基于OpenCV的数字图像处理毕业设计
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一幅静态图像可以用一个二维函数f(x,y)来表示，这里x和y表示二维空间中坐标点的 位置，而 f 则代表图像在点f(x,y)的某种性质的数值。例如常用的图像一般是灰度图， 这时 f 表示灰度值，对应客观图像被观察到的亮度。常见的图像是连续的，即f(x,y)的 值可以是任意实数。为了适应数字计算机的处理，必须对连续图像函数进行空间和幅度 数字化，经过数字化后的图像称为数字图像。数字图像是由有限的元素组成的，每个元 素都有一个特定的位置和 幅值，这些元素称为图像元素或像素。而数字图像处理是指 借用数字计算机处理数字图像。 数字图像一般可以通过以下三种途径获取：
首先介绍了数字图像处理的主要内容，给出了现有图像处理软件的结构和构成。在 熟悉了图像处理的各种算法之后，研究了面向对象的语言 VC++的编程方式及其在编写 图像处理软件和图像处理算法中模块化的编程思想。最后在 Windows 操作系统下，利 用 C++语言在 Visual C++ 2010 的开发环境下，设计和实现了一个数字图像处理系统。
专业设计报告
设计题目：基于 OpenCV 的数字图像处理
姓名：
朱正乔
学院：
自动化
指导教师：
同组人姓名：
学号： 专业： 韩芳芳 温大鹏 刘圣楠
20120662 测控
摘要：
OpenCV（OpenSourceComputerVisionLibrary）是 Intel 公司面向应用程序开发者开 发的计算机视觉库。它轻量级而且高效，由一系列 Baidu Nhomakorabea 函数和少量 C++类构成，同时提供 了 MatLab 等语言的接口，实现了图像处理和计算机视觉方面很多通用算法，因此极大 地方便了图像处理和视频技术的二次开发。OpenCV 具备强大的图像和矩阵运算能力， 有效提高开发效率和程序运行的可靠性。开发者可根据需要在 Windows 和 Linux 两种平 台进行开发。OpenCV 是近年来推出的开源、免费的计算机视觉库，利用其所包含的函 数可以很方便地实现数字图像和视频处理。同时利用面向对象的 VC++编程工具，用 C++ 语言进行程序编写，大大提高了计算机的运行速度。OpenCV 算法库为 VC++编程处理 数字图像提供了很大的方便，其必将成为图像视频处理领域的强有力的工具。
本设计主要介绍了数字图像处理的含义，OpenCV 的特点以及结构，然后以图像打 开与显示、灰度化、二值化和视频采集为例介绍了 OpenCV 在数字图像处理中的典型应 用，以及数字图像处理的各种算法和系统的各部分组成及功能，给出了相应的处理结果， 实现了人机软件界面。
关键词: OpenCV 图像处理 图像灰度化 二值化
（1）直接由二维离散数学函数生成数字图像。 （2）将模拟图像、物理图像等可见图像经过数字化处理转换为数字图像，例如将 一幅照片通过扫描仪输入到计算机中，扫描的过程实质上就是一个数字化过程。 （3）应用光电转换设备可以直接得到数字图像，例如数字相机使用CCD器件记录 影像，然后把CCD器件的电子信号转换成数码信号，并把所得到的数字图像存入存储器 中。 无论采取哪种方式所获取的数字图像在数学上都是一个二维矩阵，因此，数字图像 处理的实质是将原始图像变为目标图像的过程，实质上是由一个矩阵变为另一个矩阵的 数学过程。不管是图像的放缩、图像的几何变换、图像的灰度变换还是离散余弦等正交 变换，本质上都是基于图像矩阵的数学运算。 获取图像信息的目的不仅仅只是为了获 取图像，更为主要的是对图像信息进行加工处理，以满足我们的视觉心理或者应用需求。 因此，从某种意义上讲，对图像信息进行处理比图像获取更为重要。图像处理一般是指 数字图像处理，所谓数字图像处理就是指对一个物体的数学表示，即对一个二维矩阵施 加一系列的操作，以得到所期望的结果。虽然某些处理也可以用光学方法或模拟技术实 现，但它们远不及数字图像处理那样灵活和方便，因而数字图像处理成为图像处理的主 要方面。 既然图像处理如此重要，那么开发一个好的数字图像处理软件也是十分必要的。 MATLAB软件虽然能够对数字图像进行方便的处理，并且其制作的界面也比较友好，但 是由于其过于庞大，移植性和速度方面也很难与VC++相比。另外，由于商业化的VC++ 数字图像处理软件价格比较昂贵，而且不便于二次开发，所以自己利用VC++集成开发 环境开发一套简单的数字图像处理软件系统，本系统界面友好，不但能对现代光学测量 中散斑和条纹图像进行良好的处理，而且还能够满足一些简单的数字图像处理的需求， 为以后的学习和研究奠定了基础。
二、 设计原理
2.1 数字图像处理简介 数字图像处理（DigitalImageProcessing）是将图像本身的信号转换成数字信号且运 用计算机对其进行处理，最早可以追溯到20世纪的20年代。它已经成为一门具有广阔前
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景的学科，目前已经广泛应用于科学研究、生物医学、航空航天、机器人视觉、工业检 测等领域。目前数字图像处理有以下几个研究的方面：一是图像数字化，二是图像编码， 三是图像增强，四是图像恢复，五是图像分割，六是图像分析，七是图像重建。
（2）数字图像占用的频带较宽 数字图像信息占用的频带要比语音信息大几个数量级。如语音带宽约为 4KHz，而 电视图像的带宽却为 5.6MHz 左右。所以在成像、传输、存储、处理、显示等各个环 节的实现上，技术难度较大，成本亦高，这就对频带压缩技术提出了更高的要求。 （3）数字图像像素间相关性大 数字图像中各个像素的灰度并不是独立的，其间的相关性很大，就电视画面而言， 同一帧各相邻像素间的相关系数可达 0.9 以上，而相邻两帧之间的相关性比帧内相关性 一般还要大些， 因此图像信息具有很大的可压缩性。如果在图像通信领域中，能够充 分利用数字图像的这一特性，将大大提高图像处理和传输的效率。 （4）再现性好、适用面宽 由于数字图像在计算机中采用二维矩阵表示和存储，这样计算机容易处理。因此， 在传送和复制图像时，只在计算机内部进行处理，这样数据就不会丢失或遭破坏，保持 了完好的再现性。这一点在模拟图像处理中，几乎是很难实现的。另外，对于数字图像 处理来说，图像可以来自多种信息源，它们可以是可见光图像，也可以是不可见的多光 普图像；可以是电子显微镜图像，也可以是遥感图像甚至天文望远镜图像。只要对这些 来自不同信息源的图像数字化后，都可以采用计算机来处理。 （5）图像信息的视觉效果主观性大、识别困难 经过处理后的图像一般是给人观察和评价的，因此受人的主观因素影响较大，比如 说兴趣、视觉、情绪等。通常情况下，图像的识别比较困难。如果要求取图像上某一区 域的面积，利用计算机可以很方便的达到目的，并且精确度很高；但是要计算机识别某 一区域是什么东西，则十分困难。 （6）图像处理技术综合性强 数字图像处理涉及的技术领域相当广泛，如计算机技术、电子技术、通信技术等。 当然，数学、物理学等领域更是数字图像处理的基础。并且在数字图像处理中涉及到硬 件、软件、接口、网络等多项技术。总而言之，数字图像处理技术的发展涉及越来越多 的基础理论知识，它是一项涉及多学科的综合性技术。 数字图像处理的数据量有时非常大，而且有时又对处理的实时性要求很高，所以对 于所有图像处理的算法都用普通的编程语言进行编写，虽然理论上能够实现，但是效率 比较低下，而且难度也相当大。基于以上的考虑，在数字图像处理中引进OpenCV，以 实现图像处理和计算机视觉方面的通用算法，可以用于开发实时的图像处理、计算机视 觉和模式识别等，而且其中大部分函数都进行了汇编优化。可以说，基于OpenCV开发 的图像处理算法运行起来具有更高的效率。
一、 设计的任务和目的 1.1 设计的目的 本次设计的目的是让初学者了解有关图像处理的相关知识，并对该系统进行简单的
图像处理。 1.2 设计的任务 本次设计主要研究如何通过 VC++平台利用 OpenCV 函数库，开发一个针对学习和
研究的数字图像处理系统，为初学者提供一个图形用户界面交互平台，供大家学习并研 究数字图像处理的技术方法。
2.2 数字图像处理的特点 （1）信息量大
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由于数字图像在计算机中采用二维矩阵表示和存储，所以其信息量很大。比如对一 幅由 512×512 个像素组成的电视图像，其灰度级用8比特的二进制数来表示，其信息量 为 512×512=8×256KB对于这样大信息量的图像，虽然我们可以获取较多的信息，但是 如果要对此图像进行处理，我们必须要用具有相当大内存和存储器的计算机。
首先介绍了数字图像处理的主要内容，给出了现有图像处理软件的结构和构成。在 熟悉了图像处理的各种算法之后，研究了面向对象的语言 VC++的编程方式及其在编写 图像处理软件和图像处理算法中模块化的编程思想。最后在 Windows 操作系统下，利 用 C++语言在 Visual C++ 2010 的开发环境下，设计和实现了一个数字图像处理系统。
专业设计报告
设计题目：基于 OpenCV 的数字图像处理
姓名：
朱正乔
学院：
自动化
指导教师：
同组人姓名：
学号： 专业： 韩芳芳 温大鹏 刘圣楠
20120662 测控
摘要：
OpenCV（OpenSourceComputerVisionLibrary）是 Intel 公司面向应用程序开发者开 发的计算机视觉库。它轻量级而且高效，由一系列 Baidu Nhomakorabea 函数和少量 C++类构成，同时提供 了 MatLab 等语言的接口，实现了图像处理和计算机视觉方面很多通用算法，因此极大 地方便了图像处理和视频技术的二次开发。OpenCV 具备强大的图像和矩阵运算能力， 有效提高开发效率和程序运行的可靠性。开发者可根据需要在 Windows 和 Linux 两种平 台进行开发。OpenCV 是近年来推出的开源、免费的计算机视觉库，利用其所包含的函 数可以很方便地实现数字图像和视频处理。同时利用面向对象的 VC++编程工具，用 C++ 语言进行程序编写，大大提高了计算机的运行速度。OpenCV 算法库为 VC++编程处理 数字图像提供了很大的方便，其必将成为图像视频处理领域的强有力的工具。
本设计主要介绍了数字图像处理的含义，OpenCV 的特点以及结构，然后以图像打 开与显示、灰度化、二值化和视频采集为例介绍了 OpenCV 在数字图像处理中的典型应 用，以及数字图像处理的各种算法和系统的各部分组成及功能，给出了相应的处理结果， 实现了人机软件界面。
关键词: OpenCV 图像处理 图像灰度化 二值化
（1）直接由二维离散数学函数生成数字图像。 （2）将模拟图像、物理图像等可见图像经过数字化处理转换为数字图像，例如将 一幅照片通过扫描仪输入到计算机中，扫描的过程实质上就是一个数字化过程。 （3）应用光电转换设备可以直接得到数字图像，例如数字相机使用CCD器件记录 影像，然后把CCD器件的电子信号转换成数码信号，并把所得到的数字图像存入存储器 中。 无论采取哪种方式所获取的数字图像在数学上都是一个二维矩阵，因此，数字图像 处理的实质是将原始图像变为目标图像的过程，实质上是由一个矩阵变为另一个矩阵的 数学过程。不管是图像的放缩、图像的几何变换、图像的灰度变换还是离散余弦等正交 变换，本质上都是基于图像矩阵的数学运算。 获取图像信息的目的不仅仅只是为了获 取图像，更为主要的是对图像信息进行加工处理，以满足我们的视觉心理或者应用需求。 因此，从某种意义上讲，对图像信息进行处理比图像获取更为重要。图像处理一般是指 数字图像处理，所谓数字图像处理就是指对一个物体的数学表示，即对一个二维矩阵施 加一系列的操作，以得到所期望的结果。虽然某些处理也可以用光学方法或模拟技术实 现，但它们远不及数字图像处理那样灵活和方便，因而数字图像处理成为图像处理的主 要方面。 既然图像处理如此重要，那么开发一个好的数字图像处理软件也是十分必要的。 MATLAB软件虽然能够对数字图像进行方便的处理，并且其制作的界面也比较友好，但 是由于其过于庞大，移植性和速度方面也很难与VC++相比。另外，由于商业化的VC++ 数字图像处理软件价格比较昂贵，而且不便于二次开发，所以自己利用VC++集成开发 环境开发一套简单的数字图像处理软件系统，本系统界面友好，不但能对现代光学测量 中散斑和条纹图像进行良好的处理，而且还能够满足一些简单的数字图像处理的需求， 为以后的学习和研究奠定了基础。
二、 设计原理
2.1 数字图像处理简介 数字图像处理（DigitalImageProcessing）是将图像本身的信号转换成数字信号且运 用计算机对其进行处理，最早可以追溯到20世纪的20年代。它已经成为一门具有广阔前
1
景的学科，目前已经广泛应用于科学研究、生物医学、航空航天、机器人视觉、工业检 测等领域。目前数字图像处理有以下几个研究的方面：一是图像数字化，二是图像编码， 三是图像增强，四是图像恢复，五是图像分割，六是图像分析，七是图像重建。
（2）数字图像占用的频带较宽 数字图像信息占用的频带要比语音信息大几个数量级。如语音带宽约为 4KHz，而 电视图像的带宽却为 5.6MHz 左右。所以在成像、传输、存储、处理、显示等各个环 节的实现上，技术难度较大，成本亦高，这就对频带压缩技术提出了更高的要求。 （3）数字图像像素间相关性大 数字图像中各个像素的灰度并不是独立的，其间的相关性很大，就电视画面而言， 同一帧各相邻像素间的相关系数可达 0.9 以上，而相邻两帧之间的相关性比帧内相关性 一般还要大些， 因此图像信息具有很大的可压缩性。如果在图像通信领域中，能够充 分利用数字图像的这一特性，将大大提高图像处理和传输的效率。 （4）再现性好、适用面宽 由于数字图像在计算机中采用二维矩阵表示和存储，这样计算机容易处理。因此， 在传送和复制图像时，只在计算机内部进行处理，这样数据就不会丢失或遭破坏，保持 了完好的再现性。这一点在模拟图像处理中，几乎是很难实现的。另外，对于数字图像 处理来说，图像可以来自多种信息源，它们可以是可见光图像，也可以是不可见的多光 普图像；可以是电子显微镜图像，也可以是遥感图像甚至天文望远镜图像。只要对这些 来自不同信息源的图像数字化后，都可以采用计算机来处理。 （5）图像信息的视觉效果主观性大、识别困难 经过处理后的图像一般是给人观察和评价的，因此受人的主观因素影响较大，比如 说兴趣、视觉、情绪等。通常情况下，图像的识别比较困难。如果要求取图像上某一区 域的面积，利用计算机可以很方便的达到目的，并且精确度很高；但是要计算机识别某 一区域是什么东西，则十分困难。 （6）图像处理技术综合性强 数字图像处理涉及的技术领域相当广泛，如计算机技术、电子技术、通信技术等。 当然，数学、物理学等领域更是数字图像处理的基础。并且在数字图像处理中涉及到硬 件、软件、接口、网络等多项技术。总而言之，数字图像处理技术的发展涉及越来越多 的基础理论知识，它是一项涉及多学科的综合性技术。 数字图像处理的数据量有时非常大，而且有时又对处理的实时性要求很高，所以对 于所有图像处理的算法都用普通的编程语言进行编写，虽然理论上能够实现，但是效率 比较低下，而且难度也相当大。基于以上的考虑，在数字图像处理中引进OpenCV，以 实现图像处理和计算机视觉方面的通用算法，可以用于开发实时的图像处理、计算机视 觉和模式识别等，而且其中大部分函数都进行了汇编优化。可以说，基于OpenCV开发 的图像处理算法运行起来具有更高的效率。
一、 设计的任务和目的 1.1 设计的目的 本次设计的目的是让初学者了解有关图像处理的相关知识，并对该系统进行简单的
图像处理。 1.2 设计的任务 本次设计主要研究如何通过 VC++平台利用 OpenCV 函数库，开发一个针对学习和
研究的数字图像处理系统，为初学者提供一个图形用户界面交互平台，供大家学习并研 究数字图像处理的技术方法。
2.2 数字图像处理的特点 （1）信息量大
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由于数字图像在计算机中采用二维矩阵表示和存储，所以其信息量很大。比如对一 幅由 512×512 个像素组成的电视图像，其灰度级用8比特的二进制数来表示，其信息量 为 512×512=8×256KB对于这样大信息量的图像，虽然我们可以获取较多的信息，但是 如果要对此图像进行处理，我们必须要用具有相当大内存和存储器的计算机。