Matlab課設(shè)-圖像的輸入輸出及格式轉(zhuǎn)換2

課程設(shè)計任務書學生姓名：專業(yè)班級：指導教師：工作單位：信息工程學院題目:利用MATLAB仿真軟件進行圖像的輸入、輸出和格式變換要求完成的主要任務:讀取、保存和顯示不同格式的圖像，并進行圖像格式的相互變換如索引圖像、灰度圖像、RGB圖像和二值圖像的相互轉(zhuǎn)換課程設(shè)計的目的：1．理論目的課程設(shè)計的目的之一是為了鞏固課堂理論學習，并能用所學理論知識正確分析信號處理的基本問題和解釋信號處理的基本現(xiàn)象。2．實踐目的課程設(shè)計的目的之二是通過設(shè)計具體的圖像信號變換掌握圖像和信號處理的方法和步驟。課程設(shè)計的要求：每個學生單獨完成課程設(shè)計內(nèi)容，并寫出課程設(shè)計說明書、給出程序清單，最后通過課程設(shè)計答辯。時間安排：序號階段內(nèi)容所需時間1方案設(shè)計2天2軟件設(shè)計3天3系統(tǒng)調(diào)試2天4答辯1天合計8天指導教師簽名：年月日系主任（或責任教師）簽字：年月日目錄摘要 設(shè)計項目要求與說明設(shè)計項目要求利用MATLAB仿真軟件進行圖像的輸入、輸出和格式變換。要求讀取、保存和顯示不同格式的圖像，并進行圖像格式的相互變換如索引圖像、灰度圖像、RGB圖像和二值圖像的相互轉(zhuǎn)換。Matlab簡介及其在圖像處理與分析的應用Matlab簡介MATLAB是矩陣實驗室（MatrixLaboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點,使MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持。可以直接調(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。數(shù)字圖像及其處理圖像是用各種觀測系統(tǒng)以不同形式和手段觀測客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼并進而產(chǎn)生視知覺的實體。其最廣義的觀點是指視覺信息。人類的大部分信息都是從圖像中獲得的。用計算機進行圖像處理的前提是圖像必須以數(shù)字格式存儲，人們把以數(shù)字格式存放的圖像稱之為數(shù)字圖像。而我們常見的照片、海報、廣告招貼畫等都屬于模擬圖像。若要將模擬圖像數(shù)字化后生成數(shù)字圖像，需要使用諸如掃描儀之類的數(shù)字化設(shè)備。模擬圖像經(jīng)過掃描儀進行數(shù)字化后，或者由數(shù)碼照相機拍攝的圖片，在計算機中均是以數(shù)字格式存儲的。為了把圖像數(shù)字化，必須進行在空間點陣上的抽樣和灰度量化兩個方面的工作。被抽樣的點稱為像素，抽樣的精度隨圖像的種類而不同。這樣一來，所謂數(shù)字圖像就是灰度值的二維數(shù)組。一個單色靜止圖像可以用一個二維的光強度函數(shù)f（x,y）來表示，其中x與y表示空間坐標，而在任意點（x,y）的f值與在該點圖像的亮度（或灰度）成正比。一個數(shù)字圖像是圖像f（x,y）在空間坐標和亮度上都數(shù)字化后的圖像?？蓪?shù)字圖像視作一個矩陣，矩陣行與列的值決定一個點，而對應的矩陣元素值就是該點的灰度。這種矩陣的元素就是像素，所對應的灰度就是像素值。表1-1是以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的觀點進行分類的圖像種類。即在光譜方向、空間方向、時間軸方向上增加維數(shù)的圖像，可以用多個二維數(shù)組來表示。在這里，不管是一個數(shù)組還是其集合，總是要組成用計算機容易處理的形式。因此在傳送和復制時，只要在計算機內(nèi)部進行處理，就不會被破壞而能保持完好的再現(xiàn)性。這是數(shù)字處理的一大優(yōu)點。表1-1圖像的種類種類形式備注二值圖像f(x,y)＝0,1文字，曲線，指紋等灰度圖像0≤f(x,y)≤2n－1通常的照片，n＝6～8是標準的彩色圖像{fi(x,y)},i＝R,G,B根據(jù)三基色的表示多光譜圖像{fi(x,y)},i＝1,…,m遙感圖像用，m多為4～8立體圖像fL,fR從左右視點得到的一對圖像，用于立體觀測運動圖像（時間序列圖像）{ft(x,y)},t＝t1,…,tn動態(tài)分析，動畫等所謂數(shù)字圖像處理（digitalimageprocessing），就是利用計算機對圖像進行去除噪聲、增強、恢復、分割、提取特征等的理論、方法和技術(shù)。由于圖像處理是利用計算機和實時硬件實現(xiàn)的，因此也被稱為計算機圖像處理（computerimageprocessing）。要有效解決眾多的圖像處理應用問題，必須研究出專門的圖像處理方法，大致上可以將這些問題及其數(shù)字圖像處理方式歸納為圖像獲取、表示和表現(xiàn)（ImageAcquisition,RepresentationandPresentation）、圖像增強（ImageEnhancement）、圖像恢復（ImageRestoration）、圖像重建（ImageReconstruction）、圖像壓縮（ImageCompression）、圖像分割（ImageSegmentation）、圖像分析（ImageAnalysis）等。Matlab在圖像處理與分析的應用ⅰ.MATLAB支持的幾種圖像文件格式⑴JPEG（JointPhotogyaphicExpeytsGroup）：一種稱為聯(lián)合圖像專家組的圖像壓縮格式。⑵BMP（WindowsBitmap）：有1位、4位、8位、24位非壓縮圖像，8位RLE（RunlengthEncoded）的圖像。文件內(nèi)容包括文件頭（一個BITMAPFILEHEADER數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）、位圖信息數(shù)據(jù)塊（位圖信息頭BITMAPINFOHEADER和一個顏色表）和圖像數(shù)據(jù)。⑶PCX（WindowsPaintbrush）：可處理1位、4位、8位、16位、24位等圖像數(shù)據(jù)。文件內(nèi)容包括文件頭、圖像數(shù)據(jù)和擴展色圖數(shù)據(jù)。⑷TIFF（TaggedIamgeFileFormat）：處理1位、4位、8位、24位非壓縮圖像，1位、4位、8位、24位packbit壓縮圖像，1位CCITT壓縮圖像等。文件內(nèi)容包括文件頭、參數(shù)指針表與參數(shù)域、參數(shù)數(shù)據(jù)表和圖像數(shù)據(jù)四部分。⑸PNG（PortableNetworkGraphics）：包括1位、2位、4位、8位和16位灰度圖像，8位和16位索引圖像，24位和48位真彩色圖像。⑹GIF（GraphicsInterchangeFormat）：任何1位到8位的可交換的圖像。⑺HDF（HierarchialDataFormat）：有8位、24位光柵圖像數(shù)據(jù)集。⑻ICO（WindowsIconresource）：有1位、4位、8位非壓縮圖像。⑼CUR（WindowsCursorresource）：有1位、4位、8位非壓縮圖像。⑽XWD（XWindowsDump）：包括1位、8位Zpixmaps，XYBitmaps，XYPixmmmaps。⑾RAS（SunRasterimage）：有1位bitmap、8位索引、24位真彩色和帶有透明度的32位真彩色。ⅱ.MATLAB支持五種圖像類型，即二值圖像、索引圖像、灰度圖像、RGB圖像和多幀圖像陣列。有關(guān)它們的定義見下表1-2。表1-2圖像類型及其對應的像素數(shù)據(jù)類型雙精度類:Double(每個元素占8個字節(jié))整數(shù)類：Unit8(每個元素占1個字節(jié))整數(shù)類（Unit16）(每個元素占2個字節(jié))索引圖像圖像數(shù)組大小：m×n圖像元素取值:[1,p]色度矩陣：p×3色度元素值：[0,1]圖像數(shù)組大?。簃×n圖像元素取值:[0,p-1]色度矩陣：p×3色度元素值：[0,255]圖像數(shù)組大小：m×n圖像元素取值:[0,p-1]色度矩陣：p×3色度元素值：[0,65535]灰度圖像圖像數(shù)組大?。簃×n圖像元素值:[0,1]色度矩陣：p×3色度元素值：[0,1]圖像數(shù)組大小：m×n圖像元素值:[0,255]色度矩陣：p×3色度元素值：[0,1]圖像數(shù)組大?。簃×n圖像元素值:[0,65535]色度矩陣：p×3色度元素值：[0,1]二值圖像圖像數(shù)組大小：m×n圖像元素值：0或1圖像數(shù)組大?。簃×n圖像元素值：0或1真彩圖像數(shù)組大?。簃×n×3(:,:,1)－紅色分量(:,:,2)－綠色分量(:,:,3)－藍色分量元素取值：[0,1]（無調(diào)色板）數(shù)組大?。簃×n×3(:,:,1)－紅色分量(:,:,2)－綠色分量(:,:,3)－藍色分量元素取值：[0,255]（無調(diào)色板）數(shù)組大小：m×n×3(:,:,1)－紅色分量(:,:,2)－綠色分量(:,:,3)－藍色分量元素取值：[0,65535]（無調(diào)色板）⑴索引圖像是一種把像素值直接作為RGB調(diào)色板下標的圖像。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在一起，裝載圖像時，調(diào)色板將和圖像一同自動裝載。索引模式和灰度模式比較類似，它的每個象素點也可以有256種顏色容量，但它可以負載彩色?；叶饶Ｊ降膱D像最多只能有256種顏色。當圖像轉(zhuǎn)換成索引模式時，系統(tǒng)會自動根據(jù)圖像上的顏色歸納出能代表大多數(shù)的256種顏色，就象一張顏色表，然后用這256種來代替整個圖像上所有的顏色信息。⑵灰度圖像是每個像素只有一個采樣顏色的圖像。這類圖像通常顯示為從最暗黑色到最亮的白色的灰度，盡管理論上這個采樣可以任何顏色的不同深淺，甚至可以是不同亮度上的不同顏色。⑶二值圖像是指每個像素不是黑就是白，其灰度值沒有中間過渡的圖像。二值圖像一般用來描述文字或者圖形，其優(yōu)點是占用空間少，缺點是，當表示人物，風景的圖像時，二值圖像只能描述其輪廓，不能描述細節(jié)。⑷RGB色彩就是常說的三原色，R代表Red（紅色），G代表Green（綠色），B代表Blue（藍色）。之所以稱為三原色，是因為在自然界中肉眼所能看到的任何色彩都可以由這三種色彩混合疊加而成，因此也稱為加色模式。⑸多幀圖像陣列是由多幀圖像組成的，每一幀圖像可以為前四種圖像中的一種，但組成一個多幀圖像陣列的圖像必須為同一種。cat函數(shù)可以將具有相同尺寸的幾個獨立圖像存成多幀文件。對于多幀圖像也可以從中提取單幀。ⅲ.應用用Matlab所提供的圖像處理與分析工具，結(jié)合其強大的數(shù)據(jù)處理能力，研究人員可利用前人已取得的研究成果，可以把精力集中在新技術(shù)理論的研究上，而不必關(guān)心圖像文件的格式、讀寫、顯示和已有成果的技術(shù)細節(jié)．并快速測試其圖像處理與分析的新方案。測試既可方便地得到統(tǒng)計數(shù)據(jù)，同時又可得到直觀圖示。Matlab提供了20類圖像處理函數(shù)，涵蓋了圖像處理的包括近期研究成果在內(nèi)的幾乎所有的技術(shù)方法，是學習和研究圖像處理的人員難得的寶貴資料和加工工具箱。這些函數(shù)按其功能可分為：圖像顯示；圖像文件I/O；圖像算術(shù)運算；幾何變換；圖像登記；像素值與統(tǒng)汁；圖像分析；圖像增強；線性濾波；線性二元濾波設(shè)計；圖像去模糊；圖像變換；鄰域與塊處理；灰度與二值圖像的形態(tài)學運算；結(jié)構(gòu)元素創(chuàng)建與處理；基于邊緣的處理；色彩映射表操作；色彩空間變換；圖像類型與類型轉(zhuǎn)換。軟件流程分析讀取、保存和顯示不同格式的圖像，并進行圖像格式的相互變換如索引圖像、灰度圖像、RGB圖像和二值圖像的相互轉(zhuǎn)換圖像的讀取MATLAB提供了一個重要的用于圖像文件的讀寫的指令從圖像文件中讀取數(shù)據(jù)的imread。imread的常見調(diào)用格式為：A=imread(‘filename’,’fmt’)其作用是將文件名用字符串filename表示的，擴展名用fmt表示的圖像文件中的數(shù)據(jù)讀到矩陣A中。如果filename所指的為灰度級圖像，則A為一個二維矩陣；如果filename所指的為RGB圖像，則A為一個m×n×3的三維矩陣。Filename表示的文件名必須在MATLAB的搜索路徑范圍內(nèi)，否則需指出其完整路徑。imread的其他幾種重要的調(diào)用格式為：[X,map]=imread(‘filename’,’fmt’)[…]=imread(‘filename’)[…]=imread(URL,…)[…]=imread(…,idx)

(CUR,ICOandTIFFonly)[…]=imread(…,’frames’,idx)

(GIFonly)[…]=imread(…,ref)

(HDFonly)[…]=imread(…,’BackgroundColor’,BG)

(PNGonly)[A,map,alpha]=imread(…)

(ICO,CURandPNGonly)上面一些參數(shù)的含義如下：idx是指讀取圖標（cur、ico、tiff）文件中第idx個圖像，默認值為1?！痜rame’,idx是指讀取gif文件中的圖像幀，idx值可以是數(shù)量、向量或’all’。ref是指整數(shù)值。alpha是指透明度。圖像的顯示以圖像形式輸出（圖像的顯示）以圖像形式輸出，其實質(zhì)就是圖像的顯示。函數(shù)為image(imshow).圖2-1圖像輸出的框圖根據(jù)不同的圖像形式，有一些不同的顯示方法。索引圖像的顯示索引圖像包含一個數(shù)據(jù)矩陣A，一個顏色映射矩陣map。像素顏色內(nèi)數(shù)據(jù)矩陣X作為索引值向矩陣map進行索引。ⅰ.可以用下面代碼來顯示一幅索引圖像：image（A）colormap（map）.ⅱ.使用imshow命令顯示索引圖像，則需要指定圖像矩陣和調(diào)色板:Imshow(A,map)在顯示一幅索引圖像時，inshow函數(shù)將設(shè)置句柄圖形屬性來控制顏色顯示方式?；叶葓D像的顯示一幅灰度圖像是一個數(shù)據(jù)矩陣Iⅰ.imshow(I,[low,high])以灰度范圍[low,high]顯示圖像，如果不知道灰度范圍，可以用imshow(I,[])顯示。ⅱ.imshow(I,n)顯示灰度級為n的圖像，n缺省為256。二值圖像的顯示imshow(BW)顯示二值圖像。RGB圖像的顯示imshow(RGB)顯示真彩色圖像。以圖像文件的形式輸出（圖像文件形式之間的轉(zhuǎn)換）以圖像文件的形式輸出，其實質(zhì)是圖像文件形式之間的轉(zhuǎn)換。圖2-2圖像文件形式的輸出框圖格式是：imwrite(A,’filename’,’fmt’)保存無調(diào)色板的圖像imwrite(X,map,’filename’,’fmt’)保存有調(diào)色板的圖像imwrite(…,’filename’)文件名中含格式imwrite(…,Param1,Vall,Param2,Val2,…)指定保存參數(shù)（其中imwrite(…,Param1,Val1,Param2,Val2…)可以讓用戶控制HDF、JPEG、TIFF等一些圖像文件格式的輸出特性。）在MATLAB中，默認的保存類型是uint8。由于PNG和TIFF格式支持16位的圖像，所以保存這類圖像時，保存類型就是uint16。文件格式：bmp、jpg、pcx、tif。圖像的保存圖像的保存一般有四種方式：ⅰ.從菜單保存可以保存為fig，egs,jpeg,gif,png,bmp等格式ⅱ.復制粘貼Edit>copyfigure，再粘貼其他程序。ⅲ.Saveas函數(shù)Saveas(gca,filename,fileformat)ⅳ.print函數(shù)圖像類型的相互轉(zhuǎn)換圖2-3圖像類型轉(zhuǎn)換圖RGB圖像→灰度圖像I=rgb2gray（rgb）RGB圖像→索引圖像[x,map]=rgb2ind(RGB)[x,map]=rgb2ind(RGB,tol)tol范圍（0，1）[x,map]=rgb2ind(RGB，n)n范圍（0，1）X=rgb2ind(RGB,map)[]=rgb2ind(…,dither-option)RGB圖像→二值圖像bw=im2bw(I,map，level);bw=im2bw(I，level);bw=im2bw(rgb，level);索引圖像→RGB圖像RGB=ind2rgb索引圖像→灰度圖像I=ind2gray(x,map)灰度圖像→索引圖像[x,map]=gray2ind(I,n)顏色默認64灰度圖像→二值圖像bw=im2bw(I);調(diào)試分析圖像讀取圖3-1圖像讀取圖像顯示索引圖像顯示圖3-2索引圖像顯示灰度圖像顯示圖3-3灰度圖像顯示二值圖像顯示圖3-4二值圖像顯示RGB圖像顯示圖3-5RGB圖像顯示圖像類型的相互轉(zhuǎn)換RGB圖像→灰度圖像圖3-6RGB圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像RGB圖像→索引圖像圖3-7RGB圖像轉(zhuǎn)換為索引圖像RGB圖像→二值圖像圖3-8RGB圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像索引圖像→灰度圖像圖3-9索引圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像灰度圖像→索引圖像圖3-10灰度圖像轉(zhuǎn)換為索引圖像灰度圖像→二值圖像圖3-11灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像附錄（程序清單及使用圖像）圖像的讀取I=imread('E:\圖片\1.jpg','jpg');%圖像數(shù)據(jù)的讀取，將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中imshow(I);title('原圖像');圖像的顯示索引圖像顯示I=imread('D:\shiyan\MATLAB2013B\suoyin.jpg','jpg');%圖像數(shù)據(jù)的讀取，將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中image(I);title('原圖像');colormap(map);灰度圖像顯示按最大灰度范圍顯示I=imread('D:\shiyan\MATLAB2013B\huidu.jpg','jpg');%圖像數(shù)據(jù)的讀取，將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中imshow(I,[]);title('原圖像');colorbar二值圖像顯示顯示二值圖像bw=imread('D:\shiyan\MATLAB2013B\erzhi.jpg','jpg');%圖像數(shù)據(jù)的讀取，將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中imshow(bw);title('原圖像');colorbarRGB圖像顯示rgb=imread('E:\圖片\1.jpg','jpg');%圖像數(shù)據(jù)的讀取，將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中imshow(rgb);以圖像文件的形式輸出（圖像文件形式之間的轉(zhuǎn)換）將tif圖像保存為jpg圖像[x,map]=imread('picture.tif'); imwrite(x,map,'picture.jpg','JPG','Quality',75)圖像類型的相互轉(zhuǎn)換RGB圖像→灰度圖像[X,map]=imread('E:\圖片\1.jpg');subplot(211),imshow(X);I=rgb2gray(X);subplot(212),imshow(I,map)RGB圖像→索引圖像RGB=imread('E:\圖片\1.jpg','jpg');subplot(211),imshow(RGB);[X,map]=rgb2ind(RGB,8);subplot(212),imshow(X,map)RGB圖像→二值圖像RGB=imread('E:\圖片\1.jpg','jpg');subplot(211),imshow(RGB);level=graythresh(RGB);BW=im2bw(RGB,level);subplot(212),imshow(BW)索引圖像→灰度圖像I=imread('E:\圖片\1.jpg','jpg');%圖像數(shù)據(jù)的讀取，將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中[K,map]=rgb2ind(I,8);Y=ind2gray(K,map);imshow(Y);灰度圖像→索引圖像I=imread('E:\圖片\1.jpg','jpg');%圖像數(shù)據(jù)的讀取，將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中K=rgb2gray(I);Y=gray2ind(K);subplot(311),imshow(I);subplot(312),imshow(K);subplot(313),imshow(Y);灰度圖像→二值圖像I=imread('E:\圖片\1.jpg','jpg');%圖像數(shù)據(jù)的讀取，將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中K=rgb2gray(I);Y=im2bw(K);subplot(311),imshow(I);subplot(312),imshow(K);subplot(313),imshow(Y);原圖像圖4-1原圖像E:\圖片\1.jpg圖4-2D:\shiyan\MATLAB2013B\suoyin.jpg圖4-3D:\shiyan\MATLAB2013B\huidu.jpg

圖4-4D:\shiyan\MATLAB2013B\erzhi.jpg

課程設(shè)計總結(jié)ⅰ.在軟件流程測試的初期階段，圖片顯示環(huán)節(jié)