【正文】 s dialog box is designed to meet the needs of some image processing methods. We can easily pare the image processing effect in different approaches and in different parameters. Finally, The software testing shows that the system could run stably and have a friendly user interface and an easy operation. So it has achieved the desired requirements and could provide some practical value and reference value. Keywords: digital image processing , software, C 2020屆電子信息工程 專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 1 第 1 章 緒 論 隨著信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，為數(shù)字圖像處理的發(fā)展提供了廣闊的空間。 近幾十年來由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，圖像處理技術(shù)也得到了空前的發(fā)展和應(yīng)用。隨著圖像處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用，學(xué)習(xí)和掌握這門科學(xué)顯得格外重要，圖像處理已經(jīng)成為信息技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的核心課程。 課題研究的目的和意義 視覺是人類從大自然中獲取信息的最主要的手段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在人類獲取的信息中，視覺信息約占 60％，聽覺信息約占 20％，由此可見視覺信息對(duì)人類的重要性，而圖像正是人類獲取視覺信息的主要造徑。 因此 獲得圖 像信息非常重要，但目的不僅僅是為了獲得圖像，而更重要的是將圖像信息進(jìn)行處理，在大量復(fù)雜的圖像中找出我們所需要的信息。因此圖像信息處理在某種意義上講，比獲得圖像更為重要，尤其是在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的時(shí)代，對(duì)圖像信息處理提出了更高的要求，以便更加快速、準(zhǔn)確、可靠地獲得有用信息。 圖像以數(shù)字形式進(jìn)行處理和傳輸，具備質(zhì)量好、成本低、小型化和易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，因此數(shù)字圖像處理技術(shù)己經(jīng)成為圖像處理研究的核心部分。 考慮到商業(yè)化的數(shù)字圖像處理軟件價(jià)格昂貴，并且 大都功能強(qiáng)大，需要好一陣子適應(yīng)，普通的用戶根本用不到那么多的功 能 ， 不利于學(xué)習(xí)和使用，因此可以自己開發(fā)一套數(shù)字圖像處理軟件系統(tǒng)，滿足數(shù)字圖像處理的基本需求。 其次， 利用一個(gè)設(shè)計(jì)良好的簡(jiǎn)單的小圖形圖像處理程序可以用于教學(xué)演示的目的，展示基本的 數(shù)字 圖像處理技術(shù) 在處理圖像上的 效果。 部分代碼相對(duì) 獨(dú)立的封裝成類 ， 也 可以 被今后開發(fā)的 需要 圖像處理方面功能的軟件的所重用 。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前國(guó)內(nèi)外有很多關(guān)于 通用和專用 圖像處理軟件，各個(gè)軟件的應(yīng)用目的和側(cè)重點(diǎn) 有所 不同。 常見的可用作圖像處理的軟件有： Adobe photoshop 張洪銘：基于 C的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的開發(fā) 2 在各種圖像處理軟件中， Photoshop 以其強(qiáng)大 、 完善的圖像編輯和處理功能 ， 友好的界面 ， 成為設(shè)計(jì)領(lǐng)域首屈一指的軟件 。它作為目前世界上最優(yōu)秀的平面圖像處理軟件之一，其成功之處在于其操作界面簡(jiǎn)單靈活和功能的不斷完善，此外，還增加了網(wǎng)頁(yè)圖片的制作功能，其捆綁發(fā)行的 ImageReady 可將用戶處理的圖像保存在網(wǎng)頁(yè)上進(jìn)行發(fā)布，用戶還可輕松的制作網(wǎng)頁(yè)動(dòng)畫。 不過，Photoshop 主要是基于廣告策劃和圖像修飾的商業(yè)軟件，是靜態(tài)的、封閉的，軟件功能在發(fā)布時(shí)就已經(jīng)確定，增加新功能或新算法或改進(jìn)性能只能寄希望于軟件升級(jí) 。 Matlab Matlab 已成為國(guó)際公認(rèn)的最優(yōu)秀的科 技應(yīng)用軟件之一，具有編程簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)可視化功能強(qiáng)、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)，而且配有功能強(qiáng)大、專業(yè)函數(shù)豐富的圖像處理工具箱，是進(jìn)行圖像處理方面工作 的優(yōu)秀 軟件工具。 但是 Matlab 程序不能脫離其環(huán)境運(yùn)行，要使用其功能必須安裝整個(gè)龐大的軟件包，因此在一些只需要簡(jiǎn)單處理方法的場(chǎng)合下，也就無需使用 Matlab。 由于這些軟件在實(shí)際運(yùn)用的時(shí)候都會(huì)產(chǎn)生這樣或那樣的問題， 因此可以自己開發(fā)一套數(shù)字圖像處理軟件系統(tǒng)，滿足數(shù)字圖像處理的基本需求。 數(shù)字圖像處理概要 數(shù)字圖像 的 主要特點(diǎn) 1)再現(xiàn)性好 數(shù)字圖像處 理與模擬圖像處理的根本不同在于，它不會(huì)因圖像的存儲(chǔ)、傳輸或復(fù)制等一系列變換操作而導(dǎo)致圖像質(zhì)量的退化。 2)處理精度高 按目前的技術(shù)，幾乎可將一幅模擬圖像數(shù)字化為任意大小的數(shù)組，這意味著圖像的數(shù)字化精度可以達(dá)到滿足應(yīng)用需求。 3)適用面寬 圖像可以來自多種信息源，可以是可見光圖像，也可以是不可見的波譜圖像（例如 X 射線圖像、射線圖像、超聲波圖像或紅外圖像等）。 4)靈活性高 2020屆電子信息工程 專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 3 由于圖像的光學(xué)處理從原理上講只能進(jìn)行線性運(yùn)算，這極大地限制了光學(xué)圖像處理能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。而數(shù)字圖像處理不僅能完成線性運(yùn)算，而 且能實(shí)現(xiàn)非線性處理，即凡是可以用數(shù)學(xué)公式或邏輯關(guān)系來表達(dá)的一切運(yùn)算均可用數(shù)字圖像處理實(shí)現(xiàn)。 數(shù)字圖像處理應(yīng)用領(lǐng)域 從 20世紀(jì) 60年代起，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高和普及，數(shù)字圖像處理學(xué)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期， 圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域 已經(jīng) 涉及到人類生活和工作的方方面面。 1)航天和航空方面的應(yīng)用 數(shù)字圖像處理技術(shù)在航天和航空方面的應(yīng)用，除對(duì)月球、火星照片的處理之外，另一方面的應(yīng)用是在飛機(jī)遙感和衛(wèi)星遙感技術(shù)中。利用各類衛(wèi)星所獲取的圖像進(jìn)行資源調(diào)查（如森林調(diào)查、海洋泥沙和漁業(yè)調(diào)查、水資源調(diào)查等），災(zāi)害檢測(cè)（如病蟲害 檢測(cè)、水火檢測(cè)、環(huán)境污染檢測(cè)等），資源勘察（如石油勘查、礦產(chǎn)量探測(cè)、大型工程地理位置勘探分析等），農(nóng)業(yè)規(guī)劃（如土壤營(yíng)養(yǎng)、水份和農(nóng)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量的估算等），城市規(guī)劃（如地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水源及環(huán)境分析等）。 2)生物醫(yī)學(xué)工程方面的應(yīng)用 數(shù)字圖像處理技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程方面的應(yīng)用十分廣泛，而且很有成效。通過醫(yī)用顯微圖像的處理分析，可以進(jìn)行紅細(xì)胞、白細(xì)胞分類 ， 染色體分析 ， 癌細(xì)胞識(shí)別等。此外，在 X 光肺部圖像增晰、超聲波圖像處理、心電圖分析、立體定向放射治療等醫(yī)學(xué)診斷方面都廣泛地應(yīng)用圖像處理技術(shù)。 3)工業(yè)和工程方面的應(yīng)用 在 工業(yè)和工程領(lǐng)域中圖像處理技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，大大提高了工作效率，如自動(dòng)裝配線中質(zhì)量檢測(cè) ， 對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分類，印刷電路板疵病檢查，彈性力學(xué)照片的應(yīng)力分析，流體力學(xué)圖片的阻力和升力分析，郵政信件的自動(dòng)分揀，在一些有毒、放射性環(huán)境內(nèi)識(shí)別工件及物體的形狀和排列狀態(tài)，先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)中采用工業(yè)視覺等。 4)軍事公安方面的應(yīng)用 在軍事方面圖像處理和識(shí)別主要用于導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)，各種偵察照片的判讀，具有圖像傳輸、存儲(chǔ)和顯示的軍事自動(dòng)化指揮系統(tǒng)，飛機(jī)、坦克和軍艦?zāi)M訓(xùn)練系統(tǒng)等；公安業(yè)務(wù)圖片的判讀分析，指紋識(shí)別，人臉鑒別，不完 整圖片的復(fù)原，以及交通監(jiān)控、事故分析等。 張洪銘：基于 C的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的開發(fā) 4 第 2 章 數(shù)字圖像處理 理論 基礎(chǔ) 本章主要介紹 本軟件系統(tǒng)開發(fā)所需要用到的 圖像處理 理論知識(shí)，包括了數(shù)字圖像的表示，圖像的幾何變換、灰度變換、偽彩色增強(qiáng)，圖像的平滑去噪，圖像的邊緣檢測(cè)等相關(guān)理論知識(shí)的介紹。 數(shù)字圖像的表示 從計(jì)算機(jī)學(xué)的角度來看，所謂數(shù)字圖像可以理解為對(duì)二維函數(shù) f(x,y)進(jìn)行采樣和量化 (即離散處理 )后得到的圖像，因此，通常用二維矩陣來表示一幅圖像。將一幅圖像進(jìn)行數(shù)字化的過程就是在計(jì)算機(jī)內(nèi)生成一個(gè)二維矩陣的過程。數(shù)字化的過程包括3 個(gè)步驟：掃描、采樣和 量化。掃描是按照一定的先后順序?qū)D像進(jìn)行遍歷的過程，如按照優(yōu)先的順序進(jìn)行遍歷掃描，像素是遍歷過程中最小的尋址單元。采樣是指遍歷過程中，在圖像的每個(gè)最小尋址單元，即像素位置上對(duì)像素進(jìn)行離散化，采樣的結(jié)果是得到每一像素的灰度值，采樣通常由光電傳感器件完成。量化則是將采樣得到的灰度值通過模數(shù)轉(zhuǎn)器件轉(zhuǎn)換為離散的整數(shù)值。 綜上所述，對(duì)一幅圖像依照矩形掃描網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行掃描的結(jié)果生成一個(gè)與圖像相對(duì)應(yīng)的二維整數(shù)矩陣，矩陣中的每一個(gè)元素 (像素 )的位置由掃描的順序決定，每一個(gè)像素的灰度值由采樣生成，經(jīng)過量化得到的，每一個(gè)像素的灰度 值的整數(shù)來表示。因此對(duì)一幅圖像數(shù)字化所得到的最終結(jié)果是一個(gè)二位整數(shù)矩陣，即數(shù)字圖像。 1)采樣 采樣 (Sampling)是對(duì)圖像空間的離散化，它決定了圖像的空間分辨率。簡(jiǎn)單的來講，就是用一個(gè)網(wǎng)絡(luò) (如圖 所示 )把待處理的圖像覆蓋，然后把每一小格上模擬圖像的各個(gè)亮度取平均值，作為該小方格中點(diǎn)的值；或者把方格的交叉點(diǎn)處模擬圖像的亮度值作為該方格交叉點(diǎn)上的值。這樣，一幅模擬圖像變成只用小方格中點(diǎn)的值來代表的離散值圖像，或者只用方格交叉點(diǎn)的值表示的離散圖像。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)稱為采樣網(wǎng)絡(luò)，其意義是以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，采用某種形式 抽取模擬圖像代表點(diǎn)的值 。 2020屆電子信息工程 專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 5 圖 圖像的采樣示意圖 對(duì)一幅圖像采樣時(shí)，若每行 (即橫向 )像素為 M 個(gè)，每列 (即縱列 )像素為 N 個(gè)，則圖像大小為 MXN 個(gè)像素，從而 f(x,y)構(gòu)成一個(gè) MXN 的實(shí)數(shù)矩陣，如式 21 所示 。 ???????????????????)1,1()1,1()0,1()1,1()1,1()0,1()1,0()1,0()0,0(),(NMfNfMfnfffnfffyxf??????? 式（ 21） 其中每個(gè)元素為圖像 f(x,y)的離散采樣值，稱之為像元或像素。 在進(jìn)行采樣時(shí)，采樣點(diǎn)間隔的選取是一個(gè)非常重要的問題，它決定了采樣后圖像的質(zhì)量，即忠實(shí)于原圖像的程度。采樣間隔的大小選取要依據(jù)原圖像中包 含的細(xì)微濃淡變化來決定。一般，圖像中細(xì)節(jié)越多，采樣間隔就越小。 2)量化 采樣使連續(xù)圖像在空間離散化，但采樣所得的像素值 (即灰度值 )仍是連續(xù)量。把采樣后所得的各像素灰度值從模擬量到離散量的轉(zhuǎn)換稱為圖像灰度的量化。簡(jiǎn)單的說，量化使圖像灰度坐標(biāo)的離散化，它決定了圖像的灰度分辨率。量化的方法包括：分層量化、均勻量化和非均勻量化。分層量化是把每一個(gè)離散樣本的連續(xù)灰度值只分成有限多的層次。均勻量化是把原圖像灰度層次從最暗至最亮均勻分布為有限個(gè)層次，如果采用不均勻分層就叫做非均勻量化。一副圖像在采樣時(shí)，行列的采樣點(diǎn)與量 化時(shí)每個(gè)像素量化的級(jí)數(shù)，既影響數(shù)字圖像的質(zhì)量，也影響該數(shù)字圖像數(shù)據(jù)量的大小。假定圖像取 MXN 個(gè)樣點(diǎn)，每一個(gè)像素量化后灰度二進(jìn)制位數(shù)為 Q，一般 Q 總是取為 2 的整數(shù)冪，即 kQ 2? ，則存儲(chǔ)一幅數(shù)字圖像所需要的二進(jìn)制位數(shù)b 為 ： QNMb ??? ； 需要的 字節(jié)數(shù) B 為： 8/QNMB ??? 。 用有限個(gè)離散灰度值表示無窮多 個(gè)連續(xù)灰度必然會(huì)引起誤差，稱為量化誤 差 。張洪銘：基于 C的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的開發(fā) 6 對(duì)一幅圖像，當(dāng)量化級(jí)數(shù) Q 一定時(shí)，采樣點(diǎn)數(shù) MXN 對(duì)圖像質(zhì)量有著顯著的影響。采樣點(diǎn)數(shù)越多，圖像質(zhì)量越好 。當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)減少時(shí)，圖上的塊狀效應(yīng)也就逐漸明顯。同樣，當(dāng)圖像的采樣點(diǎn)數(shù)一定時(shí)，采用不同量化級(jí)數(shù)的圖像質(zhì)量也不一樣，量化級(jí)數(shù)越多，圖像質(zhì)量越好，當(dāng)量化級(jí)數(shù)越少時(shí)，圖像質(zhì)量越差，量化級(jí)數(shù)最小的極端情況就是二值圖像。 圖像的幾何變換 圖像的幾何變換其實(shí)就是圖像像素點(diǎn)位置的變換，包括圖像的平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、鏡像變換等。設(shè)原像素點(diǎn)的坐標(biāo)為 (x,y)，變換后的像素點(diǎn)坐標(biāo)為 (x1,y1)。 1)平移原理 使圖像在 x 軸方向平移 x0 個(gè)單位 ，在 y 軸方向上平移 y0 個(gè)單位，其變換公為： 01 xxx ?? ； 01 yyy ?? 。 2)縮放原理 對(duì)于圖像的縮小， 使圖像在 x 軸方向縮小 c 倍，在 y 軸方向上縮小 d 倍 ， 其變換公式為： cxx /1? ； dyy /1? ；對(duì)于圖像的放大，則需要進(jìn)行插值。 3)旋轉(zhuǎn)原理 對(duì)圖像繞原點(diǎn)順時(shí)針θ角旋轉(zhuǎn)變換 ， 其變換公式為： ?? sinco s1 yxx ?? ；?? co ssin1 yxy ??? 。 4)鏡像原理： 圖像的鏡像變換分為兩種：一種是水平鏡像，另一種是垂直鏡像。圖像的水平鏡像操作是以原圖像的垂直中軸線為中心，將圖像分為左右兩部分進(jìn)行對(duì)稱變換；圖像的垂直鏡像操作是以原圖像的水平中軸線為中心，將圖像分為上下 兩部分進(jìn)行對(duì)稱變換。鏡像變換后圖的高和寬都不變。 水平鏡像變換公式為： xx?1 ，ywy ??? 11 ；其中 w 為圖像的寬度。垂直鏡像變換公式為： xhx ??? 11 ， yy?1 ；其中 h為圖像的高度。 圖像的灰度變換 灰度變換可使圖 像對(duì)比度擴(kuò)展，圖像清晰，特征明顯。它是圖像增強(qiáng)的重要手段之一。它主要利用點(diǎn)運(yùn)算來修正像素灰度，由輸入像素點(diǎn)的灰度值確定相應(yīng)輸一出點(diǎn)的灰度值，是一種基于圖像變換的操作。灰度變換不改變圖像內(nèi)的空間關(guān)系，除了灰度級(jí)的改變是根據(jù)特定的灰度函數(shù)變換進(jìn)行之外，可以看作是 “ 從像素到像2020屆電子信息工程 專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 7 素 ” 復(fù)制操