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MATLAB 图像处理基础：读取、显示与保存图像

article 2025/2/22 21:34:06

掌握图像处理的第一步是学会如何与图像文件进行交互：读取图像到 MATLAB 工作空间，显示图像以观察处理效果，以及保存图像以保留处理结果。本节将结合代码示例，详细讲解这些基础操作，并分析常见问题与解决思路。

1. 图像读取：imread 函数

2. 图像显示：imshow 与 figure

2.1 基础显示：imshow

2.2 多图显示与窗口管理

3. 图像保存：imwrite 函数

4. 常见问题与解决思路

4.1 路径错误

4.2 图像显示异常

4.3 保存后图像失真

1. 图像读取：`imread` 函数

imread 函数是 MATLAB 中读取图像的核心工具，支持多种格式（如 JPEG、PNG、BMP、TIFF 等）。其基本语法为：

img = imread('filename.format');

关键点：

路径问题：若图像不在当前工作目录，需提供完整路径（例如 'C:\images\cat.jpg'）。
数据类型：读取后的图像通常为 uint8 类型（0-255），彩色图像存储为三维矩阵 [行, 列, 通道]，灰度图为二维矩阵。
透明度通道：PNG 图像可能包含透明度通道（Alpha 通道），读取后为四维矩阵 [行, 列, RGB, Alpha]。

% 读取当前目录下的 JPEG 图像
img_color = imread('flower.jpg');  

% 读取指定路径的 PNG 图像（含透明度）
img_png = imread('D:\data\transparent_logo.png'); 

% 查看图像尺寸和通道数
disp(['图像尺寸：', num2str(size(img_color))]);

2. 图像显示：`imshow` 与 `figure`

2.1 基础显示：`imshow`

imshow 函数用于在图形窗口显示图像，自动调整坐标轴并优化显示效果：

imshow(img);

参数扩展：

显示范围调整：imshow(img, [low high]) 手动设置灰度范围（常用于显示 double 类型图像）。
调整显示大小：imshow(img, 'InitialMagnification', 100) 控制缩放比例（100% 原尺寸）。

2.2 多图显示与窗口管理

创建新窗口：figure 创建独立窗口，避免图像覆盖。
多图排列：subplot(m,n,p) 将多个图像显示在同一窗口。

示例代码：

% 显示彩色图像
figure;  
imshow(img_color);  
title('Original Color Image');

% 并排显示原图与灰度图
gray_img = rgb2gray(img_color);
figure;
subplot(1,2,1); imshow(img_color); title('Color');
subplot(1,2,2); imshow(gray_img);  title('Grayscale');

3. 图像保存：`imwrite` 函数

imwrite 函数用于将处理后的图像保存到文件，语法为：

imwrite(img, 'filename.format', 'ParamName', ParamValue, ...);

关键参数：

格式选择：文件格式由扩展名决定（如 .jpg, .png, .bmp）。
JPEG 质量：'Quality' 参数（0-100，默认 75），控制压缩率与失真。
PNG 透明度：若图像包含 Alpha 通道，需指定 'Alpha' 参数。
数据类型匹配：保存前需确保数据范围正确（例如 uint8 图像值在 0-255）。

示例代码：

% 保存 JPEG 图像
imwrite(img_color, 'high_quality.jpg');  

% 保存 JPEG 图像（压缩质量为 90）
imwrite(img_color, 'high_quality.jpg', 'Quality', 90);  

% 保存 PNG 图像（带透明度）
imwrite(img_png(:,:,1:3), 'logo_no_bg.png', 'Alpha', img_png(:,:,4));  

% 保存灰度图像（注意数据类型转换）
gray_img_double = im2double(gray_img); % 转换为 double 类型（0-1）
imwrite(gray_img_double, 'gray_double.tif');

4. 常见问题与解决思路

4.1 路径错误

错误提示："File not found" 或 "Invalid filename"。
解决方法：
- 使用 cd 命令切换工作目录：cd('D:\images\')。
- 使用绝对路径：imread('D:\images\cat.jpg')。
- 通过 uigetfile 函数交互式选择文件

[filename, pathname] = uigetfile({'*.jpg;*.png','Image Files'});
img = imread(fullfile(pathname, filename));

4.2 图像显示异常

全白/全黑：可能因数据类型错误（例如 double 类型图像未归一化到 0-1）。
- 修复代码：imshow(im2double(img)) 或 imshow(img, [])（自动缩放）。
颜色失真：通道顺序错误（如 BGR 与 RGB 混淆）。
- 修复代码：调整通道顺序：img_rgb = img(:,:,[3 2 1]);