数字图像处理可视化教学软件的设计

文/张雁腾 黄勇 朱昌洪 肖宁

数字图像处理可视化教学软件的设计

文/张雁腾 黄勇 朱昌洪 肖宁

数字图像处理的理论性和实践性很强、可视化程度高，利用可视化编程语言设计的交互界面对当前编程现状具有直观性，本文根据图像处理的特点利用VC++设计了一个可视化数字图像处理系统。系统中涵盖了数字图像处理领域的基本算法，对相应的算法进行了实现。该系统能够满足图像处理的基本要求，是实现数字图像处理的良好实践平台，可胜任教学演示的需求。

数字图像处理 VC++ 可视化软件

随着信息技术的不断发展，数字图像处理课程日益成为一门引人注目、前景远大的学科，了解图像处理的各种理论和实际应用是最基本的要求。为了方便用户观察处理结果，更好的理解算法，我们利用可视化编程语言VC++的MFC功能针对数字图像处理的内容编写GUI人机交互图形用户界面，该系统由窗口、选单、按钮和文字说明等构成，简捷、直观、清晰地体现出系统的功能和特征，同时更适合数字图像处理课程实践教学。

1 数字图像处理的内容及目的

数字图像在数学上是一个二维矩阵，因此数字图像处理又可以描述为对一个二维矩阵施加一系列操作，以得到所期望的结果。通常情况下图像处理主要有3个目的：

（1）提高图像的可观性，以获得所期望的结果。

（2）对图像数据进行编码和压缩，以便于解决数据量与存储和传输的矛盾。

（3）特征提取，以便于计算机进行图像分析。不管是何种目的，都需要计算机对图像数据输入、分析加工和输出。

2 系统的总框架设计

VC++的MFC图形界面给用户带来了操作和控制的方便与灵活性，通过窗口、菜单、按钮等方式进行操作，可针对不同的处理目的灵活地对图像处理算法进行改进。本文以BMP 文件的读写为切入点搭建一个数字图像处理平台，实现图像的读取、处理、保存和显示。整个系统主要由如下8个模块及其子模块组成，图1为系统的总框架。

3 系统各模块的设计

系统采用模块化设计，把图像处理系统按照图像处理的内容不同分为几种模块，在各个模块下又包含子模块操作。通过系统的文件选项将指定位图文件的数据读入到相应的数据结构中，以便进一步处理。在处理完成后，如果需要对原图像进行其他处理，可以重新加载原图选项另行处理，再将处理后的数据以位图的格式加以保存，本文仅展示了若干个模块的系统仿真演示图。

3.1 反色

与原色叠加可以变为白色的颜色，即用白色（RGB：255，255，255）减去原色的颜色，演示结果如图2所示。

3.2 256转灰度

灰度图是指只含亮度信息，不含色彩信息的图像，灰度图需要把亮度值进行量化。通常划分成0到255共256个级别，其中0最暗(全黑)，255最亮(全白)。

3.3 直方图

图像各种灰度值出现概率的统计图，就是把给定图像的直方图分布改变成“均匀”分布直方图分布。

3.4 线性变换

图像处理的基本运算，通常应用在调整图像的画面质量方面，含有对比度变换和亮度变换操作。

3.5 对比度拉伸

对比度指的是一幅图像中明暗区域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量，对比度是画面黑与白的比值，对比度拉伸能够实现图像对比度增强，可以有选择地拉伸某段灰度区间，以改善输出图像。

3.6 阈值分割

一种基于区域的图像分割技术，按照灰度级对像素集合进行一个划分，得到的每个子集形成一个与现实景物相对应的区域，各个区域内部具有一致的属性，而相邻区域布局有这种一致属性。划分可通过从灰度级出发选取一个或多个阈值来实现。

3.7 几何变换

通过对变形的图像进行几何校正得出准确的图像。该模块包括了平移、旋转和镜像，镜像含有水平和垂直镜像。其中逆时针旋转45°演示结果如图3 所示。

3.8 滤波器

图像滤波，即在尽量保留图像细节特征的条件下对目标图像的噪声进行抑制，这些噪声在图像上常表现为较强视觉效果的孤立象素点或象素块。滤波器功能包含了中值滤波，低通平均值滤波，高斯差分滤波，Sobel边缘提取和Robert边缘提取，其中对图像的中值滤波、Robert边缘提取演示结果如图4 所示。

4 总结

图1：数字图像处理系统的总框架

图2：反色模块演示结果

图3：图像逆时针旋转45°演示结果

图4：中值滤波、Robert边缘提取演示结果

随着人类视觉研究的进展，人们逐渐对图像领域的认识投入了很大的热情，这一领域除了它的重大理论价值外，也极具实用价值。本文以 BMP 文件的读写为切入点设计了数字图像处理软件，系统中涵盖了数字图像处理领域的大部分算法，如几何变换、阈值分割、边缘检测，并对相应的算法进行了实现。其最大特点是可直观性，对图像处理结果一目了然，可胜任教学演示的需求，具有很强的可移植性和扩展性。为使处理的结果更加有效、清晰，运算速率更快，系统中的一些算法仍有优化空间以待改进。

[1]冈萨雷斯.数字图像处理[M].北京：电子工业出版社,2007(08)

[2]陈天华.数字图像处理[M].北京：清华大学出版社,2007(06).

[3]高守传,聂云铭.Visual C++ 6.0开发指南[M].北京：人民邮电出版社,2007(10).

[4]陆宗骐.C/C++图像处理编程[M].北京：清华大学出版社,2005(01).

[5]杨枝灵,王开.Visual C++数字图像获取、处理及实践应用[M].北京：人民邮电出版社,2003(01).

张雁腾（1989-），男，黑龙江省人。硕士研究生。助教。研究方向为数字图像处理。

作者单位 桂林理工大学博文管理学院 广西壮族自治区桂林市 541006

桂林理工大学博文管理学院科研项目(KY201505)。