my MATLAB.docx
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myMATLAB
课程设计任务书
学生姓名：
鲁敬敬专业班级：
通信1105班
指导教师：
工作单位：
信息工程学院
利用MATLAB仿真软件进行图像的输入、输出和格式变换
设计要求
读取、保存和显示不同格式的图像，并进行图像格式的相互变换如索引图像、灰度图像、RGB图像和二值图像的相互转换
时间安排：
1、2014年12月23日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要
求说明。
2、2014年1月1日至2014年1月4日，方案选择和程序设计。
3、2014年1月5日至2014年1月9日，程序调试和设计说明书撰写。
4、2014年1月11日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
目录
摘要3
Abstract4
1MATLAB支持的几种图像文件格式5
2MATLAB几种图像类型6
3图像的保存9
4图像的输入10
4.1图像输入函数10
4.2图像输入函数举例11
5图像的输出12
5.1图像输出函数12
5.2图像输出举例13
5.2.1显示灰度图13
5.2.2显示索引图14
5.2.3显示RGB图15
5.2.4显示文件中的图像16
5.2.5特殊图像显示技术--添加颜色条17
6图形类型转换19
6.1灰度图转换成二进制图19
6.2灰度图转换成索引图20
6.3RGB图转换成索引图21
6.4RGB图转换成灰度图23
6.5索引图转换为灰度图24
6.6索引图转换为RGB图25
课程设计总结26
参考文献27
摘要
MATLAB是集数值计算，符号运算及图形处理等强大功能于一体的科学计算语言。
作为强大的科学计算平台，它几乎能够满足所有的计算需求。
MATLAB本身就是功能强大的数据可视化工具，可以通过各种形式显示分析数据，例如灰度直方图、等高线、蒙太奇混合、像素分析、图层变换以及材质贴图等。
利用可视化的图形，不仅能够评估图形图像的特性，还能够分析图像中的色彩分布等情况。
本次课程设计介就是MATLAB环境下的一些最基本的图像处理操作，如读取、保存和显示不同格式的图像，并进行图像格式的相互变换如索引图像、灰度图像、RGB图像和二值图像的相互转换
关键词：
MATLAB图像处理图像格式变换
Abstract
MATLABisascientificcomputinglanguagethataddsthefunctionofnumericalcomputingandgraphicsprocessing,symbolstogether.Asapowerfulscientificcomputingplatforms,itcanalmostsatisfyallthecalculationsthatneeds.MATLABitselfisapowerfultoolofdatavisualizationthatcandisplaydatathroughvariousforms,suchasgraylevelhistogram,contours,montagemixing,pixelanalysis,thelayertextureandtransformation.Withvisualgraphics,itcannotonlyevaluateimagecharacteristics,butalsoanalyzethedistributionofcolorimage.
ThepurposeofthepracticeofintroducingMATLABenvironmentisthemostbasicofsomeimageprocessingoperations,suchasread,write,imageinformationandimageformat,sizeandgraytelescopic;etc.Throughtheexperimentmasteryofimagehistogramsdepictsmethod,deepenthehistogramimagefeatureandtherelationshipbetweentheshapeofunderstanding,andtodeepentheunderstandingofhistogramequalizationalgorithm.
Keywords:
MATLABimageprocessingimageformatconversion
1MATLAB支持的几种图像文件格式
⑴JPEG（JointPhotogyaphicExpeytsGroup）：
一种称为联合图像专家组的图像压缩格式。
⑵BMP（WindowsBitmap）：
有1位、4位、8位、24位非压缩图像，8位RLE（RunlengthEncoded）的图像。
文件内容包括文件头（一个BITMAPFILEHEADER数据结构）、位图信息数据块（位图信息头BITMAPINFOHEADER和一个颜色表）和图像数据。
⑶PCX（WindowsPaintbrush）：
可处理1位、4位、8位、16位、24位等图像数据。
文件内容包括文件头、图像数据和扩展色图数据。
⑷TIFF（TaggedIamgeFileFormat）：
处理1位、4位、8位、24位非压缩图像，1位、4位、8位、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。
⑸PNG（PortableNetworkGraphics）：
包括1位、2位、4位、8位和16位灰度图像，8位和16位索引图像，24位和48位真彩色图像。
⑹GIF（GraphicsInterchangeFormat）：
任何1位到8位的可交换的图像。
⑺HDF（HierarchialDataFormat）：
有8位、24位光栅图像数据集。
⑻ICO（WindowsIconresource）：
有1位、4位、8位非压缩图像。
⑼CUR（WindowsCursorresource）：
有1位、4位、8位非压缩图像。
⑽XWD（XWindowsDump）：
包括1位、8位Zpixmaps，XYBitmaps，XYPixmmmaps。
⑾RAS（SunRasterimage）：
有1位bitmap、8位索引、24位真彩色和带有透明度的32位真彩色。
⑿PBM（PortableBitmap）。
⒀PGM（PortableGraymap）。
⒁PPM（PortablePixmap）。
2MATLAB几种图像类型
MATLAB支持五种图像类型，即二值图像、索引图像、灰度图像、RGB图像和多帧图像阵列。
（1）索引图像包括一个数据矩阵X，一个颜色映像矩阵Map。
其中Map是一个包含三列、若干行的数据阵列，其中每个元素的值均为[0,1]之间的双精度浮点型数据。
Map矩阵的每一行分别表示红色、绿色和蓝色的颜色值。
在MATLAB中，索引图像是从像素值到颜色映射表值的“直接映射”。
像素颜色由数据矩阵X作为索引指向矩阵Map进行索引，例如，值1指向矩阵Map中的第一行，值2指向第二行，以此类推。
颜色映射表通常和索引图像存在一起，当用户在调用函数imread时，MATLAB自动将颜色映射表与图像同时加载，在MATLAB中可以选择所需要的颜色映射表，而不必局限于使用默认的颜色映射表。
我们可以使用属性CDataMapping来选取其他的颜色映射表，包括用户自定义的颜色映射表。
如果图像数据矩阵是双精度的数据类型，则值1指向矩阵Map中的第一行，值2指向第二行，但如果图像矩阵是8位无符号的整数类型或16位无符号的整数类型，则由于存在一个偏移量，因而使值0指向矩阵Map中的第一行，以此类推。
表1索引图像的特征
双精度类:
Double
（每个元素占8个字节）
整数类：
Unit8
（每个元素占1个字节）
整数类（Unit16）
（每个元素占2个字节）
索引图像
图像数组大小：
m×n
图像元素取值:
[1,p]
色度矩阵：
p×3
色度元素值：
[0,1]
图像数组大小：
m×n
图像元素取值:
[0,p-1]
色度矩阵：
p×3
色度元素值：
[0,255]
图像数组大小：
m×n
图像元素取值:
[0,p-1]
色度矩阵：
p×3
色度元素值：
[0,65535]
图1索引图像对应的色度元素值
（2）在MATLAB中，一幅灰度图像是一个数据矩阵I,I中的数据均代表了在一定范围内的图像灰度值。
MATLAB把灰度图像存储为一个数据矩阵，该矩阵中的元素分别代表了图像中的像素。
矩阵中的元素可以是双精度的浮点类型、8位或16位无符号的整数类型。
大多数情况下，灰度图像很少和颜色映射表一起保存，但是在显示灰度图像时，MATLAB仍然在后台使用系统预定义的默认灰度颜色映射表。
表2灰度图像的特征
灰
度
图
像
图像数组大小：
m×n
图像元素值:
[0,1]
色度矩阵：
p×3
色度元素值：
[0,1]
图像数组大小：
m×n
图像元素值:
[0,255]
色度矩阵：
p×3
色度元素值：
[0,1]
图像数组大小：
m×n
图像元素值:
[0,65535]
色度矩阵：
p×3
色度元素值：
[0,1]
图2灰度图像的色度元素值
（3）二值图像：
在二进制图像中，像素的取值为两个离散数值0或1中的一个，分别代表黑与白。
表3二值图像的特征
二
值
图
像
图像数组大小：
m×n
图像元素值：
0或1
图3二值图像的元素值
（4）RGB图像即真彩色图像，在MATLAB中存储为n×m×3的数据矩阵。
数组中的元素定义了图像中的每一个像素的红、绿、蓝颜色值。
需指出的是，RGB图像不是用windows的颜色映射表，像素的颜色由保存在像素位置上的红、绿、蓝的灰度值的组合来确定。
图形文件格式把RGB图像存储为24位的图像，红、绿、蓝分别占8位，这样可以有1000多万种颜色。
表4RGB图像的特征
双精度类:
Double
（每个元素占8个字节）
整数类：
Unit8
（每个元素占1个字节）
整数类（Unit16）
（每个元素占2个字节）
真
彩
图
像
数组大小：
m×n×3
（:
:
1）－红色分量
（:
:
2）－绿色分量
（:
:
3）－蓝色分量
元素取值：
[0,1]
（无调色板）
数组大小：
m×n×3
（:
:
1）－红色分量
（:
:
2）－绿色分量
（:
:
3）－蓝色分量
元素取值：
[0,255]
（无调色板）
数组大小：
m×n×3
（:
:
1）－红色分量
（:
:
2）－绿色分量
（:
:
3）－蓝色分量
元素取值：
[0,65535]
（无调色板）
图1-4RGB图像的色度元素值
3图像的保存
图像的保存一般有四种方式：
（1）在Figure窗口选择File--Saveas，保存图像，可以保存为fig，egs,jpeg,gif,png,bmp等格式
（2）在Figure窗口选择Edit--->copyfigure，可以将图像复制，再粘贴其他程序，例如，可以粘贴到WORD文档中。
（3）利用Saveas函数保存图像，Saveas函数语法如下：
1）Saveas（h,'filename.ext'）:
将图像或带有h手柄文件的Simulink框图保存到filename.ext，文件的格式由分机决定。
2）Saveas（h,'filename','format'）将图像或带有h手柄文件的Simulink框图按照一定格式保存到指定文件中。
（4）利用Print函数保存图像。
（5）利用Print函数保存图像，函数格式如下：
imwrite（A,’filename’,’fmt’）：
保存无调色板的图像
imwrite（X,map,’filename’,’fmt’）：
保存有调色板的图像
imwrite（…,’filename’）：
文件名中含格式
imwrite（…,Param1,Vall,Param2,Val2,…）：
指定保存参数
（其中imwrite（…,Param1,Val1,Param2,Val2…）可以让用户控制HDF、JPEG、TIFF等一些图像文件格式的输出特性。
）
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。
文件格式：
bmp、jpg、pcx、tif。
【例】使用imwrite函数将tif图像保存为jpg图像
[x,map]=imread（'trees.tif'）;
imwrite（x,map,'trees.tif','JPG','Quality',75）
4图像的输入
4.1图像输入函数
在MATLAB中，可以使用imread函数读取程序支持格式的文件该命令相应的格式如下：
（1）A=imread（filename,fmt）
读取由字符串filename指定的文件灰度或彩色图像。
如果该文件不在当前文件夹中，或在MATLAB的路径的文件夹，指定完整的路径名。
文本字符串FMT指定的文件通过其标准的文件扩展名的格式。
返回值A为含有图像数据的数组。
如果该文件包含一个灰度图像，A是一个M-N的数组。
（2）[X，map]=imread（filename）
读取相应文件名的索引图像到X和其相关联的颜色映射到map。
在图像文件中的颜色表的值会自动重新调整到范围[0,1]。
（3）[...]=imread（filename）
试图从它的内容推断出该文件的格式。
（4）[...]=imread（URL,...）
读取来自InternetURL的形象。
URL必须包含协议类型（例如，包含http:
//）。
（5）[...]=imread（...,Param1,Val1,Param2,Val2...）
控制特定格式的操作的各种特性的参数。
4.2图像输入函数举例
采用上述[X，map]=imread（filename）图像输入函数输入图像
【例】
[X,map]=imread（'trees.tif'）;%读取名为“trees.tif”的索引图到X,与其相关的颜色映射到map
读取的图像数据（部分）如下图所示：
图4-1imread函数读取的图像数据（部分）
5图像的输出
5.1图像输出函数
MATLAB提供imshow函数显示图像，并且MATLAB会自动设置图形窗口，坐标轴和图像的属性，在MATLAB中，imshow函数的语法如下：
imshow（I）显示灰度图像I
（2）imshow（I,[lowhigh]）
显示灰度图像I，指定显示范围，因为我在[低高]。
值低（小于低的任意值）显示为黑色;值高（大于高任意值）显示为白色。
介于两者之间的值会显示为灰色的中间色调，采用灰度等级数为缺省值。
如果您为[低高]使用一个空矩阵（[]），imshow使用[分钟（我（:
））最大（I（:
））]，也就是说，在我的最低值显示为黑色，最大值显示为白色。
（3）imshow（RGB）显示真彩色图像的RGB。
（4）imshow（BW）
显示二值图像BW。
imshow具有值0（零）的像素显示为黑色，像素值为1，为白色。
（5）imshow（X,map）
显示索引图像X中的颜色映射图。
颜色映射矩阵可以有任意数量的行，但必须恰好有3列。
每一行被解释为一种颜色，与第一元件指定红色光，第二绿色，第三个蓝色的强度。
色强度可以在间隔0.0至1.0中指定。
（6）imshow（filename）
显示存储在图形文件的文件名的图像。
该文件必须包含可以由imread或dicomread被读取的图像。
imshow呼吁imread或dicomread从文件中读取图像数据，但并不存储在MATLAB工作空间中的图像数据。
如果该文件包含多个图像，imshow显示文件中的第一张图像。
该文件必须在当前目录或在MATLAB的路径。
（7）himage=imshow（...）
返回的句柄由imshow创建的图像对象。
（8）imshow（...,param1,val1,param2,val2,...）
显示图像，指定的参数和用于控制图像显示的各个方面对应的值。
下表按字母顺序列出所有imshow参数。
参数名称可以缩写，并且不区分大小写。
例：
显示灰色图像：
5.2图像输出举例
5.2.1显示灰度图
imshow函数显示灰色图像的语法如下：
（1）imshow（I）:
其中I为灰度图像的数据矩阵
（2）imshow（I,[lowhigh]）:
其中I为灰度图像的数据矩阵，[lowhigh]用于指定对应灰度颜色映射表中的灰度值；MATLAB将小于等于low的像素设置为黑色，将大于等于high的像素设置为白色。
【例】
使用上述两种函数显示图像的命令如下：
I=imread（'cameraman.tif'）;%输入图像cameraman.tif的数据
subplot（121）;imshow（I）;%用imshow（I）函数显示灰度图像
subplot（122）;h=imshow（I,[080]）;
%用imshow（I,[low,high]）函数显示灰度图像
灰度图像cameraman.tif显示如下：
图5-1灰度图像显示举例
5.2.2显示索引图
使用imshow函数显示MATLAB的索引图像时，可以同时设置图像的数据矩阵和颜色映射表（调色板矩阵），具体语法形式如下：
Imshow（X,map）：
其中，对应X中的每一个像素，imshow都将其显示为存储在map映射表矩阵的相应的行锁对应的颜色。
【例】
使用上述函数显示图像的命令如下：
[X,map]=imread（'trees.tif'）;%输入图片trees.tif的数据
imshow（X,map）%用颜色表map展示索引图X
索引图像trees.tif显示如下：
图5-2索引图像显示举例
5.2.3显示RGB图
使用imshow函数显示RGB图的语法如下：
Imshow（RGB）:
其中RGB为一个m×n×3的图像数据阵列。
在MATLAB中，该数据阵列属于double类、uint8类或uint16类。
数据阵列中元素的取值取决于该阵列所属的类型，如果该数据阵列属于double类，则其元素的取值范围是[0,1]；如果该数据阵列属于uint8类，则其元素的取值范围为[0,255]；如果该数据阵列属于uint16类，则其元素的取值范围为[0,65535]。
【例】
使用上述函数显示图像的命令如下：
RGB=reshape（ones（64,1）*reshape（jet（64）,1,192）,[64,64,3]）;figure;imshow（RGB）
RGB图像显示如下：
图5-3RGB图像显示举例
5.2.4显示文件中的图像
显示图像时，该图像的对象数据保存在MATLAB运行内存中的一个或多个变量中。
但是如果用户将图像保存在可以通过imread或dicomread函数读取的图形文件中，则可以通过下面的语法直接将其显示出来。
语法格式如下：
Imshowfilename:
filenema是需要打开的图形文件的路径及文件名。
【例】
使用上述函数显示文件中的图像命令如下：
figure;imshow（'xiju.jpg'）%在figure窗口中显示图像xiju.jpg
文件中的图像xiju.jpg显示如下：
图5-4文件中的图像显示举例
5.2.5特殊图像显示技术--添加颜色条
在MATLAB的图像显示中，可以利用colorboard函数将颜色条添加到坐标轴对象中。
如果该坐标轴对象包含一个图像对象，则添加的颜色条将指示出该图像中不同颜色的数据值。
【例】
使用coloebar函数为图像添加颜色条的命令如下：
I=imread（'moon.tif'）;%输入图片moon.tif
imshow（I）%显示灰度图I
colorbar%为灰度图I添加颜色条
I1=imread（'peppers.png'）;%输入图片moon.tif
figure%打开一个figure窗口
imshow（I1）%显示图像I1
colorbar%为RGB图添加颜色条
图像及对应的颜色条显示如下：
图5-5图像颜色条显示举例
6图形类型转换
图像类型转换指的是二进制图、索引图、灰度图和RGB图之间的相互转换，可以用下图简单描述各种图像之间的转换关系。
下面将单独举例说明各种图像之间的相互转换。
6.1灰度图转换成二进制图
利用dither函数通过筛选算法将灰度图转换成二进制图，函数语法格式如下：
BW=dither（I）
【例】
用dither函数灰度图转换成二进制图的命令如下：
I=imread（'cameraman.tif'）;%读取图片cameraman.tif
BW=dither（I）;%将灰度图I转换成二进制图BW
figure;imshow（I）%显示灰度图I
figure;imshow（BW）%显示二进制图BW
转换结果如下图所示：
图6-1灰度图转换为二进制图举例
6.2灰度图转换成索引图
使用gray2ind函数将灰度图转换成索引图，其语法格式如下：
[X,map]=gray2ind（I,n）:
根据指定的灰度级数n和颜色图map，将灰度图像I转换为索引图形X，n的默认值为64
【例】
用gray2ind函数将灰度图转换成索引图的命令如下：
I=imread（'cameraman.tif'）;%读取图片cameraman.tif
[X,map]=gray2ind（I,64）;%将灰度图I转换成索引图X
figure;imshow（I）%显示灰度图I
figure;imshow（X）%显示索引图X
转换结果如下图所示：
图6-2灰度图转换为索引图举例
6.3RGB图转换成索引图
通过rgb2ind函数可以将RGB图转换成索引图，可采用的方法包括直接转换、均匀量化、颜色图近似4种。
除直接转换方法外，其他方法在不指定选项nodither时自动进行图像筛选。
其相对应的语法格式如下：
[X，map]=rgb2ind（RGB）：
直接将RGB图像转换为具有调色板图map的矩阵X。
[X，map]=rgb2ind（RGB，tol）：
用均匀量化法将RGB图像转换为索引图像X，tol的范围为0.0~1.0。
[X，map]=rgb2ind（RGB，n）:
用最小方差量化方法将RGB图转换为索引图X，map中包含至少n种颜色，n必须小于或等于65536。
X=rgb2ind（RGB，map
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