1、实验二 Matlab 图像基础一、实验目的1、了解 matlab 支持的图像文件格式、图像类型和数据类型。2、掌握 MATLAB 中如何实现图像的读写、显示、图像类型的转换。二、实验原理（一）图像文件格式、图像类型和图像数据类型 1MATLAB 支持的几种图像文件格式：1）PCX 格式。可处理 1、4 、8、16、24 位等图像数据。文件内容包括文件头 、图像数据、扩展调色板数据。 2）BMP 格式，即位图文件，整幅图可视为一个数字矩阵。它包括1、4、8、24 位非压缩图像， 8 位 RLE（行程编码）图像。文件内容包含文件头、位图信息数据块和图像数据。选择 BMP 格式保存一幅灰度模式图像时
2、，可选择以 Windows 格式保存。而且在选中 4 位或 8 位位图时，还可选压缩（RLE）项，在用 RLE 方式压缩保存后图像将毫无损失。这是用得最广的图像格式之一，在本文中都对这种格式的图像进行操作。 3）HDF 格式。有 8 位，24 位光栅图像数据集。 4）JPEG 格式。是一种联合图像专家组的图像压缩格式，是目前所用对静止灰度或彩色图像的压缩标准。它实际上定义了 3 种编码系统： a基于 DCT 的有损编码基本系统，可用于绝大多数压缩场合； b用于高压缩比、高精度或渐进重建应用的扩展编码系统； c用于无失真应用场合的无损系统。JPEG 没有规定文件格式、图像分辨率或所用的彩色空间模
3、型，这使它就有可能适用于 MATLAB。 5）TIFF 格式。处理 1、4、8、24 位非压缩图像，1、4、8、24 位 packbit 压缩图像，1 位 CCITT 压缩图像等。文件内容包括：文件头、参数指针表与参数域、参数数据表和图像数据四部分。它是一种用途广泛的文件格式，其特点是可移植性好，几乎所有的扫描仪及在 Windows、Macintosh 平台上常用的版面设计软件都支持 TIFF 文件格式。以这种格式保存的图像文件结构比较复杂，在不压缩存放时文件比较大。 6）XWD 格式。1、8 位 Zpixmaps, Xybitmaps, 1 位 XYPixmaps。 7）TGA 格式。处理
4、1、4、8、16、24 位非压缩图像和行程编码图像。文件包由 5 个固定长度字段和 3 个可变长度字段组成。2MATLAB 支持四种图像类型，即二值图像、索引图像、灰度图像、RGB 图像。1）二值图像：只需要一个数据矩阵，每个像素只取两个离散值中的一个。一个二值图像是以 0（黑色）和 1（白色）的逻辑矩阵存储的。2）索引图像：它的数据信息包括一个数据矩阵 X 和一个双精度色图矩阵MAP，它的数据矩阵中的值直接指定该点的颜色为色图矩阵中的某一种。色图矩阵中，每一行表示一种颜色，每行有三个数据，分别表示该种颜色中红、绿、蓝的比例情况，所有元素值都在0，1内。 3）灰度图像：它的数据矩阵中的元素值一
5、般都在0，1或0，255之间，灰度图像根据这些数据利用线性插值来和色图中的颜色种类匹配。 4）RGB 图像：图像中每个象素的颜色用三个数据来存储，分别指定红、绿、蓝三原色在象素颜色中的比例关系，组成一个三维数组。表 1 图像类型及其对应的像素数据类型图像类型 Double 数据 (双精度浮点类型 ) uint8（ 8 位无符号整数类型）和uint16 数据（ 16 位无符号整数类型）二值图像 图像为 mn 的整数矩阵，元素值范围0,1 图像为 mn 的整数矩阵，元素值范围0,1 索引图像 图像为 mn 的整数矩阵，元素值范围0,p 图像为 mn 的整数矩阵，元素值范围0,p-1 灰度图像 图像
6、为 mn 的浮点数矩阵，元素值范围0,1 图像为 mn 的整数矩阵，元素值范围0,255或0,65535 RGB 图像 图像为 mn3 的浮点数矩阵，元素值范围0,1 图像为 mn3 的整数矩阵，元素值范围0,255或0,65535 3.MATLAB 中图像的存储运算和显示方式 在 MATLAB 中，数值一般都采用 double 型（64 位）存储和运算，为了节省存储空间，MATLAB 为图像提供了特殊的数据类型 uint8（8 位无符号整数），以此方式存储的图像称为 8 位型图像。函数 image 能够直接显示 8 位图像，但 8 位型数据和 double 型数据在 image 中意义不一样
7、，对于索引图像，数据矩阵中的值指定该像素的颜色种类在色图矩阵中的行数。当数据矩阵中的值为 0 时，表示用色图矩阵中第一行表示的颜色绘制；当数据矩阵中的值为 1 时，表示用色图矩阵中的第二行表示的颜色绘制该像素，数据与色图矩阵中的行数总是相差 1。所以，索引图像 double 型和uint8 型在显示方法上没有什么不同，只是 8 位数据矩阵的值和颜色种类之间有一个偏差 1。对于灰度图像，uint8 表示范围 0，255，double 型表示范围0，1 。可见，double 型和 uint8 型灰度图像不一样。 在编程时图像读入与输出均要求转换为 uint8 型，中间运算处理过程通常要用 doub
8、le 型。 （二）图像的读写、显示、图像类型的转换。1.图像的查询及读写 在 MATLAB 中要查询一个图像文件的信息，只要用 imfinfo 指令加上文件及其完整路径名即可。函数调用格式为：info = imfinfo(filename,fmt)info = imfinfo(filename)参数 fmt 对应于所有图像处理工具箱中所有支持的图像文件格式。imfinfo 函数返回一个结构 info，它反映了该图象的各方面信息，其主要数据包括：文件名（路径）、文件格式、文件格式版本号、文件的修改时间、文件的大小、文件的长度、文件的宽度、每个像素的位数、图象的类型等。例：imfinfo(rice
9、.tif)ans =Filename: C:MATLAB6p5toolboximagesimdemosrice.tifFileModDate: 26-Oct-1996 06:11:58FileSize: 65966Format: tifFormatVersion: Width: 256Height: 256BitDepth: 8ColorType: grayscaleFormatSignature: 73 73 42 0ByteOrder: little-endianNewSubfileType: 0BitsPerSample: 8Compression: UncompressedPhotom
10、etricInterpretation: BlackIsZeroStripOffsets: 8x1 doubleSamplesPerPixel: 1RowsPerStrip: 32StripByteCounts: 8x1 doubleXResolution: 72YResolution: 72ResolutionUnit: InchColormap: PlanarConfiguration: ChunkyTileWidth: TileLength: TileOffsets: TileByteCounts: Orientation: 1FillOrder: 1GrayResponseUnit:
11、0.0100MaxSamplev alue: 255MinSamplev alue: 0Thresholding: 1ImageDescription: 1x166 charMATLAB 提供了两个重要的用于图像文件的读写的指令，分别是从图像文件中读取数据的 imread，以及将数据写入到图像文件中的 imwrite。imread 的常见调用格式为：A = imread(filename,fmt)其作用是将文件名用字符串 filename 表示的，扩展名用 fmt 表示的图像文件中的数据读到矩阵 A 中。如果 filename 所指的为灰度级图像，则 A 为一个二维矩阵；如果 filename
12、 所指的为 RGB 图像，则 A 为一个 mn3 的三维矩阵。Filename 表示的文件名必须在 MATLAB 的搜索路径范围内，否则需指出其完整路径。格式 X，MAP=imread(filename,fmt)其中，X，MAP 分别为读出的图象数据和颜色表数据，是针对索引图像调用的格式。例：X ，MAP=imread （canoe.tif）;利用 help 命令了解 imread 的其他调用格式及参数的使用。imwrite 的常用调用格式为：imwrite(A,filename,fmt)imwrite(X,map,filename,fmt)利用 help 命令了解 imwrite 的其他调用
13、格式及参数的使用在 MATLAB 中，默认的保存类型是 uint8。由于 PNG 和 TIFF 格式支持16 位的图像，所以保存这类图像时，保存类型就是 uint16。2. 图像的显示 imshow 函数比 image 和 imagesc 更常用，它能自动设置句柄图像的各种属性。imshow 可用于显示各类图像。常用调用方法如下：imshow (filename)： 显示图像文件。imshow(X,map)：显示索引图像， X 为索引图像矩阵，map 为色彩图示。imshow(I)：可显示二值图像、灰度图像、RGB 图像，I 为对应图像矩阵。imshow(I,low high)：将非图像数据显
14、示为图像，这需要考虑数据是否超出了所显示类型的最大允许范围，其中low high用于定义待显示数据的范围。至于多个图像的显示，则可分为两个方法：在不同的图形窗口显示不同的图像，可以用 figure 指令来实现；在同一个图形窗口显示多图，可以用subplot 来实现。其语法格式为：subplot(m,n,p)其作用就是将一个图像显示对话框分成 m 行 n 列，并显示第 p 幅图像。例：I=imread(rice.tif);imshow(I);J=imread(flowers.tif);figure,imshow(J);例 I=imread(rice.tif);subplot（1，2，1），ims
15、how(I);J=imread(flowers.tif);subplot（1，2，2），imshow(J);3图像类型判断及转换 在 MATLAB 中如果要判断一个图像文件的类型，可使用如下指令：Isbw（）：若图像为二值图像，则返回真。Isgray（）：若图像为灰度图像，则返回真。Isind（）：若图像为索引图像，则返回真。Isrgb（） ：若图像为 RGB 图像，则返回真。在 MATLAB 系统中，要将一个类型的图像文件转换成另一个类型的图像文件，只需将前一个文件的图像数据用 imread 读出，再用 imwrite 以适当的格式写到后一个图像文件中去即可。另外，要将灰度图像 I 转换成
16、RGB 图像，可运用 cat 指令。 cat 函数可以把一些单一的图像合并成图像序列。在图像序列中每个图像需有相同的大小，如果是索引图像，色图也要一致。此外，MATLAB 还提供了若干函数，用于图像类型的转换。这些函数有：gray2ind（）：灰度图像或二值图像向索引图像转换。im2bw（） ：设定阈值将灰度、索引、RGB 图像转换为二值图像。im2double（）：将图像数组转换为 double 型。im2uint8（）：将图像数组转换为 uint8 型。im2uint16（）：将图像数组转换为 uint16 型。该函数不支持二值图像序列的转换。ind2gray（）：索引图像向灰度图像转换。
17、ind2rgb（）：索引图像向 RGB 图像转换。mat2gray（）：将一个数据矩阵转换为灰度图像。rgb2gray（）：RGB 图像向灰度图像转换或将彩色色图转换成灰度色图。rgb2ind（）：RGB 图像向索引图像转换。包含三种不同方法：均衡量化、最小值量化、色图映射。三、实验内容1、利用 help 命令熟悉实现图像的读写、显示、图像类型转换相关命令的使用方法。2、进一步熟悉相关命令的使用，imfinfo()、help、imread()、imwrite()、figure 、imshow()、subplot()等。3、从标准图片中拷贝三个图形文件 64px-lenna.bmp、128px-
18、Baboon24.png 和 128px-House24.png 到 MATLAB 目录下 work 文件夹中。4、分别将 MATLAB 目录下 work 文件夹中的 64px-lenna.bmp 和128px-House24.png 图象文件读出.用到 imread，imfinfo 等命令，观察一下图象数据，了解数字图象在 MATLAB 中的处理就是处理一个矩阵。5、将 128px-Baboon24.png 和 128px-House24.png 图象显示出来（用 imshow）方法一：要求在不同的图像窗口中分别显示两个图像，方法二：要求在一个图像窗口中同时显示出两幅图像。6、尝试修改 64px-lenna.bmp 中的颜色矩阵的值（如将三个矩阵中的一个矩阵置 0，利用哪条命令可实现该作用），要求将原图及修改后的图像均显示出来，观察图象颜色的变化。7、建立一个与 pout.tif(MATLAB 自带的图片)图像同尺寸的 0 矩阵。四、实验报告要求：1、记录下实现实验内容 5 中使用的命令。2、记录下实现实验内容 6 中使用的命令。3、记录下实现实验内容 7 中使用的命令。
