基于LabVIEW 的图像处理虚拟仿真平台设计

邢笑雪

闫名晗

刘

城

(长春大学电子信息工程学院吉林长春130022)

摘要：为了提升学生对于图像处理算法的理解，本文基于LabVIEW虚拟仿真软件，混合MATLAB编程，开发了一个图像处理算法仿真平台，该平台集成了图像二值化、去噪、缩放、旋转、镜像等基本图像处理算法，能够满足基本的图像处理实验需求。同时，该平台具有界面简洁、易于操作、程序运行直观的特点，能够充分吸引学生的注意力，有助于提高教学质量和学生的学习效率。关键词：LabVIEW；MATLABScript；混合编程；图像处理基金项目：长春大学高等教育教学改革研究课题，面向信息工程类专业的虚拟仿真平台开发。一、引言

图像是一种通过不同观测途径获得客观景物并存储景物信息的方式，图像处理技术是对图像进行变换、压缩、增强、分割以及检测识别等处理的技术，主要依赖于计算机精度高、运算速度快等优点。将图像数字化后，以数据矩阵形式表达图像信息和存储，图像中每一个像素点都对应着数据矩阵中的一个元素，数字化的形式更便于计算机处理。目前，常见的专业图像处理软件如Photoshop等并不符合教学内容，使用时只能看到结果，无法了解其实现原理，达不到学习的目的。另外，一些已开发的实验平台针对性较强，不能灵活地移植其他图像处理算法。因此，设计一个集成多种图像处理算法且可灵活移植各种图像处理算法的平台，对教师的教学和学生的实践都起到促进作用。本文基于LabVIEW虚拟仿真软件，混合MATLAB编程，开发了一个图像处理算法虚拟仿真平台，该平台集成了图像二值化、去噪、缩放、旋转、镜像等基本图像处理算法，能够满足基本的图像处理实验需求。图1虚拟仿真平台整体框图在平台中集成了6种功能，分别为二值化、去噪、增强、镜像、旋转和缩放，在选项卡中点击任意选项执行图像处理。1.二值化灰度图像中用灰度系数表示每个像素的灰度值，二值化操作是以灰度阈值为分界，将输入的灰度图像转化为仅有黑、白两种颜色的二值图像。在平台界面上“键入值”栏输入分割阈值，如公式（1）所示，灰度系数大于或等于阈值的点用255表示，反之，存为0。二、平台设计需求分析

图像处理虚拟仿真平台依靠LabView搭建可视化系统，在前面板中设计用户交互界面，用于设置操作选项和显示仿真结果，框图程序窗口则用于平台整体程序设计。本平台设计有如下要求：（一）界面设计要求简洁工整，设置按钮、选项卡和参数调整等控件，便于使用者理解和操作；（二）读取计算机中的源图像，根据需求可灵活更改程序框图中的图像处理算法，处理前、后图像在界面上分别展示。平台整体框图如图1所示：P(i,j)=

{2550

,I(i,j)≥K,I(i,j)I((i,j)点的值，（1）P(i,j)表示为输出图像其中，K表示阈值。(i,j)点的灰度值，i,j)为输入图像180Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.学术争鸣2.去噪使用滤波器去除噪声的目的是为了去除图像中不相干的细节，使图像更加平滑，其中“不相干”是指与滤波模版尺寸相比较小的像素区域。本次平台中设计了中值滤波器和高斯滤波器。中值滤波的基本原理是把数字图像中某一个点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替。高斯滤波的基本原理是通过如公式（2）的高斯函数构造高斯模版系数：信息版2020.12三、虚拟仿真平台设计

LabView程序以VI文件形式保存，VI文件中的前面板即为交互界面，面向使用者对该平台进行操作和显示仿真结果，后面板为程序框图，用于逻辑编程。（一）交互界面设计LabView拥有功能强大的视觉开发库，在本文平台界面设计前需要导入IMAQVision工具包，用于图像读取和数据（2）传输，可连接多种软件完成图像处理、视觉运行等控制。交互界面主要由三部分组成，如图2（a）所示分别有：输入模块、选项模块和输出模块。输入和输出模块用于展示处理前、后的图像，并且分别设计了路径输入控件用于图像读取和保存。选项卡中包含了6种图像处理算法，可任选其中一项，输入相应参数值进行处理。另外图2（b）、（c）中展示通过下拉菜单选择算法。f(x,y)=

其中，x,y表示点坐标，σ为标准差。3.增强非线性增强使利用非线性函数对图像进行点变换，使图像的灰度值分布得到扩展，尽可能的均匀分布。增强后的图像对比度更高，从而提高图像的质量，本次平台中的非线性函数采用如公式（3）所示：()1e2πσ2x2+y2-2σ2g(x,y)=I(x,y)+0.006*I(x,y)*(255-I(x,y))

（3）其中，I4.镜像g(x,y)为增强后(x,y)表示原图像点的灰度值，图像点的灰度值。镜像变换的作用是将图像画面进行上下或左右颠倒，水平镜像变换时需先进行镜像计算，之后再进行坐标平移，水平和垂直镜像的坐标平移公式如公式（4）和公式（5）所示：{{x=x'=x

y''=y'+N+1=N+1-y

''

（a）未运行时的交互界面（4）5.旋转x''=x'+M+1=M+1-x

y''=y=y

（5）（b）去噪下拉菜单选项图2（二）程序框图设计LabView的框图程序是在后面板以连线的方式将各结构中的组件连接起来，从而实现逻辑编程。如图3所示，前面板中每个图像处理功能在程序框图中用相应的事件结构体现，调用MatlabScript执行图像处理算法。所有的功能事件结构（6）和其他组件都包含在一个大事件结构中，确定按钮控制整个平台启动。（c）镜像下拉菜单选项旋转变换是根据平台中输入的角度值α进行变换，基本原理是设定一个像素然后其他的像素位(x,y)作为旋转轴，0

0

平台交互界面置可以看作从旋转轴出发的向量，用齐次矩阵表达为公式（6）：6.缩放|a(x,y)||

|||cosα||sinα|b(x,y)|=|||||1||0

010x0||x||||y0||y||||1||1|

缩放是指在保持源图像比例的要求下对图像的尺寸进行扩大或缩小，若在x方向缩放c倍，在y方向上缩放d倍，则用齐次矩阵表示为：|a(x,y)|

|||c||||0|b(x,y)|=|||||0|1|

0d0

0||x||||||y|0||||1||1|

（7）图3平台程序框图181Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.信息版2020.12学术争鸣（g）水平镜像（h）垂直镜像在程序框图中调用MatlabScript，用户能够直接在节点中编辑Matlab算法程序，或将已经编辑调试完成的m文件导入至节点中，即可在LabView中运行。其工作过程如图4所示。图4MatlabScript调用过程四、虚拟仿真平台运行测试

平台运行时，采用有椒盐噪声的灰度lena图像作为原图像，测试下拉菜单和两种滤波器的使用效果；选择无噪声灰度lena图像作为原图像，设置适当的参数，执行其他五种图像处理算法。图5为平台运行时界面，图6中分别展示各算法运行结果。（i）旋转90度（j）增强图6各算法处理结果结合平台运行实际情况和展示的处理结果，证明该平台运行稳定且完整，图像处理达到预期结果。五、结语

本文开发了一个基于LabVIEW和Matlab混合编程的图像处理虚拟仿真平台，该平台集成了图像二值化、去噪、缩放、旋转、镜像等基本图像处理算法，能够满足基本的图像处理实验需求。同时，该平台具有界面简洁、易于操作、程序运行直观的特点，能够充分吸引学生的注意力，有助于提高教学质量和学生的学习效率，有着良好的应用前景。参考文献：图5平台运行时界面[1]展慧.LabVIEW与MATLAB的融合技术在数字图像处[2]马启周.数字图像处理技术的发展现状及趋势[J].电[3]林雪华.基VC++的数字图像处理实验平台的实现[J].[4]马宏亮,查申龙,吴义恒,朱柱,江巨浪.基于LabVIEW和理方面的研究[J].科学技术创新,2018(26):78-79.脑迷,2018(11):183.洛阳师范学院学报,2016,35(11):50-53，56.（a）无噪声灰度图（b）二值化（c）缩小0.5倍MATLAB的数字图像处理实验教学研究[J].安庆师范大学学报(自然科学版),2018,24(03):107-109.研究[J].微型机与应用,2014,33(10):66-68.[5]吴小红.LabVIEW中调用MATLAB进行信号处理方法作者简介：邢笑雪（1981-），女，博士，副教授，主要从事光学成像、（d）带噪声灰度图（e）中值滤波（f）高斯滤波机器视觉与图像处理方面研究。182Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.