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                        數字圖像處理軟件開發設計

                        添加時間:2019/09/23 來源:南京航空航天大學 作者:常奇峰
                        本文主要研究了數字圖像處理系統的設計與實現問題,為了用戶能夠直觀方便的使用,選用了 Visual C++ 6.0 開發用戶界面,為數字圖像處理處理算法的研究人員提供一個 GUI 平臺,供大家學習并研究圖像處理的技術方法。
                        以下為本篇論文正文:

                        摘 要

                          隨著科學技術的飛速發展,計算機應用領域的不斷開拓,一種全新的圖像處理方法——數字圖像處理技術應運而生,即利用計算機設備將圖像轉變成數字信息來進行保存、處理、傳輸和顯示。目前,數字圖像處理技術被廣泛應用在眾多的領域,而且其處理精度比較高,所以,開發一個好的數字圖像處理軟件至關重要。

                          本文設計了一個基于 VC++的數字圖像處理系統,系統中包括圖像處理技術的各個方面,涵蓋了數字圖像處理領域的大部分算法,并對相應的算法進行了實現。本系統具有很強的可移植性和擴展性。

                          本文以 BMP 文件的讀寫為切入點,相繼介紹了圖像處理領域的大部分算法:圖像幾何變換、正交變換、圖像增強、邊緣檢測,并詳細論述了各個算法的實現過程,對主要算法的實際應用效果進行了分析。實驗結果表明系統能夠滿足圖像處理的基本要求,而且還可以針對不同的處理目的,靈活地對圖像處理算法進行改進,從而選擇出最優處理算法,達到期望的處理效果。為了方便用戶觀察處理結果,更好的理解算法,本文設計了一個友好的圖形用戶界面,此界面操作簡單,使用方便,為數字圖像處理處理算法的研究人員提供了一個很好的圖像處理平臺。

                          關鍵詞: 數字圖像處理,VC++,BMP,處理算法,GUI

                        ABSTRACT

                          With the development of the science and technology,and with the exploitation of the field in computer application,a brand-new image processing method has emerged as the times require.That is digital image processing technology.With computer devices,this technology can change images to digital information for storing,processing,transforming and display.At present, digital image processing technology is widely used in many branches of science and technology,and due to the advantages of high processing accuracy,so, it is vital to develop and research a digital image processing sofware to us nowadays.

                          This paper designes a digital image processing system based on VC++,which includes all aspects of the image processing technology,coverts and realizes most of the processing algorithms in the fields.Besides,this soft system has strong portability and extensibility.

                          Entering upon the “read and write BMP”,this thesis successively introduces many image-processing algorithms including image geometric transformation,image orthogonal transformation,image enhancement,image edge detection.Then,it discusses the realization processes of each algorithm, additionally,the effects of the main algorithms are analyzed.It is proved by experiments that this system can meet fundamental need in image processing. Furthermore,aiming at certain purposes which should be achieved,the improvement about the algorithms could be made and then selected the optimal processing methods in order to reach the desired processing results. Eventually,designed a friendly graphical user interface,which is easier to observe the results and understand the algorithms. This interface is simple and easy to use, and provides a good image processing platform for the researchers of digital image processing algorithm.

                          Key Words: digital image processing, VC++,DIB, processing algorithms,GUI

                          圖像是人類獲取信息、表達信息和傳遞信息的重要手段。人出生以后第一次睜開眼睛,首先接收的就是各種各樣的圖像信息,因此有人說,圖像與生俱來是人類生活中最直觀、最豐富和最生動的信息表示形式。國外學者曾做過統計,人們從外界所獲取的信息有70%以上來自于視覺攝取的圖像[1],與文字或者語言信息相比,圖像包含的信息量更大,具有更廣泛的適用性和更高的使用效率。在當今科學技術迅速發展的時代,人們越來越多的利用圖像信息來認識和判斷事物,解決實際問題。

                          一幅靜態圖像可以用一個二維函數 f ( x , y )來表示,這里 x 和 y 表示二維空間中坐標點的位置,而 f 則代表圖像在點( x , y )的某種性質的數值。例如常用的圖像一般是灰度圖,這時 f表示灰度值,對應客觀圖像被觀察到的亮度。常見的圖像是連續的,即 f ( x , y )的值可以是任意實數。為了適應數字計算機的處理,必須對連續圖像函數進行空間和幅度數字化,經過數字化后的圖像稱為數字圖像。數字圖像是由有限的元素組成的,每個元素都有一個特定的位置和幅值,這些元素稱為圖像元素或像素。而數字圖像處理是指借用數字計算機處理數字圖像[2]。

                          數字圖像一般可以通過以下三種途徑獲取[3]:

                         。1)直接由二維離散數學函數生成數字圖像。

                         。2)將模擬圖像、物理圖像等可見圖像經過數字化處理轉換為數字圖像,例如將一幅照片通過掃描儀輸入到計算機中,掃描的過程實質上就是一個數字化過程。

                         。3)應用光電轉換設備可以直接得到數字圖像,例如數字相機使用CCD器件記錄影像,然后把CCD器件的電子信號轉換成數碼信號,并把所得到的數字圖像存入存儲器中。

                          無論采取哪種方式所獲取的數字圖像在數學上都是一個二維矩陣,因此,數字圖像處理的實質是將原始圖像變為目標圖像的過程,實質上是由一個矩陣變為另一個矩陣的數學過程。不管是圖像的放縮、圖像的幾何變換、圖像的灰度變換還是離散余弦等正交變換,本質上都是基于圖像矩陣的數學運算。

                          獲取圖像信息的目的不僅僅只是為了獲取圖像,更為主要的是對圖像信息進行加工處理,以滿足我們的視覺心理或者應用需求。因此,從某種意義上講,對圖像信息進行處理比圖像獲取更為重要。圖像處理一般是指數字圖像處理,所謂數字圖像處理就是指對一個物體的數學表示,即對一個二維矩陣施加一系列的操作,以得到所期望的結果。雖然某些處理也可以用光學方法或模擬技術實現,但它們遠不及數字圖像處理那樣靈活和方便,因而數字圖像處理成為圖像處理的主要方面。

                          既然圖像處理如此重要,那么開發一個好的數字圖像處理軟件也是十分必要的。MATLAB軟件雖然能夠對數字圖像進行方便的處理,并且其制作的界面也比較友好,但是由于其過于龐大,移植性和速度方面也很難與VC++相比。另外,由于商業化的VC++數字圖像處理軟件價格比較昂貴,而且不便于二次開發,所以自己利用VC++集成開發環境開發一套簡單的數字圖像處理軟件系統,本系統界面友好,不但能對現代光學測量中散斑和條紋圖像進行良好的處理,而且還能夠滿足一些簡單的數字圖像處理的需求,為以后的學習和研究奠定了基礎。

                          圖像處理軟件是用于處理圖像信息的各種應用軟件的總稱,現在國外比較流行的數字圖像處理軟件品種繁多。例如美國MathWorks公司出品的MATLAB軟件,功能十分強大,它主要應用于工程計算、信號處理與通訊、圖像處理等領域。MATLAB之所以稱為世界流行的科學計算與數學應用軟件,是因為它有著強大的矩陣運算和處理功能,具體表現在強大的數值計算功能、數據分析和科學計算可視化功能、強大的符號計算功能、強大的非線性動態系統建模和仿真功能、靈活的程序接口功能等方面[4]

                          。而數字圖像處理與矩陣運算具有密切的聯系,并且MATLAB圖像處理工具箱提供了豐富的圖像處理函數,熟練使用這些函數可以完成幾乎所有的圖像處理工作。應用MATLAB進行數字圖像處理可以節省大量編寫低層算法源代碼的時間,避免程序設計中的重復勞動,達到事半功倍的效果。另外,新版本的MATLAB在圖形用戶界面(GUI)的制作上作了很大的改善。MATLAB的不足之處是運行程序時需要安裝有MATLAB系統,可移植性能差,應用不方便,執行速度慢。

                          Microsoft Visual C++,簡稱 MSVC、VC++,是微軟公司的 C++開發工具,具有可視化的集成開發環境,稱為 Visual Studio。具有編輯 C 語言,C++等編程語言的能力,從傳統的 WindowsAPI 編程到 MFC 編程、再到基于組件的編程,Visual C++都為之提供了方便的設計工具,幾乎能夠完成 Windows 各個方面的應用。自 1993 年 Microsoft 公司推出 Visual C++1.0 后,隨著其新版本的不斷問世,所開發出來的應用程序運行速度快,代碼執行效率高,并具有一定的可移植性能。因此,Visual C++已成為專業程序員進行軟件開發的首先工具。目前最新的版本是Microsoft Visual C++ 2008,Visual C++ 6.0 是其經典版本。

                          Photoshop是Adobe公司開發的世界上最優秀的平面圖像處理軟件之一,集圖像掃描、編輯修改、圖像制作、廣告創意,圖像輸入與輸出與一體,在圖像處理及平面設計領域里,Photoshop一直都以界面美觀,操作方便,在圖像處理和電腦繪圖軟件領域里獨占鰲頭。Photoshop的功能非常強大,它支持多種圖像格式和顏色模式,能同時進行多色層處理。其繪畫功能和選取功能能使圖像編輯變得十分方便,圖像變形功能可用來制作特殊的視覺效果。Photoshop還采用開放式的結構,能接受常用的圖像輸入設備[5]。目前最新版本Adobe Photoshop CS4除了包含AdobePhotoshop CS3的所有功能外,還增加了3D和視頻流、動畫、深度圖像分析等。

                          Ulead公司的PhotoImpact是一款以個人用戶多媒體應用為主的圖像處理軟件,其主要功能是改善相片品質,進行簡易的相片處理并支持位圖圖像和矢量圖像的無縫組合,打造3D效果以及在網頁圖像方面的應用。它內置的各種效果要比Photoshop更加方便。

                          Painter是一款由加拿大Corel公司開發的圖形圖像軟件,是最優秀的電腦繪畫軟件之一,它結合了photoshop為代表的位圖圖像軟件和Illustrator freehand等為代表的矢量圖形軟件的功能和特點,在圖像編輯合成、特效制作、二維繪圖等方面均有突出表現。

                        數字圖像處理軟件開發設計:

                        原始圖像
                        原始圖像

                        平移后的圖像
                        平移后的圖像

                        圖像的傅里葉變換
                        圖像的傅里葉變換

                        圖像的沃爾什變換
                        圖像的沃爾什變換

                        線性變換后的圖像
                        線性變換后的圖像

                        灰度拉伸參數設置對話框
                        灰度拉伸參數設置對話框

                        閾值變換窗口
                        閾值變換窗口

                        二階導數邊緣檢測結果
                        二階導數邊緣檢測結果

                        目 錄

                          第一章 緒 論
                            1.1 研究的目的及意義
                            1.2 國內外研究現狀
                              1.2.1 國外研究現狀
                              1.2.2 國內研究現狀
                            1.3 本文主要研究內容與結構安排
                          第二章 數字圖像處理及 VC++簡介
                            2.1 數字圖像處理簡介
                              2.1.1 數字圖像處理的特點
                              2.1.2 數字圖像處理的目的和主要內容
                            2.2 VC++簡介
                              2.2.1 Visual C++開發語言的特點
                              2.2.2 Visual C++ 6.0 的特點
                              2.2.3 Visual C++ 6.0 及其開發環境
                            2.3 本章小結
                          第三章 數字圖像處理系統的總體設計
                            3.1 系統的總體框架設計
                            3.2 系統各模塊的設計
                            3.3 系統軟件界面設計
                            3.4 系統的特點
                            3.5 本章小結
                          第四章 數字圖像處理系統的實現
                            4.1 文件處理模塊
                              4.1.1 數字圖像基礎
                              4.1.2 設備無關位圖
                              4.1.3 認識 CDibImage 類
                              4.1.4 使用 CDibImage 類
                            4.2 幾何變換模塊
                              4.2.1 圖像平移
                              4.2.2 圖像縮放
                              4.2.3 圖像旋轉
                              4.2.4 灰度級插值
                            4.3 正交變換模塊
                              4.3.1 正交函數
                              4.3.2 傅里葉變換
                              4.3.3 快速傅里葉變換
                              4.3.4 離散余弦變換
                              4.3.5 沃爾什變換
                            4.4 圖像增強變換模塊
                              4.4.1 空域增強
                              4.4.2 頻域增強
                            4.5 邊緣檢測模塊
                              4.5.1 基于一階導數的邊緣檢測
                              4.5.2 基于二階導數的邊緣檢測
                            4.6 本章小結
                          第五章 總結與展望
                            5.1 總結
                            5.2 展望
                          參考文獻
                          致 謝
                          在學期間的研究成果及發表的學術論文

                        (如您需要查看本篇畢業設計全文,請您聯系客服索。

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