《數字圖像處理》課程的實驗系統的研究

駱巖紅

摘要：數字圖像處理這門課程的實踐性很強，在教學過程中，不僅做到各種圖像處理算法的詳細講解，而且還要結合實驗系統進一步幫助學生形象、直觀的理解相關知識。這種教學內容，提高了學生的學習興趣，而且把理論的學習融入到實際的問題解決中，極大的調動了學生的主動性和積極性。本文結合VC++語言，設計了一個實驗系統，并經過各種算法的自行設計，得以證明，系統達到預期的功能。

關鍵詞：數字圖像處理；軟件設計；實驗教學

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）50-0277-02

一、引言

圖像處理是一門多交叉學科，它涉及了計算機、數學知識、信號處理等方面的課程，該課程要求學生掌握基本的圖像處理理論和算法。在授課過程中，常常需要結合特定的物理學、仿生學理論進行數學理論的推導，但是如果一味地講解相關理論和算法，就會導致授課過程乏味，而且給學生學習該門課程帶來很大的困難，更不要說把所學得知識和實際的應用聯系起來。

鑒于圖像處理這門課程較強的實踐性，如果在教學過程中，結合計算機程序設計來驗證各種算法的有效性，不僅使學生較直觀地領會了各種算法，而且激發了學生的學習興趣和參與熱情，為培養學生動手實踐能力奠定了一定的基礎。

二、圖像處理系統的實現

圖像處理所涉及的內容：圖像基本處理、幾何變換、圖像頻域處理、圖像增強、圖像分割和邊緣檢測、圖像復原等內容。

1.軟件開發工具的選擇。圖像處理實現的手段比較多，比如Matlab、C++等開發環境，但是考慮C++語言具有良好的開發環境支持，以及VC++開發的產品與Windows操作系統具有很好的“親和力”，所以它在開發數字圖像處理方面占據著極其重要的地位。

數字圖像處理作為一門實踐性較強的課程，學生通過編程實踐來理解和領會圖像處理的各種算法。

2.圖像軟件設計中的技巧。雖然MFC提供了可視化的編程界面元素，但是在圖像處理方面，由于沒有提供支持DIB位圖的類，所以為了使用方便，采用了面向對象技術，定義了一個與設備無關的類CImage，在該類中封裝了DIB位圖處理所需的基本成員變量和成員函數。（1）系統背景設置。本系統是建立在多文檔基礎上，那么對于多文檔應用程序的背景設置，需要經過下面的步驟：

1）用ClassWizard生成一個CWnd類的派生類CClientWnd；

2）添加消息WM_ERASEBKGND，并在其關聯的函數中OnEraseBkgnd（）添加代碼：

BOOLCClientWnd：：OnEraseBkgnd（CDC* pDC）

{ //定義位圖對象

//加載位圖資源，并把位圖選入內存環境中

//位圖屏幕顯示}

3）添加WM_SIZE消息，在其關聯函數中完成窗口的重繪；

4）自定義重載的虛函數用來返回函數指針：

WNDPROC *CClientWnd：：GetSuperWndProcAddr（）

{static WNDPROC NEAR pfnSuper = NULL；

return &pfnSuper;；}

5）在CMainFrame類中定義一個CClientWnd 類的成員變量m_wndClient，并在CMainFrame 的OnCreate函數中把m_wndClient子類化為主框架窗口的客戶窗口。代碼如下：

if（！m_wndClient.SubclassWindow（m_hWndMDIClient））

{

TRACE（"Fail to subclass MDI client window＼n"）；

return -1；}

（2）軟件操作的設計。在軟件設計過程中，采用菜單操作的方式達到各功能的實現。為了代碼設計結構的簡單和清晰，圖像處理中對同類型的菜單，使用了一個函數響應多個選項的方法。比如在圖像特效顯示中，采用函數OnShowEffect（）來處理自上而下掃描顯示、自左向右掃描顯示、柵格交錯顯示、百葉窗顯示、馬賽克顯示。具體實現的方法是：

1）在視圖類的頭文件中定義特效顯示的消息處理函數：

afx_msg void OnShowEffect（UINT nID）；

2）在視圖類的實現文件的開頭處，即BEGIN_MESSAGE_MAP……END_MESSAGE_MAP宏之間添加消息映射：

ON_COMMAND_RANGE（菜單選項ID，菜單選項ID，菜單響應函數）。

例如：ON_COMMAND_RANGE（ID_DOWN，

ID_MASAIK，OnShowEffect）

3）在視圖類的末端手動加入函數OnShowEffect（）的定義：

void CImagProView：：OnShowEffect（UINT nID）

{ ……

switch（nID）

{ case ID_UPDOWN：//上到下顯示

……

break；

case ID_LEFTRIGHT：//左到右顯示

……

break；

case ID_GRIDCROSS：//柵格交錯顯示

……

break；

……}

這種方法，減少了代碼的冗余，另外也可以達到代碼結構的清晰。在軟件設計中，該方法貫徹到始終，比如用OnGeometricPro（）函數來完成圖像幾何處理，OnFrequencyPro（）函數完成圖像的頻域處理；OnEnhancePro（）函數完成圖像的增強處理；OnSepEdgePro（）函數完成圖像的分割和邊緣檢測；OnRestorationPro（）函數完成圖像復原。

（3）圖像處理中各算法的設計安排。該軟件設計的是由《數字圖像處理》這門課程的實驗需求而啟發，為了避免課程學習過于枯燥，學生可以在該系統的框架中添加各算法的實現代碼，從而達到對其深刻地理解。

軟件已完成圖像處理總體框架的搭建，用戶可通過菜單選項調用各算法功能。但須注意，圖像處理的各種算法需要用戶自行編寫代碼。為了方便期間，要求把算法實現代碼放入到function.h的頭文件中，以供需要時反復調用。function.h頭文件結構：

void FFT_2D（ ）//二維傅立葉變換

void IFFT_2D（ ）//二維傅立葉逆變換

BOOL CosTran（ ）//離散余弦變換

……

三、總結

在數字圖像教學中，將實驗內容和理論教學的有機結合，通過實驗改革，讓學生積極參與到實驗教學中，一方面融會貫通課堂教學內容，另一方面通過實踐使學生對抽象的理論有了進一步的理解。通過課題的實踐，調動了學生學習的主動性和積極性，同時也培養了他們程序設計思想和動手等方面的能力。

參考文獻：

[1]魯斯著.數字圖像處理（第六版）[M].余翔宇，等譯.北京：電子工業出版社，2014.

[2]岡薩雷斯，伍茲著.數字圖像處理（第三版）[M].阮秋琦，等譯.北京：電子工業出版社，2011.