圖像處理基礎（MATLAB圖像處理第三章）

1.常用圖像的檔案格式與類型

檔案格式

• PCX格式：Windows Paintbrush(檔案頭+圖像資料+擴充顔色映射表)
• BMP格式：Windows Bitmap（檔案頭fileheader + 位圖資訊資料塊infoheader和顔色表 + 圖像資料）
• HDF格式：Hierarchical Data Format 8/24位光栅資料集。
• JPEG格式：Joint Photographic Experts Group
• TIFF格式：Tagged Image File Format
• XWD格式：X Windows Dump

類型

MATLAB中，一副圖像可能包含一個資料矩陣，也可能包含一個顔色映射表矩陣。

索引圖像

索引圖像包括圖像矩陣和顔色圖數組，其中，顔色圖是按圖像中的顔色值進行排序後的數組。對于每個像素，圖像矩陣包含一個值，這個值就是顔色圖中的索引，顔色圖為其指定RGB單色值。

圖像矩陣是uint8時，常用于圖形檔案格式，支援256色。

灰階圖像

灰階圖像儲存在一個矩陣中，每個元素代表一個像素點。

二值圖像

每個點為兩個離散值中的一個。

RGB圖像

紅綠藍三個一組，直接存在圖像數組中。

2.圖像處理的基本函數

2.1 圖像檔案的查詢與讀取

Info = imfinfo(filename.fmt)
Info = imfinfo(filename)
           

imfinfo指令加上檔案機器完整路徑名，查詢一個圖像檔案的資訊，imread函數讀取檔案圖像。fmt參數對應圖像處理工具中所有支援的圖像檔案格式。

A = imread(filename,fmt)
           

檔案名用filename表示，擴充名用飛fmt表示的圖像檔案資料讀取到矩陣A中。如果是灰階級圖像，則矩陣為二維。如果是RGB圖像，則矩陣是三維矩陣。

2.2 圖像檔案的存儲與資料類型的轉換

圖像存儲時使用的是64位浮點類型，但為了節省空間，可以轉化為uint8或者uint16類型。

轉換函數：im2double(),im2uint8(),im2uint16()

Matlab中使用imread函數來存儲圖像檔案。調用格式如下

imwrite(A,filename,fmt)
imwrite(X,map,filename,fmt)
imwrite(...,filename)
           

2.3 圖像顯示

圖像顯示函數

圖像顯示主要使用image和images函數，此外常用imshow函數。

image函數産生圖像的句柄，允許對對象的屬性進行設定。使用方法如下：

image(C)
image(x,y,C)
image(x,y,C,’PropertyName’,’PropertyValue’)
handle = image(C)
           

x,y分别表示圖像顯示位置的左上角坐标；C表示需要顯示的圖像。

imagesc函數具有自動縮放的功能，能夠将輸入資料比例化，以全色圖的方式顯示。

其他函數與image一緻。images(…, claims)歸一化C的值在clims确定的範圍内。并将C顯示為圖檔。

imshow函數直接顯示圖檔。

imshow filename：顯示圖像檔案；

Imshow(BW)：顯示二值圖像。二值圖像矩陣。

Imshow(X,map)：顯示索引圖像，索引圖像矩陣和色彩圖示。

Imshow(I)：顯示灰階圖像。

Imshow(RGB)：顯示RGB圖像。

Imshow(I,[low,high])：表示将非圖像資料顯示為圖像，需要考慮是否超出所顯示類型的最大允許範圍，其界限用于定義待顯示資料的範圍。

顯示輔助函數

colorbar函數将顔色條添加到坐标軸對象中。

subimage函數一個圖形區域内顯示多個圖像。

figure函數在不同的圖像視窗顯示不同的圖像。

subplot函數在用一個圖形視窗顯示多圖。

montage函數使多幀圖像一次顯示，将每一幀分别顯示在一副圖像的不同區域，所有子區的圖像都用同一個色彩條。

immovie函數将多幀圖像轉換為動畫。（隻對索引圖像有效）

warp函數實作紋理映射，zoom函數可以将圖像或二維圖形進行放大或縮小顯示。

zoom on:用于打開縮放模式；

zoom off:用于關閉該模式；

zoom in:用于放大局部圖像；

zoom out:用于縮小圖像。

3.圖像類型的轉換

3.1 dither函數

實作圖像抖動。通過顔色抖動來增強輸出圖像的顔色分辨率。

顔色抖動即改變邊沿顔色，使像素周圍的顔色近似于原始圖像的顔色，進而以空間分辨率來換取顔色分辨率。

該函數可以把RGB圖像轉化為索引圖像或者把灰階圖像轉換為二值圖像。

X = dither(RGB, map)

X = dither(I)

3.2 im2bw函數

im2bw函數用于設定門檻值，将灰階、索引、RGB圖像轉化為二值圖像。

level是歸一化的門檻值，取值在[0,1]。

BW = im2bw(I, level)
BW = im2bw(X, map, level)
BW = im2bw(RGB, level)
           

3.3 mat2gray函數

函數将資料矩陣轉換為灰階圖像。

I=mat2gray(A, [max,min])：按照指定的取值區間将資料矩陣轉換為灰階圖像I。如果不指定區間，則自動取最大區間。A為double類型，I為double類型。

3.4 gray2ind函數與grayslice函數

gray2ind函數用于灰階圖像或二值圖像想索引圖像轉換；

grayslice函數用于設定門檻值将灰階圖像轉換為索引圖像。

3.5 ind2gray函數與ind2rgb函數

前者将索引圖像轉換為灰階圖像，後者将索引圖像轉化為RGB圖像。

3.6 rgb2gray函數與rgb2ind函數

前者将一幅真彩色圖像轉換為灰階圖像；後者将真彩色圖像轉換為索引圖像。

4.MATLAB顔色模型轉換

顔色模型指某個三維顔色空間中的一個可見光子集。

RGB 顔色分成三通道，按照不同的比例混合，每個通道分為255階亮度。在0時最弱，在255時最亮。

HSV複合主觀感覺的顔色模型。HSV分别指的是色調、飽和度和明度，一種顔色的參數是這三個分量的三元組。

Hue Saturation Value

YCbCr模型又稱為YUV模型，是視訊圖像和數字圖像中常用模型，這裡Y為亮度，Cb和Cr共同描述圖像的色調，前者是藍色分量後者是紅色分量相對于參考值的坐标。

NTSC模型用于電視圖像。使用Y.I.Q坐标系。Y為光亮度，表示灰階資訊；I為色調，Q為飽和度，均表示顔色資訊。該模型的主要優點是将灰階資訊和顔色資訊分開。

HSI色彩空間從人的視覺系統出發，用色調、色飽和度和亮度描述色彩，HSI色彩空間可以用一個圓錐空間模型描述。

Hue Saturatuib/Chroma Intensity/Brightness

4.1 rgb2hsv函數與hsv2rgb函數

RGB與HSV轉換。轉換色表以及圖像。

4.2 rgb2ntsc函數與ntsc2rgb函數

RGB與NTSC轉換。轉換色标以及圖像。

4.3 rbg2ycbcr函數與ycbcr2rgb函數

RGB和YCBCR轉換。轉換色标以及圖像。