【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于圖像處理和識(shí)別的灼熱絲火焰高度檢測(cè)摘要 隨著信息時(shí)代的蓬勃發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，使得多媒體技術(shù)特別是圖像處理技術(shù)越來(lái)越廣泛地得到了運(yùn)用，改變著人們的工作、學(xué)習(xí)和生活。在如今社會(huì)的各行各業(yè)，如醫(yī)療、工業(yè)生產(chǎn)、生活?yuàn)蕵?、衛(wèi)星航天等領(lǐng)域，都可以看到多媒體技術(shù)的身影，并且在其中扮演著越來(lái)越重要的技術(shù)角色，成為生產(chǎn)和生活中不可缺少的工具。在灼熱絲火焰高度的檢測(cè)運(yùn)用中，同樣可以通過(guò)采用多媒體技術(shù)中視頻、圖像處理的內(nèi)容得以實(shí)現(xiàn)。本文的研究?jī)?nèi)容，便是圍繞基于Microsoft Visual c++的多媒體技術(shù)中視頻、圖像處理技術(shù)在灼熱絲火焰高度檢測(cè)的運(yùn)用而展開的。以Microsoft Visual c++，首先運(yùn)用微軟提供的基于的流媒體處理的開發(fā)包DirectShow實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻圖像的采集，完成視頻流的捕獲，并存儲(chǔ)為AVI格式文件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)單幀圖像的實(shí)時(shí)抓取并保存為BMP位圖文件，以完成后續(xù)的圖像處理。對(duì)獲取的BMP位圖文件在系統(tǒng)界面上進(jìn)行顯示，通過(guò)閾值分割的方法，利用火焰的特征把待分析的火焰目標(biāo)從背景中分割出來(lái)，并通過(guò)圖像處理技術(shù)完成對(duì)火焰高度的測(cè)量。本設(shè)計(jì)在試驗(yàn)中取得良好效果，基本實(shí)現(xiàn)課題主要要求。全文貫徹了C++面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，具有良好的擴(kuò)展性和兼容性。關(guān)鍵詞：圖像處理、Visual C++、DirectShow、視頻捕獲、火焰高度AbstractWith the vigorous development of the information age and puter technology, the rapid developing multimedia technology, especially the image processing technology,bees more widely used, and changes the ways of people working, studying and living. All walks of life in today39。s society, such as the medical, industrial production, live entertainment, satellite aerospace and other fields, you can see the shadow of the multimedia technology which plays an increasingly important technological role ,and bees the production and life can not be lack of tools. The project of flame height measuring of burning wire , can also be achieved by the use of multimedia technology, video, image processing.This study is around the useof video, multimedia technology, Microsoft Visual C + + image processing technology in the project of flame height measuring of burning wire. Under the Microsoft Visual C + + development environment, firstly,I plete the capture of the video stream, and stored in AVI format files, while achieving on a single frame images of realtime grab and save it as a BMP bitmap file to plete the subsequent image processing,by using the DirectShow Development Kit provided by Microsoftbased streaming media processing on the video image acquisition. Then display the obtained BMP bitmap file in the system interface,use threshold segmentation method to separate the flame from the background through the flame characteristics,and plete the measure of flame height by image processing design achieved good results in the experiment, the basic realization of the subject of the main requirements.Keywords: image processing, the Visual C + +, DirectShow, video capture, flame height目 錄摘要 IAbstract II第一章 概述 1 1 1 2第二章 灼熱絲火焰高度檢測(cè)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì) 3 3（設(shè)計(jì)任務(wù)）： 保存與預(yù)處理 顯示BMP圖像 3 3 3 3第三章 視頻捕獲模塊——CVideoCapture類 6 6 6 DirectShow概述 6 Filter概述 7——CVideoCapture類說(shuō)明 9 10 10 17第四章 BMP圖像—CDib圖像類 23 BMP位圖概述 23 BMP文件結(jié)構(gòu) 23 23 24 位圖像素?cái)?shù)據(jù) 25 設(shè)備無(wú)關(guān)位圖類CDib類庫(kù)的建立 25 CDib類庫(kù)建立的必要 25 CDib類庫(kù)的設(shè)計(jì)目標(biāo) 26： 27—CImageProcess類 34 圖像處理技術(shù)簡(jiǎn)介 34 圖像分割技術(shù) 34 基于邊緣檢測(cè)的圖像分割 34 35 系統(tǒng)圖像分割要求與方案選擇 36 36 24位彩色位圖轉(zhuǎn)化為灰度圖 37 灰度圖的閾值分割與二值化 38 特定算法進(jìn)一步分離目標(biāo)火焰 40 火焰高度像素?cái)?shù)測(cè)量 44 高度像素比校正 45 火焰高度計(jì)算 46結(jié)束語(yǔ) 47參考文獻(xiàn) 48致謝 49第一章 概述隨著信息時(shí)代的到來(lái)，多媒體技術(shù)發(fā)展日新月異，特別是數(shù)字圖像處理技術(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療服務(wù)、生活?yuàn)蕵?、衛(wèi)星遙感等各個(gè)領(lǐng)域中起到了日益重要的作用，極大地豐富和推進(jìn)了人類的生產(chǎn)、生活。數(shù)字圖像處理是光學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能、模式識(shí)別及攝影技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域的交叉學(xué)科。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和信息處理技術(shù)的發(fā)展，具有成熟、龐大的理論技術(shù)體系的數(shù)字圖象處理技術(shù)已經(jīng)成為信息技術(shù)領(lǐng)域中的核心技術(shù)之一。特別是自動(dòng)化、智能化程度日益深化的今天，人類生產(chǎn)生活中繁瑣復(fù)雜、缺乏創(chuàng)造力的機(jī)械重復(fù)勞動(dòng)以及超出人類能力的復(fù)雜工作，迫切地需要計(jì)算機(jī)信息技術(shù)發(fā)展所帶來(lái)的技術(shù)成果的武裝。特別是在工業(yè)生產(chǎn)、辦公自動(dòng)化中，智能化的需求越來(lái)越突出。而物體的精確識(shí)別和測(cè)量是其中非常重要的一步。為了模擬人類認(rèn)識(shí)、改造世界的思維模式，對(duì)物體的識(shí)別、測(cè)量除了采用傳統(tǒng)的各類傳感器間接實(shí)現(xiàn)，利用人類以視覺為主要獲取外界信息的這個(gè)特點(diǎn)，通過(guò)光學(xué)圖像信號(hào)來(lái)進(jìn)行分析成為近年來(lái)自動(dòng)化研究的重要方向。因此，圖像處理技術(shù)越來(lái)越受到人們的青睞。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的圖像收集，結(jié)合現(xiàn)代成熟的圖像處理理論和技術(shù)，往往能有效地代替人類完成各種簡(jiǎn)單重復(fù)的工作，甚至在超出人類工作能力的精細(xì)、復(fù)雜的工作要求下，圖像處理技術(shù)能夠快速準(zhǔn)確地完成任務(wù)。本次設(shè)計(jì)任務(wù)，是要通過(guò)多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)灼熱絲火焰高度的檢測(cè)。在工業(yè)生產(chǎn)中，往往需要對(duì)生產(chǎn)材料進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，如耐熱度的檢測(cè)。耐熱度的一個(gè)檢測(cè)方法是通過(guò)一根高溫灼熱絲觸碰材料表面，觀察材料是否發(fā)生燃燒以及燃燒的火焰高度，從而判斷和評(píng)定待測(cè)材料的質(zhì)量。出于檢測(cè)的安全性的考慮，同時(shí)為了達(dá)到檢測(cè)的精確度和快速性，不能夠人工地進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量。此時(shí)圖像處理技術(shù)提供了理想的解決方案。通過(guò)對(duì)火焰圖像的獲取、分割、識(shí)別、和計(jì)算，可以安全、準(zhǔn)確并快速地得到測(cè)量結(jié)果，既保證了生產(chǎn)的安全，也極大地提高了生產(chǎn)效率。因此，基于圖像處理技術(shù)的分割和識(shí)別的灼熱絲火焰高度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)圖像處理技術(shù)的運(yùn)用和工業(yè)生產(chǎn)信息化、智能化具有十分重要的意義和研究?jī)r(jià)值。檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要關(guān)鍵點(diǎn)有：。本課題的設(shè)計(jì)，是在Windows操作系統(tǒng)的運(yùn)行平臺(tái)下，以MicrosoftVisualC++。C++面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想，給我們提供了用類來(lái)定義解決問題中各種抽象概念的方法，使系統(tǒng)的開發(fā)更加簡(jiǎn)明、高效。特別是微軟提供的微軟基礎(chǔ)類庫(kù)(MFC:MicrosoftFoundationClassLibrary)，作為目前開發(fā)Windows桌面窗口應(yīng)用的主流類庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)90%以上的Win32API的面相對(duì)象化的包裝，極大地提高了檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率，縮短了開發(fā)進(jìn)程。現(xiàn)場(chǎng)圖像信息，是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)攝像頭設(shè)備進(jìn)行獲取，并傳輸?shù)絇C中待處理的。為了保證數(shù)據(jù)量巨大的多媒體處理的高效性、簡(jiǎn)化復(fù)雜的媒體源、媒體格式，以及對(duì)不同硬件的兼容問題，我采用了Microsoft公司提供的Windows平臺(tái)流媒體處理開發(fā)包——DirectShow進(jìn)行視頻流的操作。為視頻流的捕獲、保存和單幀抓取提供了強(qiáng)力的支持。數(shù)字圖像，是從光學(xué)圖像中經(jīng)過(guò)采樣和量化轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像的。數(shù)字圖像的分類也很多，有二值圖像，灰度圖像，高精度彩色圖像和多光譜段圖像等。不同的圖像所包含的信息和數(shù)據(jù)量也不同。從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，圖像處理技術(shù)擁有豐富龐大的理論體系，針對(duì)不同的應(yīng)用背景能夠提出相應(yīng)、理想的解決方案。針對(duì)本設(shè)計(jì)的應(yīng)用要求，由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境簡(jiǎn)單、背景單一、目標(biāo)明顯，所以運(yùn)用簡(jiǎn)單的處理技術(shù)便能取得理想的實(shí)驗(yàn)效果。通過(guò)閾值分割和二值化的方法，可以很好地把目標(biāo)火焰從黑暗的背景環(huán)境中清晰地分割出來(lái)，再通過(guò)校正、像素測(cè)量方法便能很便捷地測(cè)量出焰火高度。根據(jù)以上關(guān)鍵點(diǎn)分析以及系統(tǒng)開發(fā)和工作流程，本文主要闡述了以下幾個(gè)內(nèi)容：、保存、保存和圖像處理本文分為以下六章，并基于面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，把系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為各模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)象進(jìn)行闡述：第一章，簡(jiǎn)要介紹本課題的研究背景和意義，以及設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)和主要內(nèi)容。第二章，根據(jù)課題設(shè)計(jì)需求，簡(jiǎn)要介紹本系統(tǒng)的主要架構(gòu)和模塊。第三章，詳細(xì)介紹了基于VisualC++、保存模塊——CVideoCapture類第四章，詳細(xì)介紹了與設(shè)備無(wú)關(guān)位圖DIB的圖像處理基礎(chǔ)類——CDib類第五章，詳細(xì)介紹了對(duì)圖像的分割、識(shí)別處理模塊——CImageProcess類第二章 灼熱絲火焰高度檢測(cè)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)一個(gè)火焰高度檢測(cè)系統(tǒng)，需要具備良好的界面和健全的功能：能夠提供良好的用戶操作接口和交互界面，使用戶不需要長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)便可以上手操作；能夠提供健全的功能，為生產(chǎn)需要提供可靠、完善的實(shí)現(xiàn)功能。對(duì)于開發(fā)人員來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還需要考慮到系統(tǒng)的重用性和維護(hù)性，以滿足后續(xù)開發(fā)和拓展的需求。（設(shè)計(jì)任務(wù)）：、保存與預(yù)處理通過(guò)攝像頭，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程的圖像流采集、傳輸和保存，為后續(xù)處理工作提供基本素材，并根據(jù)檢測(cè)需要保證數(shù)據(jù)量和精度，同時(shí)能夠滿足實(shí)時(shí)檢測(cè)的生產(chǎn)要求。、顯示BMP圖像通過(guò)視頻流的獲取，取得其中具有分析價(jià)值的單幀，保存為易于處理的BMP位圖文件格式，并把該圖片顯示在界面上，為用戶提供一個(gè)直觀的檢測(cè)樣本。 利用圖像處理技術(shù)，把待處理圖像中的火焰目標(biāo)從無(wú)關(guān)的背景中準(zhǔn)確地分割和識(shí)別出來(lái)，以便下一步測(cè)量能夠準(zhǔn)確、快速地進(jìn)行。 通過(guò)上一步的圖像分割識(shí)別，對(duì)高度像素比進(jìn)行校正，并通過(guò)像素計(jì)算得出火焰高度。通過(guò)以上分析，設(shè)計(jì)出如下系統(tǒng)方案：模塊一：視頻流捕獲模塊(CVideoCapture類）——完成視頻流的捕獲、格式轉(zhuǎn)換、視頻保存和單幀獲取。模塊二：設(shè)備無(wú)關(guān)位圖模塊(CDib類)——保存和管理單幀BMP位圖，為圖像處理提供有效支持。模塊三：圖像處理模塊(CImageProcess類)——負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)圖像灰度轉(zhuǎn)化和二值化，對(duì)目標(biāo)火焰進(jìn)行分割、識(shí)別，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行高度校正并檢測(cè)火焰高度。系統(tǒng)功能模塊圖如圖21所示： 視頻捕捉模塊CVideoCapture類CSampleGrabberCB類捕捉設(shè)備過(guò)濾器封裝過(guò)濾器圖表創(chuàng)建連接視頻預(yù)覽與視頻保存單幀樣本抓取格式、性能設(shè)置位圖文件頭管理位圖信息管理位圖數(shù)據(jù)管理圖像分割與識(shí)別圖像灰度化高度校正高度檢測(cè)設(shè)備無(wú)關(guān)位圖模塊CDib類圖像處理模塊CImageProcess灼熱絲火焰高度檢測(cè)系統(tǒng)圖21 系統(tǒng)功能模塊圖 小結(jié)本章節(jié)簡(jiǎn)要介紹了設(shè)計(jì)課題的設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定系統(tǒng)的功能模塊，為進(jìn)一步的具體設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。圖22 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主界面圖23 圖像處理子界面第三章 視頻捕獲模塊——CVideoCapture類DirectX的含義是：具有共性的一