Einfhrung in MATLAB Sebastian Zambanini Computer Vision Lab - PowerPoint PPT Presentation

Einführung in Visual Computing Einführung in MATLAB Sebastian Zambanini Computer Vision Lab Institut f. Rechnergestützte Automation TU Wien

Überblick  Allgemeines  Arbeiten mit MATLAB  Dateneingabe  Vektoren und Matrizen  Programme schreiben in MATLAB  Visualisierung/Bilder  Häufige Probleme, Tipps & Tricks 2 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

MATLAB-Übungen  Benötigte Tools für die Übung: MATLAB und Blender  Blender-Einführung morgen (11.3.2015)  Angaben für MATLAB-Einführungs- beispiel ab heute (15 Uhr) verfügbar  4 Teile  Basics  Triangles  Images  Transformations  Weitere Aufgaben im Laufe des Semesters, die mithilfe von MATLAB zu lösen sind (Kamerasensoren,…) 3 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Was ist MATLAB?  MATLAB = MAT rix LAB oratory  Software zur numerischen Berechnung mathematischer Probleme  Gegenstück: Mathematica, Maple für symbolische Algebra  Alternativen: eigentlich keine wg. des Umfangs Freier MATLAB-Klon: Octave (für die Übung nicht zu empfehlen, Octave-Lösungen werden nicht akzeptiert)  Hersteller: The MathWorks Inc.  aktuelle Version 8.4 (R2014b)  Viele Toolboxen für verschiedenste Anwendungsbereiche  Signalverarbeitung, Bildverarbeitung, Finanzmathematik, …  Proprietäre Programmiersprache 4 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Was ist MATLAB?  Vorteile  Interpreter und interaktive Befehlseingabe: Schnelle und einfache Entwicklung von Programmen ( Rapid Prototyping )  Gutes Hilfesystem  Sehr umfangreich und mächtig dank zahlreicher Toolboxen  Erweiterbarkeit: C oder FORTRAN Code durch mex-Bibliotheken  Grafische Ausgaben: Bilder, 3D Plots,….  Nachteile  Nicht frei verfügbar  Durch Interpretersprache vergleichsweise langsame Ausführung von Programmen 5 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Warum soll ich MATLAB erlernen?  Um die LVA zu bestehen ;-)  MATLAB kann für verschiedene Gebiete verwendet werden (z.B. Statistik, Optimierung, Signalverarbeitung,…)  Kann auch für spätere LVAs hilfreich sein und wird auch teilweise verwendet  MATLAB wird gerade in den Bereichen Bildverarbeitung, Computer Vision und Mustererkennung sehr häufig eingesetzt  Studierende des Bakk-Studiums 532 Medieninformatik und Visual Computing sowie Master-Studium 932 Visual Computing 6 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Wie kann ich MATLAB erlernen?  Die heutige Einführung ist ein guter Start  Aber wie immer: „Learning by doing“  Probieren Sie die heute vorgestellten Code-Beispiele zuhause oder im Labor aus  Einführungsbeispiel: MATLAB Basics  MATLAB Primer http://www.mathworks.com/help/pdf_doc/matlab/getstart.pdf Erstes Kapitel: „Quick Start“  MATLAB ist leicht zu erlernen und bietet ein umfangreiches Hilfesystem  help befehl bzw. doc befehl  Wenn Sie nicht mehr weiterwissen  Google  www.informatik-forum.at  Tutoren im Pac-Man-Raum (Favoritenstrasse) zu den betreuten Übungszeiten 7 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Benützung von MATLAB für die LVA  Lokale Installation auf eigenem Rechner  MATLAB-Studentenversion für Windows, Mac und Linux über ZID erhältlich ( € 13,90): http://www.sss.tuwien.ac.at/sss/mla/  In den Labors Favoritenstrasse  Einloggen per ssh auf Servern thales.inflab.tuwien.ac.at oder euklid.inflab.tuwien.ac.at  In der Linux-Umgebung in der Shell ssh – X thales oder ssh – X euclid eintippen  Account-Daten und Details zur Benützung werden noch bekannt gegeben 8 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

MATLAB Desktop Arbeitsverzeichnis Workspace : Variablen im Speicher Current Folder : Dateien im aktuellen Command Window : Eingabe von Arbeitsverzeichnis Befehlen Command History : Liste aller eingegebenen Befehle Details : Details zu Datei 9 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Arbeiten mit MATLAB: Befehlseingabe  Zwei Möglichkeiten: Eingabe über Command Window oder Skriptdatei (sog. .m-File)  1. Command Window  Befehl wird nach dem Enter-Zeichen sofort ausgeführt  2. Skript Datei mytest.m:  Durch den Befehl wird das gleichnamige .m-File gestartet, welches wiederum eine Folge von Befehlen enthält  Erzeugen von .m-Files mithilfe des Editors edit dateiname.m  Kommentare mit %  Ein Semikolon ( ; ) unterdrückt die Ausgabe in der Kommandozeile 10 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

MATLAB Editor Skript starten (alternativ F5 drücken) 11 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Dateneingabe - Variablen  Keine Variablendeklaration erforderlich  Alle Variablen sind standardmäßig Fließkommazahlen doppelter Präzision (Typ double )  Einfache Konvertierung in andere Datentypen möglich ( single , uint8 , int16 …)  Variablennamen sind case-sensitive  Falls keine Variable für Rückgabewert angegeben wird: Standardvariable ans 12 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Dateneingabe - Vektoren  Eingabe der Werte in  Trennen der Spalten mittels , oder Leerzeichen  Trennen der Zeilen mittels ;  Zahlenreihen: von:schrittweite:bis bzw. von:bis 13 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Dateneingabe - Matrizen  Mehrere Zeilen und Spalten  Verschiedene Befehle zum Erzeugen von Matrizen  Nullermatrix: zeros(zeilen,spalten)  Einsermatrix: ones(zeilen,spalten)  Matrix mit Zufallszahlen: rand(zeilen,spalten)  … 14 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Zugriff auf Matrix- oder Vektor-Elemente  Zugriff auf Einzelelemente: A(zeile,spalte) = wert  Indizes beginnen bei 1!  Beim Überschreiten der Indexgrenzen wird die Matrixgröße angepasst und Elemente mit 0 aufgefüllt  Matrixbereiche ansprechen: Angabe der Zeilen und Spalten als Vektor 15 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Zugriff auf Matrix- oder Vektor-Elemente  Matrixbereiche können auch mit einem skalaren Wert befüllt werden  end : max. Indexwert  Transponieren (Zeilen und Spalten vertauschen) mittels  Alle Zeilen bzw. Spalten ansprechen mittels : 16 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Zugriff auf Matrix- oder Vektor-Elemente  Zugriff auf Elemente kann auch über logische Indizierung erfolgen  Benutzung einer logischen Indexvariable derselben Größe 17 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Bilder und Mehrdimensionale Arrays  Grauwertbild: Matrix (2D Array)  Es sind auch Arrays mit mehr als 2 Dimensionen möglich  Beispiel: RGB-Bild (3 Dimensionen)  Größe des Bildes anzeigen und roten Kanal extrahieren:  Bildauschnitt extrahieren 18 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Funktionen  Funktionen sind .m-Skripts mit Eingabe- und Rückgabewerten  Name der Funktion = Dateiname  Funktionen können auch Unterfunktionen haben, von außen ist aber nur die Hauptfunktion aufrufbar  Kein expliziter Befehl zur Parameterrückgabe, sondern einfaches Zuweisen der Rückgabevariable Datei absdiff.m: 19 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Workspace  Alle über Skripts oder Command Window erzeugten Variablen bleiben im Workspace, bis sie überschrieben oder explizit gelöscht werden  Funktionen haben einen lokalen, von außen unsichtbaren Workspace  Alle lokalen Variablen werden nach Beendigung der Funktion gelöscht  Anzeigen des Workspaces im Command Window: whos  Löschen von Variablen: clear variable  Löschen aller Variablen: clear all 20 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Programmflusssteuerung  while-Schleife  for-Schleife  if-else-Block 21 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Operatoren Vergleichsoperatoren können auch element- Vergleichsoperatoren weise angewendet < kleiner werden: Unterschied zw. > größer Matrix-Multiplikation <= kleiner gleich und elementweiser >= größer gleich Multiplikation: == gleich ~= ungleich Arithmetische Operatoren + Addition - Subtraktion * Matrix-Multiplikation / Matrix-Division ^ Matrix-Potenzierung .* Elementweise Multiplikation ./ Elementweise Division .^ Elementweise Potenzierung 22 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Vektorisierung  Nahezu alle Funktionen akzeptieren sowohl skalare als auch mehrdimensionale Eingaben  (for-) Schleifen werden sehr ineffizient ausgeführt  Schleifen können großteils vermieden werden Dauert 0,02 s Dauert 4,38 s 23 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Visualisierung  MATLAB stellt leistungsfähige Funktionen und Tools zur Visualisierung von Daten bereit, unter anderem: 3D Plots 2D Plots Mehrere Bilder Abbildungen 24 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

Figures  Visualisierungen werden in eigenen Fenstern (sog. figures) gezeichnet  figure öffnet ein neues Fenster  figure(n) wählt das n-te Fenster zum Zeichnen aus oder öffnet es, falls noch nicht vorhanden  close n schließt das n-te Fenster  close all schließt alle Fenster  Eine figure bietet zahlreiche Tools zur Untersuchung der Daten (Zoomen, Wertebereich anpassen,…) 25 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung

2D Plots  Plotten von Wertepaaren: plot(x,y,‘formatstring‘) : rote durch-  gängige Linie  Formatierung der Plots: doc plot 26 Sebastian Zambanini - EVC - MATLAB Einführung