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Matlab眼中的图形

图形在计算科学中扮演重要角色，毕竟，人人都和赌毒不共戴天。

在Matlab中，图形不过是一个平凡无奇的矩阵。大部分时候，图形都描述为$M\times N\times 3$的矩阵，其中$M$和$N$分别是图形的高和宽，3代表RGB三个通道。这种表示方法在Matlab中被称为uint8类型的图形。

% 生成一个随机图形
img = randi([0, 255], 100, 100, 3, 'uint8');
imshow(img);
% 保存图形为PNG格式
exportgraphics(gca, '../matlab-img/rand-img.png');

这里，我们看到每一个位置（也就是像素点）对应一个长度为3的向量，这三个数字代表了这个像素点的颜色。

Matlab提供了一堆函数来处理这样一个特殊的矩阵。

• imread：从文件中读取图形
• colormap：设置图形的颜色映射，这个函数确定Matlab如何将图形的数值映射到颜色
• imwrite：将图形保存到文件
• imshow：显示图形，通过gcf和gca获取当前的图形和坐标轴
• imagesc: 显示图形，但是不会自动调整坐标轴
• imfinfo: 获取图形的信息

UIImage

在基于uifigure和App Designer的Matlab图形界面开发中，UIImage是一个常用的控件，用于显示图形。

% 创建一个uifigure
fig = uifigure;% 创建一个UIImage
img = imread('../matlab-img/rand-img.png');
uiimg = uiimage(fig, 'ImageSource', img);% 输出图形界面元素到文件
exportapp(fig, '../matlab-img/app-rand-img.png')

如果我们在这里把img存成一个mat文件。

save('../matlab-img/rand-img.mat', 'img');

然后在App Designer中加载这个mat文件。

% 创建一个uifigure
fig = uifigure;% 从mat文件中加载图形
load('../matlab-img/rand-img.mat', 'img');% 做一点小小的处理， 改变颜色
img = img * 0.5;%
uiimg = uiimage(fig, 'ImageSource', img);% 输出图形界面元素到文件
exportapp(fig, '../matlab-img/app-rand-img-mat.png')

颜色变深了好多。

就是这样做受益不太大，因为，mat文件的大小稍微会大一点。

-rw-r--r-- 1 qchen qchen 83629 Oct 26 09:38 static/matlab-img/rand-img.mat
-rw-r--r-- 1 qchen qchen 52028 Oct 26 09:26 static/matlab-img/rand-img.png

还可以把图形存成文本文件。

writematrix(img, '../matlab-img/rand-img.txt');

再读取。

img = readmatrix('../matlab-img/rand-img.txt');

这玩意就有点大的过分了……而且，读出来之后，还得转形状，因为3维数组在文本文件中是没法直接支持的。

-rw-r--r-- 1 qchen qchen   83629 Oct 26 09:38 static/matlab-img/rand-img.mat
-rw-r--r-- 1 qchen qchen   52028 Oct 26 09:26 static/matlab-img/rand-img.png
-rw-r--r-- 1 qchen qchen 2785443 Oct 26 09:42 static/matlab-img/rand-img.txt

实在在无聊的话，那就再搞点压缩算法，把这个数组好好压缩一下吧……

ASCII编码图形

还有个用Base64编码的方法，这个方法在网络传输中很常见，因为Base64编码的数据是ASCII编码的，所以可以直接存储在文本文件中。

% Create the data stream as ASCII:
img = randi([0, 255], 20, 30, 'uint8');  % Example image
B64 = org.apache.commons.codec.binary.Base64;
str = char(B64.encode(img(:))).';

这个字符串可以直接存储在文本文件中，然后再读取。或者从网络上下载，然后再解码。

字符内容大概就是这样：

% Store in the file:
img64 = ['0Ocg6aEYR4z19yj49XzMJGvqyvWnCdnvrcG+ZKcrtAhGCxjSsVHzCH', ...'Bhw8svfXKltcFGrqcpHn/1V5U5wEGBsuT1jCMmQddB0D7tWTJAnXla1JWM6', ...'knBwGGREw2Hx+8hkXgDVinLT4cqmkOnsL9zFTrpJ9OJ/xRxG/YBxtHeFWZC', ...'zG7pLkMlIt6UjCXan1mDZhM9Hy89agzn8X19VuZeHMdjPWcYIfH0kw88WtI', ...'DCyumu6VzjEu+MK8uXqDHFO3GfG9yToKC0cukYM+IWfDgjJ+WNU14O9gxOS', ...'s6b0/sbi/n+nAcQmiYQ5q2OB5LUWyCFUPNB+26fZQ8dfaLhTt9n61lXvwJ4', ...'unLGUNVriK4G6d+x7fn5FWyMge+gHrnnJ7czpMuPeIHfSr6toB4D64KEoUY', ...'0dG4JqiE+abMdG7TFSIsZNTND2aGaqigSm4D+yobXzJ9VvPrDbxEbIzxavt', ...'Ns6qKsqotIP8rCI/hqzBedfso26VgMG17HpY5YpVASp1D0/u6WJUb6OHRQp', ...'gFbFApLWwYmXiys6MIEVGHp2jRt/eIUxucx2wXRCdHcIZ14ITxo/U9rUqrs', ...'RFBOarYWMesAZpj6gB2bHXFUsh4CS24eSdXmzG9PupEwzBJF5Oui2ykpa2i', ...'8TW1PB6bc3WpxVmpatfVQZ2Vit5DUR7wpXqji6WLuIX+NxscEGdyXcOgxe7', ...'5MSOyGIaH3Hxkq72FWSaWQwvBPnGwW7xlrrRxBVRsRTLSbuNkxGXOwWA3yv', ...'NTq3DVxCrc/YPiliczaL/TylGIFxwirX4wfiUO'];

拿到这个字符串之后，我们可以解码。

B64 = org.apache.commons.codec.binary.Base64;
img = uint8(B64.decode(uint8(img64));
imshow(reshape(img, 20, 30));

这个方法好像真的用得挺多的。

总结

1. 图形在Matlab中是一个矩阵
2. UIImage是Matlab图形界面开发中常用的控件
3. 通过imread和imwrite可以读取和保存图形
4. 图像也可以存储为mat文件，乃至文本文件，前者通过save和load可以保存和加载图形，后者通过writematrix和readmatrix可以保存和加载。