光学图象处理实验（课程设计）
指导说明书
信息物理与工程系
王振东
2003年5月

一、实验（课程设计）目的：
通过本实验（课程设计），掌握数字图象处理的基本原理；掌握Visual C++、或Matlab、或VB等WINODWS编程软件的使用；掌握程序的编辑、编译和调试方法；掌握基本数字图象文件格式；掌握图象输入、输出软件接口。
二、实验（课程设计）仪器
PC微型计算机一台，Visual C++、或Matlab、或VB等WINODWS编程软件。实验样图及图像程序接口。
三、实验（课程设计）原理
在PC机平台及WINODWS操作系统上，以通用编程软件通过软件编程实现数字图象文件的读取、存储、显示，同时设计一种或几种数字图象处理算法并调试实现，将处理结果以图象方式显示，完成数字图象处理的基本过程。
四、实验（课程设计）步骤
线上编程课排名
1． 按要求进行设计选题（选题范围附后）；
2． 查阅相关资料，筛选并确定算法；
3． 仔细阅读相关软件使用手册，了解软件编程方法；
4． 按格式输入编制好的程序；
5． 对程序进行编译，查语法错误；
6． 根据编译过程指出的错误，修改错误，直到编译通过；
7． 开始调试算法，通过观察输出结果的变化，查算法错误，直至算法调试正确；
8． 完成程序整理，并编译出最终版本的可执行程序；
9． 根据要求完成课程设计（实验）报告。
五、实验（课程设计）要求
在进行实验（课程设计）前要预习，必须基本掌握其中一种WINODWS编程软件的使用。
熟悉数字图象处理的基本原理和过程，掌握基本数字图象文件格式；掌握图象输入、输出软件接口。掌握设计数字图象处理算法的过程和方法并调试实现。
六、实验（课程设计）结果
实验（课程设计）报告。
源程序和可执行程序。
七、选题范围
（一）通用选题
1． 图象编码：
a.哈夫曼编码， b.游程长度编码，c.香农编码，d.其它熵编码；
2． 图象变换：
a.快速二维离散傅氏变换， b.离散余弦变换，c.离散沃尔什变换，d.离散小波变换；
3． 图象增强：
a.灰度级校正， b. 灰度级变换，c.直方图修正，d.直方图均衡，e.同态增晰，f.噪声平滑，g.中值滤波，h.锐化，i.几何校正；
4． 图象复原：
a.反向滤波， b. 最小二乘滤波，c.同态滤波，d.卡尔曼滤波；
5． 图象分割：
a.阈值分割， b. 边界检测，c.骨架提取，d.区域生长，e.同分裂合并，f. 区域标记；
   
6． 图象识别：
a. 边界表达（链码，曲线拟合，转折能量法）， b. 边界描述（矩形度，圆形度，矩，傅立叶形状描述），c. Hough变换，d. 广义Hough变换，e. 区域表达（四叉树，骨架），f. 区域描述（投影，不变矩），g. 纹理描述符，h.贝叶斯判决，i. 模板匹配；
7． 图象重建：
a.傅立叶变换重建， b. 滤波反投影重建，c.代数迭代重建。
（二）专用选题
1．光斑定位问题的研究。即通过对一个光斑图象的处理，精确地出光斑的中心坐标，并确定其定位精度；
2．数值方法提高图象分辨率的研究。即通过对一个图象的数学插值处理，获得比物理图象分辨率更高的图象，并对不同数学插值算法的效果和可实现性进行比较；
3．中值滤波算法的优化设计研究。包括效果优化和计算量优化。
4．图象匹配识别。即已知一幅标准图象，然后与其它图象进行比较，判断该图象与标准图象的匹配程度。
5．光学自动对焦算法。在光学系统成像过程中，通过所成的像清晰与否来判断光学系统的对焦是否准确。
6．自选。
八、实验（课程设计）报告要求
1．标题、作者（可多人，但不超过三人，排名分先后）；
2．背景或关于该类方法的概述。可在通用选题中一个题目中选择某一小类的问题进行研究，或选择一个专用选题讨论；
3．所选择的方法的讨论（包括效果、可实现性，至少两种以上的方法，以及详细的实现流程）；
4．源程序及详细说明；
5．结论，包括实际效果以及与预期的对比及原因分析；
6．参考文献，不少于8篇，必须有杂志文章4篇；
7．篇幅不少于4000字。
九、实验（课程设计）报告样例
数值方法提高图像分辨率的研究
作者：XXX, XXX, XXX
单位：南京理工大学
摘要：本文采用了两种插值方法提高图像分辨率， ……(略)…… 本实验的程序是在VB环境
中完成的。
关键字：象素  分辨率
一、提高图像分辨率的背景
图像分辨率（即区分细节的程度）与采样点和灰度级的个数紧密相关。
……(略)……
二、预处理步骤
直方图均衡化
①原理 ：由于原图像较为暗淡，故采用直方图均衡化增强其整体对比度。
……(略)……
②流程图：
③计算量：乘法运算256*3=768次，加法运算lenx*leny+2*256=lenx*leny+512次。
……(略)……
三、两种插值方法
都是将预处理后的ii(lenx,leny)插值生成dest(2*lenx-1,2*leny-1),对应的原象素不加处理，边
缘上的插值点采用简单的两点平均法，新行新列的插值点用四点平均法，所有的插值点都是用原象素矩阵生成的。
1．两点平均法
①原理：如图4.1，原行原列中的插值点取两点平均法，即为拉格朗日插值的线性处理。
……(略)……
2．三次的拉格朗日插值法
……(略)……
3．对三次样条插值的讨论
……(略)……
所以要解得次线性方程组，……(略)……。
四、结论：
速度：由于本程序是在VB环境中进行的，所以运行速度较慢，大约需3-4 秒钟才能出来一幅图像。
两种方法的比较：……(略)……。
六．源程序及详细说明（略）：
七．参考文献：
……(略)……
十、实验（课程设计）图象接口程序代码
// dibapi.h
#ifndef _INC_DIBAPI
#define _INC_DIBAPI
// DIB句柄
DECLARE_HANDLE(HDIB);
// DIB常量
#define PALVERSION  0x300
/* DIB宏 */
// 判断是否是Win 3.0的DIB
#define IS_WIN30_DIB(lpbi)  ((*(LPDWORD)(lpbi)) == sizeof(BITMAPINFOHEADER))
// 计算矩形区域的宽度
#define RECTWIDTH(lpRect)    ((lpRect)->right - (lpRect)->left)
// 计算矩形区域的高度
#define RECTHEIGHT(lpRect)    ((lpRect)->bottom - (lpRect)->top)
// 在计算图像大小时，采用公式：biSizeImage = biWidth' × biHeight。
// 是biWidth'，而不是biWidth，这里的biWidth'必须是4的整倍数，表示
// 大于或等于biWidth的，离4最近的整倍数。WIDTHBYTES就是用来计算
// biWidth'
#define WIDTHBYTES(bits)    (((bits) + 31) / 32 * 4)
// PCX文件头结构
typedef struct{
        BYTE bManufacturer;
        BYTE bVersion;
        BYTE bEncoding;
        BYTE bBpp;
        WORD wLeft;
        WORD wTop;
        WORD wRight;
        WORD wBottom;
        WORD wXResolution;
        WORD wYResolution;
        BYTE bPalette[48];
        BYTE bReserved;
        BYTE bPlanes;
        WORD wLineBytes;
        WORD wPaletteType;
        WORD wSrcWidth;
        WORD wSrcDepth;
        BYTE bFiller[54];
} PCXHEADER;
// 函数原型
BOOL      WINAPI  PaintDIB (HDC, LPRECT, HDIB, LPRECT, CPalette* pPal);
BOOL      WINAPI  CreateDIBPalette(HDIB hDIB, CPalette* cPal);
LPSTR    WINAPI  FindDIBBits (LPSTR lpbi);
DWORD    WINAPI  DIBWidth (LPSTR lpDIB);
DWORD    WINAPI  DIBHeight (LPSTR lpDIB);
WORD      WINAPI  PaletteSize (LPSTR lpbi);
WORD      WINAPI  DIBNumColors (LPSTR lpbi);
WORD      WINAPI  DIBBitCount(LPSTR lpbi);
HGLOBAL  WINAPI  CopyHandle (HGLOBAL h);
BOOL      WINAPI  SaveDIB (HDIB hDib, CFile& file);
HDIB      WINAPI  ReadDIBFile(CFile& file);
BOOL      WINAPI  DIBToPCX256(LPSTR lpDIB, CFile& file);
HDIB      WINAPI  ReadPCX256(CFile& file);
#endif //!_INC_DIBAPI
// ************************************************************************
//  文件名：dibapi.cpp
//  DIB(Independent Bitmap) API函数库：
//
//  PaintDIB()          - 绘制DIB对象
//  CreateDIBPalette()  - 创建DIB对象调板
//  FindDIBBits()      - 返回DIB图像象素起始位置
//  DIBWidth()          - 返回DIB宽度
//  DIBHeight()        - 返回DIB高度
//  PaletteSize()      - 返回DIB调板大小
//  DIBNumColors()      - 计算DIB调板颜数目
//  CopyHandle()        - 拷贝内存块

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