MATLAB基本使用方法

MATLAB基本的使用方法

1.读取图像：用imread函数读取图像文件，文件格式可以是TIFF、JPEG、GIF、BMP、PNG等。比如

>>f=imread('chestxray.jpg');

读进来的图像数据被保存在变量f中。尾部的分号用来抑制输出。如果图片是彩色的，可以用rgb2gray转换成灰度图：

>>f=rgb2gray(f);

然后可以用size函数看图像的大小

>>size(f)

如果f是灰度图像，则可以用下面的命令把这个图像的大小赋给变量M和N

>>[M,N]=size(f);

用whos命令查看变量的属性

>>whos f

2.显示图像：用imshow显示图像

imshow(f,G)

其中f是图像矩阵，G是像素的灰度级，G可以省略。比如

>>imshow(f,[100200])

图像上所有小于等于100的数值都会显示成黑色，所有大于等于200的数值都会显示成白色。pixval命令可以用来查看图像上光标所指位置的像素值。

pixval

例如

>>f=imread('rose_512.tif');>>whos f>>imshow(f)

如果要同时显示两幅图像，可以用figure命令，比如

>>figure,imshow(g)

用逗号可以分割一行中的多个命令。imshow的第二个参数用一个空的中括号：

>>imshow(h,[])可以使动态范围比较窄的图像显示更清楚。

3.写图像。用imwrite写图像

imwrite(f,'filename')

文件名必须包括指明格式的扩展名。也可以增加第三个参数，显式指明文件的格式。比如>>imwrite(f,'patient10_run1.tif','tif')

也可以写成

>>imwrite(f,'patient10_run1.tif')

还可以有其他参数，比如jepg图像还有质量参数：

>>imwrite(f,'filename.jpg','quality',q)

q是0到100之间的一个整数。对比不同质量的图像效果。用imfinfo命令可以查看一个图像的格式信息，比如

>>imfinfo bubbles25.jpg

可以把图像信息保存到变量中

>>K=imfinfo('bubbles25.jpg');>>image_bytes=K.Width*K.Height*K.BitDepth/8;>> compressed_btyes=K.FileSize;>>compression_ratio=image_bytes/compressed_bytes

4.数据类型。MATLAB的数据类型包括：

double双精度浮点uint8无符号8位整数uint16无符号16位整数uint32无符号32位整数int8有符号8位整数int16有符号16位整数int32有符号32位整数single单精度char字符logical逻辑型（二值）

数据类型转换

B=data_class_name(A)

比如

>>C=[1.41.5]>>D=uint8(C)

图像类型分为：

Intensity image灰度图Binary image二值图Indexed image索引图RGB image彩色图在灰度图中每个像素可以是整型、浮点型或者逻辑型。图像类型的像素类型可以转换

function to fromim2uint8uint8logical,uint8,uint16,doubleim2uint16uint16

logical,uint8,uint16,doublemat2gray double doubleim2double double

logical,uint8,uint16,doubleim2bw logical uint8,uint16,double

比如

g=mat2gray(A,[Amin,Amax]);g=mat2gray(A);g=im2double(h);g=im2bw(f,T)其中A 是浮点型的图像，Amin和Amax是浮点数的范围，h和f是任意类型的图像，T是分割的阈值。

5.数组（向量）索引：创建向量（数组）：

>>v=[135791113]

用小括号对向量进行索引（取数组中的某个元素）：

>>v(2)

转置（将行向量通过转置变成列向量）：

>>w=v.'

取向量其中的一部分：

>>v(1:3)第1个到第3个>>v(2:4)>>v(3:end)第3个到最后一个>>v(1:end)>>v(:)全部>>v(1:2:end)第1个到最后一个，每次增加2>>v(end:-2:1)最后一个到第1个，每次减2

其中end总是表示最后一个。

>>x=linspace(1,5,10)>>v([145])linspace函数产生一个范围内的平均分布。

6.矩阵索引：创建矩阵

>>A=[123;456;789]

取矩阵中的一个元素

>>A(2,3)

取矩阵中的一行或者一列

>>C3=A(:,3)>>R2=A(2,:)

取矩阵中某些行某些列

>>T2=A(1:2,1:3)

对矩阵中某些元素进行赋值：

>>B=A;>>B(:,3)=0

用end表示最后一行或者最后一列：

>>A(end,end)最后一行最后一列>>A(end,end-2)最后一行倒数第三列>>A(2:end, end:-2:1)第2行到最后一行，最后一列到第一列，每次减2>>E=A([13],[23])第1、3行，第2、3列>>D=logical([100;001;000])>>A(D)取A中由D指定的位置上的元素>>v= T2(:)把矩阵变成一个向量>>s=sum(A(:))求和>>sum(sum(A))

可以把矩阵操作用在图像上

>>f=imread('filename');>>fp=矩阵列倒转>>imshow(fp)>>fc=>>imshow(fc)>>fs =>>imshow(fs)>>plot(f(512,:))

矩阵可以是多维的，用size看矩阵大小，用ndims命令常看矩阵的维数

>>size(A,1)>>ndims(A)

7.一些常用的矩阵

zeroes(M,N)ones(M,N)true(M,N)false(M,N)magic(M)rand(M,N)randn(M,N)其中M、N表示矩阵的行数和列数。比如

>>A=5*ones(3,3)>>magic(3)>>B=rand(2,4)

8.函数：可以把一系列的MATLAB语句或者一个带参数的函数放在扩展名叫做m的文件中。一个带函数的m文件有一下部分组成

函数定义行H1行帮助部分函数体注释

函数定义行的格式是

function[outputs]=name(inputs)

比如要写一个函数计算两个图像的和以及乘积

function[s,p]=sumprod(f,g)

其中f和g是输入的图像，而s是和，p是乘积。返回值用中括号括起来，如果返回值只有一个，可以省略中括号。如果函数没有输出，则中括号和等号都可以省略。函数名字的命名规则和C语言是相同的。定义好的函数可以在命令行调用：

>>[s,p]=sumprod(f,g);

也可以被其它函数调用。如果只有一个返回值，调用时中括号也是可以省略的，比如

>>y=sum(x);

H1行是文本的第一行，是一个单行的注释，紧跟在函数定义行后面，之间不能有空行。比如

%SUMPROD Computes the sum and product of two images.

百分号开始的文字表示注释。当使用帮助命令

>>help function_name

时，这个H1行会被首先显示出来。如果使用lookfor命令，则会在所有H1行中查找指定的关键字。这一行应该提供这个函数功能的一个概述。帮助部分是紧跟在H1后的文本块，中间没有空行，用来提供对这个函数更详细的帮助说明。在使用help命令时会显示所有这部分内容。这部分内容由注释语句构成，全部由%开始。接下来第一个非注释语句表示函数体的开始。函数体包含进行计算的语句和给返回值赋值的语句。函数题中的所有注释（百分号开始的行）被认为是普通的注释，不是H1或者帮助部分。m文件可以用任何文本编辑器创建和编辑，只要用.m扩展名保存在MATLAB可以搜索到的路径里面。另一个创建和编辑函数的方法是在命令行输入edit命令，比如

>>edit sumprod这命令会编辑已经存在的sumprod.m文件，如果没有则自动在当前目录中创建一个sumprod.m并开始编辑。

9.运算符。运算符可以分为算术运算符，关系运算符和逻辑运算符。算术运算符分为矩阵算术运算符和数组算术运算符。

+矩阵和数组加法plus(A,B)a+b,A+B-矩阵和数组减法minus(A,B)a-b,A-B.*数组乘法times(A,B)C=A.*B,意味着C(I,J)=A(I,J)*B(I,J)*矩阵乘法mtimes(A,B)A*B,表示线性代数中的矩阵运算,或者a*A./数组右除rdivide(A,B)C=A./B,意味着C(I,J)=A(I,J)/B(I,J).\数组左

除ldivide(A,B)C=A.\B,意味着C(I,J)=B(I,J)/A(I,J)/矩阵右除mrdivide(A,B)A/B意味着

A*inv(B),inv是矩阵求逆\矩阵左除mldivide(A,B)A\B意味着inv(A)*B.^数组指数power(A, B)C=A.^B,意味着C(I,J)=A(I,J)^B(I,J)^矩阵指数mpower(A,B)请查看帮助.'向量和矩阵转置

transpose(A)A.''复数的共轭ctranspose(A)A'+单目加号uplus(A)+A与0+A相同-单目负号uminus(A)-A与0-A相同

图像处理工具包还提供其他一些算术运算

imadd两个图像相加，或者一个图像加上一个常量imsubstract两个图像相减，或者一个图像减掉一个常量immultiply两个图像相乘，或者一个图像乘上一个常量imdivide两个图像相除，或者一个图像除以一个常量imabsdiff两个图像的差的绝对值imcomplement求一个图像的反色图inlincomb求一组图像的线性组合

关系运算符包括

<<=>>===~=

关系运算符的结果是逻辑型的矩阵，比如

>>A=[123;456;789]>>B=[024;356;349]>>A==B>>A>=B

如果关系运算符两边都是矩阵，则要求两边的矩阵是同样大小的。或者一边是矩阵一边是常数，或者两边都是常数，那也是可以。

>>A>3>>3~=4

逻辑运算符包括与、或、非三个运算

&AND|OR~NOT

在matlab中非0被认为是真，0被认为是假。比如

A=[120;045]B=[1-23;011]>>A&B

MATLAB还有其它一些逻辑运算函数：

xor异或all如果一整列都是真，则结果是真any如果一整列只要有一个是真，则结果是真

比如

>>xor(A,B)>>all(A)>>any(A)>>all(B)>>any(B)

一些重要的常量

ansepsi(或者j)NaN或者nanpirealmaxrealmincomputerversion

MATLAB中一般常量的写法

3-990.000019.63972381.60210e-206.02252e231i-3.14159j3e5j

10.控制流。包括

if if和else,elseif组合，条件执行一组语句for指定次数重复执行一组语句while按条件反复执行一组语句break终止for或者while循环continue马上开始下一次for或者while循环switch switch和case,otherwise结合，按照条件值的不同执行不同的语句块return终止当前函数，返回到调用它的地方try...catch捕获异常状况

if语句

if expression1statements1elseif expression2statements2else statements3end

for循环

for index=start:increment:end statementsend

比如

count=0;for k=0:0.1:1count=count+1end

while循环

while expression statementsend

比如

a=10;b=5;while a a=a-1;while b b=b-1;endend

switch语句

switch switch_expression case case_expression statements case{case_expression1, case_expression2}statements otherwise statementsend

比如

switch newclass case'uint8'g=im2uint8(f);case'uint16'g=im2uint16(f);case'double' g=im2double(f);otherwise error('Unknown or improper image class.')end

例子：写一个函数计算一幅灰度图像所有像素的平均值

function av=average(A)%AVERAGE Computes the average value of an array%AV= AVERAGE(A)computes the average value of input array,A,%which must be a1D or2D array.%Check the validity of input.if ndims(A)>2error('The dimensions of the input cannot exceed2.')end%Computes the averageav=

例子：比较各种不同的JPEG质量下的图像质量

for q=0:5:100filename=sprintf('series_%3d.jpg',q);imwrite(f,filename,'quality', q);end

其中sprintf语句和c语言的fprintf语句用法类似。例子：写一个函数从一个图像中取出一个矩形的子图。

function s=subdim(f,m,n,rx,cy)%SUBDIM Extracts a subimage,s,from a given image,f.%The subimage is of size m-by-n,and the coordinates of its top,left%corner are(rx, cy).s=zeros(m,n);rowhigh=rx+m-1;colhigh=cy+n-1;xcount=0;for r=rx:rowhigh xcount=xcount+1;ycount=0;for c=cy:colhigh ycount=ycount+1;s(xcount,ycount)=f(r, c);endend实际上这个功能可以用一个matlab语句就可以实现了。

11.循环优化。一些循环可以被转换成同样向量计算来代替，比如f(x)=Asin(x/2pi)，生成一个向量包含一组函数的值：

for x=1:M f(x)=A*sin((x-1)/(2*pi));end

可以用下面两个语句来代替

x=f=A*sin(x/2(*pi))

向量运算要比循环快得多。对于二维的情况，MATLAB提供了一个meshgrid函数

[C,R]=meshgrid(c,r)

比如

>>r=[012];>>c=[01];>>[C,R]=meshgrid(c,r)>>h=R.^2+C.^2

例子：f(x,y)=Asin(ux+vy)，生成一个矩阵，包含这个函数的值：

function[rt,f,g]=twodsin(A,u0,v0,M,N)%TWODSIN compare for loops vs vectorization%The comparision is based on implementing the function%f(x,y)=

Asin(u0x+v0y)for x=0,1,2,...,M-1,and%y=0,1,2,...,N-1.The inputs to the function are%M and N and the constants in the function.tic for r=1:M u0x=u0*(r-1);for c=1:N v0y= v0*(c-1)f(r,c)=A*sin(u0x+v0y);endendt1=toc;ticr=c=[C,R]=meshgrid(c,r);g=

A*sin(u0*R+v0*C)t2=toc;rt=t1/t2;

运行这个例子可以看出，向量计算至少比循环要快30倍。如果只是针对图像的一部分进行操作，可以简单的提取出来，比如

rowhigh=rx+m-1;colhigh=cy+n-1;s=同样功能的程序，这个写法比前面例子看到的写法要快1000倍。

12.用户交互。函数disp用来提示用户一些信息。比如

>>A=[12;34];>>disp(A)>>sc='Digital Image Processing.';>>disp(sc)>>disp('This is another way to display text.')

input函数用来提示用户输入某些值：

t=input('message')

这个函数可以显示message，并等待用户输入一个值，并存到t中。输入的值可以是MATLAB允许的任何类型的值。而如下的格式只接受字符串输入

t=input('message','s')

如果字符串中包含的都是数字，则可以用函数str2num进行转换

n=str2num(t)

比如

>>t=input('Enter your data:','s')>>class(t)>>size(t)>>n=str2num(t)>>size(n)>> class(n)

如果混合输入字符串和数值，可以全部按照字符串读入，再使用字符串处理函数strread，比如：

>>t='12.6,x2y,z';>>[a,b,c]=strread(t,'%f%q%q','delimiter',',')>>d=char(b)其中%f 表示浮点数，%q表示字符串。delimiter参数表示分割符。函数strcmp用来比较字符串，如果

两个字符串相等返回真，否则返回假。lower函数可以把字符串中的大写字母全部变成小写，upper函数可以把字符串中所有小写字母全部变成大写。

13.Cell数组和结构体。Cell数组是指数组的元素本身还是一个数组，比如

>>c={'gause',[10;01],3}>>c{1}>>c{2}>>c{3}

结构体和Cell数组类似，但是其中的元素是用一个名字去访问的，比如

>>S.char_string='gause';>>S.matrix=[10;01];>>S.scalar=3;>>S.matrix

实验任务

1.MATLAB没有提供一个函数来确定数组的每个元素是不是整数（即...,-2,-1,0,1,2,...）。写一个函数来实现这个功能，并满足下面的格式：

function I=isinteger(A)%ISINTEGER Determines which elements of an array are integers.%I =ISINTEGER(A)returns a logical array,I,of the same size%as A,with1s(TRUE)in the locations corresponding to integers%(i.e.,...-2-1012...)in A,and0s(FALSE) elsewhere.%A must be a numeric array.要求不能使用while或者for循环。提示：使用floor

函数。如果你要做到能够处理复数，那么可以使用real和imag函数。

2.MATLAB没有提供一个函数用来确定数组的每个元素是不是偶数

（即...,-4,-2,0,2,4,...）。写一个函数来实现这个功能，并满足下面的格式：

function E=iseven(A)%ISEVEN Determines which elements of an array are even numbers.% E=ISEVEN(A)returns a logical array,E,of the same size as A,%with1s(TRUE)in the locations corresponding to even numbers%(i.e.,...-3,-1,0,2,4,...)in A,and0s(FALSE) elsewhere.%A must be a numeric array.要求不能使用while或者for循环。提示：使用floor

函数。

3.MATLAB没有提供一个函数用来确定数组的每个元素是不是奇数（即...,?3,?1,1,3,...）。写一个函数实现这个功能，并满足下面的格式：

function D=isodd(A)%ISODD Determines which elements of an array are odd numbers.%E =ISODD(A)returns a logical array,D,of the same size as A,%with1s(TRUE)in the locations corresponding to odd numbers%(i.e.,...-3,-1,1,3,...)in A,and0s(FALSE) elsewhere.%A must be a numeric array.要求不能使用while或者for循环。提示：使用floor

函数。

4.写一个函数满足下面的规定：

function H=imcircle(R,M,N)%IMCIRCLE Generates a circle inside a rectangle.%H= IMCIRCLE(R,M,N)generates a circle of radius R centered%on a rectangle of height M and width N.H is a binary image with%1s on the circle and0s elsewhere.R must be an integer>=1.你的程序应该检查R的合理性，使它能够在矩形的内部。要求不能使用for或者while循环。提示：使用函数meshgrid和floor函数。

5.这个实验主要目的是学习如何显示和改变目录，并利用目录信息来读取图像。写一个函数满足下面的规定：

function[I,map]=imagein(path)%IMAGEIN Read image in from current-working or specified directory.%I=IMAGEIN displays a window containing all the files in the%current directory, and saves in I the image selected from the%current directory.%[I,MAP]=IMAGEIN variable MAP is required to be an output%argument when the image being read is an indexed image.%[...]=IMAGEIN('PATH')is used when the image to be read%resides in a specified directory.For example,the input%argument'C:\MY_WORK\MY_IMAGES'opens a window showing%the contents of directory MY_IMAGES.An image selected from%that directory is read in as image I.提示：使用在线帮助来熟悉cd，pwd，uigetfile函数的使用。或者也可以采用fullfile函数来代替cd函数。