1、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 Visual C+、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，Visual C+、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
2、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
3、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：
4、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
5、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
6、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原理 ：由
7、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)流程图：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。1两点平均法开 始用 for 语句计算每个灰度级的象素数，并赋给 s(k)从子程序中读入数据给 ii(lenx,leny)计算累计概率 t( k)将 t(256)转化
8、成和原来灰度级范围一样的灰度级 t1( k) 将 ii( intx,inty)赋给变量 k,并把 t1( k)赋给 iib1(intx,inty)将 iib1(lenx,leny)赋给ii(lenx,leny) 计算每个灰度级的原始概率 p(k)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
9、、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#define PALVERSION 0x300/* DIB 宏 */ 判断是否是 Win 3.0 的 DIB#define IS_WIN30_DIB(lpbi) (*(LPDWORD)(lpbi) = sizeof(BITMAPINFOHEADER)/ 计算矩形区域的宽度#define RECTWIDTH(lpRect) (lpRect)-right - (lpRect)-left)/ 计算
10、矩形区域的高度#define RECTHEIGHT(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#define WIDTHBYTES(bits) (bits) + 31) / 32 * 4)/ PCX 文件头结构typedef structBYTE bManufac
11、turer;BYTE bVersion;BYTE bEncoding;BYTE bBpp;WORD wLeft;WORD wTop;WORD wRight;WORD wBottom;WORD wXResolution;WORD wYResolution;BYTE bPalette48;BYTE bReserved;BYTE bPlanes;WORD wLineBytes;WORD wPaletteType;WORD wSrcWidth;WORD wSrcDepth;BYTE bFiller54; PCXHEADER;/ 函数原型BOOL WINAPI PaintDIB (HDC, LPRECT
12、, HDIB, LPRECT, CPalette* pPal);BOOL WINAPI CreateDIBPalette(HDIB hDIB, CPalette* cPal);LPSTR WINAPI FindDIBBits (LPSTR lpbi);DWORD WINAPI DIBWidth (LPSTR lpDIB);DWORD WINAPI DIBHeight (LPSTR lpDIB);WORD WINAPI PaletteSize (LPSTR lpbi);WORD WINAPI DIBNumColors (LPSTR lpbi);WORD WINAPI DIBBitCount(LP
13、STR lpbi);HGLOBAL WINAPI CopyHandle (HGLOBAL h);BOOL WINAPI SaveDIB (HDIB hDib, CFileHDIB WINAPI ReadDIBFile(CFileBOOL WINAPI DIBToPCX256(LPSTR lpDIB, CFileHDIB WINAPI ReadPCX256(CFile#endif /!_INC_DIBAPI/ */ 文件名： dibapi.cpp/ DIB(Independent Bitmap) API 函数库：/ PaintDIB() - 绘制 DIB 对象/ CreateDIBPalette
14、() - 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/ Re
15、adPCX256() - 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） */#define DIB_HEADER_MARKER (WORD) (M 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 StretchDI
16、Bits()还是 SetDIBitsToDevice()来绘制 DIB 对象if (RECTWIDTH(lpDCRect) = RECTWIDTH(lpDIBRect) / wUsageelse / 非原始大小，拉伸。bSuccess = :StretchDIBits(hDC, / hDClpDCRect-left, / DestXlpDCRect-top, / DestYRECTWIDTH(lpDCRect), / nDestWidthRECTHEIGHT(lpDCRect), / nDestHeightlpDIBRect-left, / SrcXlpDIBRect-top, / SrcYR
17、ECTWIDTH(lpDIBRect), / wSrcWidthRECTHEIGHT(lpDIBRect), / wSrcHeightlpDIBBits, / lpBits(LPBITMAPINFO)lpDIBHdr, / lpBitsInfoDIB_RGB_COLORS, / wUsageSRCCOPY); / 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return bSuccess;/* 函数名称：* CreateD
18、IBPalette()* 参数 :* HDIB hDIB - 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。*/BOOL WINAPI CreateDIBPalette(HDIB hDIB, CPalette* pPal) / 指向逻辑调色板的指针LPLOGPALETTE lpPal;/ 逻辑调色板的句柄
