《数字图像处理》课程的实验系统的研究

骆岩红

摘要：数字图像处理这门课程的实践性很强，在教学过程中，不仅做到各种图像处理算法的详细讲解，而且还要结合实验系统进一步帮助学生形象、直观的理解相关知识。这种教学内容，提高了学生的学习兴趣，而且把理论的学习融入到实际的问题解决中，极大的调动了学生的主动性和积极性。本文结合VC++语言，设计了一个实验系统，并经过各种算法的自行设计，得以证明，系统达到预期的功能。

关键词：数字图像处理；软件设计；实验教学

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）50-0277-02

一、引言

图像处理是一门多交叉学科，它涉及了计算机、数学知识、信号处理等方面的课程，该课程要求学生掌握基本的图像处理理论和算法。在授课过程中，常常需要结合特定的物理学、仿生学理论进行数学理论的推导，但是如果一味地讲解相关理论和算法，就会导致授课过程乏味，而且给学生学习该门课程带来很大的困难，更不要说把所学得知识和实际的应用联系起来。

鉴于图像处理这门课程较强的实践性，如果在教学过程中，结合计算机程序设计来验证各种算法的有效性，不仅使学生较直观地领会了各种算法，而且激发了学生的学习兴趣和参与热情，为培养学生动手实践能力奠定了一定的基础。

二、图像处理系统的实现

图像处理所涉及的内容：图像基本处理、几何变换、图像频域处理、图像增强、图像分割和边缘检测、图像复原等内容。

1.软件开发工具的选择。图像处理实现的手段比较多，比如Matlab、C++等开发环境，但是考虑C++语言具有良好的开发环境支持，以及VC++开发的产品与Windows操作系统具有很好的“亲和力”，所以它在开发数字图像处理方面占据着极其重要的地位。

数字图像处理作为一门实践性较强的课程，学生通过编程实践来理解和领会图像处理的各种算法。

2.图像软件设计中的技巧。虽然MFC提供了可视化的编程界面元素，但是在图像处理方面，由于没有提供支持DIB位图的类，所以为了使用方便，采用了面向对象技术，定义了一个与设备无关的类CImage，在该类中封装了DIB位图处理所需的基本成员变量和成员函数。（1）系统背景设置。本系统是建立在多文档基础上，那么对于多文档应用程序的背景设置，需要经过下面的步骤：

1）用ClassWizard生成一个CWnd类的派生类CClientWnd；

2）添加消息WM_ERASEBKGND，并在其关联的函数中OnEraseBkgnd（）添加代码：

BOOLCClientWnd：：OnEraseBkgnd（CDC* pDC）

{ //定义位图对象

//加载位图资源，并把位图选入内存环境中

//位图屏幕显示}

3）添加WM_SIZE消息，在其关联函数中完成窗口的重绘；

4）自定义重载的虚函数用来返回函数指针：

WNDPROC *CClientWnd：：GetSuperWndProcAddr（）

{static WNDPROC NEAR pfnSuper = NULL；

return &pfnSuper;；}

5）在CMainFrame類中定义一个CClientWnd 类的成员变量m_wndClient，并在CMainFrame 的OnCreate函数中把m_wndClient子类化为主框架窗口的客户窗口。代码如下：

if（！m_wndClient.SubclassWindow（m_hWndMDIClient））

{

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

return -1；}

（2）软件操作的设计。在软件设计过程中，采用菜单操作的方式达到各功能的实现。为了代码设计结构的简单和清晰，图像处理中对同类型的菜单，使用了一个函数响应多个选项的方法。比如在图像特效显示中，采用函数OnShowEffect（）来处理自上而下扫描显示、自左向右扫描显示、栅格交错显示、百叶窗显示、马赛克显示。具体实现的方法是：

1）在视图类的头文件中定义特效显示的消息处理函数：

afx_msg void OnShowEffect（UINT nID）；

2）在视图类的实现文件的开头处，即BEGIN_MESSAGE_MAP……END_MESSAGE_MAP宏之间添加消息映射：

ON_COMMAND_RANGE（菜单选项ID，菜单选项ID，菜单响应函数）。

例如：ON_COMMAND_RANGE（ID_DOWN，

ID_MASAIK，OnShowEffect）

3）在视图类的末端手动加入函数OnShowEffect（）的定义：

void CImagProView：：OnShowEffect（UINT nID）

{ ……

switch（nID）

{ case ID_UPDOWN：//上到下显示

……

break；

case ID_LEFTRIGHT：//左到右显示

……

break；

case ID_GRIDCROSS：//栅格交错显示

……

break；

……}

这种方法，减少了代码的冗余，另外也可以达到代码结构的清晰。在软件设计中，该方法贯彻到始终，比如用OnGeometricPro（）函数来完成图像几何处理，OnFrequencyPro（）函数完成图像的频域处理；OnEnhancePro（）函数完成图像的增强处理；OnSepEdgePro（）函数完成图像的分割和边缘检测；OnRestorationPro（）函数完成图像复原。

（3）图像处理中各算法的设计安排。该软件设计的是由《数字图像处理》这门课程的实验需求而启发，为了避免课程学习过于枯燥，学生可以在该系统的框架中添加各算法的实现代码，从而达到对其深刻地理解。

软件已完成图像处理总体框架的搭建，用户可通过菜单选项调用各算法功能。但须注意，图像处理的各种算法需要用户自行编写代码。为了方便期间，要求把算法实现代码放入到function.h的头文件中，以供需要时反复调用。function.h头文件结构：

void FFT_2D（ ）//二维傅立叶变换

void IFFT_2D（ ）//二维傅立叶逆变换

BOOL CosTran（ ）//离散余弦变换

……

三、总结

在数字图像教学中，将实验内容和理论教学的有机结合，通过实验改革，让学生积极参与到实验教学中，一方面融会贯通课堂教学内容，另一方面通过实践使学生对抽象的理论有了进一步的理解。通过课题的实践，调动了学生学习的主动性和积极性，同时也培养了他们程序设计思想和动手等方面的能力。

参考文献：

[1]鲁斯著.数字图像处理（第六版）[M].余翔宇，等译.北京：电子工业出版社，2014.

[2]冈萨雷斯，伍兹著.数字图像处理（第三版）[M].阮秋琦，等译.北京：电子工业出版社，2011.