数字图像处理教学辅助软件的开发

张秋菊，夏琬娇

（燕京理工学院，河北廊坊，065201）

0 引言

数字图像处理通常是计算机度二维图像的收集、分析的整合过程。此课程是人工智能专业学习中一项十分核心的板块，所涉及的范围比较广泛，其实用性也比较突出。由于此技术中包含的种种环节比较复杂，其中有图像的各种处理方式，而且不同的环节所采用的方式方法也均不相同，此外，数字图像处理技术所蕴含的理论与核心技术都太过于复杂抽象。对学生而言，无法在课堂当中对于数字图像处理的相关内容进行深入了解，其困难性较高。如今市面上现存的图像处理技术大多数只适用于图像修饰以及广告设计等方面，并无法适用在课堂教学当中。本文所研究的数字图像处理教学辅助软件，可以将计算的过程以及算法的应用有效整合并展示出来，使该教程中的数学授课内容以更为生动形象的方式演示出来，这种方式的采用可以使学生对于此技术所涉及的理论知识与核心技术更好的消化。

1 教学辅助软件设计规划

1.1 总体结构

文章对于数学图像处理技术与理论知识为主要基础以此来设计出更多不同的算法[1]。将appwizarf作为软件的主要框架，而其中也将opencv库中的功能与设备进行了融合整备，以此来实现图像处理的不同功能，如图1所示。

图1 数字图像处理教学辅助软件总体结构图

1.2 软件功能设计与实现

数字图像处理中所蕴含了各种各样不同的操作步骤，以初期所研制的框架为主要依据，软件在开发期间主要针对分割、操作、复原以文件操作等模块进行了设计，并以此为基础进行了实现，每个模块蕴含的功能也均不一致。

1.2.1 文件操作

文件操作模块可以实现图像的打开、关闭、保存等功能，可对图像进行有效的常规操作。此软件在设计初期就是主要用来处理灰度图像，利用此模块可以将未处理完成的图像另存为储存空间当中，其他模块的调动更加高效方便。在图像处理的期间，使用不同步骤所处理完成的图像均可以详细的显示出来，也可以自由保存。

1.2.2 图像变换

图像变化模块主要是实现点运算以及几何变换，例如阈值变换以及图像的缩放、调动等功能均可以使用此模块来进行实现。而且图像在变换的过程中将已经设定好的参数输入至弹出的对话框当中，人机交互工作完成，如图2所示。

图2 图像变换处理图

1.2.3 图像增强与复原

复原与图像增强模块中含有增减对比度、图像恢复以及滤波等功能，此外还有平滑图像、添加噪声以及低通滤波等处理也可以有效实现[3]。添加早僧的过程当中可以选择多种不同的添加方式，而平滑图像可以利用任意的模板来对领域进行任意修改；高、低通滤波可以将图像转换至理想高、低通滤波以及巴特沃斯高、低通滤波。

从下述图3中可以看出，此图是添加噪声以及领域算法操作的相关效果图，首先将原有的图像进行读取工，后在原有的图像中添加高通噪声，最后采用领域平均法来对其含噪图像进行平滑优化。

图3 图像平滑处理图

下述图4为傅里叶变换与低通滤波操作的示意图，左侧为模糊正方形图像，右侧则是经过滤波处理以后的示意图。

图4 图像滤波处理图

1.2.4 图像分割

图像分割模块可以将图像进行有效裁剪分割，例如边缘检测以及区域分割。在进行区域分割的过程中还可选择区域加长与阈值分割等处理方式，其中在进行分割的过程当中需对要进行分割的阈值，可以利用弹出的对话框并输入要分割的参数来进行分割操作。图像边缘检测，可以通过多种不同的方法来实现边缘检测，如Sobel、Roberts等。图像分割模块除了上述所讲述的功能意外，还可利用此模块来实现边界跟踪以及直线检测等功能。利用直线检测变化点-线対偶的原理来实现Hough变换。边界跟踪模块可以对图像中所包含的白色背景中所包含的黑色部分进行边界处理并对其黑色轮廓进行提取操作。如图5所示，此图中最左边的为最原始的图像，中间则是经过Roberts算子检测后的示意图，最右侧则是使用Hough变换检测直线的效果图[4]。

图5 图像边缘检测与直线检测图

1.2.5 数学形态学

数学形态学可以针对图像来实施四种不同的运算方式。例如，开运算、闭运算、膨胀、腐蚀，这四种运算方式均是数学形态学模块最常用的运算。此模块在设计期间的初衷就是想利用形态不同的结构元素去有效提取图像中所包含的各种形状，以此为由来实现识别与分析图像的目的。上述四种运算方式在有效利用以后与图像分割进行配合可以实现图像的分割、修改等全新的处理方式。此外，数学形态学中还包含了细化处理，采取击中击不中变换方式可以对图像中的目标精准定位并对其有效监测。图6中所显示的就是数学生态学膨胀以后的示意图，先将最原始的图像进行打开，后对原始图像进行二值化处理，完成后在开展膨胀处理。

图6 数学形态学膨胀处理图

2 数字图像处理教学辅助软件的实现

2.1 文件处理

计算机应用过程当中文件操作是极为关键的模块，由于计算机的系统内容就储存在文件当中，导致系统在启动的过程中，启动的流程也会自动防止文件当中并开始自动运行。另外，数据图形、软件等计算机所需的软件都以文件储藏的形式被放置于计算机当中，在需要读取文件期间，系统会自动打开文件并载入。因此在编写APP的期间，文件的精准掌握也是一项关键的任务。在计算机当中，数据基本全由文件的形式储存在硬盘当中，图像以及数据也均是如此，图像以及数据大部分的处存放室是以数字的形式来储存的，这表明要想使用计算机对图像进行有效处理，对图像的了解也是必不可少的。

2.2 几何变换

数字图像处理中所包含的几何变换是十分重要的内容，几何变化主要可通过应用对图像的要求来对图像进行有效调制，例如图像的大、小、形状以及位置等变化。简单来说，就是几何变化可使素点所存在的几何位置进行调动，图像中物体的空间位置也可以利用几何变化来进行调动，这种调动可以被称为在图像中的移动，特别是针对规律性很强的图像时，一个原有的图像可以通过几何变换的方式来转变至另一个不同的图像。几何变化不但拥有产生任意图像的可能，而且可以将图像设计简化。从客观角度来看，几何变化也可以详细分为图像平移、形状改变以及负荷变化等不同的几何变化，利用几何变化模块来改变图像的过程中，图像原有的像素值并不会出现任何变化，知识将图像表面重打乱新排列像素。几何变换具体可划分为连个不同的部分来计算：一方面是空间变换所需的运算，主要体现在输出、输入两种图像的映射方面；另一方面为灰度拔插运算，按照这种方式进行运算，所输出的图像像素会被映射至输入图像的坐标上。

2.3 正交变换

正交变换具体可以划分为两方面：一方面是在空间域对图像进行简单直接的处理，这里称他为空域方式；另一方面就是将图像转至变换域在进行图像处理操作，这里称他为变换域方式。而变换域方式中通常使用的方法为频域法，此方法可以在处理期间进行有效变换。这里所提起的变换通常指的是线性变化，而线性变换的运算需严格按照标准来一一执行。

2.4 图像增强变换

数字图像处理中最基本的内容便是图像增强了，图像增强的主要目的就是将应用中需要突出的信息进行修改，删除图像中所存在的无用信息，以此来使图像中所含物体特征之间的差距变得更大，经过图像增强处理后在应用程序的应用更为合适，为后期提取图像中所含的重要信息奠定基础。由于图像增强变换模块的日常所需以及应用目的均不一致，因此所含的标准以及含义也均不相同。一般情况下，图像在进行增强变换以后，视觉效果会直线上升，这种提升代表图像中所含特征信息的视觉效果也得到了上升。虽说如此，但在此过程中需要格外注意图像增强变换后，图像所含的信息量不会因此得到提升，而是采用较为先进的手段来使应用价值信息得到进一步突出。换句话来说，图像增强变换并不属于无损处理。

2.5 边缘检测

边缘检测是数字图像处理教学软件中最为特殊的模块，同时它的作用也是视觉处理过程中最为重要的模块，还是开展图像分割操作前的重要基础。图像在进行处理的期间，边界是一个区域到另一个区域的开始，而边界所含的表明特征区域均一致，而区域不同所表明的特征也不一致。而边缘检测可以将物体以及背景中的图像特征来进行检测其变化的位置。

3 结语

数字图像处理教学辅助软件可以有效辅助学生对此课程的学习，此外，所开发的软件可以将教学课程中数字图像处理包含的算法以及处理技术有效展示出来，对学生的掌握以及理解有着很好的协助作用，该课程的教学效果也因此得到了提升。