jié)果：4） 結(jié)構(gòu)改變 1 左右翻轉(zhuǎn) fliplr(A) 2 上下翻轉(zhuǎn) flipud(A) 3 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)rot90(A,k); 4 平鋪矩陣 B=repmat(A,m,n) %例1-7A = 1 2 3 4;5 6 7 8;fliplr(A)%例1-8A = 1 2 3 4;5 6 7 8;flipud(A)%例1-9A = 1 2 3 4;5 6 7 8;rot90(A)ans = 4 3 2 1 8 7 6

18、 5ans = 5 6 7 8 1 2 3 4ans = 4 8 3 7 2 6 1 5例 將一副圖片進(jìn)行左右翻轉(zhuǎn)，上下翻轉(zhuǎn)，并顯示出來(lái)imagechange.m5） 矩陣元素的數(shù)據(jù)變換 （1 ）取整數(shù) floor; ceil; round; fix %例1-11A = 1 2; 3 4;B=repmat(A,3,2)B = 1 2 1 2 3 4 3 4 1 2 1 2 3 4 3 4 1 2 1 2 3 4 3 4結(jié)果：%例1-14A=3*randn(2)B1=floor(A)B2=ceil(A)B3=round(A)B4=fix(A)floor 按 方向取整； ceil 相反round按

19、四舍五入取整；fix按離0近的方向取整A = -1.2977 0.3760 -4.9968 0.8630B1 = -2 0 -5 0B2 = -1 1 -4 1B3 = -1 0 -5 1B4 = -1 0 -4 0 3 特殊矩陣1） 單位陣 eye調(diào)用格式：A=eye(n); B=eye(m,n); C=eye(size(A)%例3-17A=1 2 3; 2 3 4;B=eye(size(A)C=eye(3)B = 1 0 0 0 1 0C = 1 0 0 0 1 0 0 0 12）矩陣 ones 和零矩陣 zeros 調(diào)用格式：ones(n);ones(m,n);ones(m,n);one

20、s(size(A) zeros(n);zeros(m,n);zeros(m,n);zeros(size(A)%例3-18A=1 2 3; 2 3 4;B= ones(size(A)C=zeros(size(A)D=ones(3)E=zeros(3,2)B = 1 1 1 1 1 1C = 0 0 0 0 0 0D = 1 1 1 1 1 1 1 1 1E = 0 0 0 0 0 03 ）隨機(jī)陣 rand;randn 調(diào)用格式：rand;rand(n);rand(m,n);rand(m,n);rand(size(A) randn;randn(n);randn(m,n);randn(m,n);ra

21、ndn(size(A)0到1之間均勻分布的隨機(jī)矩陣零均值單位方差正態(tài)分布的隨機(jī)矩陣5 ）魔方陣 magic%例3-20 A=1 2 3; 2 3 4;B= rand(size(A)%例3-21 m=10;n=15;x=m+(n-m)*rand(3)%例3-22A=1 2 3; 2 3 4 B= randn(size(A)B = 0.7621 0.0185 0.4447 0.4565 0.8214 0.6154x = 13.9597 10.8813 14.5845 14.6091 12.0285 12.0514 13.6910 14.6773 14.4682B = -1.6656 0.2877

22、1.1909 0.1253 -1.1465 1.1892%例3-23 生成均值為0.5，方差為0.05的3階矩陣mu=0.5;sigma=0.05;x=mu+sqrt(sigma)*randn(3)x = 0.4916 0.4583 0.9882 0.5732 0.6623 0.4695 0.5391 0.3684 0.5255%例3-24M=magic(3)M = 8 1 6 3 5 7 4 9 2例 randn#m6） 對(duì)角陣 diag調(diào)用格式：A=diag(v,k);B=diag(v);v=diag(A,k)%例3-25v=1 2 3;A1=diag(v,-1)A2=diag

23、(v,0)A1 = 0 0 0 0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 3 0A2 = 1 0 0 0 2 0 0 0 3以向量v元素作為矩陣A的第k條對(duì)角線元素。當(dāng)k=0時(shí)，v為A的主對(duì)角線；當(dāng)k0時(shí)，v為上方第k條對(duì)角線元素，反之，下方第k條對(duì)角線元素。v=diag(A,k)表示抽取A元素的第k條對(duì)角線元素構(gòu)成向量v，k的含義同上。 MATLAB中文件形式：.m .mdl m文件“.m”分命令文件和函數(shù)文件兩種。 1、 命令文件 沒(méi)有輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)、只是命令行的組合. 命令文件最好保存在MATLAB7works子目錄（工作目錄）下(或非中文目錄下). 文件名命名與變量命名類似,文件

24、名與內(nèi)置函數(shù)及工具箱函數(shù)不應(yīng)重名、與命令文件及工作空間中的變量也不應(yīng)重名(最好不用中文名). 二、 m文件.9.2 MATLAB編程基礎(chǔ)clear; %清除工作空間變量theta=-pi:0.01:pi;rho(1,:)=2*sin(5*theta).2; %計(jì)算命令rho(2,:)=cos(10*theta).3;rho(3,:)=sin(theta).2;rho(4,:)=5*cos(3.5*theta).3;for i=1:4subplot(2,2,i);polar(theta,rho(i,:) %圖形輸出end2、 函數(shù)文件函數(shù)文件一般包括： 函數(shù)定義行: function 輸出參數(shù)=

25、函數(shù)名（輸入?yún)?shù)） % 返回變量多于一個(gè)時(shí)用方括號(hào). % 函數(shù)名與所存的m文件名應(yīng)同名. % 輸入變量多于一個(gè)時(shí)用逗號(hào)”,”隔開(kāi). % 第二行，概括性信息，用于lookfor(查找)命令 % 第二行到第一非注釋行之間為注釋，用于help命令 % 空行后不顯示。 函數(shù)體 注釋語(yǔ)句以%開(kāi)頭，可在m文件任何地方、或一行代碼的后面加注釋語(yǔ)句，%后的代碼部分為不執(zhí)行部分。 輸入和輸出變量可以是標(biāo)量、數(shù)組或矩陣 二、 m文件函數(shù)文件可以傳遞參數(shù)。函數(shù)文件中定義的變量都是局部變量；可以利用所有已知函數(shù)編制自己的M函數(shù)或者M(jìn)文件，從而完成復(fù)雜的運(yùn)算。M函數(shù)文件有自己的工作空間，與MATLAB工作空間是分開(kāi)的。

26、M函數(shù)的變量都是內(nèi)部變量，不會(huì)送到工作空間。M函數(shù)中若有return命令，函數(shù)將中斷運(yùn)行，返回工作空間。例4.16定義一個(gè)名為fcircle.m的函數(shù)文件，并調(diào)用該函數(shù)。先定義fcircle.m函數(shù)，將下述代碼另存為工作目錄下的fcircle.m文件 function s,p=fcircle(r) % 在m文件中定義函數(shù) % FCIRCLE calculate the area and perimeter of a circle of radii r % r 圓半徑 s 圓面積 p 圓周長(zhǎng) s=pi*r*r; p=2*pi*r; 在命令窗口可以調(diào)用該函數(shù)了s,p=fcircle(10)9.2

27、MATLAB編程基礎(chǔ)三、程序流程控制應(yīng)用MATLAB編程，主要是將解決問(wèn)題的算法用MATLAB語(yǔ)句或函數(shù)來(lái)描述。MATLAB提供三種常用控制結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)。由于在循環(huán)和條件語(yǔ)句中經(jīng)常包含大量的MATLAB命令，故一般用在文件中，而不是直接用在工作空間。順序結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)1 順序結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)就是依次執(zhí)行程序的各條語(yǔ)句。%例2-29disp (the begin of the program)disp (the first line)disp (the end of the program)the begin of the programthe first linethe

28、 end of the program1）for循環(huán)結(jié)構(gòu) for-endfor循環(huán)語(yǔ)句允許按照固定的次數(shù)或者給定的范圍重復(fù)完成運(yùn)算。基本格式： for 變量初值：增量：結(jié)束值 程序模塊 end2 循環(huán)結(jié)構(gòu)s1:s3:s2for 語(yǔ)句的嵌套 for i=1:3 for j=5:-1:1 a(i,j)=i2+j2; end end a = 2 5 10 17 26 5 8 13 20 29 10 13 18 25 34舉例計(jì)算1到5的三次方的值 for n=1:5 x(n)=n3; endx=1 8 27 64 1252）while 循環(huán)(while-end)while循環(huán)語(yǔ)句根據(jù)給出的條件，以不

29、定的次數(shù)求一組命令的值。while語(yǔ)句的結(jié)構(gòu) while 條件表達(dá)式 %當(dāng)條件表達(dá)式為真時(shí)，執(zhí)行循環(huán)體%內(nèi)的語(yǔ)句，否則退出當(dāng)前循環(huán)體 循環(huán)體 end應(yīng)用舉例 n=1;s=0; while n100) m break; end sum=sum+m; end應(yīng)用舉例3 分支結(jié)構(gòu)條件語(yǔ)句if主要有兩個(gè)條件語(yǔ)句結(jié)構(gòu):if_end 結(jié)構(gòu) 和 if_else_end結(jié)構(gòu)。if_end結(jié)構(gòu)格式： if 條件表達(dá)式 程序模塊 end應(yīng)用舉例y=0;for n=1:4 if n2 y=n2 endend求得結(jié)果：？if_else_end結(jié)構(gòu)： if 條件表達(dá)式1 程序模塊1 else if 條件表達(dá)式2 程序模

30、塊2 else 程序模塊3 enda=5;if a=0; disp(nihao1);else if a=1; disp(nihao2);else disp(nihao3);endendnihao39.3 MATLAB在圖像處理中的應(yīng)用 9.3 MATLAB在圖像處理中的應(yīng)用 9.3 MATLAB在圖像處理中的應(yīng)用9.3 MATLAB在圖像處理中的應(yīng)用 9.3 MATLAB在圖像處理中的應(yīng)用 9.3 MATLAB在圖像處理中的應(yīng)用 I2=imread(logo.tif);imshow(I2)二值圖像可以使用logical函數(shù)把其他數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二值圖像 C=eye(64)D=logical(C) imshow(D) 9.3