（控制理论与控制工程专业论文）基于皮革胶原显微图像处理与分析的研究与实现.pdf

基于皮革胶原显微图像处理与分析的研究与实现 摘要 计算机图像处理分析技术是计算机技术领域中一个重要的部分，常见的 图像处理包括图像的采集和获取，图像的变换、滤波、增强、恢复或复原及 图像的边缘检测和图像分割等。 在图像处理技术的各个分支中涌现了大量的研究成果，许多研究人员针 对不同的处理对象及应用需求提出了各种不同的图像处理方法。因此，图像 处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的、开拓性成就。目前 己经成为工程学、计算机科学、信息科学、统计学、物理学、化学、生物学、 医学甚至社会科学等领域各学科之间学习和研究的对象。然而将其运用于皮 革领域却几乎为零。而动物皮的组织结构研究在皮革科学中占有极其重要的 地位。皮革组织结构是决定皮革质量的内在因素，它是指皮革的胶原纤维状 态，通常可用三个指标来表征：松散度，编织角度，均匀度。 松散度：皮革经过一系列处理后，纤维被松散的状态，在组织切片( 纵 切片) 上可以由a ：纤维与纤维之间的间隙反映，通常间隙大表示松散，小 表示紧密；和b ：纤维本身的粗细反映，通常粗的表示松散不好，细的表示 松散。 编织角度：纤维与纤维之间编织角度，通常可由水平切片上纤维的编织 状态来反映，垂直( 9 0 度) 编织最紧密，皮革强度最好，但是可能会影响 皮革弹性、柔性等。 均匀度：是指纤维间隙的均匀程度，或者是指纤维粗细的均匀程度。前 者可以由水平切片上截面之间空隙的均匀程度来反映，后者可由纵切片上的 纤维截面积的均匀程度来反映。 本文从应用计算机模拟和定量分析的角度出发，以皮革显微图片为材 料，通过定量显微学和现有的技术参数建立数学模型，运用计算机高级语言 v c + + 为开发工具，以分析皮革中皮纤维胶原的松紧度、编织角度和均匀度为 目的，尽量按像素点的精确度来对胶原组织结构显微图片中胶原纤维截面积 大小、所占比例、胶原纤维均匀度以及编织角度进行测试分析，以使所得参 数与真实参数之间的误差达到最小。为使数据资源( 包括显微图片、计算机 像素处理后的多组图、定量分析后所得的各种参数等) 得到长期保存并有效 地使用和管理，并满足快速查询与检索的要求，需要对数据库的结构进行设 计，这里我们采用关系模型对数据库的库结构进行模型设计，数据库的模型 设计为：原显微图片编号、分析后的图片组编号、图片处理对象物质名称、 处理所得参数误差等。并以此基础建立相应的数据库进行管理的综合软件 包。 关键词：皮革，胶原，纤维，定量分析，显微图片 r e s e a r c ha n dr e a ij z 蜘o no fm i c r o g r a p h p r o c e s s i n ga n da n a iy z i n gb a s e do n l e a t h e rc o l l a g e n t h ec o m p u t e ra n a l y z i n gt e c h n o l o g yi sa ni m p o r t a n tp a r to ft h et e c h n i c a l f i e l do ft h ec o m p u t e r , w h i c hi n c l u d e sc o l l e c t i n ga n do b t a i n i n gp i c t u r e ，c h a n g i n g ， f i l t r a t i n gw a v e ，s t r e n g t h e n i n g ，r e s u m i n go rr e c o v e r i n g ，i n s p e c t i n gt h ee d g eo f p i c t u r ea n dd i v i d i n gap i c t u r e ，a n ds oo n p l e n t y o f r e s e a r c h i n gr e s u l t i n ga p p e a r s i nt h ev a r i o u sb r a n c h e so f i m a g e p r o c e s s i n gt e c h n o l o g i e s m a n yr e s e a r c h e r sb r i n gf o r w a r dal o to fd i f f e r e n t m e t h o d so fi m a g ep r o c e s s i n ga c c o r d i n gt od i f f e r e n tc o n d i t i o n s t h e r e f o r e ， i m a g e p r o c e s s i n gt e c h n o l o g yi nm a n yf i e l d so fa p p l i c a t i o ni sw i d e l yb e c o m i n g f o c u sa n da g r e a t d e a lo fa c h i e v e m e n t sh a sb e e n g a i n e d a tp r e s e n t ， i m a g e - p r o c e s s i n gt e c h n o l o g yh a sb e e nb e c o m i n gt h es t u d i e do b j e c t o fm a n y s u b j e c t ss u c h 弱e n g i n e e r i n gs c i e n c e ，c o m p u t e rs c i e n c e ，i n f o r m a t i o ns c i e n c e ， s t a t i s t i c s ，p h y s i c s ，c h e m i s t r y , b i o l o g y , m e d i c a ls c i e n c ee v e ns o c i a ls c i e n c ea n d s o o n h o w e v e r , i m a g e - p r o c e s s i n gt e c h n o l o g yi sh a r d l ya p p l i e dt ol e a t h e rf i e l d a n d t h es t u d yo nt h et i s s u es t r u c t u r eo fa n i m a ll e a t h e ro c c u p i e si m p o r t a n ts t a t u s e x t r e m e l ya m o n g l e a t h e rs c i e n c e l e a t h e rt i s s u es t r u c t u r ei sai n h e r e n tf a c t o rt o d e t e r m i n el e a t h e rq u a l i t y , w h i c hr e f e r st ot h eg u m m ya n df a b r i cs t a t eo ft h e l e a t h e r - i tu s u a l l yh a st h r e ec h a r a c t e r s ：i n c o m p a c te x t e n t ，w e a v i n gt h ed i r e c t i o n o fa n g l e ，t h ee q u a le x t e n t d i s p e r s i n g e x t e n t ：a f t e rl e a t h e rp r o c e s s e d s t e pb ys t e p ，i t s f i b e r sh a s b e c o m el o o s e ，w h i c hw a ss h o w no nt h em i c r oo r g a n i z a t i o naa n db am a i n l y s h o wt h eg a pb e t w e e nf i b e ra n df i b e r , t h eb i gw h i c hu s u a l l yi l l u s t r a t e si t s i n c o m p a c ta n dt h es m a l lw h i c hs h o w si t sc o m p a c t ；a n dbm a i n l yd e m o n s t r a t e i t st h i no rt l l i c k w e a v i n gd i r e c t i o n ：i t st h ea n g l eb e t w e e nf i b e ra n df i b e r t h a ti ss h o w n u s u a l l yb yt h es t a t eo fm i c r o s c o p i cl e v e l v e r t i c a l ( 9 0d e g r e e s ) w e a v i n gi st h e t i g h t e s ta n dt h ei n t e n s i t yo ft h et y p eo fl e a t h e ri st h eb e s t ，b u tv e r t i c a l ( 9 0 d e g r e e s ) w e a v i n gm a ya f f e c tl e a t h e r sf l e x i b i l i 哆a n dp l a s t i c i t y t h ed e g r e eo fc o n s i s t e n c yr e f e r st ot h ee v e ni n t e n s i t yo ft h ef i b r o u si n t e r v a l o rt h ee v e ni n t e n s i t yo ff i b r o u st h i c k n e s s t h ef o r m e rc a nb ed e m o n s t r a t e db yt h e e v e ni n t e n s i t yo ft h eh o r i z o n t a ls l i c eg a pa n dt h el a t t e rc a nb er e f l e c t e db yt h e e v e ni n t e n s i t yo ft h ev e r t i c a ls l i c eg a p f o rt h i sr e a s o n ，a l lk i n d so fv o l u m ep e r c e n to ft h eg l u e ys t r u c t u r ed i a g r a m i sa n a l y z e db yt h en u m e r a le x p r e s s i o na n da n a l y z e dt h ec o n t e n ta n dd i f f e r e n c ei n t h i sa r t i c l ei no r d e rt od r a wo u tt h ed i s p e r s i n ge x t e n t ，w e a v i n gd i r e c t i o nt h e d e g r e eo fc o n s i s t e n c yb yu s i n gt h eb o d yw a t c h i n gp r i n c i p l ec o m b i n e dw i t ht h e q u a n t i t a t i v em i c r ol o g y , b ya p p l y i n gt h ea d v a n c e de x p l o i t i n gs o f t w a r et h a tm a y u s en a t u r a l l a n g u a g e ，b yb u i l d i n g t h e p a r a m e t e re q u a t i o n u s e d p e r f e c t e d t e c h n o l o g ya n db ya p p l y i n gc o m p u t e rs i m u l a t i o na n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s t h e s l i c e da r e ao ft h eg l u e ys t r u c t u r e ，i t sp r o p o r t i o n ，t h ee v e ne x t e n to ft h eg l u e y f i b e r a n dt h ew e a v i n gd i r e c t i o na r et e s t e da n da n a l y z e da c c o r d i n gt ot h e p r e c i s i o no ft h eg l u e yf i b e rs t r u c t u r ep i c t u r ei no r d e rt h a tt h ee r r o rb e t w e e n c a l c u l a t i n gp a r a m e t e ra n da c t u a lp a r a m e t e ri st h el e a s t t h es t r u c t u r eo fd a t a b a s e n e e db ed e v i s e dt os a v et h ed a t ar e s o u r c ef o r e v e ri n c l u d i n gm i c r op i c t u r e s ，t h e p r o c e s s e da n dc o m b i n e dd i a g r a m sa n da l lk i n d s o fp a r a m e t e rt h a th a sb e e n a n a l y z e da n dg a i n e d ，a tt h es a m et i m et os a t i s f yt h er e q u i r e m e n t o fc h e c k i n ga n d s e a r c h i n gq u i c k l y h e r et h er e l a t i o nm o d e lw a sa d o p t e di nt h ed a t a b a s es t r u c t u r e a n dt h ec o r r e s p o n d i n gm o d e li sd e v i s e dw h i c hi n c l u d e ss e r i a ln u m b e ro ft h e o r i g i n a lp i c t u r e ，t h es e r i a ln u m b e ro fg r o u pp i c t u r e sh a v i n gb e e na n a l y z e d ，t h e n a l n eo fi n g r e d i e n ti np i c t u r e s ，t h em a t e r i a ln a m ea n dt h ep a r a m e t e re r r o ra n ds o o n t h ec o r r e s p o n d i n ga n dc o m p r e h e n s i v es o f t w a r ew i mr e l a t i o nd a t a b a s ei s d e s i g n e do u tt h a ti sb a s e do nt h e s e k e y w o r d s ：l e a t h e r , c o h a g e n ，f i b r e ，q u a n t i t a t i v ea n a l y s i s ，m i c r o g r a p h i v 基于皮革胶原显微图像处理与分析的研究与实现 1 绪论 1 1 序言 人类传递信息的主要媒介是语音和图像。据统计，在人类接受的信息中，听觉信息 占2 0 ，视觉信息占6 0 ，其他如味觉、触觉、嗅觉总的加起来不过占2 0 。因此视觉 是人类在生命中至为关键的感觉和体验之一，视觉在人脑中的体现便为图像( i m a g e ) 。 “百闻不如一见”，人们习惯于以图像的方式来了解世界、表示数据、传递信息和进行交 流。图像不仅是人们从客观世界获取信息的重要来源，同时又是人类视觉延续的重要手 段，并且对国计民生有重要意义i t i 。 虽然图像处理技术必不可少( 例如为了实现人机对话和自然的人机接口，特别是需 要人去参与观察与判断的情况下) ，但是当今的计算机都是数字计算机，用计算机来进行 图像处理的只能是数字图像。而任何一幅模拟图像都能用a i d 转换装置将其转换为数字 图像。所以，数字图像处理的发展是和计算机的发展分不开的。它的优点是处理精度高， 处理内容丰富，可进行复杂的非线性处理，有灵活的变通能力，一般来说只要改变软件 就可以改变处理内容。其缺点是处理速度还是一个问题，特别是进行复杂的处理更是如 此。随着计算机速度的提高和图像处理算法的改进，数字图像处理在图像处理中所占的 比重越来越大，起着越来越重要的作用，因此，现在所指的图像处理大部分是针对数字 图像处理，对数字图像处理的研究是当前图像处理发展的重点1 2 1 。 1 2 计算机图像处理及分析的发展状况 计算机图像处理分析技术是计算机技术领域中一个重要的部分，常见的图像处理包 括图像的采集和获取，图像的变换、滤波、增强、恢复或复原及图像的边缘检测和图像 分割等等。 同时图像处理与模式识别、计算机视觉、计算机图形学等多个专业互相交叉，广泛 应用于生物医学、航空航天、交通、通信工程、文档处理和工业检测等多个领域。 计算机图像处理技术起源于2 0 世纪2 0 年代，当时通过海底电缆从英国伦敦到美国 纽约传输了一幅照片，由于采用了数字压缩技术，使传输时间从一个星期压缩到三个小 时。1 9 6 4 年美国的喷气推进实验室处理了太空船“徘徊者七号”发回的月球照片，这标 志着第三代计算机问世后数字图像处理概念开始得到应用”1 。 在图像处理技术的各个分支中涌现了大量的研究成果，许多研究人员针对不同的处 理对象及应用需求提出了各种不同的图像处理方法。因此，图像处理技术在许多应用领 陕西科技大学硕士学位论文 域受到广泛重视并取得了重大的、开拓性成就。目前己经成为工程学、计算机科学、信 息科学、统计学、物理学、化学、生物学、医学甚至社会科学等领域各学科之间学习和 研究的对象。随着图像处理技术的深入发展，数字图像检测技术也有了很大的进步。在 显微医学图像、红外成像检测等，特别是在工业检测方面使用数字图像处理与检测的手 段越来越多。然而，计算机图像处理对于皮革领域的运用却几乎没有。 1 3 课题背景及目的、内容及意义 动物皮的组织结构研究在皮革科学中占有极其重要的地位。长期以来，生皮在制革 过程中的组织结构的变化及其与成革性能的关系是制革工业的一大基础课题，许多中外 专家在这一领域进行了不懈的努力并取得了许多有重要理论价值和应用价值的研究成 果。比如，2 0 世纪5 0 年代初期原成都科技大学皮革组织学研究室提出并初步确定了猪 皮特有的编织模式，对制革过程中纤维结构的变化进行过较长时间的研究，并在其纤维 形态、纤维结构变化和酶作用机理方面提出了新见解m 。“六五”“七五”期间西北轻 工业学院皮革系经过近十年得努力，系统地研究了汉口路山羊皮和华北路山羊皮及其他 各路羊皮组织构造，及其在加工过程中的变化，成果汇编成图谱，集中反映了我国山羊 皮组织学研究的最新成果“，。 然而，皮革工业作为一个传统行业，其生产过程中的产品质量控制，甚至科学研究 中的许多指标的控制，仍然沿袭经验控制的模式，没有形成通过特性参数来控制质量。 作为皮革胶原的组织结构研究来说：目前主要是通过s e m t e m 、a f m 、m i d 以及光 学显微镜通过对纤维形态的进行研究，但是皮革中的纤维状态和成革的各种性能指标的 关系，目前只能通过有经验的制革人员的手摸眼看进行估计。 由此可见皮革纤维显微图像的处理及分析是皮革领域的一个重要方向，它的结构直 接决定革制品质量的优劣。然而，虽然计算机图像处理及分析在各个领域的成功应用， 但在皮革行业的应用却似乎被忽略了。 皮革组织结构是决定成革性能的内在因素，它是指皮革胶原的纤维形态，通常可用 三个指标来表征：均匀度、松散度、编织角度。 均匀度：是指纤维间隙的均匀程度，或者是指纤维粗细的均匀程度。前者可以由水 平切片上截面之间空隙的均匀程度来反映，后者可由纵切片上的纤维截面积的均匀程度 来反映。 松散度：皮革经过一系列处理后，纤维被松散的状态，在组织切片( 纵切片) 上可 以由a ：纤维与纤维之间的间隙反映，通常间隙大表示松散，小表示紧密；和b ：纤维 本身的粗细反映，通常粗的表示松散不好，细的表示松散。 编织角度：纤维与纤维之间编织角度，通常可由水平切片上纤维的编织状态来反映， 2 基于皮革胶原显微图像处理与分析的研究与实现 垂直( 9 0 度) 编织最紧密，皮革强度最好，但是可能会影响皮革弹性、柔性等。 如果能用以上三个参数准确地量化表征皮革胶原纤维状态，将为皮革组织结构状态 的检测与分析提供一种方便、可靠的途径，并为评价皮革纤维状态建立量化标准，以其 替代用语言文字来描叙的经验方式。 皮革质量通常有成革物理机械性能指标和感官指标来反映。物理机械性能指标可由 仪器测出，包括抗张强度、耐折牢度、撕裂强度、绷裂强度、负荷伸长率等。而感官指 标包括：丰满度、柔软度、弹性，目前无法由仪器测出，只能凭经验技师手模眼看评出 等级。由于目前尚不清楚皮革微观结构参数与成革宏观性能参数之间的定量关系，制革 生产上只能由经验技师手模眼看和对在制品切口的粗略判断来控制在制品的质量。 综上所述，皮革中皮纤维松紧度、编织角度和均匀度是决定皮革质量优劣的主要因 素，而目前这三项指标只能以经验技师的经验来粗略判断，为了填补计算机在此运用的 空白，本设计将以“黄牛皮鞋面革”为例进行采样，对皮革纤维形态的定量分析入手， 从应用计算机模拟和定量分析的角度出发，通过定量显微学和现有的技术参数建立数学 模型，运用计算机高级语言为开发工具，以分析皮革中皮纤维松紧度、编织角度和均匀 度为目的，开发一套专门用于分析皮革的显微图像的软件，以及用计算机分析含量和差 异，提取基本体视学参数，并以此基础建立相应的数据库进行管理的综合软件，以满足 缺乏计算机使用技能人员的使用，最大限度地推广软件包的应用范围。j 本文所设计的课题将为皮革组织结构状态的检测与分析提供一种方便、快捷、科学： 可靠的途径，有助于指导在生产中控制皮革纤维松散状态，最终达到控制皮革质量的目 的。将先进的计算机技术手段应用于古老的制革行业，为彻底地摆脱制革行业靠手摸眼 看的方式控制皮革质量的经验模式，实现程序化、自动化生产打下理论基础、提供现实 依据。 1 4 本章小结 本章作为引言，简要介绍了数字图像分析与处理的发展状况与应用、课题的背景及 其来源和意义，并且根据课题的要求确定了课题所要完成的工作。 3 陕西科技大学硕士学位论文 2 显微图像处理与开发环境简介 显微图像处理，即对计算机图像进行处理。在自然的条件下，显微图像并不能直接 由计算机进行分析，因为计算机只能处理数字而不是图片，所以一幅显微图像在用计算 机进行处理前必须先转化为数字形式。 在显微图像数字化过程中，每个图像上像素点位置的亮度被采样和量化，从而得到 图像所对应点上表示该点亮暗程度的一个整数值。对所有的像素都完成转化后，图像就 被表示成- 了可作为计算机处理对象的整数矩阵了。 图像处理的应用十分广泛，一按使用对象可分为两类。第一类是用于改善图像质量， 以供观察者使用。处理过程主要应用在出版印刷、医学诊断、遥感检测等方面i 目；第二 类作为机器视觉：t 在这一应用中，要求提取图像特征，抽象出目标属性和相互关系，然 后结合先验知识，由机器代替人完成所要求的识别和判断，主要在目标识别、检测分析 等方面t 6 1 。对于本模块的初步设计如下： 、 2 1 显微图像处理及数据分析的步骤和基本要求 以本论文所做的皮革显微图像处理与分析课题来说明图像处理的步骤。信息处理的 流程如图2 - 1 所示。 乱获取皮革显微图像。在本课题中以数码摄像的方式将显微图像转化为数字形式， 并将其存储于计算机中以供分析使用。 b 对皮革显微图像进行预处理，其中包括图像读取、图像色度和轮廓分析、去除图 像中多余污点和孤点，从而使图像达到计算机能够识别的标准、提高对比度和便于分析 的目的。 c 提取图像中皮革纤维的各种特征参数，如面积、编织角度等。 d 基于所提取的数字特征参数，应用统计分析和回归模型进行分析，从而得到最终 的均匀度、松散度、编织角度。 基于皮革胶原显微图像处理与分析的研究与实现 图2 - 1 信息处理的流程图 f i g2 - 1t r a n s a c ti n f o r m a t i o nf l o wc h a r t 2 3 显微图像色度和轮廓分析 在显微图像色度和轮廓分析中，根据人眼结构，所有颜色都可以看作是3 个基本颜 色，红皿，r e d ) ，绿( g ，g r e e n ) 和蓝0 3 ，b l u e ) - - - - 种不同的组合。区分颜色常用三种基本特 性量：亮度、色调和饱和度。色调和饱和度合起来称为色度。颜色可以用亮度和色度共 同表示。当把红、绿、蓝三色光混合时，通过改变三者各自的强度比例可得到白色以及 其他各种色调和饱和度的彩色。 c 5 r r + g g + b b 其中c 代表某一特定颜色，= 表示匹配，r ，g ，b 表示三原色，r ，g ，b 代表比例 系数，且有 r + g + b = l 由于图像色彩由以上所述r g b 构成，而图像中的纤维物质到图像背景出现逐步淡 化的情况，经过多次测试，采r g b = ( 2 4 5 、2 4 5 、2 4 5 ) 比较合理，故在色度和轮廓分 析时以r g b = ( 2 4 5 、2 4 5 、2 4 5 ) 为分界点。 2 4 显微图像的去除污点、孤点 去除污点和孤点是指去除影响数据分析的杂点。习惯上常用污点和孤点度标准进行 比较来判定污点和孤点大小，冶标规定将污点和孤点大小为8 级，用比较法判定污点和 孤点大小，只是粗略估计。公式如下： g = 0 0 9 n l 0 9 2 ) 一3 式中：n 为每平方毫米中的晶粒数：g 为污点和孤点度级别。在分离图像即消除非研 5 陕西科技大学硕士学位论文 究相后，由于在其他相中存在待测相的小碎点，或在待测相中有不连接的与待测向颜色 相同的点，后在待测相中有不连接的黑点。如果这些情况不加以处理，在统计污点和孤 点时，会使统计的污点和孤点数成倍增加，导致分析失败。所以去除孤点前需要先对各 像素点的八邻域像素和进行计算既八向填充算法。 2 5v i s u a lc + + 6 0 开发环境 v i s u a lc + + 6 0 是m i c r o s o f t 公司开发的基于a c + + 的集成开发工具，它是v i s u a l s t u d i o 中功能最为强大、代码效率最高的开发工具。开发一个简单的w i n d o w s 应用程序 也需要对w i n d o w s ：的编程原理有很深刻的认识，同时也要手工编写很多的代码。因为程 序的出错率几乎是随着代码长度的增加呈几何级数增长的，这就使得调试程序变得非常 困难。所以传统的w h i d o w s 编程是需要极大的耐心和丰富的编程经验的。近几年来，面 向对象技术无论是在理论还是实践上都在飞速地发展。面向对象技术中最重要的就是“对 象”的概念，它把现实世界中的气球、白行车等客观实体抽象成程序中的“对象”。这种 “对象”具有一定的属性和方法j 这里的属性指对象本身的各种特性参数。如气球的体 积，自行车的长度等，而方法是指对象本身所能执行的功能，如气球能飞，自行车能滚 动等。一个具体的对象可以有许多的属性和方法，面向对象技术的重要特点就是对象的 封装性，对于外界而言，并不需要知道对象有哪些属性，也不需要知道对象本身的方法 是如何实现的，而只需要调用对象所提供的方法来完成特定的功能。从这里我们可以看 出，当把面向对象技术应用到程序设计中时，程序员只是在编写对象方法时才需要关心 对象本身的细节问题，大部分的时间是放在对对象的方法的调用上，组织这些对象进行 协同工作。而以上的这些传统的编程困难在v i s u a l c “6 0 里变得很简单了。 v i s u a lc + + 6 0 是一种功能强大的通用程序设计语言，它提供了各种向导和工具帮助 我们来实现所需的功能，在一定程度上实现了软件的自动生成和可视化编程。 2 5 j lv 蜘m lc + + 6 0 的特点 v i s u a lc + + 6 0 与以前的版本相比有了多方面的改进。它的编译器、调试器、连接器、 编辑器、资源编辑器都有所加强，在编辑器中还提供了自动语句生成功能，编辑器会像 v i s u a lb a s i c 一样自动提示函数的参数、对象的成员。另外，v i s u a l 。c + + 6 0 还提供了很 多向导。m f c 提供了一些新的类，提供了更强大的数据访问功能。 用户可利用v i s u a lc + + 6 0 以两种方式编写w m 3 2 应用程序，一种方式是基于 w m d o w s a p i 的c 编程方式，另一种是基于m f c 的c + + 编程方式。 v i s u a lc + + 6 0 是用于开发w i n 3 2 环境程序，面向对象的可视化集成编程系统。它不 但具有程序框架自动生成、灵活方便的类管理、代码编写和界面设计集成交互操作、可 6 基于皮革胶原显微图像处理与分析的研究与实现 开发多种程序等优点，而且通过简单的设置就可使其生成的程序框架支持数据库接口、 o l e 2 、w i n s o c k 网络、3 d 控制界面。由于v i s u a lc + + 6 0 本身就是一个图形的开发界面， 它提供了丰富的关于位图操作的函数，对开发图像处理系统提供了极大的方便。因此， 它现在已经成为开发w i n 3 2 程序，包括图像处理程序的主要开发工具。 2 5 2 m f c 类库 v i s u a lc + + 一方面是一个c + + 实现，它提供了一个功能强大的集成开发环境；另一 方面，它提供了一些c + + 类库，其中最具影响力的是m f c ( m i c r o s o f t f o u n d a t i o n c l a s s e s ) 。 m f c 是m i c r o s o f t 公司为利用c + + 开发w i n d o w s 应用程序而提供的应用程序框架， 在这一应用框架的支持下，对于不同的应用程序，编程的任务主要是填写各自特殊部分 的代码。在很大程度上节省了编程的时间，使编程者的注意力都放在了所要重点编写的 算法与实现特殊的功能上。 m f c 的英文全称是m i c r o s o f tf u n d a t i o nc l a s s e s ，即微软的基本类库，m f c 的本质 就是一个包含了许多微软公司已经定义好的对象的类库，我们知道，虽然我们要编写的 程序在功能上是千差万别的，但从本质上来讲，都可以化归为用户界面的设计，对文件 的操作，多媒体的使用，数据库的访问等等一些最主要的方面。这一点正是微软提供 m f c 类库最重要的原因，在这个类库中包含了一百多个程序开发过程中最常用到的对 象。在进行程序设计的时候，如果类库中的某个对象能完成所需要的功能，这时我们只 要简单地调用已有对象的方法就可以了。我们还可以利用面向对象技术中很重要的“继 承”方法从类库中的已有对象派生出我们自己的对象，这时派生出来的对象除了具有类 库中的对象的特性和功能之外，还可以由我们自己根据需要加上所需的特性和方法，产 生一个更专门的，功能更为强大的对象。当然，你也可以在程序中创建全新的对象，并 根据需要不断完善对象的功能。 正是由于m f c 编程方法充分利用了面向对象技术的优点，它使得我们编程时极少 需要关心对象方法的实现细节，同时类库中的各种对象的强大功能足以完成我们程序中 的绝大部分所需功能，这使得应用程序中程序员所需要编写的代码大为减少，有力地保 证了程序的良好的可调试性。 最后要指出的是m f c 类库在提供的对象的各种属性和方法都是经过谨慎的编写和 严格的测试，可靠性很高，这就保证了使用m f c 类库不会影响程序的可靠性和正确性。 随着v i s u a lc + + 的发展，m f c 已经不是v i s u a lc + + 中唯一的类库了，其他还有a t l ， s t l 等。现在的技术发展状况，m f c 仍然存在，但是一些新兴的用户界面元素也被更新 到m f c 中。在定制m f c 应用程序时，v i s u a lc + + 使用方案这个概念来表示一个工程项 目。从概念来说，方案是一个容器，它可以包含了若干个工程及其相关项目。它的最大 7 陕西科技大学硕士学位论文 特点就是能管理与工程相关的多种类型的外部文件。 2 5 3 框架和文档 运用m f c 类库，可以通过程序向导来完成一些基本的框架。所谓的框架就是指应 用程序所具备的软件模块按照一定的结构组成的集合，它定义了程序结构的m f c 类库 中类的集合，它是v c + + 编程的骨架。m f c 的框架的核心是文档视结构( d o c u m e n t v i e w a r c h i t e c t u r e ) 。简单地说，文档一视结构就是将数据和对数据的观察或数据的表现相分 离，文档仅处理数据的读、写等操作，视则是显示和处理数据的窗口，视可以操作文档 中的数据。 m f c 框架的基本结构包括应用程序对象、主框架窗口、文档、视等，框架通过命令 和消息将它们结合在一起，共同对用户的操作作出响应。 ( 1 ) 应用程序的对象￥ 应用程序的对象类由c w m a p p 派生，一个应用程序有且仅有一个应用程序对象， 它负责应用程序实例的初始化和进程结束时的资源清除，以及创建和管理应用程序所支 持的所有文档模板的工作。 伪主框架窗口 主框架窗口是应用程序的主窗口。m f c 框架定义了两种基本的主框架窗口类，即单 文档接口s d i ：( s i n g l ed o c u m e n ti n t e r f a c e ) 主框架窗口类和多文档接m d i o v i u l t i p l e d o c u m e n ti n t e r f a c e ) 主框架窗口类。对于s d i ，视是主框架窗1 3 的子窗口；对于 m d i , 必须从c m d i c h i l d w n d 派生出主框架窗口的子窗口，视是该子窗口的子窗口。 ( 3 ) 文档 文档是用户通过f i l e 菜单里的o p e n 和s a v e 等命令来打开和存盘的数据单元。文档 类由c d o c u m e n t 类派生，文档是一个应用程序数据元素的集合，它构成应用程序所使用 的数据单元，另外，它还提供了管理和维护数据的手段。文档是一种数据源，数据源有 很多种，最常见的是磁盘文件，但它不一定是一个磁盘文件，文档的数据源也可以来自 串口、网络或摄像机输入信号等。 ( 4 ) 视 视类从c v i e w 或其子类( c e d i t v i e w ， c f o r m v i e w ，c r e c o r d v i e w ， c s c r o l l v i e w 等) 派生，是数据的用户窗口，为用户提供了文档可视的数据显示，它将文档的部分或 全部内容显示在窗口中。视还给用户提供了一个与文档中的数据进行交互的界面，它把 用户的输入转化为对文档中数据的操作。视图总是联系着一个特定的文档。它是一个子 窗，通常占据了文档框架的整个客户区。在单文档界面的应用程序中，视图填满了主框 窗的客户区。而在多文档界面的应用程序中。视图分别填满了各个文档框架( 即m d i 基于皮革胶原显微图像处理与分析的研究与实现 子框架) 的客户区。每个文档都会有一个或多个视显示，一个视既可以输出到屏幕窗口 中，也可以输出到打印机上。 ( 5 ) 文档 这种将数据和对数据的观察或数据的显示相分离的结构就是文档一视结构。这种结 构在很大程度上方便了编程的实现，因为这样一来，文档仅仅处理数据的实际读写操作， 视图仅仅是显示和处理数据的窗口。那么就可以通过在文档进行修改数据，可以也可以 不在视图里显示，或者在不同的视图里显示，这样对于每一个实现的功能都可以通过修 改文档的数据，再在视图里显示出来。 文档一视结构简化了应用程序的设计开发过程，这是因为： ( 1 ) 将数据操作、数据显示、用户界面分离。这种“分而治之”的思想使模块化分更 合理、模块独立性更强，同时也简化了数据操作和数据显示、用户界面的设计工作。文 档只负责数据管理，不涉及用户界面；视只负责数据输出与用户界面的交互，可以不考 虑应用程序的数据是如何组织的，甚至当文档中的数据结构发生变化时也不必改动视的 代码。 。 ( 2 ) m f c 在文档一视结构中提供了许多标准操作界面，包括新建文件、打开文件、保 存文件、打印等，减轻了用户的工作量。用户不必再编写这些重复的代码，从而可以把 更多的精力放到编写应用程序特定功能的代码上( 主要是从数据源中读取数据和显示) 。 ( 3 ) 支持打印和打印预览，用户无需编写代码或只需要编写很少的代码就可以为应用 程序提供打印和打印预览功能。同样的功能如果自己写的话，需要数千行代码。由于文 档一视结构功能强大，因此一般用v c + + 进行程序设计时，都首先使用a p p w m a r d 生成 基于文档一视结构的单文档或多文档应用程序框架，然后在其中添加自己需要的代码， 完成应用程序的特定功能。 2 6s q ls e r v e r2 0 0 0 开发环境 s q ls e r v e r 是一个关系数据库管理系统它最初是由m i c r o s o f ts y b a s e 和a s h t o n - t a t e 三家公司共同开发的于1 9 8 8 年推出了第一个0 s 1 2 版本在w - i n d o w s n t 推出后m i c r o s o f t 与s y b a s e 在s o l s e r v e r 的开发上就分道扬镳了。m i c r o s o f t 将s q l s e r v e r 移植到w i n d o w s n t 系统上专注于开发推广s q ls e r v e r 的w i n d o w sn t 版本s y b a s e 则较专注于s q l s e r v e r 在u n i x 操作系统上的应用在本书中介绍的m i c r o s o f ts q ls e r v e r 以后简称为s q l s e r v e r 或m ss q ls e r v e r 。 s q ls e r v e r2 0 0 0 是m i c r o s o f t 公司推出的s q ls e r v e r 数据库管理系统的最新版本该 版本继承了s q ls e r v e r7 0 版本的优点同时又比它增加了许多更先进的功能具有使用方 便可伸缩性好与相关软件集成程度高等优点可跨越从运行m i c r o s o f tw i n d o w s9 8 的膝上 9 陕西科技大学硕士学位论文 型电脑到运行m i c r o s o f tw i n d o w s2 0 0 0 的大型多处理器的服务器等多种平台使用。 结合以上环境，本课题的软件采用现今流行的三层c s ( 客户机c l i e n t 服务器s e r v e r ) 体系结构模式；用v i s u a lc + + 6 0 和s o ls e r v e r2 0 0 0 来开发，符合健壮性、高效性和安 全性的要求。 2 7 本章小结 本章简单了介绍本课题初期阶段进行图像处理和分析的一些思路和方法，以及开发 的环境的特性，为后续的系统总体方案设计提供铺垫和总体指导作用。 基- r 皮革胶原显微图像处理与分析的研究与实现 3 数据处理及数据库技术 数据指皮革胶原显微图片经过软件分析后所得到的显微图片中胶原面积、胶原的松 散度，胶原的松紧度以及胶原的编织角度等数据。数据处理指运用体视学原理分析得出 的胶原面积数据与以上的胶原面积数据进行对比，经过筛选得出更加精确的胶原面积数 据。同时从统计学的角度出发，对所得到的胶原面积、胶原的松散度，胶原的松紧度以 及胶原的编织角度等数据进行求平均值等运算，这在统计学中也称为简单的模型回归。 数据库方面指数据表项的设计，数据的存储，数据库中数据的对比以及报表的自动生成 和打印，由于v c + + 中对数据库表项的显示很复杂，故初步设想是利用水晶报表。对于 本模块初步设计如下： 3 1 数据处理 本文中的数据处理分为数据对比和数据模型回归，具体叙述如下： 3 1 1 数据的对比分析 数据的对比分析在此就要涉及到体现学原理中的一些知识。体视学研究的对象是组 织，在不同学科中因为研究的具体对象不同，对组织的定义不尽相同。为了在各学科都 能适用，在体视学中，取各学科定义中的共性，把组织定义为：“由互相依赖的各部分 以明确的形状构成的整体。”组织中的所谓部分，就是