MATLAB輸入輸出格式變換

1、課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 工作單位： 題 目：MATLAB仿真軟件進行圖像的輸入、輸出和格式變換。初始條件：1.仿真軟件matlab2.數(shù)字信號處理與圖像處理基礎知識。要求完成的主要任務：MATLAB仿真軟件進行圖像的輸入、輸出和格式變換。要求：讀取、保存和顯示不同格式的圖像，并進行圖像格式的相互變換如索引圖像、灰度圖像、RGB圖像和二值圖像的相互轉換。時間安排：第15周：理論講解。 第17周：理論設計，仿真調(diào)試，撰寫試驗報告，準備答辯。第18周：答辯。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目 錄1圖像的格式及類型52圖像的輸入72.1從圖形圖

2、像上讀取數(shù)據(jù)73圖像的輸出83.1以圖像形式輸出83.1.1索引圖像的顯示83.1.2灰度圖像的顯示93.1.3二值圖像的顯示93.1.4 RGB圖像的顯示103.2以圖像文件的形式輸出114圖像的保存125圖像的格式轉換145.1 RGB轉換成灰度圖像145.2 灰度圖像轉換為索引圖像155.3 灰度圖像轉化為二值圖像155.4 RGB圖像轉化為索引圖像16小結與體會17參考文獻18摘 要MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使

3、用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設計語言的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。本次課程設計就是利用MATLAB來進行讀取，保存和顯示不同格式的圖像，并進行圖像格式的相互變換，包括了索引圖像、灰度圖像、RGB圖像和二值圖像的相互轉換的應用。關鍵詞：matlab；矩陣；圖像轉換；AbstractMATLAB is released by the United States mathworks main face of scientific computing, visualizati

4、on and interactive program designed high-tech computing environment. It numerical analysis, matrix computation, scientific data visualization as well as non-linear dynamic systems modeling and simulation, and many other powerful integrated in an easy-to-use Windows environment, scientific research,

5、engineering design and the need for effective numerical many scientific fields, a comprehensive solution to get rid of the traditional non-interactive programming language editing mode largely representative of today's international advanced level of scientific computing software. This course de

6、sign is the use of MATLAB to read, save and display images of different formats, and the mutual conversion of image formats, including the mutual conversion of the index image, the grayscale image, RGB image and the binary image of the application.Keywords: matlab; matrix; convert the image;1 圖像的格式及

7、類型1.1 MATLAB支持的圖像文件格式和類型MATLAB支持的圖像文件格式：（1） JPEG（Joint Photogyaphic Expeyts Group）：一種稱為聯(lián)合圖像專家組的圖像壓縮格式。（2） BMP（Windows Bitmap）：有1位、4位、8位、24位非壓縮圖像，8位RLE（Run length Encoded）的圖像。文件內(nèi)容包括文件頭（一個BITMAP FILEHEADER數(shù)據(jù)結構）、位圖信息數(shù)據(jù)塊（位圖信息頭BITMAP INFOHEADER和一個顏色表）和圖像數(shù)據(jù)。（3） PCX（Windows Paintbrush）：可處理1位、4位、8位、16位、24位等

8、圖像數(shù)據(jù)。文件內(nèi)容包括文件頭、圖像數(shù)據(jù)和擴展色圖數(shù)據(jù)。（4） TIFF（Tagged Iamge File Format）：處理1位、4位、8位、24位非壓縮圖像，1位、4位、8位、24位packbit壓縮圖像，1位CCITT壓縮圖像等。文件內(nèi)容包括文件頭、參數(shù)指針表與參數(shù)域、參數(shù)數(shù)據(jù)表和圖像數(shù)據(jù)四部分。（5） PNG（Portable Network Graphics）：包括1位、2位、4位、8位和16位灰度圖像，8位和16位索引圖像，24位和48位真彩色圖像。（6） GIF（Graphics Interchange Format）：任何1位到8位的可交換的圖像。（7） HDF（Hierar

9、chial Data Format）：有8位、24位光柵圖像數(shù)據(jù)集。（8） ICO（Windows Icon resource）：有1位、4位、8位非壓縮圖像。（9） CUR（Windows Cursor resource）：有1位、4位、8位非壓縮圖像。（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位真彩色和帶有透明度的32位真彩色。（12） PBM（Portable Bitmap）。（13） PGM（Portable Gra

10、ymap）。（14） PPM（Portable Pixmap）。MATLAB支持的圖像類型：（1） 索引圖像：它的數(shù)據(jù)信息包括一個數(shù)據(jù)矩陣和一個雙精度色圖矩陣，它的數(shù)據(jù)矩陣中的值直接指定該點的顏色為色圖矩陣中的某一種。色圖矩陣中，每一行表示一種顏色，每行有三個數(shù)據(jù)，分別表示該種顏色中紅、綠、藍的比例情況，所有元素值都在0，1內(nèi)。（2） 灰度圖像：數(shù)據(jù)矩陣中的元素值一般都在0,1或0,255之間，灰度圖像根據(jù)這些數(shù)據(jù)利用線性插值來和色圖中的顏色種類匹配?；叶葓D像一般看起來是一副黑白圖像，但是色彩明暗度較二值圖像更為豐富。因為每一個像素點的取值在0,1或0,255之間?；叶葓D像讀入matlab中是

11、一個二維的平面矩陣，其中行與列的乘積代表其圖片中像素點的個數(shù)。（3） 二值圖像：數(shù)據(jù)矩陣中的元素值只是0或1。讀入matlab也是一個二維矩陣。二值圖像讀入matlab中也是一個二維的平面矩陣，但像素點取值只限于0，1。（4） RGB圖像：圖像中每個象素的顏色用三個數(shù)據(jù)來存儲，分別指定紅、綠、藍三原色在象素顏色中的比例關系，組成一個三維數(shù)組，讀入matlab后是一個三維的矩陣。 RGB圖像就是采用紅、綠、藍作為三原色的，其中R為紅色，G為綠色，B為藍色。這樣這個三維矩陣A就可以表示成一個彩色矩陣，也就是一張數(shù)字圖像可以在matlab中讀成一個矩陣A。這個三維矩陣的第一維就是上圖中第一層代表紅色

12、數(shù)值，第二維為第二層代表綠色數(shù)值，第三維為第三層代表藍色數(shù)值。也可以這樣理解：將索引圖像中的數(shù)據(jù)矩陣中每一個像素點直接加載上色圖矩陣中對應的顏色值。索引圖像圖像數(shù)組大?。簃×n圖像元素取值:1,p色度矩陣：p×3色度元素值：0,1圖像數(shù)組大?。簃×n圖像元素取值:0,p-1色度矩陣：p×3色度元素值：0,255圖像數(shù)組大?。簃×n圖像元素取值:0,p-1色度矩陣：p×3色度元素值：0,65535灰度圖像圖像數(shù)組大小：m×n圖像元素值:0,1色度矩陣：p×3色度元素值：0,1圖像數(shù)組大?。簃×n圖像元素值:

13、0,255色度矩陣：p×3色度元素值：0,1圖像數(shù)組大?。簃×n圖像元素值:0,65535色度矩陣：p×3色度元素值：0,1二值圖像圖像數(shù)組大小：m×n圖像元素值：0或1圖像數(shù)組大?。簃×n圖像元素值：0或1真彩圖像數(shù)組大小：m×n×3(:,:,1)紅色分量(:,:,2)綠色分量(:,:,3)藍色分量元素取值：0,1（無調(diào)色板）數(shù)組大?。簃×n×3(:,:,1)紅色分量(:,:,2)綠色分量(:,:,3)藍色分量元素取值：0,255（無調(diào)色板）數(shù)組大小：m×n×3(:,:,1)紅色分量

14、(:,:,2)綠色分量(:,:,3)藍色分量元素取值：0,65535（無調(diào)色板）表1.1圖像類型特征表2 圖像的輸入2.1從圖形圖像上讀取數(shù)據(jù)MATLAB提供了一個重要的用于圖像文件的讀寫的指令，從圖像文件中讀取數(shù)據(jù)的imread，常見調(diào)用格式為：A=imread(filename,fmt)其作用是將文件名用字符串filename表示的，擴展名用fmt表示的圖像文件中的數(shù)據(jù)讀到矩陣A中。如果filename所指的為灰度級圖像，則A為一個二維矩陣；如果filename所指的為RGB圖像，則A為一個m×n×3的三維矩陣。Filename表示的文件名必須在MATLAB的搜索路徑范

15、圍內(nèi)，否則需指出其完整路徑。圖2.1像讀入框圖imread的其他幾種重要的調(diào)用格式為：X,map=imread(filename,fmt)=imread(filename) = imread(URL,) = imread(,idx)           (CUR,ICO and TIFF only) = imread(,frames,idx)    (GIF only) = imread(,ref)     

16、0;     (HDF only) = imread(,BackgroundColor,BG)    (PNG only)A,map,alpha = imread()      (ICO,CUR and PNG only)上面一些參數(shù)的含義如下：idx是指讀取圖標（cur、ico、tiff）文件中第idx個圖像，默認值為1。frame,idx是指讀取gif文件中的圖像幀，idx值可以是數(shù)量、向量或all。ref是指整數(shù)值。alpha是指透明度。程序如下： I=imread(&

17、#39;C:UsershpPicturesa.jpg','jpg'); %圖像數(shù)據(jù)的讀取，將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中imshow(I);title('原圖像');圖2.2 inread舉例說明3 圖像的輸出3.1以圖像形式輸出以圖像形式輸出，其實質(zhì)就是圖像的顯示。函數(shù)為image(imshow). 根據(jù)不同的圖像形式，有一些不同的顯示方法。圖3.1 圖像輸出的框圖3.1.1索引圖像的顯示索引圖像包含一個數(shù)據(jù)矩陣A，一個顏色映射矩陣map。像素顏色內(nèi)數(shù)據(jù)矩陣A作為索引值向矩陣map進行索引。1可以用下面代碼來顯示一幅索引圖像：image(

18、A);colormap(map);程序如下：I=imread('C:UsershpPicturesb','jpg'); %圖像數(shù)據(jù)的讀取，將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中image(I);colormap(map);圖 3.2 索引圖的顯示舉例12使用imshow命令顯示索引圖像，則需要指定圖像矩陣和調(diào)色板:Imshow(A,map)在顯示一幅索引圖像時，inshow函數(shù)將設置句柄圖形屬性來控制顏色顯示方式。程序如下：I=imread('C:UsershpPicturesb.jpg','jpg'); %圖像數(shù)據(jù)的讀取，

19、將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中imshow(I,map);圖 3.3 索引圖像的顯示舉例23.1.2灰度圖像的顯示一幅灰度 圖像是一個數(shù)據(jù)矩陣I1imshow(I,low,high)以灰度范圍low,high顯示圖像，如果不知道灰度范圍，可以用imshow(I,)顯示。按最大灰度范圍顯示程序如下：I=imread('C:UsershpPicturesc.jpg'); %圖像數(shù)據(jù)的讀取，將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中imshow(I,);title('原圖像');colorbar圖 3.4 灰度圖像的顯示舉例12imshow(I,n)顯

20、示灰度級為n的圖像，n缺省為256。程序如下：按256灰度級顯示I=imread('C:UsershpPicturesc.jpg'); %圖像數(shù)據(jù)的讀取，將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中imshow(I,256);title('原圖像');colorbar圖 3.5 灰度圖像的顯示舉例23.1.3二值圖像的顯示imshow(bw)顯示二值圖像。程序如下：bw=imread('C:UsershpPicturesd.jpg'); %圖像數(shù)據(jù)的讀取，將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中imshow(bw);title('原圖

21、像');colorbar圖 3.6 二值圖像的顯示舉例3.1.4 RGB圖像的顯示imshow(rgb)顯示真彩色圖像。程序如下：rgb=imread('C:UsershpPicturesa','jpg'); %圖像數(shù)據(jù)的讀取，將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中imshow(rgb);圖 3.7 RGB圖像的顯示舉例3.2以圖像文件的形式輸出以圖像文件的形式輸出，即圖像文件形式之間的轉換。圖像文件矩陣Imwrite圖 3.8 圖像文件形式的輸出框圖調(diào)用函數(shù)格式為：imwrite(A,filename,fmt) 保存無調(diào)色板的圖像imwrite(

22、X,map,filename,fmt) 保存有調(diào)色板的圖像imwrite(,filename) 文件名中含格式imwrite(,Param1,Vall,Param2,Val2,) 指定保存參數(shù)imwrite(,Param1,Val1,Param2,Val2)可以讓用戶控制HDF、JPEG、TIFF等的輸出特性。在MATLAB中，默認保存類型是uint8。由于PNG和TIFF格式支持16位的圖像，保存類型uint16。文件格式：bmp、jpg、pcx、tif。程序如下：將tif圖像保存為jpg圖像x,map=imread('e.tif');imwrite(x,map,'e

23、.jpg','JPG','Quality',50)圖3.9 以圖像文件的形式輸出4 圖像的保存圖像的保存一般有四種方式：1.文件保存FileSave As，再選擇保存為fig,egs,jpeg,gif,png,bmp等格式圖4.1文件保存圖像2.復制粘貼EditCopy Figure，再粘貼到其他程序，如word文檔，圖畫程序等。圖4.2復制粘貼圖像3.Saveas函數(shù)saveas(h,'filename') saveas(h,'filename' ,'format') saveas(gca,filenam

24、e,fileformat)如下圖保存為文件figure1.jpg圖4.3 saveas函數(shù)調(diào)用4.print函數(shù)print( h, '-dpng', 'filename')如圖print('-dpng', 'a2.png')表示保存為png圖片，文件名為a2.png，其中第一個參數(shù)可以是：-dpng：保存為png格式-dpcx：保存為pcx格式-dpdf：保存為pdf格式-dtiff：保存為tiff格式-dbmp：保存為bmp格式-djpeg：保存為jpeg格式圖4.4 print函數(shù)調(diào)用5 圖像類型轉換圖5.0 圖像類型轉換框圖

25、5.1 RGB轉換成灰度圖像I=imread('C:UsershpPicturesa.jpg','jpg'); %圖像數(shù)據(jù)的讀取，將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中K=rgb2gray(I) imshow(K);圖 5.1 RGB轉換成灰度圖像舉例5.2 灰度圖像轉換為索引圖像I=imread('C:UsershpPicturesa.jpg','jpg'); %圖像數(shù)據(jù)的讀取，將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中K=rgb2gray(I);Y=gray2ind(K);imshow(Y);圖 5.2灰度圖像轉換為索

26、引圖像5.3 灰度圖像轉化為二值圖像I=imread('C:UsershpPicturesa','jpg'); %圖像數(shù)據(jù)的讀取，將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中K=rgb2gray(I);Y=im2bw(K);imshow(Y);圖 5.3灰度圖像轉化為二值圖像舉例5.4 RGB圖像轉化為索引圖像I=imread('C:UsershpPicturesa.jpg','jpg'); %圖像數(shù)據(jù)的讀取，將圖像數(shù)據(jù)放入矩陣A中，顏色數(shù)據(jù)放入矩陣M中X,map=rgb2ind(I,3);imshow(X,map);圖 5.4 RGB圖像轉化為索引圖像小結與體會通過本次課程設計, 我鞏固了課堂的理論知識，并利用所學到的理論知識正確分析信號處理的基本問題和解釋信號處理的基本現(xiàn)象，認識到了matlab的功能強大，使得我們在使