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

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, [100 200])

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。

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');

>> p_w_picpath_bytes = K.Width * K.Height * K.BitDepth / 8;

>> compressed_btyes = K.FileSize;

>> compression_ratio = p_w_picpath_bytes / compressed_bytes

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 = [1.4 1.5]

>> D = uint8(C)

图像类型分为：

Intensity p_w_picpath 灰度图

Binary p_w_picpath 二值图

Indexed p_w_picpath 索引图

RGB p_w_picpath 彩×××

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 from

im2uint8 uint8 logical,uint8,uint16,double

im2uint16 uint16 logical,uint8,uint16,double

mat2gray double double

im2double double logical,uint8,uint16,double

im2bw 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。

数组(向量)索引：创建向量(数组)：

>> v = [1 3 5 7 9 11 13]

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([1 4 5])

linspace函数产生一个范围内的平均分布。

矩阵索引：创建矩阵

>> A = [1 2 3; 4 5 6; 7 8 9]

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([1 3], [2 3]) 第1、3行，第2、3列

>> D = logical([1 0 0; 0 0 1; 0 0 0])

>> 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)

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)

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 p_w_picpaths.

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。

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×××

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 = [1 2 3; 4 5 6; 7 8 9]

>> B = [0 2 4; 3 5 6; 3 4 9]

>> 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 = [1 2 0; 0 4 5]

B = [1 -2 3; 0 1 1]

>> 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

ans

eps

i(或者j)

NaN或者nan

pi

realmax

realmin

computer

version

MATLAB中一般常量的写法

3

-99

0.00001

9.6397238

1.60210e-20

6.02252e23

1i

-3.14159j

3e5j

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 expression_r1

statements1

elseif expression_r2

statements2

else

statements3

end

for循环

for index = start:increment:end

statements

end

比如

count = 0;

for k = 0:0.1:1

count = count +1

end

while循环

while expression_r

statements

end

比如

a = 10;

b = 5;

while a

a = a - 1;

while b

b = b - 1;

end

end

switch语句

switch switch_expression_r

case case_expression_r

statements

case {case_expression_r1, case_expression_r2}

statements

otherwise

statements

end

比如

switch newclass

case 'uint8'

g = im2uint8(f);

case 'uint16'

g = im2uint16(f);

case 'double'

g = im2double(f);

otherwise

error('Unknown or improper p_w_picpath 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 a 1D or 2D array.

% Check the validity of input.

if ndims(A) > 2

error('The dimensions of the input cannot exceed 2.')

end

% Computes the average

av =

例子：比较各种不同的JPEG质量下的图像质量

for q = 0:5:100

filename = 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 subp_w_picpath, s, from a given p_w_picpath, f.

% The subp_w_picpath 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);

end

end

实际上这个功能可以用一个matlab语句就可以实现了。

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 = [0 1 2];

>> c = [0 1];

>> [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);

end

end

t1 = toc;

tic

r =

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。

用户交互。函数disp用来提示用户一些信息。比如

>> A = [1 2; 3 4];

>> 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。

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', [1 0; 0 1], 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 = [1 0; 0 1];

>> S.scalar = 3;

>> S.matrix

实验任务

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, with 1s (TRUE) in the locations corresponding to integers

% (i.e., . . . -2 -1 0 1 2 . . . )in A, and 0s (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。

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,

% with 1s (TRUE) in the locations corresponding to even numbers

% (i.e., . . . -3, -1, 0, 2, 4, . . . )in A, and 0s (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。

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,

% with 1s (TRUE) in the locations corresponding to odd numbers

% (i.e., . . . -3, -1, 1, 3, . . . )in A, and 0s (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。

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 p_w_picpath with

% 1s on the circle and 0s 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。

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] = p_w_picpathin(path)

%IMAGEIN Read p_w_picpath 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 p_w_picpath selected from the

% current directory.

% [I, MAP] = IMAGEIN variable MAP is required to be an output

% argument when the p_w_picpath being read is an indexed p_w_picpath.

% [ . . .] = IMAGEIN('PATH') is used when the p_w_picpath 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 p_w_picpath selected from

% that directory is read in as p_w_picpath 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