光学图象处理课程设计.docx
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光学图象处理课程设计
光学图象处理实验（课程设计）
指导说明书
信息物理与工程系
王振东
2003年5月
一、实验（课程设计）目的：
通过本实验（课程设计），掌握数字图象处理的基本原理；掌握VisualC++、或Matlab、或VB等WINODWS编程软件的使用；掌握程序的编辑、编译和调试方法；掌握基本数字图象文件格式；掌握图象输入、输出软件接口。
二、实验（课程设计）仪器
PC微型计算机一台，VisualC++、或Matlab、或VB等WINODWS编程软件。
实验样图及图像程序接口。
三、实验（课程设计）原理
在PC机平台及WINODWS操作系统上，以通用编程软件通过软件编程实现数字图象文件的读取、存储、显示，同时设计一种或几种数字图象处理算法并调试实现，将处理结果以图象方式显示，完成数字图象处理的基本过程。
四、实验（课程设计）步骤
1．按要求进行设计选题（选题范围附后）；
2．查阅相关资料，筛选并确定算法；
3．仔细阅读相关软件使用手册，了解软件编程方法；
4．按格式输入编制好的程序；
5．对程序进行编译，查找语法错误；
6．根据编译过程指出的错误，修改错误，直到编译通过；
7．开始调试算法，通过观察输出结果的变化，查找算法错误，直至算法调试正确；
8．完成程序整理，并编译出最终版本的可执行程序；
9．根据要求完成课程设计（实验）报告。
五、实验（课程设计）要求
在进行实验（课程设计）前要预习，必须基本掌握其中一种WINODWS编程软件的使用。
熟悉数字图象处理的基本原理和过程，掌握基本数字图象文件格式；掌握图象输入、输出软件接口。
掌握设计数字图象处理算法的过程和方法并调试实现。
六、实验（课程设计）结果
实验（课程设计）报告。
源程序和可执行程序。
七、选题范围
（一）通用选题
1．图象编码：
a.哈夫曼编码，b.游程长度编码，c.香农编码，d.其它熵编码；
2．图象变换：
a.快速二维离散傅氏变换，b.离散余弦变换，c.离散沃尔什变换，d.离散小波变换；
3．图象增强：
a.灰度级校正，b.灰度级变换，c.直方图修正，d.直方图均衡，e.同态增晰，f.噪声平滑，g.中值滤波，h.锐化，i.几何校正；
4．图象复原：
a.反向滤波，b.最小二乘滤波，c.同态滤波，d.卡尔曼滤波；
5．图象分割：
a.阈值分割，b.边界检测，c.骨架提取，d.区域生长，e.同分裂合并，f.区域标记；
6．图象识别：
a.边界表达（链码，曲线拟合，转折能量法），b.边界描述（矩形度，圆形度，矩，傅立叶形状描述），c.Hough变换，d.广义Hough变换，e.区域表达（四叉树，骨架），f.区域描述（投影，不变矩），g.纹理描述符，h.贝叶斯判决，i.模板匹配；
7．图象重建：
a.傅立叶变换重建，b.滤波反投影重建，c.代数迭代重建。
（二）专用选题
1．光斑定位问题的研究。
即通过对一个光斑图象的处理，精确地找出光斑的中心坐标，并确定其定位精度；
2．数值方法提高图象分辨率的研究。
即通过对一个图象的数学插值处理，获得比物理图象分辨率更高的图象，并对不同数学插值算法的效果和可实现性进行比较；
3．中值滤波算法的优化设计研究。
包括效果优化和计算量优化。
4．图象匹配识别。
即已知一幅标准图象，然后与其它图象进行比较，判断该图象与标准图象的匹配程度。
5．光学自动对焦算法。
在光学系统成像过程中，通过所成的像清晰与否来判断光学系统的对焦是否准确。
6．自选。
八、实验（课程设计）报告要求
1．标题、作者（可多人，但不超过三人，排名分先后）；
2．背景或关于该类方法的概述。
可在通用选题中一个题目中选择某一小类的问题进行研究，或选择一个专用选题讨论；
3．所选择的方法的讨论（包括效果、可实现性，至少两种以上的方法，以及详细的实现流程）；
4．源程序及详细说明；
5．结论，包括实际效果以及与预期的对比及原因分析；
6．参考文献，不少于8篇，必须有杂志文章4篇；
7．篇幅不少于4000字。
九、实验（课程设计）报告样例
数值方法提高图像分辨率的研究
作者：
XXX,XXX,XXX
单位：
南京理工大学
摘要：
本文采用了两种插值方法提高图像分辨率，……（略）……本实验的程序是在VB环境中完成的。
关键字：
象素分辨率
一、提高图像分辨率的背景
图像分辨率（即区分细节的程度）与采样点和灰度级的个数紧密相关。
……（略）……
二、预处理步骤
直方图均衡化
①原理：
由于原图像较为暗淡，故采用直方图均衡化增强其整体对比度。
……（略）……
②流程图：
③计算量：
乘法运算256*3=768次，加法运算lenx*leny+2*256=lenx*leny+512次。
……（略）……
三、两种插值方法
都是将预处理后的ii（lenx,leny）插值生成dest（2*lenx-1,2*leny-1）,对应的原象素不加处理，边缘上的插值点采用简单的两点平均法，新行新列的插值点用四点平均法，所有的插值点都是用原象素矩阵生成的。
1．两点平均法
①原理：
如图4.1，原行原列中的插值点取两点平均法，即为拉格朗日插值的线性处理。
……（略）……
2．三次的拉格朗日插值法
……（略）……
3．对三次样条插值的讨论
……（略）……
所以要解得次线性方程组，……（略）……。
四、结论：
速度：
由于本程序是在VB环境中进行的，所以运行速度较慢，大约需3-4秒钟才能出来一幅图像。
两种方法的比较：
……（略）……。
六．源程序及详细说明（略）：
七．参考文献：
……（略）……
十、实验（课程设计）图象接口程序代码
//dibapi.h
#ifndef_INC_DIBAPI
#define_INC_DIBAPI
//DIB句柄
DECLARE_HANDLE（HDIB）;
//DIB常量
#definePALVERSION0x300
/*DIB宏*/
//判断是否是Win3.0的DIB
#defineIS_WIN30_DIB（lpbi）（（*（LPDWORD）（lpbi））==sizeof（BITMAPINFOHEADER））
//计算矩形区域的宽度
#defineRECTWIDTH（lpRect）（（lpRect）->right-（lpRect）->left）
//计算矩形区域的高度
#defineRECTHEIGHT（lpRect）（（lpRect）->bottom-（lpRect）->top）
//在计算图像大小时，采用公式：
biSizeImage=biWidth'×biHeight。
//是biWidth'，而不是biWidth，这里的biWidth'必须是4的整倍数，表示
//大于或等于biWidth的，离4最近的整倍数。
WIDTHBYTES就是用来计算
//biWidth'
#defineWIDTHBYTES（bits）（（（bits）+31）/32*4）
//PCX文件头结构
typedefstruct{
BYTEbManufacturer;
BYTEbVersion;
BYTEbEncoding;
BYTEbBpp;
WORDwLeft;
WORDwTop;
WORDwRight;
WORDwBottom;
WORDwXResolution;
WORDwYResolution;
BYTEbPalette[48];
BYTEbReserved;
BYTEbPlanes;
WORDwLineBytes;
WORDwPaletteType;
WORDwSrcWidth;
WORDwSrcDepth;
BYTEbFiller[54];
}PCXHEADER;
//函数原型
BOOLWINAPIPaintDIB（HDC,LPRECT,HDIB,LPRECT,CPalette*pPal）;
BOOLWINAPICreateDIBPalette（HDIBhDIB,CPalette*cPal）;
LPSTRWINAPIFindDIBBits（LPSTRlpbi）;
DWORDWINAPIDIBWidth（LPSTRlpDIB）;
DWORDWINAPIDIBHeight（LPSTRlpDIB）;
WORDWINAPIPaletteSize（LPSTRlpbi）;
WORDWINAPIDIBNumColors（LPSTRlpbi）;
WORDWINAPIDIBBitCount（LPSTRlpbi）;
HGLOBALWINAPICopyHandle（HGLOBALh）;
BOOLWINAPISaveDIB（HDIBhDib,CFile&file）;
HDIBWINAPIReadDIBFile（CFile&file）;
BOOLWINAPIDIBToPCX256（LPSTRlpDIB,CFile&file）;
HDIBWINAPIReadPCX256（CFile&file）;
#endif//!
_INC_DIBAPI
//************************************************************************
//文件名：
dibapi.cpp
//DIB（IndependentBitmap）API函数库：
//
//PaintDIB（）-绘制DIB对象
//CreateDIBPalette（）-创建DIB对象调色板
//FindDIBBits（）-返回DIB图像象素起始位置
//DIBWidth（）-返回DIB宽度
//DIBHeight（）-返回DIB高度
//PaletteSize（）-返回DIB调色板大小
//DIBNumColors（）-计算DIB调色板颜色数目
//CopyHandle（）-拷贝内存块
//SaveDIB（）-将DIB保存到指定文件中
//ReadDIBFile（）-重指定文件中读取DIB对象
//DIBToPCX256（）-将指定的256色DIB对象保存为256色PCX文件
//ReadPCX256（）-读取256色PCX文件
//************************************************************************
#include"stdafx.h"
#include"dibapi.h"
#include
#include
#include
#include
/*Dib文件头标志（字符串"BM"，写DIB时用到该常数）*/
#defineDIB_HEADER_MARKER（（WORD）（'M'<<8）|'B'）
/*************************************************************************
*函数名称：
*PaintDIB（）
*参数:
*HDChDC-输出设备DC
*LPRECTlpDCRect-绘制矩形区域
*HDIBhDIB-指向DIB对象的指针
*LPRECTlpDIBRect-要输出的DIB区域
*CPalette*pPal-指向DIB对象调色板的指针
*返回值:
*BOOL-绘制成功返回TRUE，否则返回FALSE。
*说明:
*该函数主要用来绘制DIB对象。
其中调用了StretchDIBits（）或者
*SetDIBitsToDevice（）来绘制DIB对象。
输出的设备由由参数hDC指
*定；绘制的矩形区域由参数lpDCRect指定；输出DIB的区域由参数
*lpDIBRect指定。
************************************************************************/
BOOLWINAPIPaintDIB（HDChDC,
LPRECTlpDCRect,
HDIBhDIB,
LPRECTlpDIBRect,
CPalette*pPal）
{
LPSTRlpDIBHdr;//BITMAPINFOHEADER指针
LPSTRlpDIBBits;//DIB象素指针
BOOLbSuccess=FALSE;//成功标志
HPALETTEhPal=NULL;//DIB调色板
HPALETTEhOldPal=NULL;//以前的调色板
//判断DIB对象是否为空
if（hDIB==NULL）
{//返回
returnFALSE;
}
//锁定DIB
lpDIBHdr=（LPSTR）:
:
GlobalLock（（HGLOBAL）hDIB）;
//找到DIB图像象素起始位置
lpDIBBits=:
:
FindDIBBits（lpDIBHdr）;
//获取DIB调色板，并选中它
if（pPal!
=NULL）
{
hPal=（HPALETTE）pPal->m_hObject;
//选中调色板
hOldPal=:
:
SelectPalette（hDC,hPal,TRUE）;
}
//设置显示模式
:
:
SetStretchBltMode（hDC,COLORONCOLOR）;
//判断是调用StretchDIBits（）还是SetDIBitsToDevice（）来绘制DIB对象
if（（RECTWIDTH（lpDCRect）==RECTWIDTH（lpDIBRect））&&
（RECTHEIGHT（lpDCRect）==RECTHEIGHT（lpDIBRect）））
{//原始大小，不用拉伸。
bSuccess=:
:
SetDIBitsToDevice（hDC,//hDC
lpDCRect->left,//DestX
lpDCRect->top,//DestY
RECTWIDTH（lpDCRect）,//nDestWidth
RECTHEIGHT（lpDCRect）,//nDestHeight
lpDIBRect->left,//SrcX
（int）DIBHeight（lpDIBHdr）-
lpDIBRect->top-
RECTHEIGHT（lpDIBRect）,//SrcY
0,//nStartScan
（WORD）DIBHeight（lpDIBHdr）,//nNumScans
lpDIBBits,//lpBits
（LPBITMAPINFO）lpDIBHdr,//lpBitsInfo
DIB_RGB_COLORS）;//wUsage
}
else
{//非原始大小，拉伸。
bSuccess=:
:
StretchDIBits（hDC,//hDC
lpDCRect->left,//DestX
lpDCRect->top,//DestY
RECTWIDTH（lpDCRect）,//nDestWidth
RECTHEIGHT（lpDCRect）,//nDestHeight
lpDIBRect->left,//SrcX
lpDIBRect->top,//SrcY
RECTWIDTH（lpDIBRect）,//wSrcWidth
RECTHEIGHT（lpDIBRect）,//wSrcHeight
lpDIBBits,//lpBits
（LPBITMAPINFO）lpDIBHdr,//lpBitsInfo
DIB_RGB_COLORS,//wUsage
SRCCOPY）;//dwROP
}
//解除锁定
:
:
GlobalUnlock（（HGLOBAL）hDIB）;
//恢复以前的调色板
if（hOldPal!
=NULL）
{
:
:
SelectPalette（hDC,hOldPal,TRUE）;
}
//返回
returnbSuccess;
}
/*************************************************************************
*函数名称：
*CreateDIBPalette（）
*参数:
*HDIBhDIB-指向DIB对象的指针
*CPalette*pPal-指向DIB对象调色板的指针
*返回值:
*BOOL-创建成功返回TRUE，否则返回FALSE。
*说明:
*该函数按照DIB创建一个逻辑调色板，从DIB中读取颜色表并存到调色板中，
*最后按照该逻辑调色板创建一个新的调色板，并返回该调色板的句柄。
这样
*可以用最好的颜色来显示DIB图像。
************************************************************************/
BOOLWINAPICreateDIBPalette（HDIBhDIB,CPalette*pPal）
{//指向逻辑调色板的指针
LPLOGPALETTElpPal;
//逻辑调色板的句柄
HANDLEhLogPal;
//调色板的句柄
HPALETTEhPal=NULL;
//循环变量
inti;
//颜色表中的颜色数目
WORDwNumColors;
//指向DIB的指针
LPSTRlpbi;
//指向BITMAPINFO结构的指针（Win3.0）
LPBITMAPINFOlpbmi;
//指向BITMAPCOREINFO结构的指针
LPBITMAPCOREINFOlpbmc;
//表明是否是Win3.0DIB的标记
BOOLbWinStyleDIB;
//创建结果
BOOLbResult=FALSE;
//判断DIB是否为空
if（hDIB==NULL）
{//返回FALSE
returnFALSE;
}
//锁定DIB
lpbi=（LPSTR）:
:
GlobalLock（（HGLOBAL）hDIB）;
//获取指向BITMAPINFO结构的指针（Win3.0）
lpbmi=（LPBITMAPINFO）lpbi;
//获取指向BITMAPCOREINFO结构的指针
lpbmc=（LPBITMAPCOREINFO）lpbi;
//获取DIB中颜色表中的颜色数目
wNumColors=:
:
DIBNumColors（lpbi）;
if（wNumColors!
=0）
{//分配为逻辑调色板内存
hLogPal=:
:
GlobalAlloc（GHND,sizeof（LOGPALETTE）
+sizeof（PALETTEENTRY）
*wNumColors）;
//如果内存不足，退出
if（hLogPal==0）
{//解除锁定
:
:
GlobalUnlock（（HGLOBAL）hDIB）;
//返回FALSE
returnFALSE;
}
lpPal=（LPLOGPALETTE）:
:
GlobalLock（（HGLOBAL）hLogPal）;
//设置版本号
lpPal->palVersion=PALVERSION;
//设置颜色数目
lpPal->palNumEntries=（WORD）wNumColors;
//判断是否是WIN3.0的DIB
bWinStyleDIB=IS_WIN30_DIB（lpbi）;
//读取调色板
for（i=0;i<（int）wNumColors;i++）
{
if（bWinStyleDIB）
{//读取红色分量
lpPal->palPalEntry[i].peRed=lpbmi->bmiColors[i].rgbRed;
//读取绿色分量
lpPal->palPalEntry[i].peGreen=lpbmi->bmiColors[i].rgbGreen;
//读取蓝色分量
lpPal->palPalEntry[i].peBlue=lpbmi->bmiColors[i].rgbBlue;
//保留位
lpPal->palPalEntry[i].peFlags=0;
}
else
{//读取红色分量
lpPal->palPalEntry[i].peRed=lpbmc->bmciColors[i].rgbtRed;
//读取绿色分量
lpPal->palPalEntry[i].peGreen=lpbmc->bmciColors[i].rgbtGreen;
//读取红色分量
lpPal->palPalEntry[i].peBlue=lpbmc->bmciColors[i].rgbtBlue;
//保留位
lpPal->palPalEntry[i].peFlags=0;
}
}
//按照逻辑调色板创建调色板，并返回指针
bResult=pPal->CreatePalette（lpPal）;
//解除锁定
:
:
GlobalUnlock（（HGLOBAL）hLogPal）;
//释放逻辑调色板
:
:
GlobalFree（（HGLOBAL）hLogPal）;
}
//解除锁定
:
:
GlobalUnlock（（HGLOBAL）hDIB）;
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