第1次课Matlab应用图像处理基础(用)

1、一.Matlab简介二.计算单元：向量与矩阵三.计算单元的基本操作 四.Matlab图像处理基础 Matlab应用图像处理基础1 1、概述（概述（“矩阵实验室矩阵实验室”） 1984年，美国年，美国Mathworks公司成立，正式将公司成立，正式将Matlab推向市场。推向市场。 起初，起初， Matlab是专门用于矩阵数值计算的数是专门用于矩阵数值计算的数学软件，随着市场化，功能逐步强大。目前，学软件，随着市场化，功能逐步强大。目前，已经在多学科、多领域内都取得良好的应用。已经在多学科、多领域内都取得良好的应用。如：自动控制理论、信号处理系统、图像处理、如：自动控制理论、信号处理系统、图像处

2、理、数理统计、时间序列分析、动态系统仿真。数理统计、时间序列分析、动态系统仿真。 基本教学工具，本、硕士、博士基本技能基本教学工具，本、硕士、博士基本技能 设计研究单位和工业部门设计研究单位和工业部门一.Matlab简介2 2、语言特点、语言特点语言简洁、库函数丰富语言简洁、库函数丰富图形功能强大，较强的编辑图形界面的图形功能强大，较强的编辑图形界面的能力能力功能强大的工具箱。功能强大的工具箱。功能性工具箱和学功能性工具箱和学科性工具箱科性工具箱源程序的开放性源程序的开放性一.Matlab简介3、通用命令、通用命令cd 显示或改变当前工作目录显示或改变当前工作目录dir 显示当前目录或指定目录

3、下的文件显示当前目录或指定目录下的文件Disp 显示变量或文字内容显示变量或文字内容Clc 清除工作窗中所有显示的内容清除工作窗中所有显示的内容Clear 清理内存变量清理内存变量Exit 退出退出MatlabSave 保存内存变量到指定文件保存内存变量到指定文件一.Matlab简介4.程序运行方式程序运行方式命令窗口直接输入命令，回车命令窗口直接输入命令，回车M文件文件一.Matlab简介二.计算单元：向量与矩阵 MATLAB作为一个高性能的科学计作为一个高性能的科学计算平台，主要面向高级科学计算。算平台，主要面向高级科学计算。 MATLAB的基本计算单元是矩阵与向量，的基本计算单元是矩阵与

4、向量，向量为矩阵的特例。向量为矩阵的特例。【例例】矩阵矩阵 , 行向量行向量 B=1 2 3，列向量列向量 ，在，在MATLAB中可以分别表示为中可以分别表示为 A=1 2 3; 4 5 6 B=1 2 3 C=4; 5; 6注意：注意： MATLAB中所有的矩阵与向量均包含在中所有的矩阵与向量均包含在中括号中括号 之中。如果矩阵的大小为之中。如果矩阵的大小为11，则它，则它表示一个标量，如表示一个标量，如 a=3%a表示一个数表示一个数654321A654C说明：说明：1 1、MATLABMATLAB中分号中分号“;” ;” 的作用有两点：的作用有两点：作为矩阵或向量的分行符。作为矩阵或向量

5、的分行符。作为矩阵或向量的输出开关控制符。作为矩阵或向量的输出开关控制符。 2、冒号操作符“:”的应用B=2:5 %对向量进行赋值 B= 2 3 4 5B(1:3)=2 %向量B从第1到第3 个元素全 部赋值为2 B= 2 2 2 5 C=6: -2:0 %将向量C进行递减赋值，初 始值为6，终止值为0，步长为 -2 C= 6 4 2 01. 矩阵加法与减法矩阵加法与减法2. 矩阵的乘法与除法矩阵的乘法与除法3. 矩阵的转置矩阵的转置4. 矩阵的点运算矩阵的点运算三.计算单元的基本操作 1. 矩阵加法与减法矩阵加法与减法 如果矩阵如果矩阵A与矩阵与矩阵B具有相同的维数，具有相同的维数，则可以定

6、义矩阵的加法与减法，其结果则可以定义矩阵的加法与减法，其结果为矩阵相应元素作运算所构成的矩阵。为矩阵相应元素作运算所构成的矩阵。矩阵加法与减法在矩阵加法与减法在MATLAB中的表达方式中的表达方式为为 C=A+B;%C为矩阵为矩阵A与与B之和之和 D=A-B; %D为矩阵为矩阵A与与B之差之差 三.计算单元的基本操作 【例例】 若若 ， , 则则 C=A+B 1 4 4 6 10 9 D=A-B 1 0 2 2 0 3654321A352120B 矩阵与标量的加法与减法是指标量本矩阵与标量的加法与减法是指标量本身与矩阵所有元素进行相应运算，如：身与矩阵所有元素进行相应运算，如： 若若b1， 则

7、则C=A+b C= 2 3 4 5 6 7654321A2. 矩阵的乘法与除法矩阵的乘法与除法 如果矩阵如果矩阵A的列数等于矩阵的列数等于矩阵B的行数，的行数，则矩阵则矩阵A、B可以相乘。可以相乘。【例例】 若若 则则 C=A*B C= 7 11 16 29 654321A123021B 在在MATLAB中，矩阵除法有两种形式，中，矩阵除法有两种形式，即左除即左除()和右除和右除(/)。如果。如果A是一个非奇异是一个非奇异方阵，那么方阵，那么AB %表示表示A的逆与的逆与B的左乘，即的左乘，即inv(A)*BB/A % 表示表示A的逆与的逆与B的右乘，即的右乘，即B* inv(A) 矩阵的左除

8、和右除运算还可以用来求矩阵的左除和右除运算还可以用来求解矩阵方程解矩阵方程AX=B的解：的解： X=AB3. 矩阵的转置矩阵的转置 转 置 是 一 种 重 要 的 矩 阵 运 算 ， 在转 置 是 一 种 重 要 的 矩 阵 运 算 ， 在MATLAB中由撇号表示中由撇号表示: A % 矩阵矩阵A的转置的转置 如果如果 ，则，则 。654321A142536A 4. 矩阵的点运算矩阵的点运算 两两矩阵进行点矩阵进行点运算是运算是指它们的对应元指它们的对应元素进行相关运算，要求两矩阵的维参数素进行相关运算，要求两矩阵的维参数相相同。同。点运算符有点运算符有.*、./、.和和.。【例例】若若 A.

9、*B=% 矩阵对应元素相乘矩阵对应元素相乘 7 4 -1 0B./A= % 矩阵对应元素相除矩阵对应元素相除 7 1 -1 05121A0127BB.2=% 矩阵元素乘方运算矩阵元素乘方运算 49 4 1 0A.B= % 矩阵对应元素幂运算矩阵对应元素幂运算 1 4 -1 1四.Matlab图像处理基础 主要内容：主要内容：4、基本基本的二维图形绘制命令的二维图形绘制命令2、图像的读取和显示图像的读取和显示3、图像类型转换、图像类型转换1、matlab支持的图像类型和常用格式支持的图像类型和常用格式5、M文件与文件与MATLAB函数函数图像的概念（根据图像的性质）：图像的概念（根据图像的性质）

10、： 矢量矢量图由图形元素构成，能无限放大、图由图形元素构成，能无限放大、缩小而不缩小而不失真；不失真；不需将图像中的每一点记录下来，所占空间需将图像中的每一点记录下来，所占空间较小。较小。 由由不同强度或颜色属性的点不同强度或颜色属性的点组成；大组成；大分辨率的清分辨率的清晰图像占用大量晰图像占用大量空间；很难空间；很难表达动态表达动态图像。图像。1、matlab支持的图像类型和格式图像的采样与量化图像的采样与量化1、matlab支持的图像类型和格式采样采样: : 将在将在空间上连续空间上连续的图像的图像转换成转换成离散离散的采样点的采样点( (即像素，即像素，pixel)pixel)集集的操

11、作的操作 在在x x轴和轴和y y轴两个方轴两个方向上进行向上进行 设图像变成每行有设图像变成每行有MM个像素，每列有个像素，每列有N N个像素，则全图是个像素，则全图是M x NM x N个点的集合个点的集合图像的采样与量化图像的采样与量化 定义定义：将各个像素所含的明暗信息离散化后，：将各个像素所含的明暗信息离散化后，用数字来表示。用数字来表示。 一般一般量化值用整数来表示。充分考虑到人眼的量化值用整数来表示。充分考虑到人眼的识别能力之后，目前非特殊用途的图像均为识别能力之后，目前非特殊用途的图像均为8bit量量化，即用化，即用0255描述描述“黑黑白白”间的变化间的变化1、matlab支

12、持的图像类型和格式Matlab图像类型（根据表示的数据）图像类型（根据表示的数据） 索引图像索引图像 直接把像素值作为直接把像素值作为RGB调色板下标的图像。调色板下标的图像。包括一个数据矩阵及一个颜色映像矩阵。索引图包括一个数据矩阵及一个颜色映像矩阵。索引图像可把像素值像可把像素值“直接映射直接映射”为调色板数值。调色为调色板数值。调色板通常与索引图像存储在一起，装载图像时，调板通常与索引图像存储在一起，装载图像时，调色板将和图像一同自动装载。色板将和图像一同自动装载。1、matlab支持的图像类型和格式Matlab图像类型图像类型 索引图像索引图像 1、matlab支持的图像类型和格式23

13、0313230fRGB02550010255020025532552550Matlab图像类型图像类型灰度图像灰度图像 是包含灰度级（量度）的图像。仅包含一个是包含灰度级（量度）的图像。仅包含一个数据矩阵，其中数据矩阵中的每一个数据代表了数据矩阵，其中数据矩阵中的每一个数据代表了一定范围内的灰度值。（一定范围内的灰度值。（0255）1、matlab支持的图像类型和格式100220250180501202001500f Matlab图像类型图像类型RGB图像图像 真彩图像。用真彩图像。用RGB三原色表示图像色彩信息。三原色表示图像色彩信息。每一个像素值由三个数值来指定红、绿和蓝颜色分每一个像素值

14、由三个数值来指定红、绿和蓝颜色分量。量。1、matlab支持的图像类型和格式 0 00 025525580800 0255255240240240240255255R Rf f02550160255255801600Gf25525525524000160800Bf Matlab图像类型图像类型二进制图像二进制图像 显示黑、白信息的图像显示黑、白信息的图像,每个像素只取每个像素只取0,1两个两个灰度值。灰度值。1、matlab支持的图像类型和格式011100001f图像的常用格式图像的常用格式1、matlab支持的图像类型和格式BMPBMP：BMPBMP文件是一种与硬件设备无关的位图文文件是一种

15、与硬件设备无关的位图文件，是件，是MicrosoftMicrosoft公司在公司在WindowsWindows操作系统中采用的标操作系统中采用的标准图像文件格式。准图像文件格式。BMPBMP具有很强的通用性和设备无具有很强的通用性和设备无关性，几乎所有的图像处理软件、图像显示设备都关性，几乎所有的图像处理软件、图像显示设备都可以打开它。通常不采压缩措施，所以可以打开它。通常不采压缩措施，所以BMPBMP文件比文件比较大。较大。GIFGIF：图像互换格式，图像互换格式，GIFGIF图像文件采用了可变长图像文件采用了可变长度等压缩算法，压缩率一般在度等压缩算法，压缩率一般在50%50%左右。几乎所

16、有左右。几乎所有相关软件都支持相关软件都支持GIFGIF，它既可以表示静态图像，也可，它既可以表示静态图像，也可以表示动态图像。以表示动态图像。1、matlab支持的图像类型和格式JPEGJPEG：联合图像专家组格式，是联合图像专家联合图像专家组格式，是联合图像专家组提出的一种静态图像压缩方法，文件后辍名为组提出的一种静态图像压缩方法，文件后辍名为“jpgjpg”或或“jpegjpeg”。 JPEGJPEG采用采用有损压缩算有损压缩算法，具有较高的压缩比，是目前网络上最流行的图法，具有较高的压缩比，是目前网络上最流行的图像格式，也普遍应用于需要连续色调的图像。像格式，也普遍应用于需要连续色调的

17、图像。PNGPNG：便携式网络图形格式，是网上流行的新图便携式网络图形格式，是网上流行的新图像文件格式，是由像文件格式，是由GIFGIF开发团队针对开发团队针对GIFGIF格式的缺点格式的缺点改良而来。它同时提供改良而来。它同时提供 2424位和位和4848位真彩色图像支持位真彩色图像支持以及其他诸多技术性支持。由于以及其他诸多技术性支持。由于PNGPNG非常新，所以非常新，所以并不是所有的程序都可以用它来存储图像文件。并不是所有的程序都可以用它来存储图像文件。1、matlab支持的图像类型和格式TIFFTIFF：标签图像文件格式，是一般图像软件和排标签图像文件格式，是一般图像软件和排版所支持

18、的，具有非破坏性的文件格式，非常适用版所支持的，具有非破坏性的文件格式，非常适用于印刷输出。于印刷输出。TIFFTIFF格式灵活易变，它又定义了四类格式灵活易变，它又定义了四类不同的格式：不同的格式：TIFF-BTIFF-B适用于二值图像；适用于二值图像；TIFF-GTIFF-G适用适用于黑白灰度图像；于黑白灰度图像；TIFF-PTIFF-P适用于带调色板的彩色图适用于带调色板的彩色图像；像；TIFF-RTIFF-R适用于适用于RGBRGB真彩图像。真彩图像。TIFFTIFF支持多种编支持多种编码方法，其中包括码方法，其中包括RGBRGB无压缩、无压缩、RLERLE压缩及压缩及JPEGJPEG

19、压压缩等。缩等。图像的读取图像的读取FILENAME 指定图像文件的完整路径和文件名，指定图像文件的完整路径和文件名，文文件名一定要带扩展名件名一定要带扩展名。如果在。如果在work工作目录下只需工作目录下只需提供文件名。提供文件名。2、图像的读取、显示和写入A=imread(FILENAME)图像的读取图像的读取不同类型的图像读取略有差别：不同类型的图像读取略有差别： 灰度图像：灰度图像： I=imread（filename ） 真彩色图像：真彩色图像： RGB=imread（filename）2、图像的读取、显示和写入 索引图像：索引图像： x,map=imread（filename） X

20、：存储图像数据的矩阵名。存储图像数据的矩阵名。 MAP:该图像的调色板。该图像的调色板。 Example: RGB=imread(flowers.tif) X,map=imread(canoe.tif)2、图像的读取、显示和写入 图像图像的的显示显示 灰度图像：灰度图像： Imshow(I); imshow(I,low,high); imshow(I, ) 真彩色图像：真彩色图像： Imshow(RGB） 索引图像：索引图像： imshow(x,map)imshow2、图像的读取、显示和写入图像的显示图像的显示figure(i) %创建第创建第i个新的图像窗口；个新的图像窗口； subplot

21、（m,n,p） %打开一个有打开一个有m行行n列图像位置的窗口，并将焦列图像位置的窗口，并将焦点位于第点位于第p个位置上个位置上title %为图像命名为图像命名几个常用函数几个常用函数2、图像的读取、显示和写入图像的写入图像的写入 函数函数imwrite( )可以将一幅图像写成一个可以将一幅图像写成一个Matlab支持的格式图像文件。支持的格式图像文件。 imwrite(f, Filename) Filename:扩展名的输出文件名。扩展名的输出文件名。 写入索引图像：写入索引图像： imwrite(X,MAP,Filename) X:图像变量名图像变量名 MAP:调色板调色板Imwrite

22、可以有其他的参数，取决于所选的文件可以有其他的参数，取决于所选的文件格式，如：格式，如： imwrite(f,Filename ,quality,q) %q属于属于0 100 2、图像的读取、显示和写入 功能：将索引色图像转换为真彩色图像功能：将索引色图像转换为真彩色图像 用法：用法：RGB=ind2rgb(x,map); 例：例： x,map=imread(2.gif); %读取索引图像读取索引图像 RGB=ind2rgb(x,map); %转换为真彩色图像转换为真彩色图像3、图像类型转换、图像类型转换常用命令：常用命令：ind2rgb3、图像类型转换、图像类型转换 功能：将其他图像转换为二

23、值图像功能：将其他图像转换为二值图像 用法：用法： BW = im2bw(I,level)； %将灰度图转换为二值图将灰度图转换为二值图 BW = im2bw(X,map,level)；%将索引图将索引图转换为二值转换为二值图图 BW = im2bw(RGB,level)； %将真彩色图将真彩色图转换为二值转换为二值图图其中，其中，Level为二值化阈值，为二值化阈值，0,1im2bw常用命令：常用命令： 例：例： I=imread(1.jpg) %读取一幅灰度图像读取一幅灰度图像 bw=im2bw(I,0.3); %结果显示结果显示 subplot(1,2,1); imshow(I); su

24、bplot(1,2,2); imshow(bw);常用命令：常用命令：3、图像类型转换、图像类型转换 功能：将彩色图像转换为灰度图像功能：将彩色图像转换为灰度图像 用法：用法： I = rgb2gray(RGB) 例子：例子： RGB=imread(3.jpg); I=rgb2gray(RGB);rgb2gray4.基本的二维图形绘制命令 (1) plot(x,y)：输出以向量：输出以向量x为横坐标，以向量为横坐标，以向量y为为纵坐标且按照纵坐标且按照x，y元素的顺序有序绘制的图形。元素的顺序有序绘制的图形。 (2) plot(x1, y1, str1, x2, y2, str2, )：用用s

25、tr1指定指定的方式，输出以的方式，输出以x1为横坐标，为横坐标，y1为纵坐标的图形。为纵坐标的图形。用用str2指定的方式，输出以指定的方式，输出以x2为横坐标，为横坐标，y2为纵坐为纵坐标的图形。标的图形。若省略若省略str，则，则MATLAB自动为每条曲自动为每条曲线选择颜色与线型。线选择颜色与线型。str选项中的部分参数如表所选项中的部分参数如表所示。示。 表表 plot plot命令选项命令选项颜颜 色色g绿色绿色. 粗点线粗点线-虚线虚线y黄色黄色: 点线点线-.点划点划线线r红色红色*星线星线-实线实线b蓝色蓝色o圆圈圆圈+加号加号m品红色品红色x叉叉s方形方形y黄色黄色d菱形菱

26、形p五角五角星星k黑色黑色上三角上三角h六角六角星星4.基本的二维图形绘制命令线线 型型【例例】 用用MATLAB绘制正弦函数在绘制正弦函数在0，2中中的图形。的图形。 解解：在：在MATLAB命令行下输入命令行下输入 x=0:0.1:2*pi; y=sin(x); plot(x, y, *);简单的图形控制命令简单的图形控制命令 (1) grid：自动在各个坐标轴上加上虚线型：自动在各个坐标轴上加上虚线型的网格。的网格。 (2) hold on：保持当前的图形，允许在当：保持当前的图形，允许在当前图形状态下绘制其它图形，即在同一图形前图形状态下绘制其它图形，即在同一图形窗口中绘制多幅图形。窗

27、口中绘制多幅图形。 (3) hold off：释放当前图形窗口，绘制的：释放当前图形窗口，绘制的下一幅图形将覆盖原来图形。这是下一幅图形将覆盖原来图形。这是MATLAB的缺省状态。的缺省状态。 (4) hold：在：在hold on与与hold off之间进行切之间进行切换。换。 【例例】 在一个图形窗口绘制两个函数的图在一个图形窗口绘制两个函数的图像像 其中其中 31( )23y xxx ，2( )sin( )yxxx ， 3,3x 5.M文件与文件与MATLAB函数函数1）M文件编辑器文件编辑器 M文件编辑器不仅仅是一个文字编辑器，文件编辑器不仅仅是一个文字编辑器，它还具有一定的程序调试功

28、能在它还具有一定的程序调试功能在MATLAB命命令行下输入令行下输入 edit 则弹出如图所示的则弹出如图所示的M文件编辑器窗口。文件编辑器窗口。 图图 M文件编辑器文件编辑器 MATLAB中有两种中有两种M文件：一种称为脚文件：一种称为脚本文件（批处理语句），另一种是本文件（批处理语句），另一种是M函数。函数。 新建新建M文件，保存时系统会自动将文件文件，保存时系统会自动将文件保存成保存成*.m文件。然后便可以在文件。然后便可以在MATLAB命令命令窗口或其它窗口或其它M文件中使用。其特点是按照脚文件中使用。其特点是按照脚本中语句的顺序执行，生成的变量放在当前本中语句的顺序执行，生成的变量放在当前的工作区之中（如果从命令行运行，则放在的工作区之中（如果从命令行运行，则放在基本工作区）。基本工作区）。5.M文件与MATLAB函数脚本文件脚本文件 脚本文件是由一系列脚本文件是由一系列MATLAB的命令、的命令、内置函数以及内置函数以及M文件等构成的文件，它可以文件等构成的文件，它可以由一般的编辑器进行编制，其结果保存在相由一般的编辑器进行编制，其结果保存在相应的应