MATLAB 颜色的使用.docx
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MATLAB颜色的使用
MATLAB颜色的使用
MATLAB提供了许多在二维和三维空间内显示可视信息的工具。
例如，看一条sin函数的曲线图就会比一堆数据提供更多的信息。
这种用图表和图形来表示数据的技术叫做数据可视化。
MATLAB不仅是一个强大的计算工具，并且在以引人入胜和直观方式可视地表示数据方面也很有特色。
但是很多时候，一个简单的二维或三维图形不能一次显示出想要提供的全部信息。
这时，颜色可以对图形提供一个附加的维数。
前面章节讨论的许多绘图函数都可以接受一个可用的颜色参量，来增加这附加的维数。
本章的讨论以研究颜色映象开始：
如何使用、显示、修改和如何创建用户自己的颜色映象。
然后，阐述在一个图形窗口中仿真多个颜色映象的技术或只使用颜色映象的一部分的技术。
最后，讨论照明模型并提供例子。
1颜色映象理解
MATLAB有一个叫颜色映象的数据结构来代表颜色值。
颜色映象定义为一个有三列和若干行的矩阵。
利用0到1之间的数，矩阵的每一行都代表了一种色彩。
任一行的数字都指定了一个RGB值，即红、黄、蓝三种颜色的强度，形成一种特定的颜色。
一些有代表性的RGB值在表1中给出。
表1简单颜色
Red
Green
Blue
颜色
0
0
0
黑
1
1
1
白
1
0
0
红
0
1
0
绿
0
0
1
蓝
1
1
0
黄
1
0
1
洋红
0
1
1
青蓝
2/3
2/3
1
天蓝
1
0.5
0
橘黄
0.5
0
0
深红
0.5
0.5
0.5
灰色
有十个MATLAB函数产生预定的颜色映象。
见表2
表2标准颜色影像
hsv
色彩饱和值（以红色开始和结束）
hot
从黑到红到黄到白
cool
青蓝和洋红的色度
pink
粉红的彩色度
gray
线性灰度
bone
带一点蓝色的灰度
jet
hsv的一种变形（以蓝色开始和结束）
copper
线性铜色度
prim
三棱镜。
交替为红色、橘黄色、黄色、绿色和天蓝色
flag
交替为红色、白色、蓝色和黑色
按缺省，上面所列的各个颜色映象产生一个64×3的矩阵，指定了64种颜色RGB的描述。
这些函数都接受一个参量来指定所产生矩阵的行数。
比如hot（m）产生一个m×3的矩阵，它包含的RGB颜色值的范围从黑经过红、橘红和黄，到白。
大多数计算机在一个8位的硬件查色表中一次可以显示256种颜色，当然有些计算机的显示卡可以同时显示更多的颜色。
这就意味着在不同的图中，一般一次可以用三或四个64×3的颜色映象。
如果使用了更多的颜色映象输入项，计算机必须经常在它的硬件查色表中调出输入项。
比如，当在画MATLAB图形时背景图案发生了变化，就是发生了这种情况。
所以，除非计算机有一次显示更多种颜色的显示卡，最好任何一次所用的颜色映象输入项数都小于256。
2颜色映象使用
语句colormap（M）将矩阵M作为当前图形窗口所用的颜色映象。
例如，colormap（cool）装入了一个有64个输入项的cool颜色映象。
colormapdefault装入了缺省的颜色映象（hsv）。
函数plot、plot3、contour和contour3不使用颜色映象，它们使用列在plot颜色和线形表中的颜色。
而大多数其它绘图函数，比如mesh、surf、fill、pcolor和它们的各种变形函数，使用当前的颜色映象。
接受颜色参量的绘图函数中的颜色参量通常采用以下三种形式之一：
（1）字符串。
代表plot颜色或线型表中的一种颜色，比如，’r‘代表红色；
（2）三个输入的行向量。
它代表一个单独的RGB值，比如[.25.50.75]；（3）矩阵。
如果颜色参量是一个矩阵，其元素作了调整，并把它们用作当前颜色映象的下标。
最后一种形式会在以后作更多讨论。
3颜色映象显示
可以用多种途径来显示一个颜色映象。
其中一个方法是观察颜色映象矩阵的元素。
?
hot（8）
ans=
0.333300
0.666700
1.000000
1.00000.33330
1.00000.66670
1.00001.00000
1.00001.00000.5000
1.00001.00001.0000
上面的数据显示出第一行是1/3红色，而最后一行是白色。
另外，函数pcolor可以用来显示一个颜色映象。
例如：
?
n=16;
?
colormap（jet（n））
?
pcolor（[1:
n+1;1:
n+1]’）
?
title（‘UsingPcolortoDisplayaColorMap’）
因为上面这一段程序很有用处，它已经装入精通MATLAB工具箱中的函数mmshow中。
?
helpmmshow
MMSHOWPCOLORColormapDisplay
MMSHOWusespccolortodisplaythecurrentcolormap.
MMSHOW（MAP）displaysthecolormapMAP.
MMSHOW（MAP（N））displaysthecolormapMAPhavingNelements.
Examples:
MMSHOW（hot）
MMSHOW（pink（30））
帮助信息：
MMSHOW显示PCOLOR颜色映象
MMSHOW使用pcolor来显示当前颜色映象
MMSHOW（MAP）显示MAP颜色映象
MMSHOW（MAP（N））显示一个有N个元素的MAP颜色映象
例子：
MMSHOW（hot）
MMSHOW（pink（30））
函数mmshow取和colormap同样的输入参量，但在这种情况下它用自己的伪彩色显示而不是把颜色映象施加到当前图形。
另一种途径是使用MATLAB的函数rgbplot，它可以把颜色映象的各列分别画成红、绿和蓝色。
例如：
?
rgbplot（hot）
输出见附件中图2.
图中显示红色分量首先增加，然后是绿色，最后是蓝色。
rgbplot（gray）表示所有三列数据均匀线性地增加（三条线重叠）。
最后，函数colorbar在当前的图形窗口中增加水平或垂直的颜色标尺以显示当前坐标轴的颜色映象。
?
colorbar（‘horiz’）在当前的图形下面放一个水平的颜色条。
?
colorbar（‘vert’）在当前的图形右边放一个垂直的颜色条。
对无参量的colorbar，如果当前没有颜色条就加一个垂直的颜色条，或者更新现有的颜色条。
下面的例子就演示了colorbar的用法。
?
[x,y,z]=peaks;
?
mesh（x,y,z）;
?
colormap（hsv）
?
axis（[-33-33-68]）
?
colorbar
MATLAB提供了许多在二维和三维空间内显示可视信息的工具。
例如，看一条sin函数的曲线图就会比一堆数据提供更多的信息。
这种用图表和图形来表示数据的技术叫做数据可视化。
MATLAB不仅是一个强大的计算工具，并且在以引人入胜和直观方式可视地表示数据方面也很有特色。
但是很多时候，一个简单的二维或三维图形不能一次显示出想要提供的全部信息。
这时，颜色可以对图形提供一个附加的维数。
前面章节讨论的许多绘图函数都可以接受一个可用的颜色参量，来增加这附加的维数。
本章的讨论以研究颜色映象开始：
如何使用、显示、修改和如何创建用户自己的颜色映象。
然后，阐述在一个图形窗口中仿真多个颜色映象的技术或只使用颜色映象的一部分的技术。
最后，讨论照明模型并提供例子。
19.1颜色映象理解
MATLAB有一个叫颜色映象的数据结构来代表颜色值。
颜色映象定义为一个有三列和若干行的矩阵。
利用0到1之间的数，矩阵的每一行都代表了一种色彩。
任一行的数字都指定了一个RGB值，即红、黄、蓝三种颜色的强度，形成一种特定的颜色。
一些有代表性的RGB值在表19.1中给出。
表19.1
简单颜色
Red（红）
Green（绿）
Blue（蓝）
颜色
0
0
0
黑
1
1
1
白
1
0
0
红
0
1
0
绿
0
0
1
蓝
1
1
0
黄
1
0
1
洋红
0
1
1
青蓝
2/3
0
1
天蓝
1
1/2
0
橘黄
.5
0
0
深红
.5
.5
.5
灰色
有十个MATLAB函数产生预定的颜色映象。
见表19.2
表19.2
标准颜色映象
hsv
色彩饱和值（以红色开始和结束）
hot
从黑到红到黄到白
cool
青蓝和洋红的色度
pink
粉红的彩色度
gray
线性灰度
bone
带一点蓝色的灰度
jet
hsv的一种变形（以蓝色开始和结束）
copper
线性铜色度
prim
三棱镜。
交替为红色、橘黄色、黄色、绿色和天蓝色
flag
交替为红色、白色、蓝色和黑色
按缺省，上面所列的各个颜色映象产生一个64×3的矩阵，指定了64种颜色RGB的描述。
这些函数都接受一个参量来指定所产生矩阵的行数。
比如hot（m）产生一个m×3的矩阵，它包含的RGB颜色值的范围从黑经过红、橘红和黄，到白。
大多数计算机在一个8位的硬件查色表中一次可以显示256种颜色，当然有些计算机的显示卡可以同时显示更多的颜色。
这就意味着在不同的图中，一般一次可以用三或四个64×3的颜色映象。
如果使用了更多的颜色映象输入项，计算机必须经常在它的硬件查色表中调出输入项。
比如，当在画MATLAB图形时背景图案发生了变化，就是发生了这种情况。
所以，除非计算机有一次显示更多种颜色的显示卡，最好任何一次所用的颜色映象输入项数都小于256。
19.2颜色映象使用
语句colormap（M）将矩阵M作为当前图形窗口所用的颜色映象。
例如，colormap（cool）装入了一个有64个输入项的cool颜色映象。
colormapdefault装入了缺省的颜色映象（hsv）。
函数plot、plot3、contour和contour3不使用颜色映象，它们使用列在plot颜色和线形表中的颜色。
而大多数其它绘图函数，比如mesh、surf、fill、pcolor和它们的各种变形函数，使用当前的颜色映象。
接受颜色参量的绘图函数中的颜色参量通常采用以下三种形式之一：
（1）字符串。
代表plot颜色或线型表中的一种颜色，比如，’r‘代表红色；
（2）三个输入的行向量。
它代表一个单独的RGB值，比如[.25.50.75]；（3）矩阵。
如果颜色参量是一个矩阵，其元素作了调整，并把它们用作当前颜色映象的下标。
最后一种形式会在以后作更多讨论。
19.3颜色映象显示
可以用多种途径来显示一个颜色映象。
其中一个方法是观察颜色映象矩阵的元素。
?
hot（8）
ans=
0.333300
0.666700
1.000000
1.00000.33330
1.00000.66670
1.00001.00000
1.00001.00000.5000
1.00001.00001.0000
上面的数据显示出第一行是1/3红色，而最后一行是白色。
另外，函数pcolor可以用来显示一个颜色映象。
例如：
?
n=16;
?
colormap（jet（n））
?
pcolor（[1:
n+1;1:
n+1]’）
?
title（‘UsingPcolortoDisplayaColorMap’）
输出见图19.1.
图19.1用伪彩色来显示颜色映象
因为上面这一段程序很有用处，它已经装入精通MATLAB工具箱中的函数mmshow中。
?
helpmmshow
MMSHOWPCOLORColormapDisplay
MMSHOWusespccolortodisplaythecurrentcolormap.
MMSHOW（MAP）displaysthecolormapMAP.
MMSHOW（MAP（N））displaysthecolormapMAPhavingNelements.
Examples:
MMSHOW（hot）
MMSHOW（pink（30））
帮助信息：
MMSHOW显示PCOLOR颜色映象
MMSHOW使用pcolor来显示当前颜色映象
MMSHOW（MAP）显示MAP颜色映象
MMSHOW（MAP（N））显示一个有N个元素的MAP颜色映象
例子：
MMSHOW（hot）
MMSHOW（pink（30））
函数mmshow取和colormap同样的输入参量，但在这种情况下它用自己的伪彩色显示而不是把颜色映象施加到当前图形。
另一种途径是使用MATLAB的函数rgbplot，它可以把颜色映象的各列分别画成红、绿和蓝色。
例如：
?
rgbplot（hot）
输出见图19.2.
图19.2用红、绿和蓝色画颜色映象
图中显示红色分量首先增加，然后是绿色，最后是蓝色。
rgbplot（gray）表示所有三列数据均匀线性地增加（三条线重叠）。
最后，函数colorbar在当前的图形窗口中增加水平或垂直的颜色标尺以显示当前坐标轴的颜色映象。
?
colorbar（‘horiz’）在当前的图形下面放一个水平的颜色条。
?
colorbar（‘vert’）在当前的图形右边放一个垂直的颜色条。
对无参量的colorbar，如果当前没有颜色条就加一个垂直的颜色条，或者更新现有的颜色条。
下面的例子就演示了colorbar的用法。
?
[x,y,z]=peaks;
?
mesh（x,y,z）;
?
colormap（hsv）
?
axis（[-33-33-68]）
?
colorbar
输出见图19.3.
图19.3使用颜色条
19.4颜色映象的建立和修改
颜色映象就是矩阵，意味着你可以象其它数组那样对它们进行操作。
函数brighten就利用这一点通过调整一个给定的颜色映象来增加或减少暗色的强度。
brighten（n）（0<1<=1）使当前颜色映象变亮；而brighten（n）（-1<=n<0）使它变暗。
brighten（n）后加一个brighten（-n）使颜色映象恢复原来状态。
newmap=brighten（n）命令创建一个比当前颜色映象更暗或者更亮的新的颜色映象，而并不改变当前的颜色映象。
命令?
newmap=brighten（cmap,n）对指定的颜色映象创建一个已调整过的式样，而不影响当前的颜色映象或指定的颜色映象cmap。
可以通过生成m×3的矩阵mamap来建立用户自己的颜色映象，并用colormap（mymap）来安装它。
颜色映象矩阵的每一个值都必须在0和1之间。
如果企图用大于或小于3列的矩阵或者包含着比0小比1大的任意值，函数colormap会提示一个错误然后退出。
也可以在算术上来组合颜色映象，虽然结果有时是不可预料的。
比如，一个叫pink的颜色映象仅仅是：
?
pinkmap=squr（2/3*gray+1/3*hot）;
只当所有元素都在0与1之间时，才能保证结果是一个有效的颜色映象。
精通MATLAB工具箱中包含了一个名叫rainbow的颜色映象，它把可视范围扩展到整个颜色映象。
函数rainbow的在线帮助为：
?
helprainbow
RAINBOWColormapvarienttoHSV.
RAINBOW（M）RainbowColormapwithMentries.
Red-Orange-Yellow-Green-Blue-Violet
RAINBOWbyitselfisthesamelengthasthecurrentcolormap.
Applyusing:
colormap（rainbow）
--------------------------------------------------------------------------------
帮助信息：
RAINBOWHSV颜色映象的变形
RAINBOW（M）有M个入口项的RAINBOW颜色映象
红—橘黄—黄—绿—蓝—天蓝
RAINBOW本身和当前颜色映象的长度相同
应用：
colormap（rainbow）
--------------------------------------------------------------------------------
精通MATLAB工具箱中还包含了一个名叫mmap的函数，它可以根据你所提供的颜色建立一个单色（比如粉红、灰色或铜黄色）的颜色映象。
函数mmap的在线帮助是：
?
helpmmap
MMAPSingleColorColormap.
MMAP（C,M）makesacolormapoflengthMstartingwiththebasiccolorspecC.Themapchangesfromdarktolight.
MMAP（C）isthesamelengthascurrentcolormap.
Examples:
mmap（‘y’）isayellowcolormap.
mmap（[.491.83]）isanaquamarinecolormap.
mmap（‘c’,20）isacyancolormaphavinglength20.
--------------------------------------------------------------------------------
帮助信息：
MMAP单色颜色映象
MMAP（C,M）制作一个以颜色C为基色的长度为M的颜色映象。
该表的颜色从暗到明变化。
MMAP（C）颜色映象的长度和当前颜色映象相同
例子：
mmap（‘y’）是一个黄色颜色映象
mmap（[.491.83]）是一个水色的颜色映象
mmap（‘c’,20）是一个长度为20的青蓝色的颜色映象
应用：
colormap（mmap（c,m））
--------------------------------------------------------------------------------
一个颜色映象定义了用于绘制图形的调色板。
一个缺省的颜色映象允许对数据使用64种不同的RGB值。
MATLAB使用函数cxis来决定哪一个数据值映射到颜色映象中输入项。
通常，颜色映象进行过调节，把数据从最小扩展到最大，也就是说整个颜色映象都用于绘图。
有时也许想改变颜色使用的方法。
函数caxis代表颜色轴，因为颜色增加了另一个维数，它允许对数据范围的一个子集使用整个颜色映象或者对数据的整个集合只使用当前颜色映象的一部分。
[cmin,cmax]=caxis返回映射到颜色映象中第一和最后输入项的最小和最大的数据。
它们通常被设成数据的最小值和最大值。
比如，函数mesh（peaks）会画出函数peaks的网格图，并把颜色轴caxis设为[-6.5466，8.0752]，即Z的最小值和最大值。
这些值之间的数据点，使用从颜色映象中经插值得到的颜色。
caxis（[cmin，cmax]）对cmin和cmax范围区内的数据使用整个颜色映象。
比cmax大的数据点用与cmax值相关的颜色绘图，比cmin小的数据点的颜色用与cmin值相关的颜色绘图。
如果cmin小于min（data）和/或cmax大于max（data），那么与cmin和/或cmax点相关的颜色将永远用不到。
也就是说，只用到和数据相关的那一部分颜色映象。
?
caxis（‘auto’）设置cmin和cmax的缺省值。
由于下面的例子很难在书中清晰区分灰度，运行脚本M文件mmcaxisd.m可显示所包含的一系列更多的例子。
缺省的颜色范围由下例说明：
?
pcolor（[1:
17;1:
17]’）,colormap（hsv（8））
?
title（‘DefaultColorRange’）
?
caxis（‘auto’）
?
colorbar
?
caxis
ans=
117
输出见图19.4.
图19.4缺省的颜色范围
可见对整个数据集合，当前颜色映象使用了所有8种颜色。
每种颜色有两条。
如果颜色被映射到从-3到23的数据，那么，图中只用到五种颜色。
这可以通过下面的命令实现：
?
title（‘ExtendedColorRange’）
?
caxis（[-3,23]）%extendedthecolorrange
?
colorbar%redrawthecolorscale
输出见图19.5.
图19.5扩展的颜色范围
如果颜色映射到从5到12的值，会用到所有的颜色。
但是，比5小的数据和比12大的数据分别映射到与数据值5和12相关的颜色。
这可以通过下面的命令产生：
?
title（‘RestrictedColorRange’）
?
caxis（[5,12]）%resstrictthecolorrange
?
colorbar%redrawthecolorscale
输出见图19.6.
图19.6受限的颜色范围
19.5图形中使用一个以上的颜色映象
有时，在一幅图的不同部分使用不同的颜色是很有作用的。
由于颜色映象是图形窗口本身的一个属性，在任意一个图形窗口中，只能用一个颜色映象。
但是，可以创建自己的颜色映象来达到想要的效果。
例如，精通MATLAB工具箱中含有脚本M文件mmcmapd.m，它
?
figure%createafigurewindow
?
mymap=[rainbow（32）;copper（32）];%stacktwoc
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