为什么图像的红、绿、蓝通道分别是灰度（Matlab）？

Question

Matlab 将图像存储为 3 维数组。前两个维度对应于上图轴上的数字。每个像素由图像第三维中的三个条目表示。三层中的每一层都代表像素阵列中红色、绿色和蓝色的强度。我们可以通过以下方式提取图像的独立红绿蓝分量：

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

例如原图为：

如果您显示红色绿色和蓝色通道，您会得到以下灰度图像：

如果您将这些通道之一与两个黑色矩阵（零矩阵）连接，您将获得彩色图像。让我们将每个通道与剩余通道的黑色图像矩阵连接起来：

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：

为什么会这样？为什么每种颜色的单个通道必须与剩余通道的零矩阵（黑色图像）连接，以便在显示时对其进行着色？如果单独显示，为什么单个颜色通道实际上只是灰度图像？

Answer 1

在 MATLAB 中，灰度图像表示为 2D 矩阵。彩色图像作为 3D 矩阵。红色图像仍然是彩色图像，因此它仍然必须是 3D 图像。由于它是纯红色图像，因此没有其他颜色，因此绿色和蓝色通道应该是空的，因此是零矩阵。

另请注意，当我们说灰度时，我们实际上指的是indexed image。因此，您可以通过应用colourmap 将其设为彩色图像。如果您要应用从黑色到红色的颜色图，那么您的 2D 矩阵将显示为上面的红色图像。问题是，MATLAB 怎么知道要应用什么颜色图？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，问问自己，如果您将两个颜色通道设置为零，您希望图像看起来像什么？唯一合乎逻辑的答案就是您在上面创建的单独的颜色通道图像。

如果您愿意，请尝试将您的问题改写为“MATLAB 还能如何实现这一点？”。换句话说，如果您的红色通道是 2D 图像，MATLAB 怎么知道它是红色通道而不是绿色通道或灰度图像？挑战自己，想出一种更实用的方法来表示这些数据。我认为这个练习会让你相信 MATLAB 在这个问题上的设计选择的优点。

另外值得注意的是，许多文件格式，例如.bmp，以同样的方式工作。