《數(shù)字圖像處理》實(shí)驗(yàn)_山東大學(xué)

1、數(shù)字圖像處理試驗(yàn)指導(dǎo)書任課教師 陳振學(xué)山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院20083實(shí)驗(yàn)一、直方圖均衡化圖像增強(qiáng)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）熟悉直方圖均衡化處理的理論基礎(chǔ)；2）掌握直方圖均衡化處理的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法；3）學(xué)習(xí)VC+ 6。0 的編程方法；4）驗(yàn)證直方圖均衡化處理理論；5）觀察直方圖均衡化處理的結(jié)果。二、 實(shí)驗(yàn)要求：1）學(xué)習(xí)VC+確6.0 編程的步驟及流程；2）錄入已給出的程序；3）編譯并改錯(cuò)；4）閱讀給出的程序，并加注釋及書寫文檔；5）提交注釋后的程序及文檔；6）寫出本次實(shí)驗(yàn)的體會(huì)。直方圖均衡化處理編程指南本程序?qū)⒃贛icrosoft Visual C+6.0 開(kāi)發(fā)環(huán)境下構(gòu)建，所以，在開(kāi)

2、始之前，請(qǐng)確定您所使用的計(jì)算機(jī)已經(jīng)正確安裝了Microsoft Visual C+6.0（具體的安裝方法請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)Microsoft Visual C+6.0 用戶手冊(cè)，低于6.0 的版本是否可以運(yùn)行在此不做討論）。下面，請(qǐng)用該指南構(gòu)建一個(gè)直方圖均衡化處理的程序。一、創(chuàng)建對(duì)話框資源利用Microsoft Visual Studio 的對(duì)話框編輯器來(lái)設(shè)計(jì)對(duì)話框并創(chuàng)建對(duì)話框資源。步驟如下：1、Visual C+6.0 啟動(dòng)步驟： 安裝好Visual C+6.0； 按路徑開(kāi)始程序Microsoft Visual Studio 6.0Microsoft Visual C+ 6.0啟動(dòng)VC； 出現(xiàn)VC 界面

3、后，按路徑“File-New”進(jìn)入創(chuàng)建項(xiàng)目對(duì)話框；2、在彈出的對(duì)話框中單擊 Projects 選項(xiàng)卡，并單擊MFC AppWizard (exe)，在右側(cè)的Projectname 一欄中輸入工程文件名，在此我們輸入HistDemoA（也可以輸入自己的工程文件名，但為了統(tǒng)一起見(jiàn)，建議初學(xué)者輸入和本文相同的名字，以便于后面的理解），如下圖所示：圖 1完成后，單擊OK 按鈕。3、在彈出的MFC AppWizard 中，選擇Dialog based，如下圖所示，圖 2其它各項(xiàng)均接受默認(rèn)的設(shè)置。生成對(duì)話框應(yīng)用程序界面如下所示：圖 34、刪除“取消”按鈕及“TODO：在這里設(shè)置對(duì)話框”靜態(tài)文本框。右鍵單擊

4、“確定”按鈕，在彈出的菜單中選擇Properties，在彈出的按鈕屬性對(duì)話框中將“確定”按鈕的Caption改為“關(guān)閉”。5、改變對(duì)話框的大小。用鼠標(biāo)直接拖拉就可以調(diào)整這個(gè)對(duì)話框的大小。在這里，我們通過(guò)鼠標(biāo)的拖拉，將對(duì)話框的大小改為500270（為了后面能合適地顯示圖像。本程序在1024768 的分辨率下調(diào)試，如果讀者使用不同的分辨率，請(qǐng)根據(jù)具體情況做相應(yīng)的調(diào)整），這個(gè)大小將在窗口右下側(cè)的狀態(tài)欄中顯示出來(lái)。6、添加對(duì)話框控件。通過(guò)控件調(diào)色板來(lái)添加控件（如果控件調(diào)色板不可見(jiàn)的話，在工具欄上單擊右鍵，從列表中選擇Controls 即可）?？梢园芽丶苯訌目丶{(diào)色板上拖拉到新的對(duì)話框中，然后放到合適

5、的位置，并且改變控件大小。在這里，我們添加兩個(gè)靜態(tài)文本框，右鍵單擊Properties，將它們的Caption 分別設(shè)置為：“原始圖像”和“直方圖均衡化處理后的圖像”。然后添加兩個(gè)按鈕，右鍵單擊Properties，在屬性設(shè)置中分別將它們的ID 設(shè)置為“IDC_OPEN”和“IDC_HIST”，Caption 分別設(shè)置為“打開(kāi)文件”和“直方圖均衡化”。將新添加的這些控件拖拉到合適的位置后，對(duì)話框界面如下所示：圖 4二、創(chuàng)建CImageWnd 類1、單擊菜單欄的Insert，選擇New Class，在彈出的對(duì)話框中，將Class type 選為GenericClass，并在Name 欄中輸入CI

6、mageWnd，然后點(diǎn)擊OK 按鈕。如下圖所示：圖 52、通過(guò)工作區(qū)的FileView 找到ImageWnd.h 文件，打開(kāi)它并將類定義部分的classCImageWnd 修改為class CImageWnd:public CWnd。3、為類CImageWnd 添加成員變量。通過(guò)工作區(qū)的ClassView，找到類CImageWnd，單擊右鍵，在彈出的菜單中選擇Add Member Variable，在彈出的對(duì)話框中輸入要添加的成員變量的類型及名字，及選擇訪問(wèn)限定語(yǔ)。在這里，我們依次加入訪問(wèn)限定語(yǔ)為public 的下列int 型變量：HCurrentPosition，HScrollMax，HSc

7、rollPosition，VCurrentPosition，VScrollMax，VScrollPosition，nWidth，nHeight，nByteWidth。然后再添加訪問(wèn)限定語(yǔ)為public，類型為BYTE 的成員變量*lpBits。完成類CimageWnd 的成員變量的添加。4、為類CimageWnd 添加成員函數(shù)。通過(guò)工作區(qū)的ClassView，找到類CImageWnd，單擊右鍵，在彈出的菜單中選擇Add Member Function，在彈出的對(duì)話框中輸入要添加的成員函數(shù)的類型及聲明，及選擇訪問(wèn)限定語(yǔ)。在此我們添加以下的成員函數(shù)：訪問(wèn)限定語(yǔ)為public，類型為void 的Se

8、tImage(int cx,int cy,const void *bits)，在函數(shù)的定義部分加入如下的代碼：nWidth=cx;nHeight=cy;nByteWidth=nWidth*3;if (nByteWidth%4) nByteWidth+=4-(nByteWidth%4);if (lpBits) delete lpBits;lpBits=new BYTEnByteWidth*nHeight;memcpy(lpBits,bits,nByteWidth*nHeight);if (cx>320 | cy>240) SetScroll(cx,cy);else SetScroll

9、(0,0);Invalidate();然后添加訪問(wèn)限定語(yǔ)為public，類型為void 的SetScroll(int cx,int cy)，并在函數(shù)的定義部分加入如下代碼：HScrollPosition=0;HCurrentPosition=0;VScrollPosition=0;VCurrentPosition=0;SetScrollPos(SB_HORZ,0);SetScrollPos(SB_VERT,0);SCROLLINFO sinfo;sinfo.cbSize=sizeof(SCROLLINFO);sinfo.fMask=SIF_PAGE|SIF_RANGE;sinfo.nMin=0

10、;/HScrollsinfo.nMax=cx-1;sinfo.nPage=302;SetScrollInfo(SB_HORZ,&sinfo);HScrollMax=cx-302;/VScrollsinfo.nMax=cy-1;sinfo.nPage=222;SetScrollInfo(SB_VERT,&sinfo);VScrollMax=cy-222;5、為類CimageWnd 添加構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)。在構(gòu)造函數(shù)CImageWnd:CImageWnd()的定義體內(nèi)加入下面的代碼：HScrollPosition=0;HCurrentPosition=0;HScrollMax=0;

11、VScrollPosition=0;VCurrentPosition=0;VScrollMax=0;lpBits=0;在析構(gòu)函數(shù)CImageWnd:CImageWnd()的定義體內(nèi)加入下面的代碼：if (lpBits) delete lpBits;6、為類CimageWnd 添加消息映射。打開(kāi)文ImageWnd.h，并添加如下代碼：protected:/AFX_MSG(CImageWnd)afx_msg BOOL OnEraseBkgnd(CDC* pDC);afx_msg void OnHScroll(UINT nSBCode, UINT nPos, CScrollBar* pScrollB

12、ar);afx_msg void OnVScroll(UINT nSBCode, UINT nPos, CScrollBar* pScrollBar);afx_msg void OnPaint();afx_msg int OnCreate(LPCREATESTRUCT lpCreateStruct);/AFX_MSGDECLARE_MESSAGE_MAP()打開(kāi)文件ImageWnd.cpp，在析構(gòu)函數(shù)CImageWnd:CImageWnd()的定義后面，加入下面的代碼：BEGIN_MESSAGE_MAP(CImageWnd, CWnd)/AFX_MSG_MAP(CImageWnd)ON_WM_

13、ERASEBKGND()ON_WM_HSCROLL()ON_WM_VSCROLL()ON_WM_PAINT()ON_WM_CREATE()/AFX_MSG_MAPEND_MESSAGE_MAP()7、添加消息處理函數(shù)。打開(kāi)文件ImageWnd.cpp，加入下面的代碼：#define BACKGROUND RGB(128,128,128)BOOL CImageWnd:OnEraseBkgnd(CDC* pDC)if (!lpBits) pDC->FillSolidRect(0,0,320,240,BACKGROUND);return TRUE;void CImageWnd:OnPaint(

14、)CPaintDC dc(this); / device context for paintingif (lpBits)int x,y;x=-HScrollPosition;y=-VScrollPosition;if (nWidth<320) x=(320-nWidth)/2;if (nHeight<240) y=(240-nHeight)/2;BITMAPINFOHEADER bmi;bmi.biSize=sizeof(BITMAPINFOHEADER);bmi.biWidth=nWidth;bmi.biHeight=nHeight;bmi.biPlanes=1;bmi.biBi

15、tCount=24;bmi.biCompression=BI_RGB;bmi.biSizeImage=0;bmi.biXPelsPerMeter=0;bmi.biYPelsPerMeter=0;bmi.biClrUsed=0;bmi.biClrImportant=0;StretchDIBits(dc.m_hDC,x,y,nWidth,nHeight,0,0,nWidth,nHeight,lpBits,(BITMAPINFO *)&bmi,DIB_RGB_COLORS,SRCCOPY);void CImageWnd:OnHScroll(UINT nSBCode, UINT nPos, C

16、ScrollBar* pScrollBar)switch(nSBCode)case SB_LINEDOWN:HScrollPosition+=5;break;case SB_LINEUP:HScrollPosition-=5;break;case SB_PAGEDOWN:HScrollPosition+=302;break;case SB_PAGEUP:HScrollPosition-=302;break;case SB_THUMBPOSITION:case SB_THUMBTRACK:HScrollPosition=nPos;break;if (HScrollPosition<0) H

17、ScrollPosition=0;if (HScrollPosition>HScrollMax) HScrollPosition=HScrollMax;SetScrollPos(SB_HORZ,HScrollPosition);if (HCurrentPosition!=HScrollPosition)ScrollWindow(HCurrentPosition-HScrollPosition),0);HCurrentPosition=HScrollPosition;CWnd:OnHScroll(nSBCode, nPos, pScrollBar);void CImageWnd:OnVSc

18、roll(UINT nSBCode, UINT nPos, CScrollBar* pScrollBar)switch(nSBCode)case SB_LINEDOWN:VScrollPosition+=5;break;case SB_LINEUP:VScrollPosition-=5;break;case SB_PAGEDOWN:VScrollPosition+=222;break;case SB_PAGEUP:VScrollPosition-=222;break;case SB_THUMBPOSITION:case SB_THUMBTRACK:VScrollPosition=nPos;br

19、eak;if (VScrollPosition<0) VScrollPosition=0;if (VScrollPosition>VScrollMax) VScrollPosition=VScrollMax;SetScrollPos(SB_VERT,VScrollPosition);if (VCurrentPosition!=VScrollPosition)ScrollWindow(0,(VCurrentPosition-VScrollPosition);VCurrentPosition=VScrollPosition;CWnd:OnVScroll(nSBCode, nPos, p

20、ScrollBar);int CImageWnd:OnCreate(LPCREATESTRUCT lpCreateStruct)if (CWnd:OnCreate(lpCreateStruct) = -1)return -1;return 0;三、為CHistDemoADlg 添加代碼1、找到并雙擊打開(kāi)文件HistDemoADlg.h（通過(guò)工作區(qū)的FileView），在classCHistDemoADlg : public Cdialog 前添加#include "ImageWnd.h"2、在HistDemoADlg.h 的public 部分，CHistDemoADlg(C

21、Wnd* pParent = NULL);之后加入下面的語(yǔ)句：int nWidth;int nHeight;int nLen;int nByteWidth;BYTE *lpBackup;BYTE *lpBitmap;BYTE *lpBits;CString FileName;CImageWnd source,dest;3、單擊菜單欄的View，在彈出的菜單中選擇ClassWizard，然后在彈出的對(duì)話框中選擇Message Maps 選項(xiàng)卡，在Class name 下拉列表框中選擇CHistDemoADlg，在Object IDs中選擇CHistDemoADlg，在Member functio

22、ns 中選擇雙擊OnInitDialog，（如果沒(méi)有的話，在Messages 中雙擊WM_INITDIALOG 添加）， 窗口將跳轉(zhuǎn)到BOOLCHistDemoADlg:OnInitDialog()的定義部分。在“/ TODO: Add extra initialization here”后面加入下面的代碼：source.Create(0,"Source",WS_CHILD|WS_VISIBLE,CRect(40,40,360,280), this, 10000);dest.Create(0,"Destination",WS_CHILD|WS_VISIB

23、LE,CRect(400,40,720,280), this,10001);至此，編譯我們建立的程序，界面如下圖所示：（如有任何錯(cuò)誤不能正常編譯通過(guò)，請(qǐng)讀者仔細(xì)檢查前面的編程步驟，按此建立過(guò)程成功編譯通過(guò)并顯示出下面的界面）圖 6單擊按鈕“打開(kāi)文件”和“直方圖均衡化”，沒(méi)有任何反映，因?yàn)槲覀冞€沒(méi)有給它們添加響應(yīng)。單擊“關(guān)閉”按鈕，對(duì)話框關(guān)閉。四、為“打開(kāi)文件”按鈕添加響應(yīng)。1、為類CHistDemoADlg 添加成員函數(shù)void LoadBitmap ( )。打開(kāi)工作區(qū)的ClassView，右鍵盤單擊類CHistDemoADlg，在彈出的菜單中選擇Add Member function，在彈出

24、的對(duì)話框中加入訪問(wèn)限定語(yǔ)為public，函數(shù)類型為void，函數(shù)聲明為L(zhǎng)oadBitmap 的成員函數(shù)，點(diǎn)擊“OK”按鈕，編輯窗口將跳轉(zhuǎn)到函數(shù)void LoadBitmap ( )的定義部分。在函數(shù)void LoadBitmap ( )的定義部分的定義部分加入下面的代碼：BITMAPINFOHEADER *pInfo;pInfo=(BITMAPINFOHEADER *)(lpBitmap+sizeof(BITMAPFILEHEADER);nWidth=pInfo->biWidth;nByteWidth=nWidth*3;if (nByteWidth%4) nByteWidth+=4-(n

25、ByteWidth%4);nHeight=pInfo->biHeight;if (pInfo->biBitCount!=24)if (pInfo->biBitCount!=8)AfxMessageBox("無(wú)效位圖");delete lpBitmap;lpBitmap=0;return;unsigned int PaletteSize=1<<pInfo->biBitCount;if (pInfo->biClrUsed!=0 && pInfo->biClrUsed<PaletteSize)PaletteSi

26、ze=pInfo->biClrUsed;lpBits=lpBitmap+sizeof(BITMAPFILEHEADER)+sizeof(BITMAPINFOHEADER);RGBQUAD *pPalette=(RGBQUAD *)lpBits;lpBits+=sizeof(RGBQUAD)*PaletteSize;nLen=sizeof(BITMAPFILEHEADER)+sizeof(BITMAPINFOHEADER)+nByteWidth*nHeight;BYTE *lpTemp=lpBitmap;lpBitmap=new BYTEnLen;BITMAPFILEHEADER bmh;

27、BITMAPINFOHEADER bmi;bmh.bfType='B'+'M'*256;bmh.bfSize=nLen;bmh.bfReserved1=0;bmh.bfReserved2=0;bmh.bfOffBits=54;bmi.biSize=sizeof(BITMAPINFOHEADER);bmi.biWidth=nWidth;bmi.biHeight=nHeight;bmi.biPlanes=1;bmi.biBitCount=24;bmi.biCompression=BI_RGB;bmi.biSizeImage=0;bmi.biXPelsPerMeter

28、=0;bmi.biYPelsPerMeter=0;bmi.biClrUsed=0;bmi.biClrImportant=0;int nBWidth=pInfo->biWidth;if (nBWidth%4) nBWidth+=4-(nBWidth%4);memset(lpBitmap,0,nLen);memcpy(lpBitmap,&bmh,sizeof(BITMAPFILEHEADER);memcpy(lpBitmap+sizeof(BITMAPFILEHEADER),&bmi,sizeof(BITMAPINFOHEADER);BYTE*lpBits2=lpBitmap

29、+sizeof(BITMAPFILEHEADER)+sizeof(BITMAPINFOHEADER);int x,y,p1,p2,Palette;for(y=0;y<nHeight;y+)for(x=0;x<nWidth;x+)p1=y*nBWidth+x;p2=y*nByteWidth+x*3;if (lpBitsp1<PaletteSize) Palette=lpBitsp1;else Palette=0;lpBits2p2=pPalettePalette.rgbBlue;lpBits2p2+1=pPalettePalette.rgbGreen;lpBits2p2+2=p

30、PalettePalette.rgbRed;delete lpTemp;lpBits=lpBitmap+sizeof(BITMAPFILEHEADER)+sizeof(BITMAPINFOHEADER);if (lpBackup) delete lpBackup;lpBackup=new BYTEnLen;memcpy(lpBackup,lpBitmap,nLen);2、單擊菜單欄的View，在彈出的菜單中選擇ClassWizard，然后在彈出的對(duì)話框中選擇Message Maps 選項(xiàng)卡，在Class name 下拉列表框中選擇CHistDemoADlg，在ObjectIDs 中選擇IDC_

31、OPEN，在Messages 中單擊BN_CLICKED，然后再單擊ADD Function按鈕，將彈出添加成員函數(shù)的對(duì)話框，如下圖所示：圖 7接受默認(rèn)的函數(shù)名，單擊“OK”按鈕，就成功地添加了該成員函數(shù)。單擊“Edit Code”按鈕，窗口將跳轉(zhuǎn)到該成員函數(shù)的定義部分，加入下面的代碼：CFile File=0;CFileDialog dlg(TRUE,0,0,OFN_HIDEREADONLY," 位圖文件|*.bmp| 所有文件|*.*|",this);if (dlg.DoModal()=IDOK)FileName=dlg.GetPathName();if (!File.

32、Open(FileName,CFile:modeRead) return;/ TODO: add loading code hereif (lpBitmap) delete lpBitmap;nLen=File.GetLength();lpBitmap=new BYTEnLen;File.Read(lpBitmap,nLen);LoadBitmap();if (lpBitmap) source.SetImage(nWidth,nHeight,lpBits);3、在類CHistDemoADlg 的構(gòu)造函數(shù)CHistDemoADlg(CWnd* pParent /*=NULL*/)中加入下面的代碼

33、：lpBitmap=0;lpBackup=0;到此為止，我們所構(gòu)建的程序已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)單擊“打開(kāi)文件”按鈕的響應(yīng)。編譯程序，并打開(kāi)BMP 文件，如下圖所示：圖 8五、為“直方圖均衡化”按鈕添加響應(yīng)1、單擊菜單欄的View，在彈出的菜單中選擇ClassWizard，然后在彈出的對(duì)話框中選擇Message Maps 選項(xiàng)卡，在Class name 下拉列表框中選擇CHistDemoADlg，在ObjectIDs 中選擇IDC_HIST，在Messages 中單擊BN_CLICKED，然后再單擊ADD Function按鈕，將彈出添加成員函數(shù)的對(duì)話框，如下圖所示：圖 9接受默認(rèn)的函數(shù)名，單擊“OK”按

34、鈕，就成功地添加了該成員函數(shù)。單擊“Edit Code”按鈕，窗口將跳轉(zhuǎn)到該成員函數(shù)的定義部分，加入下面的代碼：HistogramEq();2、剛剛添加的HistogramEq()實(shí)現(xiàn)直方圖均衡化處理的算法。我們?cè)贖istDemoADlg.cpp中加入下面的代碼：#define Point(x,y) lpPoints(x)+(y)*nWidth#define Point1(x,y) lpPoints1(x)+(y)*nWidthvoid GetPoints(int nWidth,int nHeight,BYTE *lpBits,BYTE *lpPoints)int x,y,p;int nByt

35、eWidth=nWidth*3;if (nByteWidth%4) nByteWidth+=4-(nByteWidth%4);for(y=0;y<nHeight;y+)for(x=0;x<nWidth;x+)p=x*3+y*nByteWidth;lpPointsx+y*nWidth=(BYTE)(0.299*(float)lpBitsp+2+0.587*(float)lpBitsp+1+0.114*(float)lpBitsp+0.1);void PutPoints(int nWidth,int nHeight,BYTE *lpBits,BYTE *lpPoints)int nBy

36、teWidth=nWidth*3;if (nByteWidth%4) nByteWidth+=4-(nByteWidth%4);int x,y,p,p1;for(y=0;y<nHeight;y+)for(x=0;x<nWidth;x+)p=x*3+y*nByteWidth;p1=x+y*nWidth;lpBitsp=lpPointsp1;lpBitsp+1=lpPointsp1;lpBitsp+2=lpPointsp1;3、為類CHistDemoADlg 添加成員函數(shù)HistogramEq( )。打開(kāi)工作區(qū)的ClassView，右鍵盤單擊類CHistDemoADlg，在彈出的菜單中

37、選擇Add Member function，在彈出的對(duì)話框中加入訪問(wèn)限定語(yǔ)為public，函數(shù)類型為void，函數(shù)聲明為HistogramEq 的成員函數(shù)，點(diǎn)擊“OK”按鈕，編輯窗口將跳轉(zhuǎn)到函數(shù)void CHistDemoADlg:HistogramEq( )的定義部分。在函數(shù)void CHistDemoADlg:HistogramEq()的定義部分加入下面的代碼：if (lpBitmap=0) return;BYTE *lpOutput=new BYTEnByteWidth*nHeight;HistogramEq1(nWidth,nHeight,lpBits,lpOutput);dest.S

38、etImage(nWidth,nHeight,lpOutput);delete lpOutput;NoColor();4、為類CHistDemoADlg 添加成員函數(shù)HistogramEq1(int nWidth,int nHeight,BYTE*lpInput,BYTE *lpOutput)。打開(kāi)工作區(qū)的ClassView，右鍵盤單擊類CHistDemoADlg，在彈出的菜單中選擇Add Member function，在彈出的對(duì)話框中加入訪問(wèn)限定語(yǔ)為public，函數(shù)類型為void，函數(shù)聲明為HistogramEq1(int nWidth,int nHeight,BYTE*lpInput,BYT