一例索引圖像轉(zhuǎn)換的問題解決

朱寧賢

摘要：MATLAB中圖像模式間的轉(zhuǎn)換是多媒體教學(xué)中非常重要的內(nèi)容。本文結(jié)合索引圖像模式與其他模式同時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)遇到的問題，通過具體的實(shí)驗(yàn)過程解析顏色模型轉(zhuǎn)變的基本原理，并利用色圖坐標(biāo)、自定義色圖等手段，解決了在索引圖像轉(zhuǎn)換對(duì)其他類型圖像顏色模式轉(zhuǎn)換帶來的干擾問題，從而使學(xué)生更好地理解索引圖像的本質(zhì)。

關(guān)鍵詞：索引模式;色圖坐標(biāo);干擾;模式轉(zhuǎn)換

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）14-0223-03

1引言

在多媒體技術(shù)教學(xué)中利用MATLAB進(jìn)行圖像顏色模式轉(zhuǎn)換時(shí)，可利用rgb2ind函數(shù)完成由真彩圖像到索引圖像的轉(zhuǎn)變，利用rgb2gray函數(shù)完成由真彩圖像到灰度圖像的轉(zhuǎn)變。單獨(dú)執(zhí)行rgb2ind與rgb2gray函數(shù)時(shí)，獲得的圖像都是彩色的。但當(dāng)同時(shí)利用兩個(gè)函數(shù)分別進(jìn)行真彩圖像到索引圖像和由真彩圖像到灰度圖像轉(zhuǎn)換時(shí)（如圖1所示），需要同時(shí)顯示在一個(gè)figure中時(shí)：灰度圖像能夠正常顯示，但索引圖像卻未能顯示出正常顏色（如圖2所示）。

2問題解決過程探索及效果

結(jié)合課堂所講圖像轉(zhuǎn)換原理，分別通過以下三種方式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)：利用figure分別顯示、調(diào)整程序的執(zhí)行順序和使用不同的轉(zhuǎn)換函數(shù)，并逐一上機(jī)驗(yàn)證，對(duì)比實(shí)驗(yàn)效果，進(jìn)而使學(xué)生深入理解索引圖像的本質(zhì)與colormap的含義，以圖解決上述問題。

2.1 figure的使用

首先，將索引圖像和灰度圖像分別獨(dú)立顯示在不同的fig-ure中，二者都正常顯示，如圖3與圖4所示，說明程序的轉(zhuǎn)換函數(shù)本身是沒有任何問題的。

2.2代碼順序的調(diào)整

調(diào)整圖1的代碼順序（先執(zhí)行灰度、后執(zhí)行索引，顯示順序不變），如表圖5所示代碼，運(yùn)行效果如圖6所示。索引圖像雖然可以正常顯示，但灰度圖像顏色變紅。

2.3轉(zhuǎn)換函數(shù)的調(diào)整

改變生成索引圖像的函數(shù)，利用dither函數(shù)產(chǎn)生索引圖像（如圖7所示）。程序運(yùn)行后效果圖如8所示?；叶葓D像能夠正常顯示，但索引圖像顏色出現(xiàn)偏差。

2.4實(shí)驗(yàn)過程分析

顯而易見，上述三種解決途徑效果都不理想。

從實(shí)驗(yàn)過程中可以看到，每個(gè)處理后的圖像如果分別顯示在不同的figure中，各種效果都可以正常顯示;但同時(shí)顯示在一個(gè)figure中時(shí)即使改變函數(shù)執(zhí)行順序、改變轉(zhuǎn)變函數(shù)，轉(zhuǎn)換后的圖像都存在顏色差異問題。

結(jié)合多媒體課程中圖像處理原理，從MATLAB轉(zhuǎn)換函數(shù)說明中了解到：在MATLAB中，每個(gè)figure都有（而且僅有）一個(gè)colormap色圖，它是用MAP矩陣映射當(dāng)前圖形的色圖。MAP實(shí)際上是一個(gè)mx3的矩陣，每一行的3個(gè)值都在0-1之間，分別代表顏色組成的rgb值。在MATLAB中默認(rèn)自帶18種color-map，比如jet（早期版本默認(rèn)值）、parula（新版本默認(rèn)值）、季節(jié)（Sunlmer，autumn，winter，spring）、溫度（hot，c001）、材質(zhì)（bone，copper）或顏色模式等，不同的數(shù)值表征不同的顏色，用于繪制索引圖像等種類的偽彩圖。

圖形對(duì)象一般支持兩種不同的指定顏色的方法：顏色圖（使用索引顏色）和真彩色。顏色圖的調(diào)色板有限，只能提供由m種顏色組成的調(diào)色板，其中m為顏色圖的長度;相比之下，真彩色則提供涵蓋1600多萬種顏色的調(diào)色板。由此分析發(fā)現(xiàn)：索引圖像與其他圖像的不同，在一個(gè)figure中，索引生成“[TI，map]=rgb2ind（I，128）;”后顏色模式與其它的顏色模式相互干擾，也就是colormap被修改的原因。因?yàn)樗饕龍D像有兩個(gè)分量，一個(gè)是數(shù)據(jù)矩陣x，一個(gè)是彩色映射矩陣map，而rgb2ind函數(shù)，需要使用map參數(shù)，從而導(dǎo)致了colormap被改變，造成了顏色之間的相互影響。

3實(shí)驗(yàn)過程的完善

通過上面的實(shí)驗(yàn)過程和對(duì)結(jié)果的分析，進(jìn)一步明確了col—ormap的作用和索引圖像的成像原理，接下來需要完善具體的實(shí)驗(yàn)過程，解決同時(shí)對(duì)多種圖像轉(zhuǎn)換時(shí)存在干擾的問題。

3.1色圖坐標(biāo)colormap（ax，…）的使用

色圖坐標(biāo)colormap（ax，…）中的ax，可以設(shè)置figure中某個(gè)區(qū)域的圖形colormap，而非當(dāng)前整個(gè)figure。通過利用更改ax屬性可控制使用ax對(duì)象的外觀和行為，為圖窗中的每個(gè)坐標(biāo)區(qū)定義一個(gè)唯一的顏色圖colormap。具體來說就是根據(jù)caxis取得Cmin和Cmax兩個(gè)變量（默認(rèn)值為0和1），畫圖時(shí)自定義數(shù)值顏色向量（矩陣）C，比如將Cmax減小，根據(jù)色圖在Cmin和Cmax之間的比例關(guān)系，確定對(duì)應(yīng)的顏色的index。從本質(zhì)上講，是把具體的顏色變成colormap中相應(yīng)的index，換算映射指定的數(shù)值顏色向量（矩陣）C，通過將坐標(biāo)區(qū)對(duì)象傳遞給colormap函數(shù)，返回特定坐標(biāo)區(qū)的顏色圖值。代碼如圖9所示。

3.2色圖編輯器的使用

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，僅依靠利用色圖坐標(biāo)處理過后，效果依然難以令人滿意。接下來我們可以通過利用可視化的colormap編輯器調(diào)整map值來調(diào)整圖像顏色。具體做法是：在MATLAB的figure窗口中，打開“編輯”菜單，找到“色圖編輯器”，如圖10所示，通過單擊色條，自定義自己的colormap值來調(diào)整圖像顏色，直到獲得滿意的圖像效果為止。

4結(jié)論

本程序在windows7+MATLAB 7中可以執(zhí)行。如果版本不同，需要注意：第一，從MATLAB R2018版，如果為圖窗設(shè)置顏色圖，則圖窗中的坐標(biāo)區(qū)和圖將使用相同的顏色圖。以前，當(dāng)設(shè)置圖窗顏色圖時(shí)，任何顯式設(shè)置了顏色圖的坐標(biāo)區(qū)或圖都不受影響。如果希望Axes對(duì)象使用與圖窗不同的顏色圖，可以在設(shè)置圖窗顏色圖之后設(shè)置坐標(biāo)區(qū)顏色圖。第二，從MATLABR2014版，默認(rèn)colormap為parula;在以前的版本中，默認(rèn)顏色圖為jet。

總之，我們通過設(shè)置個(gè)性化的colormap和ax屬性，能夠在一定程度上解決多圖像顏色模式轉(zhuǎn)變時(shí)相互干擾的問題。同時(shí)，我們通過分析函數(shù)和figure的特點(diǎn)，也進(jìn)一步加深了學(xué)生對(duì)圖像顏色模式以及轉(zhuǎn)換函數(shù)的理解。