matlab图像可视化

基本要求

(1)掌握图形窗口的创建与控制，以及图形窗口的基本操作；(2)熟练掌握二维和三维绘图基本的命令、线型控制；(3)初步掌握用特殊的图形来表现特殊数据的性质，如面积图、直方 图、饼图等。(4)掌握坐标轴的控制和图形标注命令及其用法。

1. 二维平面图形与坐标系

1. 几个基本的绘图命令

2. 线性坐标曲线 plot 函数命令 plot 是 MATLAB 二维曲线绘图中最简单、最重要、使用最广泛的一个线性绘图函数。它可以生成线段、曲线和参数方程曲线的函数图形。命令格式:

3. plot(X,Y)plot(x1,y1,x2,y2,…)：综合调用方式用命令 plot(x,y)绘制函数 y=cos(x)在一个周期内的图形。x=0:0.01:2*pi;y=cos(x);plot(x,y)

1. 在同一图形窗口中用命令 plot(x,y)绘出正弦余弦函数的图形。

  x=0:0.01:2*pi;  y=[sin(x);cos(x)];  plot(x,y)

1. plot 函数可以设置曲线的线段类型、定点标记和线段颜色。 调用格式：plot(x,y,s) ，s 为类型说明参数，是字符串。 s 字符串可以是三种类型的符号之一，也可以是线型与颜色和定点标记与颜色的组合；如果没有 s 参数，plot 将使用缺省设置(实线，前七种颜色顺序着色)绘制曲线；在当前坐标系中绘图时，每调入一次绘图函数，MATLAB将擦掉坐标系中已有的图形对象。可以用 hold on 命令在一个坐标系中增加新的图形对象。注意MATLAB会根据新图形的大小，重新改变坐标系的比例。

用不同的线型和标注来绘制两条曲线。

• 图形窗口的分割 有时需要在一个图形窗口中显示几幅图，以便对几个函数进行直观、便捷的比较。由于每个绘图命令在绘制数据图像时都会将已有图形覆盖掉，而用 hold 命令不能实现同时显示几个不同坐标尺寸下的图形，用 figure 命令再创窗口又很难同时比较由不同的数据绘得的图像。实现在同一个窗口中同时显示多个图像的命令subplot。使用格式为：

• subplot(m，n，i)

其含义为 ：把图形窗口分割为 m 行 n 列子窗口，然后选定第 i 个窗口为当前窗口。subplot 命令不仅用于二维图形，对三维图形一样适用。其本质是将 figure 窗口分为几个区域，再在每个区域内分别绘图。

• %用 subplot 函数把两种不同的图形综合在一个图形窗口中。subplot(2,2,1)t=0.1:0.1:2*pi;y=sin(t);semilogx(t,y)grid onsubplot(2,2,2)t=0:0.1:4*pi;y=sin(t);plot(t,y)subplot(2,2,3)x=1:0.01:5;y=exp(x);plot(x,y,x,y,’semilogx’,’plot’)subplot(2,2,4)x=1:0.1:10;y=sqrt(x);plot(x,y,’:rd’)

1. 坐标系的调整 实现坐标系的调整的命令是 axis 函数。调用格式为：** axis([xmin,xmax,ymin,ymax,zmin,zmax])** 坐标的最小值( xmin,ymin,zmin)必须小于相应的最大值( xmax,ymax,zmax)，否则会出错。自动坐标系与用 axis 函数调整后的坐标系的比较。

2. subplot(2,1,1)t=0:0.1:4*pi;y=sin(t);plot(t,y)subplot(2,1,2)t=0:0.1:4*pi;y=sin(t);plot(t,y)axis([0,max(t),min(y),max(y)])

2. 三维绘图 ##

• 三维曲线绘图命令 三维函数 plot3主要用来表现单参数的三维曲线，与二维绘图函数 plot 相比，只多了第三维数据。其调用格式为：

• plot3(X1,Y1,Z1,s1,X2,Y2,Z2,s2,…)

参数的含义如下：Xn、Yn、Zn：第一到三维数据，是尺寸相等的向量/矩阵；s、s1、s2：是字符串，用来设置线型、颜色、数据点标记。x、y、z 是向量时，plot3 命令的使用

t=0:0.1:8*pi;plot3(sin(t),cos(t),t)title(’绘制螺旋线’) %用命令 title 对图形主题进行标注xlabel(’sin(t)’)ylabel(’cos(t)’)zlabel(’t’)%命令 zlabel 用来指定 z 轴的数据名称grid on

x、y、z 都是矩阵时，plot3 命令的使用

[X,Y]=meshgrid(-pi:0.1:pi);Z=sin(X)+cos(Y);plot3(X,Y,Z)

• 三维曲面绘图命令 为了绘制定义在平面区域 D =[x0,xm]×[y0,yn ]上的三维曲面z=f(x,y) ，首先将[x0,xm]在 x 方向分成 m 份，将[y0,yn]在 y 方向分成 n 份，由各划点分别作平行于坐标轴的直线，将区域 D 分成 m×n 个小矩形；对于每个小矩形，计算出网格点的函数值，决定出空间中四个顶点( xi,yi,f(xi,yi))，连接四个顶点得到一个空间的四边形片；所有四边形片连在一起构成函数 z=f(x,y)定义在区域 D 上的空间网格曲面。因此，三维曲面绘图命令可分为平面网格点的生成、在平面网格基础上绘制三维网格及对三维表面进行处理三个步骤。

• 平面网格点的生成 函数命令meshgrid 用来生成 x-y 平面上的网格点矩阵。调用形式为：

• [X,Y]=meshgrid(x,y)[X,Y]=meshgrid(x) 等价于[X,Y]=meshgrid(x,x)

参数含义如下： x：是区间[x0,xm]上分划的向量；y：是区间[y0,yn]上分划的向量；X，Y：输出变量矩阵，矩阵 X 的行向量都是向量 x，矩阵 Y 的列向量都是向量 y。函数 meshgrid 将由两个向量决定的区域转换为对应的网格点矩阵。

• 三维网格命令 mesh 利用函数mesh生成网格曲面。调用格式为：

• mesh(X，Y，Z，C)：X、Y、Z、C 是同维数的矩阵，X、Y、Z 对应空间上的网格点，网格线颜色由C决定；

• mesh(X，Y，Z)：相当于上面的 C=Z 的情况；

• mesh(x，y，Z，C)：x 和 y 是向量，Z 和 C 是同维数的矩阵，网格曲面的网格顶点是( x(j)，y(i)，Z(i,j))，网格线的颜色由矩阵 C 决定；

• mesh(x，y，Z)：相当于上面的 C=Z 的情况；

• mesh(Z，C)：等价于 mesh(x，y，Z，C)，此时向量x=1:n，向量 y=1:m；

• mesh(Z)：相当于上面的 C=Z 的情况

• mesh(...,’PropertyName’,PropertyValue,...)：给函mesh设置曲面属性。

• 三维表面命令 surf 函数 surf 可实现对网格曲面片进行着色，将网格曲面转化为实曲面。surf 命令的调用格式与 mesh 相同。利用三维网格表面命令 surf 绘制图形。

• z=peaks; %绘制山峰的图像，将函数值赋予变量z

• surf(z) %对山峰的图像进行着色处理

• shading interp %函数 shading 改变着色方式

• 柱面的表达cylinder cylinder命令中，柱面的轴线定义为 z 轴，只要给出母线的描述就可完成一个柱面。调用格式为：

• [X,Y,Z] = cylinder(R,N)；

• [X,Y,Z] = cylinder(R)：缺省值 N=20；

• [X,Y,Z] = cylinder：缺省值 N=20，R=[1，1]。

R：是一描述柱面母线的向量；N：是旋转柱面上的分割线条数；[X,Y,Z] ：是返回的x,y,z坐标向量。绘制一个柱面。

t=pi:0.01:3*pi;r=sin(t)+t;cylinder(r,30)shading interp

• 球面的表达sphere 调用格式为：

• [X,Y,Z]=sphere(N)：产生一个( N+1)×( N+1)的矩阵，然后用函数 surf 命令绘制一个单位的球面，N 为设置分割线的条数；

• [X,Y,Z] = sphere：缺省 N = 20。

画一个球面。

[X,Y,Z]=sphere;surf(X,Y,Z)

• 特殊图形绘制

为了将抽象的数据表达得更形象，除了绘制二维、三维图形外，还要用到直方图、面积图、饼图等特殊图形。

图像标注修饰

• 图形标注

坐标轴和图形标题标注 ；标注坐标轴 x、y 和 z 的命令函数为 xlabel、ylabel 和 zlabel ，调用格式为：

xlabel(’text’)xlabel(’text’,’Property1’,PropertyValue1,’Property2’,PropertyValue2,...)H = xlabel(...) 返回坐标轴标注的句柄。

其中，’text’是要添加的标注文本。’Property’是文本的属性名，’PropertyValue’是属性值(所用字体、大小、标注角度等)。图形加标题的函数为 title，其调用格式与坐标轴标注类似。

• 图例的标注 legend命令实现不同图例的说明。其调用格式为：

• legend(string1,string2,string3, ...)

• legend(string1,string2,string3,...,Pos)

按顺序把字符串添加到相应的曲线线型符号之后；Pos对图例的位置作出设置和调整：

0 = 自动把图例置于最佳位置( 和图中曲线重复最少)；1 = 置于图形窗口的右上角( 缺省值)；2 = 置于图形窗口的左上角；3 = 置于图形窗口的左下角；4 = 置于图形窗口的右下角；-1 = 置于图形窗口的右侧( 外部)。

• 控制分格线 对二维和三维图形都适用。有三种用法：

• grid on：打开分格线控制开关，以后绘制的图形都带有分格线；

• grid off：关闭分格线控制开关，以后绘制的图形都不带分格线；

• grid：用于实现分格线绘制切换。

• 举例

绘制图形，并用函数 xlabel、title 和 legend 命令进行标注。

t=0:0.1:4*pi; y=sin(t); y1=cos(t);plot(t,y,':',t,y1,'r*')xlabel('x 轴 (0--4\pi)','fontsize',12,'fontweight','bold')ylabel('y 轴','fontsize',12,'fontweight','bold')title('绘制正弦波和余弦波 Pos=1','fontsize',10,'fontweight','bold','fontangle','italic')text(pi,0,'\leftarrowsin(\pi)=0')text(pi,-1,'\leftarrowcos(\pi)=-1')text(pi/2,0.9,['\uparrowsin(\pi/2)=',num2str(sin(pi/2))])text(0,-0.6,['绘图日期：',date])text(0,-0.8,['MATLAB 版本：',version])legend('正弦波','余弦波')figure(2)plot(t,y,':',t,y1,'r*')title('绘制正弦波和余弦波 Pos=0','fontsize',10,'fontweight','bold','fontangle','italic')legend('正弦波','余弦波',0)grid onfigure(3)plot(t,y,':',t,y1,'r*')title('绘制正弦波和余弦波 Pos=-1','fontsize',10,'fontweight','bold','fontangle','italic')