程式设计入门篇影像显示与读写

MATLAB程式設計入門篇影像顯示與讀寫張智星[e-mail]~jang清大資工系多媒體檢索實驗室MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫19-1MATLAB的影像格式MATLAB最常處理的影像格式為索引影像（IndexedImages）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K×3，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0~1X的值為1~K，也就是當X(i,j)的值為p，則像素點(i,j)的顏色為map(p,:)這一列的值所決定。MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫顯示索引影像範例一在下例中，我們使用MATLAB顯示內建的小丑圖。範例19-1：image01.mloadclown.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MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫顯示索引影像範例一5010015020025030020406080100120140160180200MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫顯示索引影像範例二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.mloadclown.mat%載入小丑影像資料，含變數X和mapfprintf('min(min(X))=%d\n',min(min(X)));fprintf('max(max(X))=%d\n',max(max(X)));fprintf('size(map,1)=%d\n',size(map,1));MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫顯示索引影像範例二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。MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫顯示索引影像範例三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.mloadclown.mat%載入小丑影像資料，含變數X和mapnewmap=rand(size(map));image(X);colormap(newmap)MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫顯示索引影像範例三5010015020025030020406080100120140160180200MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫顯示索引影像範例四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);min(min(X))%顯示X的最小值max(max(X))%顯示X的最大值MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫顯示索引影像範例四ans=-6.5466ans=8.0752具有上述特性的影像資料稱為強度影像（IntensityImages），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。5101520253035404551015202530354045MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫顯示索引影像範例五image指令亦接受全彩影像（TruecolorImages）。全彩影像可以表示成一個m×n×3的矩陣X，其中X(:,:,1)代表紅色的強度。X(:,:,2)代表綠色的強度，X(:,:,3)則代表藍色的強度。X的值的範圍可以是下列兩種：介於0~1的浮點數或是0~255的uint8(詳見本章第三節)，舉例來說：範例19-5：image04.mX=imread('annie19980405.jpg');image(X)size(X)MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫顯示索引影像範例五ans=4806403MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫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axisimage，如下:範例19-6：image05.mloadmandrill.matimage(X);colormap(map);axisimageMATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫以原影像長寬比例顯示範例10020030040050050100150200250300350400450MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫將影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.mloadmandrill.mat[m,n]=size(X);figure('unit','pixel','position',[200,200,n,m]);image(X);colormap(map);set(gca,'position',[0,0,1,1]);MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫範例：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pixel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。MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫19-2影像的顯示與列印在列印影像時，MATLAB會根據視窗的Paperposition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PaperPositionMode的預設值就是“auto”，可在startup.m檔案中加入下一行:set(0,'DefaultFigurePaperPositionMode','auto')MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫19-38-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。MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫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.mloadclown.matZ8=uint8(X-1);%將X-1轉成uint8的資料型態closeall%關掉所有的圖形視窗image(Z8)colormap(map)MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫8-bit影像範例5010015020025030020406080100120140160180200MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫19-38-bit影像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。MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫19-38-bit影像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，可見下表：MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫影像類別及型態關係表資料型態影像類別雙精準（Double）uint8索引影像(IndexedImages）影像矩陣大小：m×n影像矩陣大小：m×n影像資料範圍：介於[1,k]的整數影像資料範圍：介於[0,k-1]的整數色盤矩陣大小：k×3色盤矩陣大小：k×3色盤資料範圍：介於[0,1]的實數色盤資料範圍：介於[0,1]的實數影像顯示指令：image影像顯示指令：image（註：k的值不大於256）強度影像(IntensityImages)影像矩陣大小:m×n影像矩陣大小:m×n影像資料範圍:任意實數(但通常是[0,1])影像資料範圍：介於[0,255]的整數色盤矩陣大小：k×3色盤矩陣大小：k×3色盤資料範圍：介於[0,1]的實數色盤資料範圍：介於[0,1]的實數影像顯示指令：imagesc（色盤通常是灰階）影像顯示指令：imagesc（色盤通常是灰階）全彩影像(TruecolorImages)影像矩陣大小:m×n×3影像矩陣大小:m×n×3影像資料範圍：介於[0，1]的實數影像資料範圍：介於[0,255]的整數影像顯示指令：image影像顯示指令：imageMATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫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：MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫imread及imwrite支援的格式影像檔案格式副檔名相關字串微軟視窗的Bitmapbmp‘bmp’階層式資料格式（HierarchicalDataFormat）hdf‘hdf’JointPhotographicExpertGroupjpg或jpge‘jpg’或‘jpge’微軟視窗的Paintbrushpcx‘pcx’可攜式網路圖形（PortableNetworkGraphics）png‘png’標記式影像檔案格式（TaggedImageFileFormat）tiff‘tif’或‘tiff’X視窗傾印（XWindowsDump）xwd‘xwd’圖形交換格式（GraphicInterchangeFormat）（第六版才支援）gif‘gif’MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫19-4影像檔案的讀取與寫入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m×n）傳回。對於索引影像，imread將資料以uint8的矩陣（大小為m×n）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m×n×3）傳回。MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫使用imread讀取全彩jpg影像imread可讀出下列全彩影像：範例19-9：uint802.mRGB=imread('simulinkteam.jpg');image(RGB)MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫使用imread讀取全彩jpg影像MATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫影像檔案寫入範例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式來開啟myClown.jpg檔案。loadclown.matimwrite(X,map,'myClown.jpg');!startmyClown.jpgMATLAB程式設計入門篇：影像顯示與讀寫19-4影像檔案的讀取與寫入imfinfo指令可用於傳回影像檔案的各項資訊，例如：info=imfinfo('simulinkteam