MATLAB图像处理基础知识
来源:互联网 发布:希尔伯特矩阵 编辑:程序博客网 时间:2024/04/30 00:10
1、MATLAB支持的图像文件格式
(1)JPEG(Joint Photographic Experts Group):一种称为联合图像专家组的图像压缩格式。
(2)BMP(Windows Bitmap):有1位、4位、8位、24位非压缩图像,8位行程编码(RLE,Run Length Encoded)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。
(3)PCX(Windows Paint Brush):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。
(4)TIFF(Tagged Image File Format):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。
(5)PNG(Portable Network Graphics):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。
(6)GIF(Graphics Interchange Format):任何1位到8位的可交换的图像。
(7)HDF(Hierarchical Data Format):有8位、24位光栅图像数据集。
(8)ICO(Windows Icon resource):有1位、4位、8位非压缩图像。
(9)CUR(Windows Cursor resource):有1位、4位、8位非压缩图像。
(10)XWD(X Windows Dump):包括1位、8位Zpixmaps,XYBitmaps,XYPixmmmaps。
(11)RAS(Sun Raster image):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。
(12)PBM(Portable Bitmap)。
(13)PGM(Portable Graymap)。
(14)PPM(Portable Pixmap)。
2、MATLAB支持的五种图像类型
即二值图像、索引图像、灰度图像、RGB图像和多帧图像阵列。
图像类型
double数据
uint8和uint16数据
二值图像
图像为m×n的整数矩阵,元素值范围[0,1]
图像为m×n的整数矩阵,元素值范围[0,1]
索引图像
图像为m×n的整数矩阵,元素值范围[0,p]
图像为m×n的整数矩阵,元素值范围[0,p-1]
灰度图像
图像为m×n的浮点数矩阵,元素值范围[0,1]
图像为m×n的整数矩阵,元素值范围[0,255]或[0,65535]
RGB图像
图像为m×n×3的浮点数矩阵,元素值范围[0,1]
图像为m×n×3的整数矩阵,元素值范围[0,255]或[0,65535]
多帧图像阵列
由多帧图像组成的,每一帧图像可以为前四种图像中的一种,但组成一个多帧图像阵列的图像必须为同一种。cat函数可以将具有相同尺寸的几个独立图像存成多帧文件。对于多帧图像也可以从中提取单帧。
2.1 图像类型判断及转换
(1)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。
(2)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:
- dither:用抖动法(dithering)转换图像。该函数通过颜色抖动(颜色抖动即改变边沿像素的颜色,使像素周围的颜色近似于原始图像的颜色,从而以空间分辨率来换取颜色分辨率)来增强输出图像的颜色分辨率。该函数可以把RGB图像转换成索引图像或把灰度图像转换成二值图像。
- gray2ind:灰度图像或二值图像向索引图像转换。
- grayslice:设定阈值将灰度图像转换为索引图像。
- 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。
- 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。
- im2java:一般图像向Java图像转换。
- label2rgb:标志图像向RGB图像转换。
2.2 图像的查询及读写
(1)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)
其中参数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。
(2)MATLAB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:
a. 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所指的为RGB图像,则A为一个m×n×3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。
imread 的其他几种重要的调用格式为:
[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)
上面一些参数的含义如下:idx 是指读取图标(cur、ico、tiff)文件中第idx 个图像,默认值为1。’frame’,idx是指读取gif文件中的图像帧,idx 值可以是数量、向量或’all’。ref是指整数值。alpha是指透明度。
b. imwrite 的常用调用格式为:
imwrite(A,filename,fmt)
imwrite(X,map,filename,fmt)
imwrite(…,filename)
imwrite(…,Param1,Val1,Param2,Val2…)
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。
2.3 图像的显示
显示图像的最基本的手段是使用image函数。该函数还产生了图像对象的句柄,并允许对对象的属性进行设置。此外,imagesc函数也具有image 的功能,所不同的是imagesc函数还自动将输入数据比例化,以全色图的方式显示。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。
(1)imshow 可用于显示各类图像。对于每类图像,调用方法如下:
- imshow filename:显示图像文件。
- imshow(BW):显示二值图像,BW为黑白二值图像矩阵。
- 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):显示灰度图像,I为二值图像矩阵。
- imshow(RGB):显示RGB图像,RGB为RGB图像矩阵。
- imshow(I,[low high]):将非图像数据显示为图像,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。
(2)有关图像显示的函数或其辅助函数,除了上述的以外,MATLAB还提供了一些用于进行图像的特殊显示的函数。
- colorbar:为图像的显示增加一个颜色条,这一用法对于了解被显示图像的灰度级别特别有用。
- getimage:获取图像数据。
- immovie:将多帧索引图像制作成连续图像格式。其调用格式为:
mov=immovie(D,map)。不过这种功能只对索引图像有效,其中D为多帧索引图像阵列,map为索引图像的对应色阶。对于其他类型图像,则需要首先将其转换为索引图像。
- montage:多帧图像的一次显示。它能将每一帧分别显示在一幅图像的不同区域,所有子区的图像都用同一个色彩条。
-movie:播放多帧连续图像。
- subimage:在一个图形区域内显示多个图像。
- truesize:调整图像显示的尺寸。
- warp:显示图像的纹理表面图。前面提到的图像显示手段都只能在二维平面上显示,MATLAB6.5的一个强大功能是能将平面图像显示在空间三维曲面上。这是由warp函数的纹理成图功能来实现的,该功能能通过双线性插值将平面图像投影到三维曲面上。
- zoom:将图像或二维图形进行放大或缩小显示。zoom本身是是一个开关键,zoom on用于打开缩放模式,zoom off用于关闭该模式,zoom in 用于放大局部图像,zoom out用于缩小图像。
(3)至于多个图像的显示,则可分为两个方面: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。
3、MATLAB图像运算
(1)点运算将输入图像映射为输出图像,输出图像每个像素点的灰度值仅由对应的输入像素点的值决定。它常用于改变图像的灰度范围及分布,是图像数字化及图像显示的重要工具。点运算因其作用性质,也被称为对比度增强、对比度拉伸或灰度变换。在真正进行图像处理之前,有时可以用点运算来克服图像数字化设备的局限性。
(2)点运算实际上是灰度到灰度的映射过程。点运算不会改变图像内像素点之间的空间关系。设输入图像为A(x,y),输出图像为B(x,y),则点运算可表示为:B(x,y)=f[A(x,y)]。点运算可完全由灰度变换(gray-scale transformation)函数s=f(r)决定,后者描述了输入灰度级与输出灰度级之间的映射关系。图像的点运算分为线性点运算和非线性点运算两种。
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