基于VB的實時圖像處理系統(tǒng)的研究

董 浩，王 帥，張 晶，周洪遠

（河北省科學院自動化研究所，河北 石家莊 050081）

數(shù)字圖像處理技術的目的是為了提高圖像的視感質量、提取圖像中所包含的某些特征或者對圖像數(shù)據進行格式變換，目前已在航空航天、生物醫(yī)學工程、工業(yè)檢測、機器人視覺等領域得到廣泛應用，并逐漸深入人們的日常生活。一般來說，數(shù)字圖像處理無論基于何種目的，都需要由計算機和專用的圖像處理軟件對圖像進行加工處理。

Visual Basic（VB）是一種由微軟公司開發(fā)的編程設計語言，它具有簡單易學、人機交互性好等優(yōu)點，已經在各領域得到廣泛應用。圖像處理并不是Visual Basic最具優(yōu)勢的開發(fā)方向，但是借助于其豐富的圖形控件和API函數(shù)，Visual Basic可以用簡潔、高效的語言代碼對圖像進行實時處理，并取得令人滿意的效果。

鐵路軌道檢測儀主要用于檢測鐵路軌道的高低、水平、軌向等參數(shù)，它主要由激光發(fā)射裝置和檢測接收系統(tǒng)組成。在檢測接收系統(tǒng)中，使用工業(yè)相機采集光斑圖像并對其進行處理獲得檢測參數(shù)。對此，我們開發(fā)了基于VB的實時圖像處理軟件，利用該軟件對光斑圖像進行圖像捕捉、獲取像素、減噪處理、二值化等操作，處理后的光斑圖像經數(shù)據處理、計算，結合軌道檢測儀所攜帶的其他設備，可以為鐵路日常維護提供詳實、全面的數(shù)據，有效提高了工務段日常線路維護的效率和質量。

1 圖像處理過程及相關代碼

1.1 圖像捕捉

要處理一幅圖像，首先要通過合適的手段捕捉圖像，Visual Basic提供了兩種控件用于圖像的顯示，分別是PictureBox控件和Image控件。Image控件沒有句柄，只能用于顯示圖片，不能作為其它控件的容器，也不支持PictureBox的高級方法。但是Image控件占用系統(tǒng)資源較少，繪圖速度快，而且其Strech屬性設置為ture時，圖形能自動調整大小以適應Image的尺寸。鑒于此，我們在捕捉圖像時，采用PictureBox控件，在軟件人機顯示界面，采用Image控件。

1.2 像素獲取

每一幅圖像都是由一系列像素點構成的點陣。在彩色圖像中，每個像素點都是由紅、綠、藍三個基色調調合而成的，如果獲取了每個像素點三種基色的數(shù)值，就可以對圖像進行深層次的處理。

在Visual Basic中，主要有三種方法可以讀取像素值，前文提到的PictureBox控件可以打開多種類型圖片，其本身提供的POINT方法可以讀取每一點的像素值，但是讀取速度較慢，占用內存較大；GetPixel方法需要調用API函數(shù)，但其核心和POINT方法相同，仍然不是最佳選擇。目前較主流的方法是GetDIBits方法，使用GetDIBits方法獲取picturebox中各點的RGB值，比POINT方法或GetPixel函數(shù)逐像素獲取像素要快出一個數(shù)量級。使用GetDIBits方法獲取像素，首先要注意定義數(shù)據結構，這是GetDIBits方法不可缺少的。然后需要定義變量，用來存儲圖形的寬度和高度，并定義三維數(shù)組，存放獲取原彩色圖像中各像素的RGB值，這里需要注意的是，GetDIBits方法只能用于從PictureBox控件獲取像素，并不能從Image控件獲取，因為Image控件沒有句柄，如果想把Image控件的快速性和GetDIBits結合起來，可以采用自定義控件的方法，為Image控件添加句柄，這樣可以充分利用GetDIBits方法和Image控件的優(yōu)勢，獲取更加快速的像素讀取速度。

以下是GetDIBits方法獲取像素的部分代碼：

Dim iWidth As Integer

Dim iHeight As Integer

Dim bits（）As Byte

iWidth＝form1.Picture1.ScaleWidth／Screen.TwipsPerPixelX

iHeight＝form1.Picture1.ScaleHeight／Screen.TwipsPerPixelY

Dim bi24BitInfo As BitMapInfo

With bi24BitInfo.bmiHeader

.biBitCount＝32

.biCompression＝0＆

.biPlanes＝1

.biSize＝ Len（bi24BitInfo.bmiHeader）

.biWidth＝iWidth

.biHeight＝form10.Picture1.ScaleHeight／Screen.TwipsPerPixelY

End With

ReDim bits（3，0To iWidth－1，0To iHeight）As Byte

ReDim bitsBW（3，0To iWidth－1，0To iHeight）As Byte

lrtn＝ GetDIBits（form1.Picture1.hdc，form1.Picture1.Picture.Handle，0＆，iHeight，bits（0，0，0），bi24BitInfo，0＆）

利用GetDIBits方法可以快速獲取圖片各點像素值，便于后期對圖片進行各種處理。

1.3 減噪處理

由于軌道檢測儀一般用于野外線路測量，檢測接收系統(tǒng)拍攝到的光斑圖像受日照影響較大，當光線直射到接收屏時，甚至出現(xiàn)激光光斑湮沒在背景噪聲中的現(xiàn)象，另外，長期野外測量，很容易使相機鏡頭帶有灰塵或者微小劃痕，這造成輸入的數(shù)碼圖像上帶有細微的雜色點或者細線，甚至出現(xiàn)背景波紋，如圖1、圖2所示。

圖1 激光光斑湮沒在背景噪聲中圖片

圖2 出現(xiàn)背景波紋的激光光斑圖片

為解決由光線和相機本身造成的噪聲污染，采集到的圖像必須經過減噪處理，即采用濾波、調節(jié)對比度、調節(jié)亮度等手段，對圖像進行減噪，以去除背景噪聲，提高圖像信噪比。借助于工業(yè)相機廠商提供的函數(shù)，可以實現(xiàn)對不同光照狀態(tài)下圖像對比度、亮度的調節(jié)。下面主要介紹一下濾波，由于灰塵或者劃痕帶來的噪聲點寬度較小，一般在1到數(shù)個像素之間，而且其亮度和周圍正常像素點差異較大，如果我們針對每一個像素點，取一個范圍，比如和他周圍最接近的8個像素點作比較，取出差異最小的n個像素求平均，代替當前噪聲點，就可以達到去除噪聲點的效果，由于代碼過長，下面僅給出算法，以供參考。

舉例如下：范圍為8，噪聲點為6，取最接近的點為4，4，4，5，5，7，8

4 5 5

7 6 8

3 4 4

均值為（4＋4＋4＋5＋5＋7＋8）／7＝5.28（四舍五入后為5）

處理后結果如下：

4 5 5

7 5 8

3 4 4

可以看出噪聲點已被去除。

經過采用濾波、調節(jié)對比度、調節(jié)亮度三種方法綜合處理，可以將不同光照條件下產生的噪聲有效去除，獲得的圖像具有較高信噪比，以下是調整前后圖像對比。

圖3 處理前的激光光斑圖片

圖4 處理后的激光光斑圖片

1.4 二值化操作

經過減噪處理的圖片，已經基本去除了環(huán)境噪聲，可以對圖像進行二值化操作，進一步處理圖像，二值化屬于VB比較常見的圖像處理手段，目前主要有平均值法、加權平均值法、最大值法等算法，在本系統(tǒng)中，經過GetDIBits方法提取出的像素點已經被存儲在bits（）三維數(shù)組中，只需要對bits（）三維數(shù)組進行直接操作，就可以得到二值化后的圖片，部分代碼如下：

If bits（0，ix，iy）＜90Then

bitsBW（0，ix，iy）＝0

bitsBW（1，ix，iy）＝0

bitsBW（2，ix，iy）＝0

Else

bitsBW（0，ix，iy）＝255

bitsBW（1，ix，iy）＝255

bitsBW（2，ix，iy）＝255

這里設定的閾值為90，可以根據具體測量條件設定為0－255之間的任意值。

2 結論

本文介紹了基于VB的實時圖像處理系統(tǒng)的主要處理流程和算法，并給出了部分代碼，該系統(tǒng)已經成功在鐵路軌道檢測儀上得到應用，作為該儀器的前期數(shù)據處理核心，將采集到的光斑圖像處理為灰度圖像，便于后期數(shù)據計算。針對1024＊768分辨率的圖片，處理速度可以到達每秒2－3張，基本滿足了鐵路軌道檢測儀的檢測需要，結合其他傳感器提供的參數(shù)，可以得出全面的檢測數(shù)據，為工務段日常維護線路提供了堅實的保障。

［1］ 倪明田，吳良芝，計算機圖形學［M］.北京：北京大學出版社，1999.

［2］ 劉獨玉，羅彬，基于 VB的圖像處理方法［J］.四川輕化工學院學報.2000，13（4）：21－29.

［3］ 田巖.數(shù)字圖像處理與分析［M］.武漢 華中科技大學出版社，2009.