为什么图像的红色、绿色、蓝色通道单独进行灰度化处理（Matlab）？

Question

Matlab将图像存储为三维数组。前两个维度对应于上图轴上的数字。每个像素在图像的第三个维度中由三个条目表示。三个图层中的每一个都代表了像素阵列中红色、绿色和蓝色的强度。我们可以通过以下方式提取出图像的独立红-绿-蓝组件：

redChannel = rgbImage(:, :, 1);
greenChannel = rgbImage(:, :, 2);
blueChannel = rgbImage(:, :, 3);

例如，原始图像如下：
如果显示红色、绿色和蓝色通道，您将得到以下灰度图像：
如果将其中一个通道与两个黑色矩阵（零矩阵）连接起来，就可以得到彩色图像。让我们对剩余的通道连接黑色图像矩阵：

blackImage = uint8(zeros(rows, columns));
newRedChannel = cat(3, redChannel, blackImage, blackImage);
newGreenChannel = cat(3, blackImage, greenChannel, blackImage);
newBlueChannel = cat(3, blackImage, blackImage, blueChannel);

它输出以下图像：

为什么要这样做？为什么每个颜色的单独信道必须与零矩阵（黑色图像）连接在一起，以便在显示时着色？为什么单独的颜色信道实际上只是灰度图像（如果单独显示）？

- Erba Aitbayev

Answer 1

在MATLAB中，灰度图像表示为二维矩阵。彩色图像表示为三维矩阵。红色图像仍然是彩色图像，因此它仍然必须是三维图像。由于它是纯红色图像，因此没有其他颜色，绿色和蓝色通道应为空，因此为零的矩阵。

还要注意，当我们说灰度时，实际上是指indexed image。因此，您可以通过应用colourmap将其变为彩色图像。如果您应用的颜色映射范围从黑色到红色，则您的二维矩阵将显示为上面的红色图像。问题是，MATLAB如何知道应用哪个颜色映射？是的，这确实比彩色图像占用更少的空间。但它增加了代码的复杂性。

另一方面，如果您将两个颜色通道设置为零，您会期望图像看起来像什么？唯一合乎逻辑的答案就是您上面创建的单独颜色通道图像。

如果您愿意，可以将您的问题重新表述为“MATLAB还有哪些其他实现方式？”。换句话说，如果您的红色通道是一个2D图像，MATLAB如何知道它是红色通道而不是绿色通道或灰度图像？挑战自己去思考一种更实用的表示这些数据的方式。我认为这个练习会让您相信MATLAB在这个问题上的设计选择是正确的。

此外，值得注意的是，许多文件格式（例如.bmp）都以同样的方式工作。

- Dan