第1次課 Matlab應(yīng)用圖像處理基礎(chǔ)(用)

一.Matlab簡(jiǎn)介

二.計(jì)算單元：向量與矩陣

三.計(jì)算單元的基本操作

四.Matlab圖像處理基礎(chǔ)

Matlab應(yīng)用圖像處理基礎(chǔ)1、概述（“矩陣實(shí)驗(yàn)室”）1984年，美國(guó)Mathworks公司成立，正式將Matlab推向市場(chǎng)。起初，Matlab是專門用于矩陣數(shù)值計(jì)算的數(shù)學(xué)軟件，隨著市場(chǎng)化，功能逐步強(qiáng)大。目前，已經(jīng)在多學(xué)科、多領(lǐng)域內(nèi)都取得良好的應(yīng)用。如：自動(dòng)控制理論、信號(hào)處理系統(tǒng)、圖像處理、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真。基本教學(xué)工具，本、碩士、博士基本技能設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門一.Matlab簡(jiǎn)介2、語(yǔ)言特點(diǎn)語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、庫(kù)函數(shù)豐富圖形功能強(qiáng)大，較強(qiáng)的編輯圖形界面的能力功能強(qiáng)大的工具箱。功能性工具箱和學(xué)科性工具箱源程序的開(kāi)放性一.Matlab簡(jiǎn)介3、通用命令cd顯示或改變當(dāng)前工作目錄dir顯示當(dāng)前目錄或指定目錄下的文件Disp顯示變量或文字內(nèi)容Clc清除工作窗中所有顯示的內(nèi)容Clear清理內(nèi)存變量Exit退出MatlabSave保存內(nèi)存變量到指定文件一.Matlab簡(jiǎn)介4.程序運(yùn)行方式命令窗口直接輸入命令，回車M文件一.Matlab簡(jiǎn)介二.計(jì)算單元：向量與矩陣MATLAB作為一個(gè)高性能的科學(xué)計(jì)算平臺(tái)，主要面向高級(jí)科學(xué)計(jì)算。MATLAB的基本計(jì)算單元是矩陣與向量，向量為矩陣的特例?！纠烤仃?行向量B=[123]，列向量，在MATLAB中可以分別表示為

>>A=[123;456]>>B=[123]>>C=[4;5;6]注意：

MATLAB中所有的矩陣與向量均包含在中括號(hào)[]之中。如果矩陣的大小為1×1，則它表示一個(gè)標(biāo)量，如

>>a=[3] %a表示一個(gè)數(shù)說(shuō)明：1、?MATLAB中分號(hào)“;”的作用有兩點(diǎn)：①作為矩陣或向量的分行符。②作為矩陣或向量的輸出開(kāi)關(guān)控制符。2、冒號(hào)操作符“:”的應(yīng)用>>B=2:5 %對(duì)向量進(jìn)行賦值B=2345>>B(1:3)=2%向量B從第1到第3個(gè)元素全

部賦值為2B= 2225>>C=6:-2:0 %將向量C進(jìn)行遞減賦值，初

始值為6，終止值為0，步長(zhǎng)為-2C=64201.矩陣加法與減法2.矩陣的乘法與除法3.矩陣的轉(zhuǎn)置4.矩陣的點(diǎn)運(yùn)算三.計(jì)算單元的基本操作1.矩陣加法與減法如果矩陣A與矩陣B具有相同的維數(shù)，則可以定義矩陣的加法與減法，其結(jié)果為矩陣相應(yīng)元素作運(yùn)算所構(gòu)成的矩陣。矩陣加法與減法在MATLAB中的表達(dá)方式為>>C=A+B; %C為矩陣A與B之和>>D=A-B;%D為矩陣A與B之差三.計(jì)算單元的基本操作【例】若，,則

>>C=A+B1446109>>D=A-B102203

矩陣與標(biāo)量的加法與減法是指標(biāo)量本身與矩陣所有元素進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算，如：

若b＝1，則>>C=A+bC=2345672.矩陣的乘法與除法如果矩陣A的列數(shù)等于矩陣B的行數(shù)，則矩陣A、B可以相乘?！纠咳?/p>

則

>>C=A*BC=711 1629

在MATLAB中，矩陣除法有兩種形式，即左除(\)和右除(/)。如果A是一個(gè)非奇異方陣，那么>>A\B%表示A的逆與B的左乘，即inv(A)*B>>B/A%表示A的逆與B的右乘，即B*inv(A)

矩陣的左除和右除運(yùn)算還可以用來(lái)求解矩陣方程AX=B的解：>>X=A\B3.矩陣的轉(zhuǎn)置轉(zhuǎn)置是一種重要的矩陣運(yùn)算，在MATLAB中由撇號(hào)表示:>>A’ %矩陣A的轉(zhuǎn)置

如果，則。4.矩陣的點(diǎn)運(yùn)算兩矩陣進(jìn)行點(diǎn)運(yùn)算是指它們的對(duì)應(yīng)元素進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，要求兩矩陣的維參數(shù)相同。點(diǎn)運(yùn)算符有.*、./、.\和.^?！纠咳?/p>

>>A.*B= %矩陣對(duì)應(yīng)元素相乘74-10>>B./A= %矩陣對(duì)應(yīng)元素相除71-10>>B.^2= %矩陣元素乘方運(yùn)算49410>>A.^B= %矩陣對(duì)應(yīng)元素冪運(yùn)算14-11四.Matlab圖像處理基礎(chǔ)

主要內(nèi)容：4、基本的二維圖形繪制命令2、圖像的讀取和顯示3、圖像類型轉(zhuǎn)換1、matlab支持的圖像類型和常用格式5、M文件與MATLAB函數(shù)圖像的概念（根據(jù)圖像的性質(zhì)）：①矢量圖（圖形）矢量圖由圖形元素構(gòu)成，能無(wú)限放大、縮小而不失真；不需將圖像中的每一點(diǎn)記錄下來(lái)，所占空間較小。②圖像（位圖）由不同強(qiáng)度或顏色屬性的點(diǎn)組成；大分辨率的清晰圖像占用大量空間；很難表達(dá)動(dòng)態(tài)圖像。1、matlab支持的圖像類型和格式圖像的采樣與量化1、matlab支持的圖像類型和格式采樣:將在空間上連續(xù)的圖像轉(zhuǎn)換成離散的采樣點(diǎn)(即像素，pixel)集的操作在x軸和y軸兩個(gè)方向上進(jìn)行設(shè)圖像變成每行有M個(gè)像素，每列有N個(gè)像素，則全圖是MxN個(gè)點(diǎn)的集合圖像的采樣與量化量化定義：將各個(gè)像素所含的明暗信息離散化后，用數(shù)字來(lái)表示。一般量化值用整數(shù)來(lái)表示。充分考慮到人眼的識(shí)別能力之后，目前非特殊用途的圖像均為8bit量化，即用0~255描述“黑~白”間的變化1、matlab支持的圖像類型和格式Matlab圖像類型（根據(jù)表示的數(shù)據(jù)）①索引圖像直接把像素值作為RGB調(diào)色板下標(biāo)的圖像。包括一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣及一個(gè)顏色映像矩陣。索引圖像可把像素值“直接映射”為調(diào)色板數(shù)值。調(diào)色板通常與索引圖像存儲(chǔ)在一起，裝載圖像時(shí)，調(diào)色板將和圖像一同自動(dòng)裝載。1、matlab支持的圖像類型和格式Matlab圖像類型①索引圖像

1、matlab支持的圖像類型和格式RGB02550010255020025532552550Matlab圖像類型②灰度圖像是包含灰度級(jí)（量度）的圖像。僅包含一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，其中數(shù)據(jù)矩陣中的每一個(gè)數(shù)據(jù)代表了一定范圍內(nèi)的灰度值。（0~255）1、matlab支持的圖像類型和格式Matlab圖像類型③RGB圖像真彩圖像。用RGB三原色表示圖像色彩信息。每一個(gè)像素值由三個(gè)數(shù)值來(lái)指定紅、綠和藍(lán)顏色分量。1、matlab支持的圖像類型和格式Matlab圖像類型④二進(jìn)制圖像顯示黑、白信息的圖像,每個(gè)像素只取0,1兩個(gè)灰度值。1、matlab支持的圖像類型和格式圖像的常用格式1、matlab支持的圖像類型和格式①BMP：BMP文件是一種與硬件設(shè)備無(wú)關(guān)的位圖文件，是Microsoft公司在Windows操作系統(tǒng)中采用的標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式。BMP具有很強(qiáng)的通用性和設(shè)備無(wú)關(guān)性，幾乎所有的圖像處理軟件、圖像顯示設(shè)備都可以打開(kāi)它。通常不采壓縮措施，所以BMP文件比較大。②GIF：圖像互換格式，GIF圖像文件采用了可變長(zhǎng)度等壓縮算法，壓縮率一般在50%左右。幾乎所有相關(guān)軟件都支持GIF，它既可以表示靜態(tài)圖像，也可以表示動(dòng)態(tài)圖像。1、matlab支持的圖像類型和格式③JPEG：聯(lián)合圖像專家組格式，是聯(lián)合圖像專家組提出的一種靜態(tài)圖像壓縮方法，文件后輟名為“．jpg”或“．jpeg”。

JPEG采用有損壓縮算法，具有較高的壓縮比，是目前網(wǎng)絡(luò)上最流行的圖像格式，也普遍應(yīng)用于需要連續(xù)色調(diào)的圖像。④PNG：便攜式網(wǎng)絡(luò)圖形格式，是網(wǎng)上流行的新圖像文件格式，是由GIF開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)GIF格式的缺點(diǎn)改良而來(lái)。它同時(shí)提供24位和48位真彩色圖像支持以及其他諸多技術(shù)性支持。由于PNG非常新，所以并不是所有的程序都可以用它來(lái)存儲(chǔ)圖像文件。1、matlab支持的圖像類型和格式⑤TIFF：標(biāo)簽圖像文件格式，是一般圖像軟件和排版所支持的，具有非破壞性的文件格式，非常適用于印刷輸出。TIFF格式靈活易變，它又定義了四類不同的格式：TIFF-B適用于二值圖像；TIFF-G適用于黑白灰度圖像；TIFF-P適用于帶調(diào)色板的彩色圖像；TIFF-R適用于RGB真彩圖像。TIFF支持多種編碼方法，其中包括RGB無(wú)壓縮、RLE壓縮及JPEG壓縮等。①圖像的讀取FILENAME指定圖像文件的完整路徑和文件名，文件名一定要帶擴(kuò)展名。如果在work工作目錄下只需提供文件名。2、圖像的讀取、顯示和寫(xiě)入A=imread(FILENAME)①圖像的讀取不同類型的圖像讀取略有差別：灰度圖像：I=imread（filename）真彩色圖像：RGB=imread（filename）2、圖像的讀取、顯示和寫(xiě)入索引圖像：[x,map]=imread（filename）X：存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的矩陣名。MAP:該圖像的調(diào)色板。Example:RGB=imread(‘flowers.tif’)[X,map]=imread(‘canoe.tif’)2、圖像的讀取、顯示和寫(xiě)入②圖像的顯示灰度圖像：Imshow(I);imshow(I,[low,high]);imshow(I,[])真彩色圖像：Imshow(RGB）索引圖像：imshow(x,map)imshow2、圖像的讀取、顯示和寫(xiě)入②圖像的顯示figure(i)%創(chuàng)建第i個(gè)新的圖像窗口；

subplot（m,n,p）%打開(kāi)一個(gè)有m行n列圖像位置的窗口，并將焦點(diǎn)位于第p個(gè)位置上title%為圖像命名幾個(gè)常用函數(shù)2、圖像的讀取、顯示和寫(xiě)入③圖像的寫(xiě)入函數(shù)imwrite()可以將一幅圖像寫(xiě)成一個(gè)Matlab支持的格式圖像文件。

imwrite(f,Filename)

Filename:擴(kuò)展名的輸出文件名。

寫(xiě)入索引圖像：

imwrite(X,MAP,Filename)X:圖像變量名MAP:調(diào)色板Imwrite可以有其他的參數(shù)，取決于所選的文件格式，如：imwrite(f,Filename,‘quality’,q)%q屬于[0100]2、圖像的讀取、顯示和寫(xiě)入功能：將索引色圖像轉(zhuǎn)換為真彩色圖像用法：RGB=ind2rgb(x,map);例：

>>[x,map]=imread(‘2.gif’);%讀取索引圖像>>RGB=ind2rgb(x,map);%轉(zhuǎn)換為真彩色圖像3、圖像類型轉(zhuǎn)換常用命令：ind2rgb3、圖像類型轉(zhuǎn)換功能：將其他圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像用法：BW=im2bw(I,level)；%將灰度圖轉(zhuǎn)換為二值圖BW=im2bw(X,map,level)；%將索引圖轉(zhuǎn)換為二值圖BW=im2bw(RGB,level)；%將真彩色圖轉(zhuǎn)換為二值圖其中，Level為二值化閾值，[0,1]im2bw常用命令：例：I=imread(‘1.jpg’)%讀取一幅灰度圖像>>bw=im2bw(I,0.3);%結(jié)果顯示>>subplot(1,2,1);imshow(I);>>subplot(1,2,2);imshow(bw);常用命令：3、圖像類型轉(zhuǎn)換功能：將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像用法：I=rgb2gray(RGB)例子：>>RGB=imread('3.jpg');>>I=rgb2gray(RGB);rgb2gray4.基本的二維圖形繪制命令(1)?plot(x,y)：輸出以向量x為橫坐標(biāo)，以向量y為縱坐標(biāo)且按照x，y元素的順序有序繪制的圖形。(2)?plot(x1,y1,'str1‘,x2,y2,'str2‘,…)：用'str1'指定的方式，輸出以x1為橫坐標(biāo)，y1為縱坐標(biāo)的圖形。用'str2'指定的方式，輸出以x2為橫坐標(biāo)，y2為縱坐標(biāo)的圖形。若省略'str'，則MATLAB自動(dòng)為每條曲線選擇顏色與線型。'str'選項(xiàng)中的部分參數(shù)如表所示。表plot命令選項(xiàng)顏色'g'綠色'?.'粗點(diǎn)線'--'虛線'y'黃色':'點(diǎn)線'-.'點(diǎn)劃線'r'紅色'*'星線'-'實(shí)線'b'藍(lán)色'o'圓圈'+'加號(hào)'m'品紅色'x'叉's'方形'y'黃色'd'菱形'p'五角星'k'黑色'^'上三角'h'六角星4.基本的二維圖形繪制命令線型【例】用MATLAB繪制正弦函數(shù)在[0，2π]中的圖形。解：在MATLAB命令行下輸入>>x=0:0.1:2*pi; >>y=sin(x);>>plot(x,y,'*');簡(jiǎn)單的圖形控制命令

(1)grid：自動(dòng)在各個(gè)坐標(biāo)軸上加上虛線型的網(wǎng)格。

(2)holdon：保持當(dāng)前的圖形，允許在當(dāng)前圖形狀態(tài)下繪制其它圖形，即在同一圖形窗口中繪制多幅圖形。

(3)holdoff：釋放當(dāng)前圖形窗口，繪制的下一幅圖形將覆蓋原來(lái)圖形。這是MATLAB的缺省狀態(tài)。

(4)hold：在holdon與holdoff之間進(jìn)行切換。【例】在一個(gè)圖形窗口繪制兩個(gè)函數(shù)的圖像其中

5.M文件與MATLAB函數(shù)

1）M文件編輯器M文件編輯器不僅僅是一個(gè)文字編輯器，它還具有一定的程序調(diào)試功能在MATLAB命令行下輸入

>>edit

則彈出如圖所示的M文件編輯器窗口。圖M文件編輯器

MATLAB中有兩種M文件：一種稱為腳本文件（批處理語(yǔ)句），另一種是M函數(shù)。新建M文件，保存時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將文件保存成*.m文件。然后便可以在MATLAB命令窗口或其它M文件中使用。其特點(diǎn)是按照腳本中語(yǔ)句的順序執(zhí)行，生成的變量放在當(dāng)前的工作區(qū)之中（如果從命令行運(yùn)行，則放在基本工作區(qū)）。

5.M文件與MATLAB函數(shù)

①腳本文件腳本文件是由一系列MATLAB的命令、內(nèi)置函數(shù)以及M文件等構(gòu)成的文件，它可以由一般的編輯器進(jìn)行編制，其結(jié)果保存在相應(yīng)的M文件中。M腳本文件的實(shí)質(zhì)為命令的集合，執(zhí)行時(shí)，MATLAB從文件中讀取命令執(zhí)行。

5.M文件與MATLAB函數(shù)

【例】編寫(xiě)一個(gè)M文件繪制函數(shù)