数字图像处理实验教程-V3.1-zsj

数字图像处理实验教程 V3.1

青岛科技大学

数字图像处理实验教程

信息学院 张淑军 版本：V3.1

2011年3月试行 2012-2014年修订

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数字图像处理实验教程 V3.1

编写说明

1. 本书是《数字图像处理》实验教程，配合理论授课内容，巩固所学知识，锻炼学生动手开发能力。 2. 实验课需要学生预习，做好必要的准备，以保证实验效果。每次实验的内容和目标非常明确，实验过程中请同学们认真动手，举一反三，不依赖例程，能掌握编程思想。 3. 为加强学生对于所掌握内容的理解，设计了实验回答问题，环环相扣，使学生在编程实践的同时巩固知识点，对所学知识融会贯通，为进入本次实验内容打下基础。 4. 每次实验由例程和练习两部分组成，例程包含了本次实验的核心内容，要求学生统一掌握。练习部分考虑了学生编程水平的高低，分为：基础练习；扩展练习；高层进阶三个层次，以激励编程好的学生积极主动往更高层次努力，培养、选拔优秀学生；大多数的学生可以完成扩展练习。 5. 每课内容最后罗列了所用到的基本OPENCV函数，方便学生查找使用。未附说明的函数请学生自行查找OPENCV电子书，锻炼自己解决问题的能力。 6. 每次实验完成之后，请学生按要求撰写实验报告，并在最后详细记录“实验收获与总结”，将实验中遇到的问题和解决过程作为经验教训记录下来，训练学生及时总结归纳和反思、记录的习惯。

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目 录

目 录 ................................................................................................................................................ 3 实验1 图像文件读入和显示（验证性，第1章） .................................................................... 4 实验2 图像采集与显示（综合性，第2章） .......................................................................... 16 实验3 图像坐标变换（综合性，第2章） .............................................................................. 20 实验4 图像灰度变换（综合性，3.1节） ............................................................................... 25 实验5 直方图均衡化（验证性，3.3节） ............................................................................... 28 实验6 滤波器设计（综合性，3.4节） ................................................................................... 34 实验7 颜色空间转换（综合性，第4章） .............................................................................. 41 实验8 图像傅里叶变换（验证性，第5章） .......................................................................... 47 拓展实验 基于MFC的图像处理程序设计（综合性） ............................................................. 53 参考文献......................................................................................................................................... 53

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实验1 图像文件读入和显示（验证性，第1章）

1. 实验目的

（1） 熟悉VC++6.0开发环境。

（2） 了解OpenCV开发库，学会在VC++6.0环境下安装和配置OpenCV。 （3） 掌握开源库的通用安装和配置方法。

（4） 通过运行一个简单的程序，初步了解OpenCV程序的特点。 2. 实验内容

（1） 编写程序掌握OpenCV加载及显示图像的方法。 （2） 查看图像的属性（包括类型、大小、分辨率等），掌握图像的采样和量化、

像素间的联系。

3. 实验步骤（验证性实验）

（1） 检查所用的计算机系统是否已安装了VC++6.0（中英文版本均可）。 （2） 安装OpenCV 1.0并正确配置，配置文档见“9.OpenCV配置文档”。 （3） 创建OpenCV控制台项目。 方法1：新建文件

①在VC6.0下新建一个C++源文件：File->New->Files-> C++ Source File，取名为hello.cpp，指定存储目录。

②在hello.cpp的编辑页面键入hello.cpp所给的代码，并保存。 ③编译、连接，创建所需的工作区，在Debug目录下得到可执行文件hello.exe。 方法2：新建工程

①在VC6.0下创建一个空的控制台项目（Win32 Console Application），取名为hello，指定存储目录。

②给该项目添加（新建）一个C源代码文件（C++ Source File），取名为hello.cpp。键入所给的代码。

③编译、连接该程序，在Debug目录下得到可执行文件hello.exe。 （4） 在工程目录下放入图像文件lena.jpg，运行该项目，得到输出结果。 （5） 按照上述（1）（-3）步骤重新建立一个新的工程hello2.dsw，键入hello2.cpp

的相关代码，编译、连接，调试参数，得到运行结果。

控制台程序有两种方法运行：

①以命令行方式运行：在cmd命令行窗口（开始->运行->打开，cmd->确定，进入命令行窗口）中找到hello.exe所在的文件夹，输入hello.exe lena.jpg（要求lena.jpg与编译连接好的hello.exe在同一个目录下），运行。

②指定输入参数：在项目配置页依次找Project->Settings->Debug->Program arguments，在其中直接输入程序要求的外部输入参数lena.jpg，运行该程序。（要求lena.jpg与工程文件在同一个目录下。）

为更好地理解控制台程序输入参数的问题，请将程序hello.cpp与程序hello2.cpp做仔细的对比，认真体会。

二者的区别在于，hello2.cpp中的main函数带有两个参数，argc和argv，如下面形式： int main(int argc, char** argv) 或 int main(int argc, char* argv[])

这两个参数的作用是：argc 是指命令行输入参数的个数，argv存储了所有的命令行参数。假如程序是hello.exe，如果在命令行运行该程序，运行命令为：hello.exe lena.jpg，则：

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argc的值是 2，argv[0]是\，argv[1]是\。

（6） 修改hello2程序，使其可以同时读取、显示多幅图像。 4. 实验回答问题

（1） 什么是OpenCV？

OpenCV的全称是：Open Source Computer Vision Library 。OpenCV是一个基于BSD许可证授权（开源）发行的跨平台计算机视觉库，可以运行在Linux、Windows和Mac OS操作系统上。它轻量级而且高效——由一系列 C 函数和少量 C++ 类构成，同时提供了Python、Ruby、MATLAB等语言的接口，实现了图像处理和计算机视觉方面的很多通用算法。

（2） 通过实验，查看IplImage结构体的数据结构。请给出IplImage结构体

的数据结构。

nt nSize; /* IplImage大小 */ int ID; /* 版本 (=0)*/

int nChannels; /* 大多数OPENCV函数支持1,2,3 或 4 个通道 */ int alphaChannel; /* 被OpenCV忽略 */ int depth; /* 像素的位深度

char colorModel[4]; /* 被OpenCV忽略 */ char channelSeq[4]; /* 同上 */

int dataOrder; /* 0 - 交叉存取颜色通道, 1 - 分开的颜色通道. */ int origin; /* 0 - 顶—左结构, 1 - 底—左结构

int align; /* 图像行排列 (4 or 8). OpenCV 忽略它，使用 widthStep 代替 */ int width; /* 图像宽像素数 */ int height; /* 图像高像素数*/

struct _IplROI *roi;/* 图像感兴趣区域. 当该值非空只对该区域进行处理 */ struct _IplImage *maskROI; /* 在 OpenCV中必须置NULL */ void *imageId; /* 同上*/

struct _IplTileInfo *tileInfo; /*同上*/

int imageSize; /* 图像数据大小(在交叉存取格式下imageSize=image->height*image->widthStep），单位字节*/ char *imageData; /* 指向排列的图像数据 */

int widthStep; /* 排列的图像行大小，以字节为单位 */ int BorderMode[4]; /* 边际结束模式, 被OpenCV忽略 */ int BorderConst[4]; /* 同上 */

char *imageDataOrigin; /* 指针指向一个不同的图像数据结构（不是必须排列的），是为了纠正图像内存分配准备的 */

（3） 请说明OpenCV配置过程中，各个步骤的意义。

配置VC++6.0环境

下面需要设置VC6.0环境，使得VC6.0在编译OpenCV程序时，能够知道从何处找到头文件和库文件。 （1）配置头文件目录

依次打开Tools->Options->Directories: 在

Include files中，添加如下目录(6个，通常用前面的4个即可)： （2）配置库文件目录

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