中南大学图像处理实验报告

实验报告

学院：信息科学与工程学院

姓名： ******* 

班级：*********

学号：**********

指导老师：***

实验1 PhotoShop功能操作

一、实验目的

1、了解数码相机基本使用。

2、熟悉PHOTOSHOP在图像处理上的用途。

3、掌握PHOTOSHOP一些基本的图像操作。

二、实验内容

1、观察图像大小（宽与高像素）。

图像菜单中图像大小选项

图1，图像大小

2、改变图像大小。

在上述图像大小窗口改变数值就可以改变图像大小。

3、观察各处的RGB值、色度、亮度、饱和度的值。

将鼠标移动到图上各处，在右侧信息栏里可以看到RGB值。

图2，RGB值

再取颜色取样工具，右键点击图片，选择HSB即为色度亮度饱和度的值。

图3，HSB值

4、单独观察红色、绿色、蓝色分量图像。

右下角选择通道，选择不同通道即可观察红色，绿色，蓝色分量图像

图4，红色分量图

图5，绿色分量图

图6，蓝色分量图

5、将彩色图像转换为灰度图像，存盘后观察文件大小。

先选择图像→模式→灰度，选择扔掉

图7，灰度图像

然后另存为bmp格式的图像，可以看出文件大小变小了很多。

6、观察图像的直方图。

    直接在右侧栏可观察到直方图。

图8，直方图

7、改变图像的亮度、对比度、饱和度，观察操作结果。

在图像中选择调整→亮度/对比度

即可调整然后观察效果

同样在调整中选择色相饱和度。即可调整饱和度

8、以不同阈值二值化图像。

在图像→调整→阈值，可以调整色阶，观察不同阈值二值化图像。

图9，观察不懂阈值二值化图像

实验2 Photoshop图像处理实验

一、实验目的

1、了解bmp图像的数据存储形式。

2、学习使用不同的滤波方法处理图像。

3、掌握PHOTOSHOP一些图像增强处理方法。

二、实验内容

1、打开一个bmp图像

2、自定义滤波器处理图像。

（1）滤波中选择自定义

图像有一定程度的模糊。常用的图像平滑模板有：

、、、、

选择第一种模板，得到

（2）从频谱的角度分析，图像的锐化类似于一个高通滤波器。常用的锐化模板有：

、

等。这两个模板又称为拉普拉斯模板。

选择第二个模板得到

（3）边缘查找又称为边缘检测，边缘是指周围像素灰度发生阶跃型或凸缘型变化的像素的集合。常用的边缘检测算子，包括Sobel、Prewitt、Krisch、Laplace算子等。这里采用Sobel

得到图像

3、练习使用模糊、锐化、涂抹、减淡和加深等工具进行图像的编辑。

这些工具都在右侧工具栏可以找到，比如说锐化工具和模糊工具

减淡加深工具：

实验3 图像处理编程实验

一、实验目的

1、熟悉VB或VC的基本编程方法。

2、了解bmp位图文件的结构。

3、掌握灰度直方图的原理及绘制过程。

二、实验内容

1、读取BMP位图文件

   BMP 位图包括位图文件头结构BITMAPFILEHEADER 、位图信息头结构

BITMAPINFOHEADER、位图颜色表 RGBQUAD 和位图像素数据四部分。处理位图时要根据文件的这些结构得到位图文件大小、位图的宽、高、实现调色板、得到位图像素值等等。对于256 级灰度图像每个像素用 8bit 表示颜色的索引值，这里要注意的一点是在 BMP位图中，位图的每行像素值要填充到一个四字节边界，即位图每行所占的存储长度为四字节的倍数，不足时将多余位用0 填充。 

    在处理图像应用程序的文档类（CdibDoc.h）中声明如下宏及公有变量： 

  #define WIDTHBYTES(bits) (((bits) + 31) / 32 * 4)// 计算图像每行象素所占的字节数目 

  HANDLE m_hDIB;//存放位图数据的句柄 

  CPalette* m_palDIB;//指向调色板Cpalette类的指针 

  CSize m_sizeDoc; file:// 初始化视图的尺寸 

  根据BMP 位图文件的结构，操作 BMP 位图文件读入数据，重载了文挡类的

OnOpenDocument 函数如下： 

BOOL CDibDoc::OnOpenDocument(LPCTSTR lpszPathName) 

{ 

  CFile file; 

  CFileException fe; 

  if (!file.Open(lpszPathName, Cfile::modeRead | Cfile::shareDenyWrite, &fe)) 

  { 

  AfxMessageBox("文件打不开"); 

  return FALSE; 

  }//打开文件 

  DeleteContents();//删除文挡 

  BeginWaitCursor(); 

  BITMAPFILEHEADER bmfHeader;//定义位图文件头结构 

  DWORD dwBitsSize; 

  HANDLE hDIB; 

  LPSTR pDIB; 

  BITMAPINFOHEADER *bmhdr;//指向位图信息头结构的指针 

  dwBitsSize = file.GetLength();// 得到文件长度 

  if (file.Read((LPSTR)&bmfHead er, sizeof(bmfHeader)) != 

             sizeof(bmfHeader)) 

  return FALSE; 

  if (bmfHeader.bfType != 0x4d42) file:// 检查是否为 BMP文件 

   return FALSE; 

   hDIB=(HANDLE) ::GlobalAlloc(GMEM_MOVEABLE |   

                 GMEM_ZEROINIT, dwBitsSize); 

   file://申请缓冲区 

   if (hDIB == 0) 

   { 

    return FALSE; 

   } 

   pDIB = (LPSTR) ::GlobalLock((HGLOBAL)hDIB);   

   file://得到申请的缓冲区的指针 

   if (file.ReadHuge(pDIB, dwBitsSize  - sizeof(BITMAPFILEHEADER)) != 

     dwBitsSize - sizeof(BITMAPFILEHEADER) ) 

   { 

    ::GlobalUnlock((HGLOBAL)hDIB); 

    hDIB=NULL; 

    return FALSE; 

    }//读数据，包括位图信息、位图颜色表、图像像素的灰度值 

   bmhdr=(BITMAPINFOHEADER*)pDIB;// 为指向位图信息头结构的指针付值 

   ::GlobalUnlock((HGLOBAL)hDIB); 

   if ((*bmhdr).biBitCount!=8) file:// 验证是否为8bit 位图 

    return FALSE; 

     m_hDIB=hDIB; 

    InitDIBData();  

    file://自定义函数，根据读入的数据得到位图的宽、高、颜色表 

    file://  来得到初始化视的尺寸、生成调色板 

    EndWaitCursor(); 

    SetPathName(lpszPathName);// 设置存储路径 

    SetModifiedFlag(FALSE); //  设置文件修改标志为FALSE 

    return TRUE; 

   } 

    为了将图像处理后所得到的像素值保存起来，重载了文档类的OnSaveDocument函数，

其具体实现如下： 

BOOL CDibDoc::OnSaveDocument(LPCTSTR lpszPathName) 

{ 

  CFile file; 

  CFileException fe; 

  BITMAPFILEHEADER bmfHdr; //  位图文件头结构 

  LPBITMAPINFOHEADER lpBI; file://指向位图信息结构的指针 

  DWORD dwDIBSize; 

  if (!file.Open(lpszPathName, Cfile::modeCreate | 

   Cfile::modeReadWrite | Cfile::shareExclusive, &fe)) 

  { 

  AfxMessageBox("文件打不开"); 

  }//打开文件 

  BOOL bSuccess = FALSE; 

  BeginWaitCursor(); 

  lpBI = (LPBITMAPINFOHEADER) :: GlobalLock((HGLOB AL) m_hDIB); 

  if (lpBI == NULL) 

  return FALSE; 

  dwDIBSize = *(LPDWORD)lpBI + 256*sizeof(RGBQUAD); 

    // Partial Calculation 

  DWORD dwBmBitsSize;//BMP 文件信息结构所占的字节数 

dwBmBitsSize=WIDTHBYTES((lpBI->biWidth)*((DWORD)lpBI->biBitCount))

*lpBI->biHeight;// 存储时位图所有像素所占的总字节数

  dwDIBSize += dwBmBitsSize;   

lpBI->biSizeImage = dwBmBitsSize; // 位图所有像素所占的总字节数

  file://以下五句为文件头结构填充值 

  bmfHdr.bfType =0x4d42; //  文件为"BMP" 类型 

  bmfHdr.bfSize = dwDIBSize  + sizeof(BITMAPFILEHEADER);// 文件总长度 

  bmfHdr.bfReserved1 = 0; 

  bmfHdr.bfReserved2 = 0; 

bmfHdr.bfOffBits = (DWORD)sizeof(BITMAPFILEHEADER) + lpBI->biSize

            + 256*sizeof(RGBQUAD); 

  file://位图数据距问件头的偏移量 

  file.Write((LPSTR)&bmfHdr, sizeof(BITMAPFILEHEADER));//写文件头 

  file.WriteHuge(lpBI, dwDIBSize); 

  file://将位图信息（信息头结构、颜色表、像素数据）写入文件 

  ::GlobalUnlock((HGLOBAL) m_hDIB); 

  EndWaitCursor(); 

  SetModifiedFlag(FALSE); // back to unmodified 

  return TRUE; 

  } 

    灰度图像要正确显示，必须实现逻辑调色板和系统调色板，通过在主框架类中处理

Windows 定义的消息 WM_QUERYNEWPALETTE 、WM_PALETTECHANGED及视图类中

处理自定义消息 WM_DOREALIZE （该消息在主框架窗口定义如下：#define 

WM_REALIZEPAL (WM_USER+100)）来实现调色板的操作。 

void CMainFrame::OnPaletteChanged(CWnd* pFocusWnd) 

{ file:// 总实现活动视的调色板 

  CMDIFrameWnd::OnPaletteChanged(pFocusWnd); 

  CMDIChildWnd* pMDIChildWnd = MDIGetActive(); 

  if (pMDIChildWnd == NULL) 

  return 

CView* pView = pMDIChildWnd->GetActiveView();

  ASSERT(pView != NULL); 

SendMessageToDescendants(WM_DOREALIZE, (WPARAM)pView->m_hWnd);

  file://通知所有子窗口系统调色板已改变 

  } 

BOOL CMainFrame::OnQueryNewPalette()//提供实现系统调色板的机会 

  { 

  //  实现活动视的调色板 

  CMDIChildWnd* pMDIChildWnd = MDIGetActive(); 

  if (pMDIChildWnd == NULL) 

   return FALSE; // no active MDI child frame (no new palette) 

CView* pView = pMDIChildWnd->GetActiveView();

   ASSERT(pView != NULL); 

   file://通知活动视图实现系统调色板 

pView->SendMessage(WM_DOREALIZE, (WPARAM)pView->m_hWnd);

   return TRUE; 

  } 

  LRESULT CDibView::OnDoRealize(WPARAM wParam, LPARAM)//实现系统调色板 

  { 

  ASSERT(wParam != NULL); 

  CDibDoc* pDoc = GetDocument(); 

if (pDoc->m_hDIB == NULL)

   return 0L; // must be a new document 

CPalette* pPal = pDoc->m_palDIB;

   file://调色板的颜色表数据在InitDIBData() 函数中实现 

   if (pPal != NULL) 

   { 

CMainFrame* pAppFrame = (CMainFr ame*) AfxGetApp()->m_pMainWnd;

    ASSERT_KINDOF(CMainFrame, pAppFrame); 

    CClientDC appDC(pAppFrame); 

    CPalette* oldPalette = appDC.SelectPa lette(pPal, ((HWND)wP aram) != m_hWnd); 

    file://只有活动视才可以设为"FALSE" ， 

    //  即根据活动视的调色板设为"前景"调色板 

      if (oldPalette != NULL) 

    { 

     UINT nColorsChanged = appDC.RealizePalette();//实现系统调色板 

if (nColorsChanged > 0)

pDoc->UpdateAllViews(NULL);// 更新视图

      appDC.SelectPalette(oldPalette, TRUE); 

      file://将原系统调色板置为逻辑调色板 

     } 

    else 

    { 

     TRACE0("\SelectPalette failed in   

          CDibView::OnPaletteChanged\\n"); 

     } 

}

2、绘制灰度直方图。

    下面的程序显示一幅图的灰度直方图。有两段程序，第一段统计出每个灰度的像素个数，存放在数组GrayTable[] 中，然后产生一个新的窗口，把统计结果显示出来。第二段程序就是该窗口的消息处理函数。要注意的是，由于各灰度出现的频率可能相差很大，所以如何将结果显示在有限的窗口范围内，是一个必须考虑的问题。我们这里的做法是，在所有出现的灰度中，统计出一个最大值 max 和一个最小值min，假设能显示的窗口最大坐标为 270，最小坐标为5 ，按成比例显示，这样，灰度出现的次数和显示坐标之间呈线形关系，设 a*grayhits+b=coordinate，其中 grayhits为灰度出现的次数，coordinate 为显示坐标，a 和b 为两个常数。我们将max 和min 代入，应该满足a*max+b=270 ;    a*min+b=5 

可以解得a=265/(max-min);    b=270.0-a* max 。 

int GrayTable[256]; 

int MaxGrayNum; 

int MinGrayNum; 

BOOL Histogram(HWND hWnd) 

{ 

 DWORD               OffBits,BufSize; 

 LPBITMAPINFOHEADER lpImgData; 

 LPSTR         lpPtr; 

 int           x,y; 

 int           grayindex; 

 HWND          hPopupWnd; 

 int                     temp; 

 //计数器清零 

for(grayindex=0;grayindex<256;grayindex++)

  GrayTable[grayindex]=0; 

 //OffBits为到实际位图数据的偏移值 

 OffBits=bf.bfOffBits-sizeof(BITMAPFILEHEADER); 

//BufSize 为缓冲区的大小 

 BufSize=bf.bfSize-sizeof(BITMAPFILEHEADER); 

    lpImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)GlobalLock(hImgData); 

for(y=0;y  lpPtr=(char *)lpImgData+(BufSize-LineBytes-y*LineBytes); 

for(x=0;x   grayindex=(unsigned char)*(lpPtr++); 

   GrayTable[grayindex]++; // 对应的颜色计数值加 1 

  } 

 } 

 MaxGrayNum=0; 

 MinGrayNum=65535; 

for(grayindex=0;grayindex<256;grayindex++){

  temp=GrayTable[grayindex]; 

if(temp>MaxGrayNum)

   MaxGrayNum=temp; // 找到更大的了 

if( (temp0) )

   MinGrayNum=temp; // 找  到更小的了 

 } 

 GlobalUnlock(hImgData); 

 //产生新的窗口显示结果 

hPopupWnd = CreateWindow ("PopupWindowClass", 

"Histogram  Statistic  Window",WS_OVERLAPPEDWINDOW,50,80,550,350,    hWnd,NULL,ghInst,NULL); 

if (hPopupWnd){ 

  ShowWindow (hPopupWnd, SW_SHOW); 

     UpdateWindow (hPopupWnd); 

    } 

 return TRUE; 

} 

下面是新窗口的消息处理函数 

long FAR PASCAL PopupWndProc (HWND hWnd,UINT message,WPARAM 

wParam,LPARAM lParam) 

{ 

 HDC    hdc; 

 PAINTSTRUCT  ps;    

 DWORD    i; 

 int              xstart;    

 static LOGPEN    blp={PS_SOLID,1,1,RGB(0,0,255)}; // 蓝色画笔 

 HPEN           bhp; //画笔句柄 

 float            a,b,temp; 

 char            str[10]; 

 //计算上面所说的 a,b的值 

 a=(float)(265.0 /( MaxGrayNum - MinGrayNum) ); 

  b=(float) (270.0-a* MaxGrayNum); 

    switch (message) 

     { 

    case WM_PAINT: 

        hdc = BeginPaint(hWnd, &ps); 

     bhp = CreatePenIndirect(&blp); 

  SelectObject(hdc,bhp); 

        MoveToEx(hdc,2,270,NULL); 

        LineTo(hdc,518,270); // 先画一条水平线 

        xstart=2; 

for(i=0;i<256;i++){

         MoveToEx(hdc,xstart,270,NULL); 

   if (GrayTable[i]!=0)  

    temp=(float)(a*GrayTable[i]+b); 

   else temp=0.0f;  //如果灰度出现的次数是零，则不画线 

         LineTo(hdc,xstart,270-(int)temp); // 画出该灰度的计数值 

   if (i%16 ==0){ //画出标尺，每 16 个一格 

          MoveToEx(hdc,xstart,270,NULL); 

          LineTo(hdc,xstart,280); 

    _itoa(i,str,10); 

    TextOut(hdc,xstart,285,str,strlen(str)); 

   } 

         xstart+=2; 

        } 

     MoveToEx(hdc,xstart,270,NULL); 

     LineTo(hdc,xstart,280); 

  TextOut(hdc,xstart,285,"256",strlen("256")); 

        EndPaint(hWnd,&ps);  

        DeleteObject(bhp); 

        break; 

    default: 

     break; 

     }  

    return DefWindowProc (hWnd, message, wParam, lParam); 

}

3、编程实现实验2中的图像处理方法。

void CDibView::OnMENUHighPass()   

{ HANDLE data1handle; 

  LPBITMAPINFOHEADER lpBi; 

  CDibDoc *pDoc=GetDocument(); 

  HDIB hdib; unsigned char *hData; unsigned char *data; 

hdib=pDoc->GetHDIB();

  BeginWaitCursor(); 

  lpBi=(LPBITMAPINFOHEADER)GlobalLock((HGLOBAL)hdib); 

  hData=(unsigned char*)FindDIBBits((LPSTR)lpBi); 

pDoc->SetModifiedFlag(TRUE);

data1handle=GlobalAlloc(GMEM_SHARE,WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)*lpBi->biHeight);

  data=(unsigned char*)Global Lock((HGLOBAL)data1handle); 

AfxGetApp()->BeginWaitCursor();

  int i,j,s,t,ms=1; 

  int sum=0,sumw=0; 

  int mask[3][3]= 自定义的模板； 

  for(i=0; ibiHeight; i++) 

  for(j=0; jbiWidth; j++)   

   {  

    sumw=0; sum=0; 

for(s=(-ms); s<=ms; s++)

for(t=(-ms); t<=ms; t++)

if(((i+s)>=0) && ((j+t)>=0) && ((i+s)biHeight) && ((j+t)biWidth))

      { 

       sumw += mask[1+s][1+t]; 

sum+=*(hData+(i+s)*WIDTHBYTES(lpBi- >biWidth*8)+(j+t))*mask[1+s][1+t];

} 

     if(sumw==0) sumw=1; sum/=sumw; 

if(sum>255)sum=255;

if(sum<0)sum=0;

*(data+i*WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)+j)=sum;

      } 

     for( j=0; jbiHeight; j++) 

      for( i=0; ibiWidth; i++) 

*(hData+i*WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)+j)=*(data+i*WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)+j)

;  

AfxGetApp()->EndWaitCursor();

      GlobalUnlock((HGLOBAL)hdib); 

      GlobalUnlock(data1handle); 

      EndWaitCursor(); 

     Invalidate(TRUE); 

  }

实验4 图像处理编程量测实验

一、实验目的

1、掌握Hough变换。

2、综合运用图像处理的各种操作，获取图像信息。

二、实验内容

a 平滑滤波

同实验三程序实现平滑滤波，滤波后效果图如下：

b 边缘增强

同实验三程序实现边缘增强，增强后效果图如下：

c Hough变换 

BOOL Hough(HWND hWnd){ 

// 定义一个自己的直线结构 

    typedef struct{ 

         int topx; // 最高点的 x 坐标 

         int topy; // 最高点的 y 坐标 

         int botx; // 最低点的 x 坐标 

         int boty; // 最低点的 y 坐标 

         }MYLINE; 

 DWORD              BufSize; 

    LPBITMAPINFOHEADER lpImgData; 

 LPSTR              lpPtr; 

 HDC                hDc; 

 LONG               x,y; 

 long               i,maxd; 

 int                k; 

 int                Dist,Alpha; 

    HGLOBAL            hDistAlpha,hMyLine; 

    int        *lpDistAlpha; 

 MYLINE             *lpMyLine,*TempLine,MaxdLine; 

    static LOGPEN      rlp={PS_SOLID,1,1,RGB(255,0,0)}; 

    HPEN               rhp; 

if( NumColors!=256){   

          MessageBox(hWnd,"Must be a mono bitmap with grayscale palette!", 

"Error Message",MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION); 

        return FALSE; 

} 

// 计算最大距离 

 Dist=(int)(sqrt( (double)bi.biWidth*bi.biWidth+ 

(double)bi.biHeight*bi.biHeight)+0.5) 

; 

  Alpha=180 /2 ; //0  到 to 178  度，步长为 2 度 

 //为距离角度数组分配内存 

    if((hDistAlpha=GlobalAlloc(GHND,(DWO RD)Dist* Alpha * sizeof(int)))==NULL){ 

     MessageBox(hWnd,"Error allo c memory!

MB_ICONEXCLAMATION); 

        return FALSE; 

    } 

 //为记录直线端点的数组分配内存 

    if((hMyLine=GlobalAlloc(GHND,(DWO RD)Dist*Alpha*sizeof(MYLINE)))==NULL){ 

     GlobalFree(hDistAlpha); 

     return  FALSE; 

 } 

 //原图缓冲区的大小 

 BufSize=bf.bfSize-sizeof(BITMAPFILEHEADER); 

    lpImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)GlobalLock(hImgData); 

    lpDistAlpha=(int *)GlobalLock(hDistAlpha); 

 lpMyLine=(MYLINE *)GlobalLock(hMyLine); 

for (i=0;i<(long)Dist*Alpha;i++){

  TempLine=(MYLINE*)(lpMyLine+i); 

  (*TempLine).boty=32767; //初始化最低点的 y 坐标为一个很大的值 

 } 

for (y=0;y  //lpPtr 指向位图数据 

  lpPtr=(char *)lpImgData+(BufSize-LineBytes-y*LineBytes); 

for (x=0;x   if(*(lpPtr++)==0) //是个黑点 

for (k=0;k<180;k+=2){

     //计算距离 i 

 i=(long)fabs((x*cos(k*PI/180.0)+y*sin(k*PI/180.0) 

)); 

     //相应的数组元素加 1 

 *(lpDistAlpha+i*Alpha+k/2)=*(lpDistAlpha+i*Alpha+k/2)+1; 

 TempLine=(MYLINE*)(lpMyLine+i*Alpha+k/2); 

if(y> (*TempLine).topy){

      // 记录该直线最高点的 x,y 坐标 

      (*TempLine).topx=x; 

      (*TempLine).topy=y; 

     } 

if(y< (*TempLine).boty){

      // 记录该直线最低点的 x,y 坐标 

      (*TempLine).botx=x; 

      (*TempLine).boty=y; 

     } 

  } 

 } 

 maxd=0; 

for (i=0;i<(long)Dist*Alpha;i++){

  TempLine=(MYLINE*)(lpMyLine+i); 

  k=*(lpDistAlpha+i); 

if( k > maxd){

   //找到数组元素中最大的，及相应的直线端点 

   maxd=k; 

   MaxdLine.topx=(*TempLine).topx; 

   MaxdLine.topy=(*TempLine).topy; 

   MaxdLine.botx=(*TempLine).botx; 

   MaxdLine.boty=(*TempLine).boty; 

  } 

 } 

 hDc = GetDC(hWnd); 

 rhp = CreatePenIndirect(&rlp); 

 SelectObject(hDc,rhp); 

 MoveToEx(hDc,MaxdLine.botx,MaxdLine.boty,NULL); 

 //在两端点之间画一条红线用来标识 

 LineTo(hDc,MaxdLine.topx,MaxdLine.topy); 

  DeleteObject(rhp);                        

  ReleaseDC(hWnd,hDc); 

 //释放内存及资源 

 GlobalUnlock(hImgData); 

    GlobalUnlock(hDistAlpha); 

 GlobalFree(hDistAlpha); 

    GlobalUnlock(hMyLine); 

 GlobalFree(hMyLine); 

 return TRUE; 

}

d 求直线, 求交点, 得三角形高度、底边宽度、面积

求得三角形高度：158 像素

底边宽度：135 像素

面积：10665 像素2