数字图像处理与机器视觉：VisualC与Matlab实现

1、摘要:根据数字图像处理教学的特点,研制开发了相应的实验教学软件,涵盖了几乎所有数字图像处理的有关内容和一些较新的研究成果,解决了数字图像处理教学中实验环节的矛盾。软件采用Visual C+语言编程,界面友好,具有较强的可移植性和可扩展性,可以使得学生形象的理解有关数字图像处理的内容。关键词:数字图像处理Visual C+实验系统杨顺辽收稿日期:2007年2月作者简介:杨顺辽(1973-,男,长江大学电信学院讲师,主要从事图像处理与模式识别方面的教学和研究工作。(长江大学电信学院湖北荆州434023基于Visual C+的数字图像处理实验软件开发数字图像处理是电子信息类专业非常重要的理论课程,是

2、信号处理中一个非常重要的领域,涉及的理论知识众多。仅仅通过理论教学学生很难掌握数字图像处理的基本原理,并且不能得到直观的认识。因此在数字图像处理的理论教学过程中必须与实验相结合,使学生通过实验消化和掌握图像处理的原理和用途。但是图像处理的算法最终要在计算机或其它硬件上实现,由于学生的编程实际经验限制,要求学生在短短的实验学时内(一般一个实验为两个学时编制出相应的程序是不现实的,因此开发较完善的实验教学系统成为数字图像处理课程教学的当务之急。国内很多高校在数字图像处理教学中基本没有实验环节,开设实验教学的也大都是利用Pho-toShop 等商用图像处理软件作为实验软件,或把Matlab 等包含图

3、像处理操作的软件直接用于图像处理实验中。也有大学自主开发出一些图像处理的实验软件或使用国外图像处理软件作为实验软件,但包含的内容不太全面。根据国内图像处理实验软件的现状开发设计本实验软件,包括了图像处理的几乎所有内容,而且引入了图像处理领域较新的处理成果,使学生不仅掌握图像处理的基本原理和内容,也能够了解图像处理的较新研究领域。学生在进行毕业设计或课程设计时也可以有效的利用本软件进行算法选择和组合试验,提高系统开发速度,有利于学生创新。一、软件组成框架实验软件系统采用基于Visual C+多文档的模块化程序设计,根据教学内容,主要包括图像处理中的点运算、几何变换、正交变换、图像增强、形态学处理

4、、边缘与轮廓、彩色变换与分割、特征提取、图像分析、图像复原、图像编码等模块内容,其中每一部分又包含了许多子功能模块,如点运算模块中包含了图像反色、线性变换、阈值变换、窗口变换、灰度拉伸、灰度均衡等功能,为了便于比较不同算法处理的结果,一些子模块中还包含了一些模块,如边缘与轮廓模块的子模块边缘检测中就包含了Robert 算子、Sobel 算子、Prewitt 算子、Kirsch 算子、Gauss_Laplace 算子、二值图像形态学边缘检测、非二值图像形态学边缘检测等功能,其具体框图如图1所示。软件所包含的内容极为全面,并加入了一些新的研究内容(如小波变换、彩色变换、JEPG 编码等内容,在保证

5、大部分学生掌握有关数字图像处理的基本内容时,也可以使一部分感兴趣的学生掌握一些较新的图像处理内容。李泽军(湖北国土资源职业学院湖北荆州434100图像处理实验系统点运算几何变换正交变换图像增强形态学处理边缘与轮廓彩色变换与分割特征提取图像分析图像复原图像编码图像反色线性变换阈值变换窗口变换灰度拉伸灰度均衡图像平移垂直镜像水平镜像图像转置图像缩放图像旋转傅立叶变换离散余弦变换沃尔什变换小波变换图像平滑中值滤波梯度锐化拉普拉斯锐化伪彩色编码腐蚀膨胀开运算闭运算细化形态学梯度边缘检测Hough变换轮廓提取种子填充轮廓跟踪R GB-HIS彩色分割图像合成区域标记参数计算阈值分割差影检测模板匹配模糊复原

6、噪声哈夫曼编码香农弗诺编码行程编码LZW编码JEPG编码二值图像非二值图像R obert算子Sobel算子R rewitt算子Kirsch算子Gauss Laplace算子二值图像形态学边缘检测非二值图像形态学边缘检测H分量S分量I分量固定阈值分割自动阈值分割卷积模糊卷积模糊+噪声逆滤波复原维纳滤波复原随机噪声椒盐噪声二、软件特点(一提供的实验软件具有以下一些优点:1、针对Photoshop 等商用软件理解和掌握图像处理基本知识的内容很少,而且可移植性和可扩展性差的特点,本软件内容丰富,涵盖图像处理领域的几乎所有内容,引入了小波变换、JPEG 编解码等新成果。具有很强的可移植性和可扩展性,可以

7、较方便的增加新的内容。2、针对Matlab 等界面不够友好的特点,本实验软件界面友好,凡是需要确定参数的算法都有设置参数的对话框,使用者可以方便的输入不同的参数,便于比较不同参数条件下的图像处理效果,从而使学生理解有关参数变化对处理结果的影响。软件界面如图2所示(为图像增强处理时的界面,友好的界面使得对该软件的使用极为简单,当用户使用不当时都会有相应的提示(如在针对二值图像处理的算法中输入了非二值图像,系统即会提示“本处理只针对二值图像,请输入一幅二值图像”,使用者根据提示即可方便的使用该软件。 图2软件界面图3、教师在教学过程中,可以方便地演示图像处理的某一内容的处理结果,在进行理论教学的同

8、时使学生知道该处理对图像的影响,从而加深学生对该理论和内容的理解。在实验教学中,教师可以提供给学生有关处理函数,去掉其中的处理算法源代码,让学生根据算法自己编写有关程序。学生在实验过程中只需考虑算法和程序的编写,不需要处理Visual C+的其它一些设置。这样可以保证学生在有限的实验时间内掌握有关理论和编写程序的方法,即使是那些对Visual C+编程不熟悉的学生,只要了解C+语言编程,都能在较短的时间内完成实验。图3为有关数学形态学处理的函数声明。图3数学形态学处理的有关函数WINAPI DilatonDIB(LPSTR LpDIBBits,LONG lWidth,LONG lHeight,

9、int nMode,int structure55;二值图像膨胀WINAPI OpenDIB(LPSTR lpDIBBits,LONG lWidth,LONG lHeight,int nMode,int structure55;/二值图像开运算WINAPI CloseDIB(LPSTR lpDIBBits,LONG lWidth,LONG lHeight,int nMode,int structure55;/二值图像闭运算WINAPI DetectMorphDIB(LPSTR lpDIBBits,LONG lWidth,LONG lHeight;/二值图像边缘检测WINAPI ThiningD

10、IB(LPSTR lpDIBBits,LONG lwidth,LONG lHeight;/细化WINAPI ErosionGrayDIB(LPSTR lpDIBBits,LONG lWidth,LONG lHeight;/非二值图像腐蚀WINAPI DilationGrayDIB(LPSTR lpDIBBits,LONG lWidth,LONG lHeight;/非二值图像膨胀WINAPI GradeGrayDIB(LPSTR lpDIBBits,LONG lWidth,LONG lHeight;/形态学梯度WINAPI DetectGryDIB(LPSTR lpDIBBits,LONG lW

11、idth,LONG lHeight;/非二值图像边缘检测4、本软件不仅可以作为理论教学演示和实验软件,而且在学生进行课程设计或毕业设计(论文时可以大大减少学生的编程时间。教师根据题目要求告知学生应该达到的目的,学生根据要求可以利用本软件进行逐步的试验处理,选择出最优处理方法和处理步骤,选择出最佳的参数设置,然后再编写自己的软件。当处理结果不能完全满足要求时,学生可以知道具体是哪个或哪些处理步骤不能满足要求,从而有针对性的对算法加以改进或重新组合,减少了学生对同一处理过程的不同处理方法的重复编程时间,便于学生对有关处理进行改进或创新。5、本软件配以传真机、摄像机或照相机、绘图仪、打印机、A/D及

12、D/A转换器等外部设备,即可组成数字图像处理系统,该系统包含了图像的采集、数字化、处理、模拟化和图像输出显示等各个功能,便于学生了解数字图像处理的完整过程。(二软件有待改进之处根据本软件的使用结果,主要具有以下一些不足和需要改进之处:1、本软件程序是针对256色BMP图像而设计的,在处理其它格式的图像之前,必须将图像转换为256色BMP格式。2、处理后的图像覆盖了处理前的图像,不能同时显示处理前和处理后的图像,不便于直观的比较处理效果。3、软件中应该加入一些比较成熟简单的图像处理系统,如简单的指纹识别、车牌识别系统等,便于学生对图像处理中一个完整的处理系统有比较全面的认识。三、结论针对目前数字图像处理实验教学的现状,提供了基于Visual C+的数字图像处理实验软件。该软件包含的内容较新较全面,界面友好,交互性强,可以保证学生在一定的时间内完成数字图像处理的有关实验,使学生对数字图像处理的有关理论有比较直观深刻的理解,从而提高数字图像处理的教学效果。如果学生要编写自己的图像处理系统,如进行毕业设计时,可以利用本软件选择不同的方法进行组合试验,从而使学生在较短时间内选择出最佳的处理方法,达到优化设计结果的目的。当算法不能完全满足要求时,学生可以将精力放在对算法的改进上,便于提高学生的创新意识和能力。参考文献1盛利元,李宏言,孙