图像类型、MATLAB数据类型，以及类型之间的转换（三）
上篇中我们对MATLAB的数据类型以及最基本的double类型和uint8类型的转换进行了讲解，除此之外，MATLAB里边仍然有部分函数可以实现数据类型转换的功能，在此我们将对这些函数进行学习；考虑到MATLAB里边图像读取和显示仍然和数据类型有莫大关系，所以我们也将对读取和显示函数进行必要说明。
#MATLAB中常用类型转换函数
在一般情况下，由于图像读取类型uint8和MATLAB的默认类型double之间存在转换的必要，除了使用基本的double类型和uint8类型的转换之外，常常也使用下边的函数进行类型转换1
| 函数名 | 输入 | 输出 |
|---|---|---|
| mat2gray | uint8,uint16,double | 归一化double |
| im2double | uint8,uint16,double | 普通的double或归一化double |
| im2uint8 | uint8,uint16,double | uint8 |
| im2bw | uint8,uint16,double | logical |
注：在没有特别说明的情况下，double类型包括普通的double类型和归一化的double类型
##MAT2GRAY函数
函数使用的范例如下，其中A为uint8类型矩阵：
A =
77 78 77 76
>> B=double(A)
B =
77 78 77 76
>> C=mat2gray(A)
C =
0.5000 1.0000 0.5000 0
>> C1=mat2gray(A,[0,255])
C1 =
0.3020 0.3059 0.3020 0.2980
>> D=mat2gray(B)
D =
0.5000 1.0000 0.5000 0
>> D1=mat2gray(B,[0,255])
D1 =
0.3020 0.3059 0.3020 0.2980
>> E=mat2gray(B/255)
E =
0.5000 1.0000 0.5000 0
>> E1=mat2gray(B/255,[0,1])
E1 =
0.3020 0.3059 0.3020 0.2980
从上边的代码可知，MAT2GRAY函数有两种格式，分别为：
I = MAT2GRAY(A) %第一种形式
I = MAT2GRAY(A,[AMIN AMAX]) %第二种形式
无论在哪种格式下，MAT2GRAY均输出归一化double类型。
第一种格式默认将A矩阵中的最小值和最大值设为AMIN和AMAX，小于AMIN的输出为0，大于AMAX的输出为1，介于AMIN和AMAX之间的数值输出对应于0~1之间的数值，例如输入分别为uint8类型，普通的double类型，归一化double类型时对应的C，D，E所示；
第二种格式中AMIN和AMAX为手动设置的数值（一般设置为A对应类型的最小值和最大值），小于AMIN的输出为0，大于AMAX的输出为1，介于AMIN和AMAX之间的数值输出对应于0~1之间的数值，例如输入分别为uint8类型，普通的double类型，归一化double类型时对应的C1，D1，E1所示；
MAT2GRAY第一种格式相当于将图像在本身最大最小值范围内进行了锐化，而第二种格式则只将在0255或者01之间的图像进行了归一化。
##IM2DOUBLE函数
函数使用的范例如下，其中A为uint8类型矩阵：
A =
77 78 77 76
>> B=double(A)
B =
77 78 77 76
>> C=im2double(A)
C =
0.3020 0.3059 0.3020 0.2980
>> D=im2double(B)
D =
77 78 77 76
>> E=im2double(B/255)
E =
0.3020 0.3059 0.3020 0.2980
从上边的代码可知，当输入为uint8类型时，输出归一化的double类型（其中0对应0，1对应255）；当输出为double类型时，不做任何处理原样输出；
##IM2UINT8函数
函数使用的范例如下，其中A为普通的double类型矩阵，B为uint8类型矩阵，C为归一化double类型矩阵：
A =
0 100 255 300
>> B=uint8(A)
B =
0 100 255 255
>> C=mat2gray(B,[0,255])
C =
0 0.3922 1.0000 1.0000
>> D=im2uint8(A)
D =
0 255 255 255
>> E=im2uint8(B)
E =
0 100 255 255
>> F=im2uint8(C)
F =
0 100 255 255
从上边的代码可知，当输入为uint8类型时，不做任何处理原样输出；当输入为普通的double类型时，发生截断；当输入为归一化d的ouble类型时，输出逆归一化的double类型，即：0对应0，1对应255；
##IM2BW函数
函数使用的范例如下，其中A为普通的double类型矩阵，B为uint8类型矩阵，C、D为归一化double类型矩阵：
A =
0 100 255 300
>> B=uint8(A)
B =
0 100 255 255
>> C=mat2gray(A)
C =
0 0.3333 0.8500 1.0000
>> D=mat2gray(B)
D =
0 0.3922 1.0000 1.0000
>> subplot(311);im2bw(A,0.35);title('im2bw(A,0.35)')
>> subplot(312);im2bw(B,0.4);title('im2bw(B,0.4)')
>> subplot(313);im2bw(C,0.34);title('im2bw(C,0.34)')
从上述代码可知，IM2BW的格式为：
BW=IM2BW(I,LEVEL)
其中LEVEL为0~1之间的阈值，I为输入图像。上述代码对应的结果为：
从上图可知：
当输入为普通的double类型时，对应输入A，则A中数值大于等于LEVEL的则输出1（黑色），小于LEVE1的输出0（白色）；
当输入为uint8类型时，对应输入B，则先将B对应到0~1之间（其中0对应0，255对应1），然后再和LEVEL进行比较；
当输入为归一化的double时，对应输入C或者D，直接和LEVEL进行比较；
##其他类型转换函数
除了上边所讲的四个常用类型转换函数之外，还有其他的类型转换函数，如：
I=IM2UINT16(A)
I=IM2UINT32(A)
类似这些函数的含义，可以参见IM2UINT8的用法。
#MATLAB中图像读取和显示函数
在MATLAB中进行图像读取和显示，最常使用到的函数如下所示：
>> I=imread('rice.tif');
>> imshow(I);
其中第一个函数为图像读取函数，第二个函数为图像显示函数。一般来说，读取函数相对简单，只需要将要读取的文件放在当前工作目录下，便可直接读取；而图像显示函数则相对复杂，特别是图像在读取、类型转换、运算等一系列操作之后，如果在此时忽略数据类型而直接进行图像显示，可能造成像参考文献2中那样意外的失败2。
##IMSHOW函数
IM2SHOW函数的几种格式如下所示：
>> imshow(I)
>> imshow(I,[])
>> imshow(I,[0,255])
>> imshow(X,MAP)
函数使用的范例如下，其中A为uint8类型，B为普通的double类型，C为归一化的double类型：
A =
0 100 200
>> subplot(311);imshow(A);title('imshow(A)');
>> subplot(312);imshow(A,[]);title('imshow(A,[])');
>> subplot(313);imshow(A,[0,255]);title('imshow(A,[0,255])');
B =
0 100 200
>> subplot(311);imshow(B);title('imshow(B)');
>>subplot(312);imshow(B,[]);title('imshow(B,[])');
>>subplot(313);imshow(B,[0,255]);title('imshow(B,[0,255])');
C =
0 0.3922 0.7843
>> subplot(311);imshow(C);title('imshow(C)');
>> subplot(312);imshow(C,[]);title('imshow(C,[])');
>> subplot(313);imshow(C,[0,255]);title('imshow(C,[0,255])');
上述代码对应的结果分别如下图所示：
由图可知，当输入为uint8类型时，第三种格式等价于第一种格式，第二种格式对当前图像进行了锐化；
由图可知，当输入为普通的double类型时，第一种格式不适用，一般为全白，出现参考文献2中的错误2；第二种格式对图像进行了锐化；第三种格式则正常显示；
当输入为归一化的double类型时，第一种格式正常显示；第二种格式对图像进行了锐化；第三种格式不适用，一般为全黑；
从上边的实验可得到如下的结论：
使用第一种格式时，输入图像应该为uint8类型或者归一化的double类型；
使用第二种格式时，显示的图像一般是被锐化的，即对比度被增强；
使用第三种格式时，输入图像应该为uint8类型或者普通的double类型；
到此为止，有关图像类型、MATLAB数据类型，以及类型之间的转换的所有内容已经讲述完毕，相信大家也应该对相关内容有了一定的了解和认识。考虑到这是我对很久前学习内容的总结，若有错误和不当的地方，还请大家多多指正，如有不解亦可以留言于我进行交流。
#参考文献
图像类型转换总结 ↩︎
谈谈matlab中的uint8和double ↩︎ ↩︎