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1、MATLAB 程式設計入門篇影像顯示與讀寫,張智星(jangmirlab.org)jangmirlab.orghttp:/mirlab.org/jang清大資工系 多媒體檢索實驗室,19-1 MATLAB的影像格式,MATLAB 最常處理的影像格式為索引影像（Indexed Images）顯示此類型影像的語法如下：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K3，每個橫列由三個元素所組成，分別是R（紅）、G（綠）、B（藍），每個元素的範圍為01X的值為1K，也就是當X(i,j)的值為p，則像素點(i,j)的顏色為map(p,:)這一列的向
2、量所決定。,索引影像：顯示,使用MATLAB顯示內建的小丑圖。範例19-1：image01.m,load clown.mat%載入小丑影像資料，含變數 X 和 mapimage(X);%顯示影像colormap(map)%取用色盤矩陣,索引影像：顯示,欲顯示對應的色盤，可再執行 colorbar，結果如下：,索引影像：驗證索引範圍,由於由X 是索引影像，因此其最小值是 1，最大值會等於 map 的列數（即可顯示之顏色數目），可驗証如下：範例19-2：image02.m,load clown.mat%載入小丑影像資料，含變數 X 和 mapfprintf(min(min(X)=%dn,min(m
3、in(X);fprintf(max(max(X)=%dn,max(max(X);fprintf(size(map,1)=%dn,size(map,1);,索引影像：驗證索引範圍,min(min(X)=1max(max(X)=81size(map,1)=81 由範例可知，此小丑影像共含有 81 種不同的顏色。,索引影像：驗證數值,索引影像的數值可以驗證如下。範例：indexedImage01.m,load clown.mat%載入小丑影像資料，含變數 X 和 mapsubplot(2,2,1);image(X);axis imagesubplot(2,2,2);image(X(1:100,1:1
4、00);axis imagesubplot(2,2,3);image(X(1:3,1:3);axis imageX(1:3,1:3)subplot(2,2,4);image(69);axis imagecolorbarcolormap(map);,索引影像：驗證數值,結果：,ans=2 2 2 61 69 69 69 61 69,索引影像：亂數色盤,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，如果使用亂數產生的色盤則會產生下面的結果：範例19-3：image03.m,load clown.mat%載入小丑影像資料，含變數 X 和 mapnewmap=rand(size(map)
5、;image(X);colormap(newmap);colorbar;,索引影像：亂數色盤,由於色盤是亂數產生，所以每次結果都不一樣：,索引影像：強度影像,如果我們的色盤矩陣只有 K 個橫列，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 的最小值轉換成 1，最大值轉成 K，其他中間值則依線性關係轉換成介於 1 與 K 的值，舉例如下：範例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,索引影像：強度
6、影像,ans=-6.5466ans=8.0752具有上述特性的影像資料稱為強度影像（Intensity Images），一般經由數值運算產生的矩陣均屬此類，因此均可由 imagesc 來顯示。,全彩影像：顯示,image 指令亦接受全彩影像（Truecolor Images）。全彩影像可以表示成一個 mn3 的矩陣 X，其中 X(:,:,1)代表R（紅色）的強度。X(:,:,2)代表G（綠色）的強度，X(:,:,3)則代表B（藍色）的強度。X的值的範圍可以是下列兩種：介於01的浮點數0255的uint8（詳見本章第三節）。範例19-5：image04.m,X=imread(annie19980
7、405.jpg);image(X);size(X),全彩影像：顯示,ans=480 640 3此時若再下達colorbar 指令，只會顯示內定的色盤，和圖形顯示沒有關係。,19-2 影像的顯示與列印,MATLAB 在顯示影像時，會將之置於預設的圖軸之中，並以此圖軸的長寬比來成像，因而造成影像的失真。若要以影像本身的長寬比來成像，可加入 axis image，如下:範例19-6：image05.m,load mandrill.mat image(X);colormap(map);axis image,以原影像長寬比例顯示範例,亦可下達axis normal來觀看MATLAB的預設顯示結果。,將影
8、像對應到螢幕上的點的範例,若要使影像資料的每一點對應至螢幕上的一個像素（Pixel），可輸入如下:範例19-7：image06.m,load mandrill.matm,n=size(X);figure(unit,pixel,position,200,200,n,m);image(X);colormap(map);set(gca,position,0,0,1,1);,範例：將影像對應到螢幕上的點,此範例產生圖形如同前一個範例，如果你的螢幕解析度較低，圖形會變大。上述範例程式碼中，figure 的 position 性質為 200,200,n,m，代表視窗的左下角位置是 200,200（以 pi
9、xel 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，最後一個敘述將圖軸的位置設為整個視窗的大小，使用了正規化的單位。,影像的列印,在列印影像時，MATLAB 會根據視窗的 Paper position 性質來調整圖形的長寬比，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 Paper Position Mode 的預設值就是“auto”，可在 startup.m 檔案中加入下一行:set(0,DefaultFigurePaperPositionMode,auto),19-3
10、8-bit影像,在 MATLAB 第 5 版之後，提供了 uint8 的資料型態。由於 uint8 只有 8 個位元，所以能表示的數值範圍為 0 至 255（=28-1）之間的整數。,8-bit影像範例,由於 8-bit 影像資料的最小值為 0，和一般的雙精準索引影像資料相差 1，因此在兩種資料相互轉換時，要特別小心。例如：範例19-8：uint801.m,load clown.matZ8=uint8(X-1);%將 X-1 轉成 uint8 的資料型態 close all%關掉所有的圖形視窗 image(Z8);colormap(map);colorbar;,8-bit影像範例,8-bit
11、double,若要將 8-bit 影像轉回雙精準影像，可輸入如下：Z64=double(Z8)+1;uint8 資料型態亦可用於全彩影像資料，此時每一像素的原色（R，G 或 B）範圍為 0 至 255 間的整數，而不再是 0 至 1 的實數。,8-bit double,欲將雙精準的全彩影像轉作 uint8 資料型態，可輸入如下：RGB8=uint8(round(RGB64*255);其中 RGB64 為雙精準的全彩影像資料，而 RGB8 則是 unit8 的 8-bit 影像資料。反之，若欲進行反轉換，可輸入如下：RGB64=double(RGB8)/255;關於影像類別及其資料型態的關係，可
12、見下表：,影像類別及型態關係表,19-4 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。這兩個指令可以處理的影像格式有下列幾種：,imread及imwrite支援的格式,imread 指令,imread 指令可以讀取上述格式的影像檔案，並進行必要之轉換，如下：對於強度影像，imread 將資料以 uint8 的矩陣（大小為 mn）傳回。對於索引影像，imread 將資料以 uint8 的矩陣（大小為 mn）傳回，並同時傳回一個雙精準的色盤矩陣，其每個元素值介於0,1。對於全彩矩陣，imread 將資料以 uint8 的矩陣（大小為 mn3）傳
13、回。,使用imread讀取全彩jpeg影像,imread 可讀出下列全彩影像：範例19-9：imread01.m,RGB=imread(simulinkteam.jpg);image(RGB);axis image;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;,影像檔案寫入範例,imwrite 指令可將資料寫成影像檔如下：範例19-10：imwrite01.m上述最後一列敘述將會呼叫 Windows 作業系統下的應用程
14、式來開啟 myClown.jpg 檔案。,load clown.matimwrite(X,map,myClown.jpg);!start myClown.jpg,imfinfo指令,imfinfo 指令可傳回影像檔案的各項資訊，例如：info1=imfinfo(simulinkteam.jpg)info2=imfinfo(sbtree.gif)對於不同的檔案格式，imfinfo 傳回的資訊項目可能有所不同。,imfinfo執行結果,info1=imfinfo(simulinkteam.jpg)info1=Filename:simulinkteam.jpg FileModDate:28-三月-2
15、000 17:30:36 FileSize:24071 Format:jpg FormatVersion:Width:234 Height:126 BitDepth:24 ColorType:truecolor FormatSignature:NumberOfSamples:3 CodingMethod:Huffman CodingProcess:Sequential Comment:1x70 char,info2=imfinfo(sbtree.gif)info2=Filename:sbtree.gif FileModDate:10-九月-1997 14:53:14 FileSize:7121 Format:GIF FormatVersion:87a Width:99 Height:80 BitDepth:8 ColorType:indexed FormatSignature:GIF87a BackgroundColor:0 AspectRatio:0 ColorTable:256x3 double Interlaced:no,Quiz,那些影像檔案格式支援全彩影像？哪一些支援索引影像？,
