本科毕业论文---数字图像处理方法研究与实现基于vc++的图像增强实现

 时间:2018-08-26 10:11:28 贡献者:卢妍妍

导读:安徽建筑大学毕业设计(论文)毕 业 设 计 (论 文)专 班业 级电子信息工程学生姓名 学 课 号 题 数字图像处理方法研究与实现 ——基于 VC++的图像增强实现 指导教师摘要图像在传送和转换

acdsee photo studio 4——数字图像处理软件
acdsee photo studio 4——数字图像处理软件

安徽建筑大学毕业设计(论文)毕 业 设 计 (论 文)专 班业 级电子信息工程学生姓名 学 课 号 题 数字图像处理方法研究与实现 ——基于 VC++的图像增强实现 指导教师摘要图像在传送和转换时会造成图像的某些降质, 所以有必要对降质的图像进行 改善处理。

其中的一种方法是不考虑图像质量降低的原因,只将图像中感兴趣的 特征有选择的突出,从而衰减次要信息。

这种方法能够提高图像的可读性,改善 后的图像不一定逼近原始图像,但能够突出目标的轮廓、衰减各种噪声、将黑白 图像转换成色彩图形等。

这类方法通常称为图像增强技术。

I

图像增强技术通常有两种方法:空间域法和频率域法。

空间域法主要是在空 间域中对图像像素灰度值直接进行运算处理。

本文围绕空间域法,对数字图像的 增强处理进行了研究,着重介绍其中的直方图、直方图均衡化及图像平滑处理中 的邻域平均和中值滤波。

并利用VC++实现上述方法对图像的处理。

关键词:图像增强;直方图;图像平滑;邻域平均;中值滤波II

AbstractThe image in the transmission and conversion cases will cause some blurred image, so,it is necessary for the image to have an improved treatment. One way is to not consider the reasons for degradation of image quality, the characteristics of the image selected outstanding, thereby attenuating less important information. This method can improve the readability of the image, the image after improvement is not necessarily approximate to the original image, such as highlighting the outline of the target, the attenuation of noise, the black and white images into color graphics. This kind of method is usually called the image enhancement technology. Image enhancement technology usually has two kinds of methods: spatial domain and frequency domain method. The spatial domain method is direct computation of pixel gray values in the spatial domain. This paper focuses on the spatial domain method, enhancement of digital image processing are studied, emphatically introduces the histogram equalization and histogram of image smoothing, neighborhood averaging and median filtering. And VC++ is used to realize the method for image processing. Keywords : Image Enhancement; Histogram; Image smooth; Neighborhood averaging; Median filteringIII

目录摘 要 .............................................................. I Abstract .......................................................... III 1 绪论 .............................................................. 1 1.1 课题背景........................................................................................................... 1 1.2 图像增强的研究及发展现状........................................................................ 2 1.3 论文组织结构................................................................................................ 3 2 图像增强的基本理论 ................................................ 4 2.1 数字图像的基本理论.................................................................................... 4 2.1.1 数字图像的表示............................................................................................ 4 2.1.2 图像的灰度.................................................................................................... 4 2.1.3 灰度直方图.................................................................................................... 4 2.2 数字图像增强概述.......................................................................................... 4 2.3 图像增强概述.................................................................................................. 6 2.3.1 图像增强的定义............................................................................................ 6 2.3.2 常用的图像增强方法.................................................................................... 6 2.4 图像增强流程图............................................................................................ 8 2.5 本章小结........................................................................................................... 8 3 图像增强方法与原理 ................................................ 9 3.1 直方图变换...................................................................................................... 9 3.1.1 直方图修正基础............................................................................................ 9 3.1.2 直方图均衡化.............................................................................................. 10 3.2 图像平滑........................................................................................................ 11 3.2.1 图像平滑...................................................................................................... 11 3.2.2 邻域平均...................................................................................................... 11 3.2.3 中值滤波...................................................................................................... 12 3.4 本章小结......................................................................................................... 12 4 VC++6.0 以及图像增强的实现 ........................................ 13 4.1 VC++6.0 简介................................................................................................. 13 4.1.1 VC++6.0 简介............................................................................................. 13 4.1.2 开发环境...................................................................................................... 13 4.1.3 图片应用程序的创建................................................................................. 14 4.2 图像增强实现方法......................................................................................... 14 4.2.1 灰度修正的实现.......................................................................................... 14IV

4.2.2 邻域平均的实现.......................................................................................... 18 4.2.3 中值滤波的实现.......................................................................................... 19 4.3 本章小结......................................................................................................... 21 5 总结与展望 ........................................................ 22 5.1 总结................................................................................................................. 22 5.2 展望................................................................................................................. 22 参考文献 ........................................................... 23 致谢 ............................................................... 24 附录 ............................................................... 25 部分程序代码....................................................................................................... 25 1.读入图片............................................................................................................ 25 2.绘制直方图........................................................................................................ 25 3.灰度直方图........................................................................................................ 26 4.直方图均衡化.................................................................................................... 27V

安徽建筑大学毕业设计(论文)数字图像处理方法研究与实现——基于 VC++的图像增强实现电子与信息工程学院 电子信息工程 10 电子 1 班 胡水清 10205010107 指导老师 宋杨1 绪论数字图像处理是用计算机对图像信息进行处理的一门技术, 使利用计算机对 图像进行各种处理的技术和方法。

利用数字图像处理主要是为了修改图形,改善 图像质量,或是从图像中提起有效信息,还有利用数字图像处理可以对图像进行 体积压缩,便于传输和保存。

1.1 课题背景 数字图像处理技术是 20 世纪 60 年代随着计算机技术的发展而产生、 发展和 不断成熟起来的一个新兴技术领域, 它在理论上和实际应用中都取得了巨大的成 就。

视觉是人类最重要的感知手段,图像又是视觉的基础。

早期图像处理的目的 是改善图像质晕,它以人为对象,以改善人的视觉效果为目的。

图像处理中输入 的是质量低的图像,输出的是改善质量后的图像。

常用的图像处理方法有图像增 强、复原、编码、压缩等。

首次获得成功应用的是美国喷气推进实验室(JPL) 。

他们对航天探测器徘徊者 7 号在 1964 年发回的几千张月球照片进行图像处理, 如:几何校正、灰度变换、去除噪声,获得了巨大的成功。

随后又对探测飞船发 回的近十万张照片进行更为复杂的图像处理,获得月球的地形图、彩色图及全景 镶嵌图,为人类登月创举奠定了坚实的基础,也推动了数字图像处理这门学科的 诞生。

在以后的宇航空间技术探测研究中, 数字图像处理技术都发挥巨大的作用。

数字图像处理技术取得的另一个巨大成就是在医学上。

1972 年英国 EMI 公 司工程师发明了用于头颅诊断的 X 射线计算机断层摄影装置,也就是我们通常 所说的 CT(Computer Tomography) 。

1975 年 EMI 公司又成功研制出全身用的 CT 装置,获得了人体各个部位鲜明清晰的断层图像。

1979 年,这项无损伤诊断 技术被授予诺贝尔奖,以表彰它对人类做出的划时代贡献。

从 20 世纪 70 年代中期开始,随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的 迅速发展,数字图像处理技术向更高、更深层次发展。

人们已开始研究如何用计 算机系统解释图像,类似人类视觉系统理解外部世界,这被称为图像理解或计算1

机视觉。

很多国家,特别是发达国家投入更多的人力、物力到这项研究,取得了 不少的重要的研究成果。

20 世纪 80 年代末期,人们开始将其应用于地理信息系统,研究海图的自动 读入、自动生成方法。

数字图像处理技术的应用领域不断拓展。

数字图像处理技术的大发展是从 20 世纪 90 年代初开始的。

随后数字图像处 理技术迅猛发展,到目前为止,图像处理在图像通讯、办公自动化系统、地理信 息系统、医疗设备、卫星照片传输及分析和工业自动化领域的应用越来越多。

进入 21 世纪,随着计算机技术的迅猛发展和相关理论的不断完善,数字图 像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓性成就。

属于这些 领域的有航空航天、生物医学、机器人视觉、公安司法、军事制导、文化艺术等。

该技术成为一门引人注目、前景远大的新学科。

1.2 图像增强的研究及发展现状 图像增强是指根据特定的需要突出图像中的重要信息, 同时减弱或去除不需 要的信息。

从不同的途径获取的图像,通过进行适当的增强处理,可以将原本模 糊不清甚至根本无法分辨的原始图像处理成清晰的富含大量有用信息的可使用 图像,有效地去除图像中的噪声、增强图像中的边缘或其他感兴趣的区域,从而 更加容易对图像中感兴趣的目标进行检测和测量。

处理后的图像是否保持原状已 经是无关紧要的了, 不会因为考虑到图像的一些理想形式而去有意识的努力重现 图像的真实度。

图像增强的目的是增强图像的视觉效果,将原图像转换成一种更 适合于人眼观察和计算机分析处理的形式。

它一般要借助人眼的视觉特性,以取 得看起来较好地视觉效果,很少涉及客观和统一的评价标准。

增强的效果通常都 与具体的图像有关系,靠人的主观感觉加以评价。

图像增强处理的应用已经渗透到医学诊断、 航空航天、 军事侦察、 指纹识别、 无损探伤、卫星图片的处理等领域。

如对 x 射线图片、CT 影像、内窥镜图像进 行增强,使医生更容易从中确定病变区域,从图像细节区域中发现问题;对不同 时间拍摄的同一地区的遥感图片进行增强处理, 侦查是否有敌人军事调动或军事 装备及建筑出现; 在煤矿工业电视系统中采用增强处理来提高工业电视图像的清 晰度,克服因光线不足、灰尘等原因带来的图像模糊、偏差等现象,减少电视系 统维护的工作量。

图像增强技术的快速发展同它的广泛应用是分不开的,发展的 动力来自稳定涌现的新的应用,我们可以预料,在未来社会中图像增强技术将会 发挥更为重要的作用。

2

在图像处理过程中,图像增强是十分重要的一个环节。

本文的主要内容就是 围绕图像增强部分的一些基本理论,并利用 VC++实现图像的增强处理而展开的。

1.3 论文组织结构 数字图像处理方法研究与实现。

本文主要是对数字图像处理方法中的图像增 强的方法进行了研究,并利用 VC++实现处理方法,其组织结构如下: 第一章:简要介绍了论文的选题背景及其发展现状,对图像增强进行了简 要的介绍,最后对论文的研究内容和组织结构进行了说明。

第二章:数字图像增强概述,这一部分将会介绍图像增强的定义及基本理 论。

第三章:图像增强的方法的介绍,着重介绍了其中的直方图均衡化、邻域 平均和中值滤波三种方法。

第四章:在本节介绍了此次研究所使用的软件 VC++ 6.0,并详细描述基于 该软件的图像增强的实现的操作流程,并对直方图均衡化、邻域平均、中值滤波 三种方法处理过后的图像进行对比。

第五章:总结与展望,总结自己针对本课题所做的工作,并对课题的未来 发展进行了展望。

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2 图像增强的基本理论2.1 数字图像的基本理论 2.1.1 数字图像的表示 图像并不能直接用计算机来处理,处理前必须先转化成数字图像。

早期一般 用picture代表图像,随着数字技术的发展,现在都用image代表离散化了的数字 图像。

由于从外界得到的图像多是二维( 2-D)的,一幅图像可以用一个 2-D数组f ( x, y) 表示。

这里x和y表示二维空间X、Y中一个坐标点的位置,而f则代表图像在点 ( x, y ) 的某种性质数值。

为了能够用计算机对图像进行处理,需要坐标空间 和性质空间都离散化。

这种离散化了的图像都是数字图像,即 f ( x, y) 都在整数 集合中取值。

图像中的每个基本单元称为图像的元素,简称像素。

2.1.2 图像的灰度 常用的图像一般是灰度图,这时f表示灰度值,反映了图像上对应点的亮度。

亮度是观察者对所看到的物体表面反射光强的量度。

作为图像灰度的量度函数 f ( x, y) 应大于零。

人们日常看到的图像一般是从目标上反射出来的光组成的, 所以 f ( x, y) 可看成由两部分构成:入射到可见场景上光的量;场景中目标对反 射光反射的比率。

确切地说它们分别称为照度成分 i ( x, y ) 和反射成分 r ( x, y ) 。

f ( x, y) 与 i ( x, y ) 和 r ( x, y ) 都成正比,可表示成 f ( x, y) = i ( x, y ) × r ( x, y ) 。

将二维坐标位置函数 f ( x, y) 称为灰度。

入射光照射到物体表面的能量是有 限的,并且它永远为正,即0< i ( x, y ) <  ;反射系数为0时,表示光全部被物体吸 收,反射系数为1时,表示光全部被物体反射,反射系数在全吸收和全反射之间, 即0< r ( x, y ) <1。

因此图像的灰度值也是非负有界的。

2.1.3 灰度直方图 灰度直方图是数字图像处理中一个最简单、最有用的工具,它反映了数字图 像中每一灰度级与其出现频率之间的统计关系。

可以有针对性地通过改变直方图 的灰度分布状况,使灰度均匀地或按预期目标分布于整个灰度范围空间,从而达 到图像增强的效果。

2.2 数字图像增强概述 随着数字技术的不断发展和应用, 现实生活中的许多信息都可以用数字形式4

的数据进行处理和存储,数字图像就是这种以数字形式进行存储和处理的图像。

利用计算机可以对它进行常现图像处理技术所不能实现的加工处理, 还可以将它 在网上传输,可以多次拷贝而不失真。

数字图像处理亦称为计算机图像处理,指 将图像信号转换成数字格式并利用计算机对其进行处理的过程。

数字图像处理系统主要由图像采集系统、数字计算机及输出设备组成。

如图2.1所示。

模拟图像 图像采集系统 计算机 图像输出设备图2.1 图像处理系统组成图图2.1仅仅是图像处理的硬件设备构成,图中并没有显示出软件系统,在图 像处理系统中软件系统同样是非常重要的。

在图像获取的过程中,由于设备的不 完善及光照等条件的影响,不可避免地会产生图像降质现象。

影响图像质量的几 个主要因素是: (1)随机噪声,主要是高斯噪声和椒盐噪声,可以是由于相机或数字化设备 产生,也可以是在图像传输过程中造成的; (2)系统噪声,由系统产生,具有可预测性质; (3)畸变,主要是由于相机与物体相对位置、光学透镜曲率等原因造成的, 可以看作是真实图像的几何变换。

数字图像处理流程如图 2.2所示,从一幅或是一批图像的最简单的处理,如 特征增强、去噪、平滑等基本的图像处理技术,到图像的特征分析和提取,进而 产生对图像的正确理解或者遥感图像的解译, 最后的步骤可以是通过专家的视觉 解译,也可以是在图像处理系统中通过一些知识库而产生的对图像的理解。

原始图像 预处理 特征分析 图像理解图2.2 图像处理流程图5

2.3 图像增强概述 2.3.1 图像增强的定义 图像增强是指按特定的需要突出一幅图像中的某些信息, 同时削弱或去除某 些不需要的信息的处理方法,也是提高图像质量的过程。

图像增强的目的是使图 像的某些特性方面更加鲜明、突出,使处理后的图像更适合人眼视觉特性或机器 分析,以便于实现对图像的更高级的处理和分析。

图像增强的过程往往也是一个 矛盾的过程:图像增强希望既能去除噪声又增强边缘。

但是,增强边缘的同时会 同时增强噪声,而滤去噪声又会使边缘在一定程度上模糊,因此,在图像增强的 时候, 往往是将这两部分进行折中, 找到一个好的代价函数达到需要的增强目的。

传统的图像增强算法在确定转换函数时常是基于整个图像的统计量,如: ST转 换,直方图均衡,中值滤波,微分锐化,高通滤波等等。

这样对应于某些局部区 域的细节在计算整幅图的变换时其影响因为其值较小而常常被忽略掉, 从而局部 区域的增强效果常常不够理想,噪声滤波和边缘增强这两者的矛盾较难得到解 决。

2.3.2 常用的图像增强方法 图像增强可分成两大类:频率域法和空间域法。

前者把图像看成一种二维信 号,对其进行基于二维傅里叶变换的信号增强。

采用低通滤波(即只让低频信号 通过)法,可去掉图中的噪声;采用高通滤波法,则可增强边缘等高频信号,使 模糊的图片变得清晰。

具有代表性的空间域算法有局部求平均值法和中值滤波 (取局部邻域中的中间像素值)法等,它们可用于去除或减弱噪声。

图像增强的方法是通过一定手段对原图像附加一些信息或变换数据, 有选择 地突出图像中感兴趣的特征或者抑制(掩盖)图像中某些不需要的特征,使图像与 视觉响应特性相匹配。

在图像增强过程中,不分析图像降质的原因,处理后的图 像不一定逼近原始图像。

图像增强技术根据增强处理过程所在的空间不同,可分 为基于空间域的算法和基于频率域的算法两大类。

基于空间域的算法处理时直接 对图像灰度级做运算; 基于频率域的算法是在图像的某种变换域内对图像的变换 系数值进行某种修正,是一种间接增强的算法。

基于空间域的算法分为点运算算法和邻域去噪算法。

点运算算法即灰度级校 正、灰度变换和直方图修正等,目的或使图像成像均匀,或扩大图像动态范围, 扩展对比度。

邻域增强算法分为图像平滑和锐化两种。

平滑一般用于消除图像噪6

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