第二章 Matlab 图像处理基础

第一部分

• 一 . Matlab 编程基础• 1.1matlab 集成环境• 1.2 数组和矩阵基本计算• 1·3 语言结构与编程• 二 . Matlab 图像处理工具箱

1.1matlab 集成环境• 1.1.1 界面外观• 1.1.2 、 Matlab 命令窗口• 1.1.3 、 Matlab 工作空间• 1.1.4 、命令历史窗口• 1.1.5 、 M 文件编辑窗口• 1.1.6 、 Matlab 搜索路径

1.1.1 界面外观• MATLAB 的用户界面可以包含多个窗口，这些窗

口分别为：• 历史命令窗口 (Command History) 、• 命令行窗口 (Command Window) 、• 当前目录浏览器 (Current Directory Browser) 、• 工作空间浏览器 (Workspace Browser) 、• 目录分类窗口 (Launch Pad) 、• 数组编辑器 (Array Editor) 、• M 文件编辑器 / 调试器 (Editor/Debugger) 、• 超文本帮助浏览器 (Help navigator/Browser)

• MATLAB 启动的界面可以具有多种默认的选择，用户可以通过 MATLAB 界面中的“ Desktop” 菜单选择不同的 MATLAB 界面。

• 一般情况下，建议用户选择“ Command Windows Only” 方式来运行 MATLAB 。在这种启动方式下， MATLAB 的启动速度比较快，占用的资源略少。

MATLAB 默认的用户界面

1.1.2 、 Matlab 命令窗口• 1 、命令窗口的使用• 2 、命令窗口设置• 3 、控制指令• 4 、有用快捷键

1 、命令窗口的使用• 用于输入命令和输出结果，在这里输入

命令会立即执行并显示执行结果，适用于短小程序，对编写大程序应采用 M 文件编程方法。

• 点击窗口右上角的箭头，可以得到独立的浮动命令窗口，如下图所示。

• 命令窗口可以直接作为计算器使用，也可以调用函数。在命令行窗口中，调用这些函数的方法就是直接键入函数或者指令，并且根据不同的函数提供相应的参数列表。

• 例 1-1 ：计算算术表达式：

• 只要直接在 MATLAB 的命令行窗口中键入：• >> -5/(4.8+5.32)^2↙• 系统将直接计算表达式的结果，并且给出答案：• ans =• -0.0488

2

-5

4.8+5.32（ ）

• 注意：• ● 这里的符号“ >>” 为 MATLAB

的命令行提示符。• ● 这里的符号“↙”表示键入表达

式之后按回车键。• ● MATLAB 的数学运算符同其他的

计算机高级语言 ( 例如 C 语言 ) 类似。• ● 这里计算得到的结果显示为 ans ，

ans 是英文单词“ answer” 的缩写，它是 MATLAB 默认的系统变量。

• ● 所有 MATLAB 的计算结果和数值都默认使用双精度类型显示。

例子 1-2 计算复数的运算 (1+2i)×(1-3i) 。

在 MATLAB 命令行窗口中键入：

>> (1+2i)*(1-3i) ↙

系统直接计算表达式的结果，并给出答案：

ans =

7.0000-1.0000i

• 注意：• 在 MATLAB 中表示复数，按照例子 1-2 中

所示的样式，即 x±yi ，其中 x 和 y 都是双精度的数字。在这里， i 作为复数单位存在，同样也可以使用 j 表示复数单位。

• 上面的两个例子中都是将 MATLAB 直接作为计算器来使用的，在 MATLAB 的命令窗口中还可以定义相应的 MATLAB 数据对象和变量以及调用函数。

例子 1-3 调用函数。

>> cos(pi/2)

ans =

6.1232e-017

>> exp(acos(0.3))

ans =

3.5470

• MATLAB 的命令行窗口具有命令行记忆的功能。在命令行窗口中，使用上、下光标键就可以重复以前键入的指令。

• 而且 MATLAB 还具有局部记忆的功能，例如在 MATLAB 的命令行窗口中曾经执行了一个函数 testcommandwindows ，那么再次运行该函数时，只要在命令行中键入 test ，然后按光标上键↑，整条命令就会出现在命令行窗口中，这时按回车键就可以执行该指令了。

• 重复命令的快捷处理

• 小技巧

2 、命令窗口设置• MATLAB 的计算结果除了用图形方式进行可视化输出以外，大多数情况下，都是在命令窗口中输出的。

• （字体、字号或者色彩）– 执行“ File” 菜单下的“ Reference” 命令，在弹出的对话框中，选择左边选项中的“ Command Window”项，然后展开“ Font & Colors”子选项，对话框的右边则出现可以设置的文本输出特性，如图所示。

• 1）设置文本的显示格式

– 在命令行窗口中显示数值计算的结果具有一定的格式，例如在上一小节的两个例子中，所有的数值都是按照 MATLAB 默认的数字显示格式——短 (short)格式显示的，在这种表示方法下具有固定的格式，保留小数点后四位有效数字，对于大于 1000 的数值，使用科学计数法表示。

– 设置数据的显示格式需要使用 format 指令，具体的使用方法如下表所示

• 2）设置数据的显示格式

MATLAB 命令行窗口显示数据的格式

指 令 说 明 示 例

format 默认的数据格式，同 short格式一致

format short 具有固定的显示格式，保留小数点后四位有效数字，对于大于 1000的数值，使用科学计数法表示

271.82显示为 271.8200

2718.2显示为 2.7182e+003

format long 具有固定的 15位有效数字 2.71828182845905

format short e 具有 5位有效数字的科学计数法表示 2.7183e+000

format long e 具有 15位有效数字的科学计数法表示 2.718281828459046e+000

format short g 紧凑的显示方法，在 format short和 format short e中自动选择数据的显示格式

2.7183

format long g 紧凑的显示方法，在 format long和 format long e中自动选择数据的显示格式

2.71828182845905

format hex 使用十六进制的数据形式表示 4005bf0a8b14576a

format + 在使用该格式显示大矩阵时，分别使用正号、负号或者空格显示矩阵元素中的正数、负数或者 0

+

format bank 使用金融的数据显示方法，小数点后只有两位有效数字

2.72

format rat 使用近似的分数表示数值 1457/536

• 例子 1-4 使用不同的数据显示格式显示数字。– 在 MATLAB 命令行中，键入下面的指令：

• >> pi• ans =• 3.1416• >> format long• >> pi• ans =• 3.14159265358979• >> format +• >> pi• ans =

• +

3 、控制指令• MATLAB 包含的函数可以粗略地分为两

大类：– 一是执行各种具体计算或者数据处理功能的

函数。例如 cos 函数、 sqrt 函数等–另外一类是进行用户环境控制的指令。如退

出 MATLAB 会话、执行操作系统的功能等。在下表中对一些常用的控制指令进行了总结。

常用的 MATLAB 控制指令

指 令 说 明 exit、quit 退出MATLAB会话 format 数字格式 clc 清除当前的命令行窗口 home 将当前命令行窗口的光标设置在左上角 dos 执行 dos系统指令 unix 执行 unix系统指令 system 执行系统指令，针对不同的系统有不同的指令 perl 执行 perl脚本 cd 切换路径或者显示当前的路径 pwd 显示当前的路径 dir、ls 显示当前路径下的文件 what 显示当前路径下的MATLAB文件 which 判断当前文件的所在路径

4 、有用快捷键– Ctrl+c 中断正在执行的命令– Ctrl+p 调出前一个命令行– Ctrl+n 调出后一个命令行– Ctrl+a 光标移至行首– Ctrl+e 光标移至行尾– Ctrl+u 移除当前行– Ctrl+d 清除光标所在位置后的字符– Ctrl+h 清除光标所在位置前的字符

1.1.3 Matlab 工作空间• 1. 工作空间浏览器及数组编辑

– 工作空间包含着本次 Matlab任务过程中所建立的变量，可以查看变量名称、大小、字节数和变量类型

– 选择其中一个变量，可以单击 delete删除该变量，也可以双击打开编辑器和调试器，以表格的形式对数组进行编辑，改变数组大小以及每个元素的数值，但是不可以改变数组的类型

• 2.2. 显示、清除变量显示、清除变量– whowho 和和 whoswhos 命令可以在命令窗口显示出工作空间的命令可以在命令窗口显示出工作空间的

变量列表变量列表– clearclear 命令可以清除工作空间中的所有变量，如果在命令可以清除工作空间中的所有变量，如果在 clcl

earear 后面加上变量名，则可以清除指定的变量后面加上变量名，则可以清除指定的变量– 例：例： clear b cclear b c 只清除变量只清除变量 bb

• 3.保存和恢复工作空间– Save 命令可以保存整个工作空间或其中一部分变量，

工作空间默认保存为 .mat 文件– Load 命令可以恢复保存的变量

1.1.4 命令历史窗口• 保存命令窗口输入的命令• 以后输入命令时，可以调出以前输入的

命令并加以修改• 可以直接利用鼠标将命令行拖拉到命令

窗口，也可以直接双击命令行调出命令并执行

1.1.5 M 文件编辑窗口• 启动 M 文件编辑器的方法：

– 在工作空间中输入 edit ，启动编辑器，并打开空白的 M 文件

– 在命令窗口的 File 菜单或工具栏上选择 New 命令或 NewFile 图标

• Matlab 编辑器的几点有用的功能：– 在编辑 M 文件时，通过从 Go 菜单中选择 GoToLi

ne 命令，可直接转到指定的行– 通过选择表达式，然后在 view（ 6.5）或 text（ 7.0）菜单中选择 EvaluateSelection 命令，可直接计算 M 文件中表达式的值，结果显示在命令窗口中

– 通过选择文本块，按鼠标右键选择 Smart Indent ，可以自动缩排，增加M 文件的可读性

清除所有断点

设置清除断点

单步执行

进入单步执行

退出单步执行

执行程序

退出调试模式

1.1.6 Matlab 搜索路径• Matlab 是通过搜索路径来查找m 文件的，因此matlab 系统文件、 toolboxes 工具箱函数、用户自己编写的 M 文件都应该保存在搜索路径之内。

• 设置搜索路径可以通过 File 菜单的 SetPath 命令

• 当用户输入一个标识符时（如 value），matlab 按照下列步骤处理：

• （ 1）检测 value 是否为变量• （ 2）检查 value 是否为内部函数• （ 3）在当前的工作目录下是否存在 val

ue.m 文件• （ 4）在 matlab 搜索路径上是否存在 v

alue.m 文件• 如果在搜索路径上存在多个 value.m 文

件，则只执行第一个 value.m 文件；如果找不到这一文件，则给出出错信息

• 搜索路径管理窗口

• 搜索路径管理窗口左侧按钮的功能：– 利用 add folder 按钮可以将指定的文件夹添加到搜

索路径中– Add with subfolders 按钮可以一次性将指定的目

录及子目录添加到路径中，添加的文件夹位于最上面，即 matlab最先搜索的文件夹

– Move to top 和 move to bottom 按钮可以将选定的文件夹移到最上面和最下面

– Remove 按钮可以在搜索路径中删去选定的文件夹– Save 按钮保存修改后的搜索路径，以便下次启动

matlab时能够采用这种设置，如果不保存，则修改后的路径设置只在本次任务中起作用。

• 通过 what 命令可以显示搜索路径上的文件名– 例： what

• 可以显示当前目录下文件名– what 目录名

• 可以显示目录名下的文件名• 通过 type 命令可以显示文件的内容

– 例 : type value

• 通过 edit 命令可以对 m 文件进行编辑– 例： edit value

1.1.7 Matlab联机帮助• Matlat 的帮助系统功能强大，是该软件

的信息查询、联机帮助中心。 Matlab 帮助系统主要包括：–联机帮助系统–联机演示系统–远程帮助系统– 命令查询系统

• 1.联机帮助系统• 打开方式：

–打开主窗口后按 F1 键– 在主窗口单击工具条的问号按钮– 选择 help 下拉菜单的帮助选项– 在命令窗口输入命令 helpdesk ，或 helpwi

n 或 doc 命令

• 2.联机演示系统• Matlab联机演示系统可以通过以下方式打开：– 在主窗口的 help 菜单下选择 demos 选项– 在帮助目录窗口中选择 demos 选项– 在命令窗口输入 demo 命令

• 3.远程帮助系统• Matlab远程帮助由网络资源和更新检查

两部分组成，可通过主窗口 help 菜单中的这两个选项打开。 web resources 中只要用户选择某一项链接就可以直接链接到相应的网站或页面；更新检查选项用来进行 matlab各组件的更新

• 4. 命令查询系统• 在实际使用过程中需要启动帮助系统查询的时候，最简单、最快捷的方法是运用 matlab 命令查询系统。用户只要在命令窗口输入相应的命令，就可以方便地查询所需要的资料。

• 常见的帮助命令及功能见下表

命令字 功能Help 用于显示帮助系统中的所有

项目，用目录的形式列出Help+< 函数名 > 用于查询与该函数有关的帮

助内容Lookfor+<关键字 > 当用户名称未知时，根据名

称或功能关键字查询有关函数

demo 打开演示窗口info 显示 matlab 的一般信息

whatsnew 列出 matlab 的所有特征