程式設(shè)計(jì)入門篇影像顯示與讀寫

MATLAB程式設(shè)計(jì)入門篇

影像顯示與讀寫張智星(jang@)jang@/jang清大資工系多媒體檢索實(shí)驗(yàn)室19-1MATLAB的影像格式MATLAB最常處理的影像格式為索引影像（IndexedImages）顯示此類型影像的語(yǔ)法如下：

image(X) colormap(map)

其中X為影像的資料矩陣，map為色盤矩陣。色盤矩陣的大小為K×3，每個(gè)橫列由三個(gè)元素所組成，分別是R（紅）

、G（綠）、B（藍(lán)）

，每個(gè)元素的範(fàn)圍為0~1X的值為1~K，也就是當(dāng)X(i,j)的值為p，則像素點(diǎn)(i,j)的顏色為map(p,:)這一列的值所決定。顯示索引影像範(fàn)例一在下例中，我們使用MATLAB顯示內(nèi)建的小丑圖。範(fàn)例19-1：image01.m

loadclown.mat %

載入小丑影像資料，含變數(shù)X和mapimage(X); %顯示影像colormap(map) %取用色盤矩陣顯示索引影像範(fàn)例一欲顯示對(duì)應(yīng)的色盤，可再執(zhí)行colorbar，結(jié)果如下：顯示索引影像範(fàn)例二由於由X是索引影像，因此其最小值是1,最大值會(huì)等於map的列數(shù)（即「可顯示之顏色數(shù)目」），可驗(yàn)証如下：範(fàn)例19-2：image02.mloadclown.mat %

載入小丑影像資料，含變數(shù)X和mapfprintf('min(min(X))=%d\n',min(min(X)));fprintf('max(max(X))=%d\n',max(max(X)));fprintf('size(map,1)=%d\n',size(map,1));顯示索引影像範(fàn)例二

min(min(X))=1 max(max(X))=81 size(map,1)=81

由範(fàn)例可知，此小丑影像共含有81種不同的顏色。顯示索引影像範(fàn)例三要正確地顯示索引影像則需要正確的色盤，以上面的小丑影像為例，如果使用亂數(shù)產(chǎn)生的色盤則會(huì)產(chǎn)生下面的結(jié)果：範(fàn)例19-3：image03.mloadclown.mat %載入小丑影像資料，含變數(shù)X和mapnewmap=rand(size(map));image(X);colormap(newmap);colorbar;顯示索引影像範(fàn)例三由於色盤是亂數(shù)產(chǎn)生，所以每次結(jié)果都不一樣：顯示索引影像範(fàn)例四如果我們的色盤矩陣只有K個(gè)橫列，但是X的某些元素值小於1或大於K，則我們可以使用imagesc指令將X的最小值轉(zhuǎn)換成1，最大值轉(zhuǎn)成K，其他中間值則依線性關(guān)係轉(zhuǎn)換成介於1與K的值，舉例如下：

範(fàn)例19-4：imagesc01.m：X=peaks;imagesc(X);colormap(gray);colorbar;min(min(X)) %顯示X的最小值max(max(X)) %顯示X的最大值顯示索引影像範(fàn)例四ans=-6.5466ans=8.0752具有上述特性的影像資料稱為強(qiáng)度影像（IntensityImages），一般經(jīng)由數(shù)值運(yùn)算產(chǎn)生的矩陣均屬此類，因此均可由imagesc來(lái)顯示。

顯示索引影像範(fàn)例五image指令亦接受全彩影像（TruecolorImages）。全彩影像可以表示成一個(gè)m×n×3的矩陣X，其中X(:,:,1)代表紅色的強(qiáng)度。X(:,:,2)代表綠色的強(qiáng)度，X(:,:,3)則代表藍(lán)色的強(qiáng)度。X的值的範(fàn)圍可以是下列兩種：介於0~1的浮點(diǎn)數(shù)或是0~255的uint8（詳見本章第三節(jié)）。範(fàn)例19-5：image04.mX=imread('annie19980405.jpg');image(X);size(X)顯示索引影像範(fàn)例五ans=4806403此時(shí)若再下達(dá)colorbar指令，只會(huì)顯示內(nèi)定的色盤，和圖形顯示沒(méi)有關(guān)係。19-2影像的顯示與列印MATLAB在顯示影像時(shí)，會(huì)將之置於預(yù)設(shè)的圖軸之中，並以此圖軸的長(zhǎng)寬比來(lái)成像，因而造成影像的失真。若要以影像本身的長(zhǎng)寬比來(lái)成像，可加入axisimage，如下:範(fàn)例19-6：image05.mloadmandrill.matimage(X);colormap(map);axisimage以原影像長(zhǎng)寬比例顯示範(fàn)例亦可下達(dá)「axisnormal」來(lái)觀看MATLAB的預(yù)設(shè)顯示結(jié)果。將影像對(duì)應(yīng)到螢?zāi)簧系狞c(diǎn)的範(fàn)例若要使影像資料的每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)至螢?zāi)簧系囊粋€(gè)像素（Pixel），可輸入如下:範(fàn)例19-7：image06.mloadmandrill.mat[m,n]=size(X);figure('unit','pixel','position',[200,200,n,m]);image(X);colormap(map);set(gca,'position',[0,0,1,1]);範(fàn)例：將影像對(duì)應(yīng)到螢?zāi)簧系狞c(diǎn)此範(fàn)例產(chǎn)生圖形如同前一個(gè)範(fàn)例，如果你的螢?zāi)唤馕龆容^低，圖形會(huì)變大。上述範(fàn)例程式碼中，figure的‘position’性質(zhì)為[200,200,n,m]，代表視窗的左下角位置是[200,200]（以pixel為單位），而視窗的寬度為n，高度為m，正好可以符合影像的大小。gca傳回使用中的圖軸，最後一個(gè)敘述將圖軸的位置設(shè)為整個(gè)視窗的大小，使用了正規(guī)化的單位。19-2影像的顯示與列印在列印影像時(shí)，MATLAB會(huì)根據(jù)視窗的Paperposition性質(zhì)來(lái)調(diào)整圖形的長(zhǎng)寬比，使得印出的影像再度變形。欲防止情況，可用下列指令：

>>set(gcf,'PaperPositionMode','auto')

若要使PaperPositionMode的預(yù)設(shè)值就是“auto”，可在startup.m檔案中加入下一行:

set(0,'DefaultFigurePaperPositionMode','auto')19-38-bit影像在MATLAB第5版之後，提供了uint8的資料型態(tài)。由於uint8只有8個(gè)位元，所以能表示的數(shù)值範(fàn)圍為0至255（=2^8-1）之間的整數(shù)。8-bit影像範(fàn)例由於8-bit影像資料的最小值為0，和一般的雙精準(zhǔn)索引影像資料相差1，因此在兩種資料相互轉(zhuǎn)換時(shí)，要特別小心。例如：範(fàn)例19-8：uint801.mloadclown.matZ8=uint8(X-1); %將X-1轉(zhuǎn)成uint8的資料型態(tài)

closeall %關(guān)掉所有的圖形視窗

image(Z8);colormap(map);colorbar;8-bit影像範(fàn)例19-38-bit影像若要將8-bit影像轉(zhuǎn)回雙精準(zhǔn)影像，可輸入如下：

>>Z64=double(Z8)+1;

uint8資料型態(tài)亦可用於全彩影像資料，此時(shí)每一像素的原色（R，G或B）範(fàn)圍為0至255間的整數(shù)，而不再是0至1的實(shí)數(shù)。19-38-bit影像欲將雙精準(zhǔn)的全彩影像轉(zhuǎn)作uint8資料型態(tài)，可輸入如下：

>>RGB8=uint8(round(RGB64*255));其中RGB64為雙精準(zhǔn)的全彩影像資料，而RGB8則是unit8的8-bit影像資料。反之，若欲進(jìn)行反轉(zhuǎn)換，可輸入如下：

>>RGB64=double(RGB8)/255;

關(guān)於影像類別及其資料型態(tài)的關(guān)係，可見下表：影像類別及型態(tài)關(guān)係表資料型態(tài)影像類別雙精準(zhǔn)（Double）uint8索引影像(IndexedImages）影像矩陣大小：m×n影像矩陣大?。簃×n影像資料範(fàn)圍：介於[1,k]的整數(shù)影像資料範(fàn)圍：介於[0,k-1]的整數(shù)色盤矩陣大小：k×3色盤矩陣大?。簁×3色盤資料範(fàn)圍：介於[0,1]的實(shí)數(shù)色盤資料範(fàn)圍：介於[0,1]的實(shí)數(shù)影像顯示指令：image影像顯示指令：image（註：k的值不大於256）強(qiáng)度影像(IntensityImages)影像矩陣大小:m×n影像矩陣大小:m×n影像資料範(fàn)圍:任意實(shí)數(shù)(但通常是[0,1])影像資料範(fàn)圍：介於[0,255]的整數(shù)色盤矩陣大小：k×3色盤矩陣大?。簁×3色盤資料範(fàn)圍：介於[0,1]的實(shí)數(shù)色盤資料範(fàn)圍：介於[0,1]的實(shí)數(shù)影像顯示指令：imagesc（色盤通常是灰階）影像顯示指令：imagesc（色盤通常是灰階）全彩影像(TruecolorImages)影像矩陣大小:m×n×3影像矩陣大小:m×n×3影像資料範(fàn)圍：介於[0，1]的實(shí)數(shù)影像資料範(fàn)圍：介於[0,255]的整數(shù)影像顯示指令：image影像顯示指令：image19-4影像檔案的讀取與寫入imread指令可用於讀取影像檔案。imwrite則可用於寫入影像檔案。這兩個(gè)指令可以處理的影像格式有下列幾種：imread及imwrite支援的格式影像檔案格式副檔名相關(guān)字串微軟視窗的Bitmapbmp‘bmp’階層式資料格式（HierarchicalDataFormat）hdf‘hdf’JointPhotographicExpertGroupjpg或jpeg‘jpg’或‘jpeg’微軟視窗的Paintbrushpcx‘pcx’可攜式網(wǎng)路圖形（PortableNetworkGraphics）png‘png’標(biāo)記式影像檔案格式（TaggedImageFileFormat）tiff‘tif’或‘tiff’X視窗傾?。╔WindowsDump）xwd‘xwd’圖形交換格式（GraphicInterchangeFormat）（第六版才支援）gif‘gif’19-4影像檔案的讀取與寫入imread指令可以讀取上述格式的影像檔案，並進(jìn)行必要之轉(zhuǎn)換，如下：對(duì)於強(qiáng)度影像，imread將資料以u(píng)int8的矩陣（大小為m×n）傳回。對(duì)於索引影像，imread將資料以u(píng)int8的矩陣（大小為m×n）傳回，並同時(shí)傳回一個(gè)雙精準(zhǔn)的色盤矩陣，其每個(gè)元素值介於[0,1]。對(duì)於全彩矩陣，imread將資料以u(píng)int8的矩陣（大小為m×n×3）傳回。使用imread讀取全彩jpeg影像imread可讀出下列全彩影像：範(fàn)例19-9：imread01.mRGB=imread('simulinkteam.jpg');image(RGB);class(RGB)使用imread讀取索引影像imread可讀出下列索引影像：imread02.m[X,map]=imread('sbtree.gif');image(X);colormap(map);colorbar;影像檔案寫入範(fàn)例imwrite指令可將資料寫成影像檔如下：範(fàn)例19-10：imwrite01.m上述最後一列敘述將會(huì)呼叫Windows作業(yè)系統(tǒng)下的應(yīng)用程式來(lái)開啟myClown.jpg檔案。loadclown.matimwrite(X,map,'myClown.jpg');!startmyClown.jpgImfinfo指令imfinfo指令可傳回影像檔案的各項(xiàng)資訊，例如：info1=imfinfo('simulinkteam.jpg')info2=imfinfo('sbtree.gif')對(duì)於不同的檔案格式，imfinfo傳回的資訊項(xiàng)目可能有所不同。imfinfo執(zhí)行結(jié)果info1=imfinfo(‘simulinkteam.jpg')info1=Filename:'simulinkteam.jpg'FileModDate:'28-三月-200017:30:36'FileSize:24071Format:'jpg'FormatVersion:''Width:234Height:126BitDepth:24Co