数字图像处理实验教程-V31-zsj.doc

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OpenCV函数解释OpenCV的函数和数据类型命名规则如下：（1） 宏全部使用大写字符，字间用下划线分隔，如：CV_MAX_DIM，IPL_DEPTH_32F。（2） 数据类型以Cv开头，如：CvSize，CvPoint3D64f等。（3） 函数以cv开头，如：cvLoadImage、cvSaveImage等。需要包含的OpenCV头文件：cv.h：OpenCV的基本函数头文件。highgui.h：用于用户GUI界面设计的OpenCV专用库，包括很多Windows API接口函数。OpenCV基本函数：cvLoadImage从文件读取图像语法：IplImage* cvLoadImage（const char* filename，int flag=1）参数：filename：待载入的文件名，包括扩展名。可以载入BMP，DIB，JPEG，PNG，PBM，PGM，PPM，SR，RAS和TIFF等文件格式。flag表示是否是彩色图像（多通道），默认为1，表示读入的图像被强制为3通道的彩色图像flag=0，表示载入图像强制为单通道灰度图像flagOptions-Directories: 在Include files中，添加如下目录：C:PROGRAM FILESOPENCVCVINCLUDEC:PROGRAM FILESOPENCVCVAUXINCLUDEC:PROGRAM FILESOPENCVCXCOREINCLUDEC:PROGRAM FILESOPENCVOTHERLIBSHIGHGUIC:PROGRAM FILESOPENCVOTHERLIBSCVCAMINCLUDE点击Options之后页面如下：配置完之后，页面如下：（2）配置库文件目录依次打开Tools-Options-Directories: 在Library files中，添加如下目录：C:PROGRAM FILESOPENCVLIB配置完之后页面如下：（3）添加库文件链接这一步对于每一个工程都要配置一次，在新建工程之后，依次打开Project-Settings-Link，在Object/library modules中，添加所需要的lib文件，以空格分开。通常包括：cxcore.lib cv.lib cvaux.lib highgui.lib cvcam.lib ml.lib点击Settings-Link，添加6个库之后的页面如下：程序在链接、运行时，需要OpenCV的动态链接库的支持，如果程序提示找不到dll文件，则需将OpenCV的所有动态链接库文件（OpenCV-bin目录下的8个dll文件）直接拷到系统安装目录system32下，这样OpenCV的程序无论在本机的何处运行，都没有问题了。实验2 图像采集与显示（综合性，第2章）1. 实验目的（1） 了解OpenCV中使用摄像头采集图像的方法。（2） 掌握OpenCV进行图像采集、存储与显示的实现方法。2. 实验内容编写程序，用摄像头采集彩色图像并进行彩色和灰度显示。3. 实验步骤（验证性实验）（1） 首先保证计算机安装了某个摄像头（webcam）及其驱动程序，摄像头能正常采集。（2） 创建OpenCV控制台项目。（3） 添加源文件gray.cpp，并输入相关代码。（4） 编译、连接、运行，得到实验结果。4. 实验回答问题（1） IplImage结构体中imageData的格式是什么样的？ （2） 函数cvCreateImage的最后一个参数的含义是什么？（3） 画出示例代码gray.cpp程序的流程图。5. 练习【基础练习】修改程序，使得程序能读取硬盘上的AVI视频文件并逐帧显示。【扩展练习】自己编写完整程序实现以下功能：（1） 创建一个窗口（2） 载入图像（3） 显示图像（4） 创建一幅新图像（5） 将原图像转换为灰度图像赋给新图像（6） 在新窗口显示新图像（7） 销毁窗口，释放图像6. 实验报告要求实验报告要求写明以下7方面内容：（1） 写明实验目的。（2） 写明实验内容和步骤。（3） 写出完整的控制台程序代码，并加详细的注释。（4） 描绘并解释实验结果，并对实验结果进行分析。（5） 写明实验中存在的不足，以及改进的方法。（6） 回答实验中涉及到的问题。（7） 写出本次实验的体会。7. 预习内容（1） 图像坐标变换有哪些？掌握每种变换的公式。（2） 图像坐标变换的级联。8. 参考程序代码/* 程序名：gray.cpp 说 明：从摄像头采集图像，并转化为灰度图显示*/#include #include #include #include int main( int argc, char* argv )/声明IplImage指针IplImage* pFrame = NULL; IplImage* pFrImg = NULL;CvCapture* pCapture = NULL; int nFrmNum = 0; /创建窗口cvNamedWindow(color, 1);cvMoveWindow(color, 60, 20); cvNamedWindow(gray, 1); cvMoveWindow(gray, 400, 20); if( !(pCapture = cvCaptureFromCAM(-1)/从摄像头获取图像/if( !(pCapture = cvCaptureFromAVI(“sea.avi”) /从视频文件获取图像 fprintf(stderr, Can not open camera.n);/报错 return -2; /逐帧读取视频 while(pFrame = cvQueryFrame( pCapture ) nFrmNum+; /如果是第一帧，需要申请内存，并初始化 if(nFrmNum = 1)pFrImg = cvCreateImage(cvSize(pFrame-width, pFrame-height), IPL_DEPTH_8U,1); pFrImg-origin=1;/设置图像数据起点为左下角，可设0查看不同结果 cvCvtColor(pFrame, pFrImg, CV_RGB2GRAY); /转化成单通道图像（灰度图像）/显示图像 cvShowImage(color, pFrame); cvShowImage(gray, pFrImg);/等待按键事件cvWaitKey(2);/当前帧采集到之后延迟2毫秒，以便能实现连续显示视频的效果/cvWaitKey(0);/若参数为0，则无限制等待按键，只能显示第一帧图像 /销毁窗口cvDestroyWindow(color); cvDestroyWindow(gray); /释放图像和矩阵cvReleaseImage(&pFrame); cvReleaseImage(&pFrImg); cvReleaseCapture(&pCapture); return 0;9. OpenCV函数解释需要包含的OpenCV头文件#include cxcore.h#include cvcam.h#include windows.hcxcore.h：OpenCV核函数头文件OpenCV基本函数：OpenCV支持从摄像头和视频文件（AVI）中捕捉图像，使用的两个函数是：cvCaptureFromCAM从摄像头捕捉图像cvCaptureFromAVI从视频获取图像返回值均为CvCapture结构体cvCaptureFromCAM功能：给从摄像头得到的视频流分配和初始化CvCapture结构。语法：CvCapture* cvCaptureFromCAM( int index );参数：index 要使用的摄像头索引，默认为-1。cvQueryFrame获取视频序列帧的每一帧语法：IplImage* cvQueryFrame( CvCapture* capture );参数：capture 视频获取结构。 cvCreateImage创建图像函数语法：IplImage *cvCreateImage(CvSize size, int depth, int channels)参数：size：图像的宽、高。depth：图像图元深度。channels每个图元的颜色通道数。返回值：IplImage结构体。cvMoveWindow移动窗口函数语法：void cvMoveWindows(name,int x,int y)参数：name：窗口的名称。X：窗口左上角的x坐标。Y：窗口左上角的Y坐标。cvGetWindowHandle获取窗口句柄函数传入参数为窗口名称。返回值为窗口的句柄。cvCvtColor色彩空间转换函数语法：void cvCvtColor(const CvArr* src, CvArr* dst, int code)参数：src为源图像的不定数组，CvArr*指针，一般情况为IplImage型指针。Dst：目的地址的CvArr指针，一般为IplImage型结构体。Code：色彩转换空间，常数定义为CV_2实验3 图像坐标变换（综合性，第2章）1. 实验目的（1） 掌握图像坐标变换的原理和方法。（2） 能设计相应代码实现图像的旋转与缩放变换。2. 实验内容编写程序用OpenCV实现对图像的各种空间变换。需要实现的功能有：旋转与缩放。3. 实验步骤（综合性实验）（1） 新建源文件rotate.cpp。（2） 编写程序代码，使程序可以对图像进行旋转与缩放。（3） 编译、连接（生成工作区）、运行该文件，得到实验结果。（4） 通过给定的函数，理解所给代码的功能进而改写程序代码，使程序可以对图像实现指定的空间变换，包括平移、旋转、缩放。4. 实验回答问题（1） 请给出图像坐标变换的基本公式和实现原理，并着重说明例程中的算法。（2） 写出平移矩阵、缩放矩阵、旋转（绕z轴）矩阵。5. 练习【基础练习】（1） 修改例程，使得程序可以每次按键旋转一次图像。（这个修改在现在的代码上比较困难，需要把rotate函数解开，直接在main函数里写）（2） 修改例程，使得程序可以连续循环地旋转图像。【扩展练习】（1）使用cvFlip函数实现图像绕x，y轴或中心旋转。（2）修改例程，使得程序可以在旋转图像的同时缩放图像。【高层进阶】（1） 使用cvResize函数实现图像的缩放功能。（2） 编写程序，实现图像的平移、旋转和缩放综合功能。6. 实验报告要求实验报告要求写明以下7方面内容：（1） 写明实验目的。（2） 写明实验内容和步骤。（3） 写出空间变换所涉及的图像处理函数，并加详细的注释。（4） 描绘并解释实验结果，并对实验结果进行分析。（5） 写明实验中存在的不足，以及改进的方法。（6） 回答实验中涉及到的问题。（7） 写出本次实验的体会。7. 预习内容（1） 空域图像增强的概念是什么？有哪些分类？（2） 给出几种常见的图像灰度映射函数。8. 参考程序代码/* 程序名：rotate.cpp 功 能：使用OpenCV函数实现图像的旋转（平移和缩放）。*/#include #include #include #include #include void myRotate(IplImage* ,int); /声明自定义的图像旋转函数int main()IplImage *src;src=cvLoadImage(lena.jpg);if(!src) printf(加载图片失败！n);return -1;cvNamedWindow(src,1);/窗口固定大小cvMoveWindow(src,200,80);/设定窗口左上角坐标位置cvShowImage(src, src); int ang=45;cvRotate(src, ang);/旋转图像cvWaitKey(0);cvReleaseImage(&src);cvDestroyWindow(src);return 0;void myRotate(IplImage* src,int angle)/自定义图像旋转函数 IplImage *dst=0; dst = cvCloneImage (src); float m6;int w = src-width;int h = src-height;m0 = cos(angle * CV_PI/180);m1 = sin(angle * CV_PI/180);m2 = w*0.5f;m3 = -m1;m4 = m0;m5 = h*0.5f;CvMat M = cvMat( 2, 3, CV_32F, m );/初始化一个2行3列的矩阵M（矩阵元素的数据类型为32位float型）cvGetQuadrangleSubPix( src, dst, &M);/以M矩阵变换src图像为dst图像 cvNamedWindow(dst,1); cvMoveWindow(dst,500,80);cvShowImage(dst, dst);9. OpenCV数据结构与基本函数CvMat结构定义多通道矩阵，如下（在cxcore/cxarray.cpp中）：typedef struct CvMat int type; /元素类型和标记 int step; /以字节为单位的行数据长度 /* for internal use only */ int* refcount; int hdr_refcount; union uchar* ptr; short* s; int* i; float* fl; double* db; data; /data指针#ifdef _cplusplus union int rows; int height; ; union int cols; int width; ; #else int rows; /行数 int cols; /列数#endif CvMat;函数说明：cvMat初始化矩阵函数语法：CvMat cvMat(int rows, int cols, int type, void *data=NULL)参数：rows矩阵行数，cols矩阵列数，type元素类型，data可选项，指向分配给矩阵头的数据指针。OpenCV中重要的矩阵变换函数，使用方法为cvMat* cvCreateMat ( int rows, int cols, int type ); 这里type可以是任何预定义类型，预定义类型的结构如下：CV_ (S|U|F)C。于是，矩阵的元素可以是32位浮点型数据(CV_32FC1)，或者是无符号的8位三元组的整型数据(CV_8UC3)，或者是无数的其他类型的元素。一个CvMat的元素不一定就是个单一的数字。在矩阵中可以通过单一(简单)的输入来表示多值，这样我们可以在一个三原色图像上描绘多重色彩通道。对于一个包含RGB通道的简单图像，大多数的图像操作将分别应用于每一个通道（除非另有说明）。cvGetQuadrangleSubPix 使用子像素精度提取像素四边形。该函数通过指定的变换矩阵对原图像进行相应的变换。语法：void cvGetQuadrangleSubPix( const CvArr *src, CvArr *dst, const CvMat *map_matrix)参数：src 输入图像 dst 提取的四边形 map_matrix 为2*3的变换矩阵A | b说明：此函数以子像素精度从图像src中提取四边形，并将结果存储于dst，计算公式如下： dstx + width(dst)/2, y+height(dst)/2 = src(,)其中，A和b为几何形变参数，均来自映射矩阵map_matrix。映射矩阵为：map_matrix=此处，非整数坐标的像素点值通过双线性插值得到。多通道图像的每一个通道都单独计算。这个函数旋转图像后，超出原图像部分，默认的是重复边界模式。cvResize图像大小变换函数功能：函数 cvResize 将图像 src 改变尺寸得到与 dst 同样大小。若设定 ROI，函数将按常规支持 ROI.语法：void cvResize( const CvArr* src, CvArr* dst, int interpolation= CV_INTER_LINEAR );参数：src 输入图像dst 输出图像interpolation 插值方法，包括：（1） CV_INTER_NN - 最近邻插值（2）CV_INTER_LINEAR - 双线性插值（默认时使用）（3）CV_INTER_AREA - 使用像素关系重采样。当图像缩小时，该方法可以避免波纹出现。当图像放大时，类似于 CV_INTER_NN 方法。（4）CV_INTER_CUBIC - 立方插值cvFlip垂直，水平或既垂直又水平地翻转二维数组语法：void cvFlip( const CvArr* src, CvArr* dst=NULL, int flip_mode=0)参数：src 输入数组dst 输出数组，若dst = NULL，则翻转是在内部替换。flip_mode 指定怎样翻转数组。若=0，则绕x轴翻转；若0，则绕y轴翻转；若 0，则dst(i,j)=src(i,cols(src1)-j-1)，绕y轴旋转if flip_mode 0，则dst(i,j)=src(rows(src)-i-1,cols(src)-j-1)，绕x轴和y轴旋转实验4 图像灰度变换（综合性，3.1节）1. 实验目的（1） 了解空域图像增强的概念与分类。（2） 掌握不同的灰度变换方法。（3） 能设计相应代码实现灰度变换。2. 实验内容编写程序用OpenCV实现对图像的各种灰度变换。需要实现的功能有：对比度增强；图像求反；动态范围压缩；灰度切分。3. 实验步骤（综合性实验）（1） 创建控制台项目，添加源文件imadjust.cpp。（2） 编写程序代码，使程序可以对图像进行对比度增强。（3） 编译连接，运行该文件，做出实验结果一。（4） 改写程序代码，使程序可以对图像求反，做出实验结果二。（5） 改写程序代码，使程序可以对动态范围压缩，做出实验结果三。（6） 改写程序代码，使程序可以对灰度切分，做出实验结果四。4. 实验回答问题（1） 如何获取一幅图像中某个像素点的灰度值？（2） 如何给目标图像中的像素点重新赋灰度值？（3） 如何修改程序，使得图像能够对彩色图像（三通道）进行幅值的映射？5. 练习【基础练习】根据例程，自己编写实验步骤中所提到的四种灰度变换功能。【扩展练习】（1） 试着不用例程的指导，自己独立编写实验步骤中所提到的四种灰度变换功能，要求程序清晰，无冗余代码。（2） 给定一个灰度映射函数曲线，要求编程实现指定图像的灰度映射，并显示原图像和目标图像。 （3） 对两幅尺寸均为M*N的图像，通过获取各对应像素的灰度值进行图像相加，显示叠加后的图像。 【高层进阶】（1） 修改程序，实现对彩色图像三通道幅值的变换。（2） 实现尺寸相同的彩色图像相加功能。6. 实验报告要求实验报告要求写明以下7方面内容：（1） 写明实验目的。（2） 写明实验内容和步骤。（3） 写出每种灰度变换的图像处理函数，并