ВКР Красковой Н.И. Краскова Надежда Иннокентьевна

• Название: Краскова Надежда Иннокентьевна
• Дата: 17.03.2023
• Размер: 1.02 Mb.
• Имя файла: ВКР Красковой Н.И.doc
• Тип: Анализ; #997961
• страница: 3 из 3

ГЛАВА II. ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2.1. Выбор оптимального инструментария для разработки

В этом параграфе описываются основные использованные компоненты, их работа:

Форма поиска файлов включает компоненты:

• 
  MainMenu:TMainMenu
  

Рис. 2. Окно конструктора меню Form2 – формы поиска изображений

С помощью компонента MainMenu я создаю иерархическое меню. В Меню «Файл» Подменю «Открыть» открывает диалоговое окно для открытия изображений. Подменю «Выйти» закрывает форму и работа программы заканчивается. Меню «Справка» находится небольшое руководство по пользованию.

• 
  OpenPictureDialog: TOpenPictureDialog
  

begin

if OpenPictureDialog1.Execute() then

begin

//открытие изображения через OpenFileDialog

form3.hint:=OpenPictureDialog1.FileName;

form3.ShowModal;

end;

end;



Рис. 3. Диалоговое окно для открытия изображения OpenPictureDialog

Компонент OpenPictureDialog вызывает диалоговое окно открытия файла. С помощью этого окна пользователь может выбрать изображения для преобразовывания из указонного пути, может установить тип файлов (их расширение).

• 
  ImageList: TImageList. Набор рисунков. Представляет собой хранилище для нескольких рисунков одинакового размера.
  
• 
  TreeView: TTreeView. Дерево выбора. Представляет собой совокупность связанных в древовидную структуру пиктограмм. Используется для просмотра структуры каталогов, связанных иерархическим образом.
  

С помощью этого компонента я провожу просмотр структуры каталогов, которые связаны иерархически.

• 
  ListView: TListView. Панель пиктограмм. Организует просмотр нескольких пиктограмм и выбор нужной. Компонент способен располагать пиктограммы в вертикальных или горизонтальных рядах и показывать их в крупном или мелком масштабе.
  

С помощью этого компонента устанавливаю панель, где будут отображаться миниатюры изображений.

• 
  FileListBox: TFileListBox
  

Форма преобразования изображений включает компоненты:

• 
  MainMenu: TMainMenu
  

Рис. 4. Окно конструктора меню Form3 – формы преобразования изображений

С помощью компонента MainMenu я создаю иерархическое меню. В Меню «Файл» подменю «Сохранить» открывает диалоговое окно для сохранения изображений, подменю «Печать» открывает диалоговое окно для печати, подменю «Параметры страницы» открывает диалоговое окно, которое показывает параметры страницы для печати. В меню операции есть подменю «Преобразовать», которое выполняет операцию преобразования изображений по выбранному методу интерполяции.

• 
  SavePictureDialog: TSavePictureDialog
  

if savepicturedialog1.Execute then

begin

bitmap:=image1.Picture.Bitmap;

//выбор типа сохранения

case RadioGroup1.ItemIndex of

//jpg

0: begin

SaveBitmapToJPG(bitmap,savepictureDialog1.FileName+'.jpg');

end;

//gif

1: begin

SaveBitmapToGif(bitmap,savepictureDialog1.FileName+'.gif');

end;


Рис.5. Диалоговое окно сохранения изображения SavePictureDialog

Компонент SavePictureDialog вызывает диалоговое окно сохранения. В нем пользователь может указать имя сохраняемого файла, путь куда он сохраняет изображение, в каком формате он это сделает.

• 
  PrintDialog: TPrintDialog
  

//Печать изображения

with Printer do

begin

BeginDoc;

koef:=image1.Picture.Height/image1.Picture.Width;

Canvas.StretchDraw(Rect(0,0,PageWidth,Round(PageWidth*koef)), Image1.Picture.Graphic);

EndDoc;

end;


Рис.6. Диалоговое окно для печати изображения PrintDialog

Компонент PrintDialog вызывает диалоговое окно печати. В нем пользователь может выбрать принтер и установить его свойства, указать число копий и последователъность их печати, печатать в файл или непосредственно на принтер.

• 
  PageSetupDialog:TPageSetupDialog
  

begin

PageSetupDialog1.Execute;

end;
Компонент PageSetupDialog вызывает диалоговое окно параметров страницы перед выводом на печать файла.

• 
  Image: TImage
  
• 
  Panel: TPanel
  

2.2. Разработка логической схемы и реализация алгоритма

2.2.1. Форма поиска файлов

…

//построение дерева вложенных папок

procedure NextLevel(ParentNode: TTreeNode);

function DirectoryName(name: string): boolean;

begin

result := (name > '.') and (name > '..');

end;

var

sr, srChild: TSearchRec;

node: TTreeNode;

path: string;

begin

node := ParentNode;

path := '';

//построение полного пути к выбранной директории

repeat

path := node.Text + '\' + path;

node := node.Parent;

until

node = nil;

//поиск файлов

if FindFirst(path + '*.*', faDirectory, sr) = 0 then

begin

repeat

//если директории

if (sr.Attr and faDirectory > 0) and DirectoryName(sr.name) then

begin

//добавляем дочерний узел

node := Form2.TreeView1.Items.AddChild(ParentNode, sr.name);

//присвоение номер иконки

node.ImageIndex := 0;

//устанавливает выделение на первую ветвь

node.SelectedIndex := 1;

//отключает очерние элементы

node.HasChildren := false;

//ищет следующие папки

if FindFirst(path + sr.name + '\*.*', faDirectory, srChild) = 0 then

begin

//цикл для поиска всех вложенных

repeat

if (srChild.Attr and faDirectory > 0) and

DirectoryName(srChild.name) then

node.HasChildren := true;

until

(FindNext(srChild) > 0) or node.HasChildren;

end;

FindClose(srChild);

end;

until

FindNext(sr) > 0;

end

else

ParentNode.HasChildren := false;

// закрытие поиска

FindClose(sr);

end;

…



Рис.7. Форма поиска. Отображение структуры каталогов

В левой стороне отображается дерево вложенных папок – каталог данных.

//добавление миниатюр файлов в ListView

for i := 0 to FileListBox1.Items.Count - 1 do

begin

try

bitmap:=TBitmap.Create;

//открытие файла в bitmap

bitmap:=ExtToBmp(path+'\'+FileListBox1.Items[i]);

//установка размеров

dx:=ImageList2.Width/bitmap.Width;

dy:=ImageList2.Height/bitmap.Height;

//уменьшение до миниатюры

bitmap:=interpolate(bitmap,dx,dy);

//добавление нового пункта

item:=listview1.Items.Add;

//установка заголвока

item.Caption:=FileListBox1.Items[i];

//установка иконки из списка изображений

item.ImageIndex:=ImageList2.Add(bitmap,nil);

except

bitmap.Free;

end;

end;

…



Рис.9. Форма поиска. Отображение миниатюр изображений

В результате на правой стороне формы отображаются миниатюры изображений для выбора. Двойным щелчком выбирается изображение и следующим шагом открывается вторая форма – форма преобразования изображения.

Форма поиска является основной формой, появляется при запуске .exe-файла. Основной функцией этой формы является поиск файлов (изображений).

Элемент Меню «Файл» - подменю «Открыть»

….

begin

if OpenPictureDialog1.Execute() then

begin

//открытие изображения через OpenFileDialog

form3.hint:=OpenPictureDialog1.FileName;

form3.ShowModal;

end;

Реализуется открытие файла через компонент OpenFileDialog.

Элемент Меню «Файл» - подменю «Закрыть»

procedure TForm3.N4Click(Sender: TObject);

begin

close;

Производится закрытие формы поиска – всей оболочки.

Меню «Справка»

procedure TForm2.N7Click(Sender: TObject);

begin

panel1.Visible:=true;

end;



Рис.7. Справка. Руководство по пользованию

В меню «Справка» дается краткое руководство по пользованию, чтобы пользователь мог быстро и правильно применить данную программу.

2.2.2. Форма преобразования изображений



Рис.10. Форма преобразования. Отображение указанного изображения

Форма преобразования изображений визуально разделена на две части. В левой стороне скомпонованы:

• 
  две рабочие кнопки («Преобразование» и «Сохранить»)
  
• 
  группа – выбор «Тип интерполяции» (между билинейной и бикубической)
  
• 
  группа – выбор расширения изображения (.jpg, . giv, .png, .bmp)
  
• 
  группа – изменение данных исходного разрешения и опция сохранения пропорций изображения
  
• 
  группа – отображение данных исходного разрешения изображения.
  

В правой части отображается изображение, которое преобразовывается. Для этого использован компонент Image (рисунок) для отображения изображений.

Кнопка «Преобразование»

Фрагмент кода:

procedure TForm3.Button1Click(Sender: TObject);

var

bm,bm1: TBitmap;

path,ext: string;

i,width,height,new_width,new_height: integer;

dx,dy: single;

begin

…

//билинейная

0: bm:=interpolate(bm, new_width/width,new_height/height);

//бикубическая

1: begin

bm1.Width:=new_width;

bm1.Height:=new_height;

//растягивание изображения

Unit4.deletescansrect(bm,bm1,bm.Canvas.ClipRect,bm1.Canvas.ClipRect);

//обработка бикубическим алгоритмом

bm:=Bicubic(bm1);

end;

end;

image1.Picture.Assign(bm);

label5.Caption:= inttostr(image1.picture.width);

label6.Caption:= inttostr(image1.picture.Height);

end;

end;

…

end;

end;



Рис.11. Кнопка «Преобразовать»

Свойство этой кнопки – преобразовывать выделенное изображение по одному из алгоритмов повышения разрешения: билинейной или бикубичекой интерполяции.

Кнопка «Сохранить»

Фрагмент кода:

…

begin

if savepicturedialog1.Execute then

begin

bitmap:=image1.Picture.Bitmap;

//выбор типа сохранения

case RadioGroup1.ItemIndex of

//jpg

0: begin

SaveBitmapToJPG(bitmap,savepictureDialog1.FileName+'.jpg');

end;

//gif

1: begin

SaveBitmapToGif(bitmap,savepictureDialog1.FileName+'.gif');

end;

//png

2: begin

SaveBitmapToPNG(bitmap,savepictureDialog1.FileName+'.png');

end;

//bmp

3: begin

image1.Picture.SaveToFile(savepictureDialog1.FileName+'.bmp');

…



Рис.12. Кнопка «Сохранить»

Кнопка «Сохранить» сохраняет измененные параметры по указанному пути.

При сохранении преобразованного изображения, можно выбрать с каким расширением его сохранить.

//выбор типа сохранения

case RadioGroup1.ItemIndex of

//jpg

0: begin

SaveBitmapToJPG(bitmap,savepictureDialog1.FileName+'.jpg');

end;

//gif

1: begin

SaveBitmapToGif(bitmap,savepictureDialog1.FileName+'.gif');

end;

//png

2: begin

SaveBitmapToPNG(bitmap,savepictureDialog1.FileName+'.png');

end;

//bmp

3: begin

image1.Picture.SaveToFile(savepictureDialog1.FileName+'.bmp');

end;

Фрагмент кода выбора типа интерполяции:

…

//выбор типа интерполяции

case RadioGroup2.ItemIndex of

//билинейная

0: bm:=interpolate(bm, new_width/width,new_height/height);

//бикубическая

1: begin

bm1.Width:=new_width;

bm1.Height:=new_height;

…

Выполняется выбор типа интерполяции, с помощью RadioGroup - группы зависимых переключателей. Он содержит специальные свойства для обслуживания нескольких связанных между собой зависимых переключателей.

Меню «Файл»

Элемент Меню «Файл» - подменю «Параметры страницы»

procedure TForm3.N10Click(Sender: TObject);

begin

PageSetupDialog1.Execute;

end;

Вызывает диалоговое окно «Параметры страницы» через компонент PageSetupDialog.

Элемент Меню «Файл» - подменю «Вывод на печать»

procedure TForm3.N9Click(Sender: TObject);

var

relheight, relwidth: integer;

koef: real;

begin

if printDialog1.Execute then

begin

//Печать изображения

with Printer do

begin

BeginDoc;

koef:=image1.Picture.Height/image1.Picture.Width;

Canvas.StretchDraw(Rect(0,0,PageWidth,Round(PageWidth*koef)), Image1.Picture.Graphic);

…

Вызывает диалоговое окно «Печать» через компонент PrintDialog.
Элемент Меню «Файл» - подменю «Закрыть»

procedure TForm3.N4Click(Sender: TObject);

begin

close;

end;

Процедура закрывает форму «Преобразования изображений».

2.2.3. Реализация алгоритмов интерполяции

Фрагмент кода алгоритма билинейной интерполяции:

function interpolate(bm: tbitmap; dx, dy: single):TBitmap;

var

bm1: tbitmap;

z1, z2: single;

k, k1, k2: single;

x1, y1: integer;

c: array [0..1, 0..1, 0..2] of byte;

res: array [0..2] of byte;

x, y: integer;

xp, yp: integer;

xo, yo: integer;

col: integer;

pix: tcolor;

begin

bm1 := tbitmap.create;

bm1.width := round(bm.width * dx);

bm1.height := round(bm.height * dy);

for y := 0 to bm1.height - 1 do begin

for x := 0 to bm1.width - 1 do begin

xo := trunc(x / dx);

yo := trunc(y / dy);

x1 := round(xo * dx);

y1 := round(yo * dy);

for yp := 0 to 1 do

for xp := 0 to 1 do begin

pix := bm.canvas.pixels[xo + xp, yo + yp];

c[xp, yp, 0] := getrvalue(pix);

c[xp, yp, 1] := getgvalue(pix);

c[xp, yp, 2] := getbvalue(pix);

end;
for col := 0 to 2 do begin

k1 := (c[1,0,col] - c[0,0,col]) / dx;

z1 := x * k1 + c[0,0,col] - x1 * k1;

k2 := (c[1,1,col] - c[0,1,col]) / dx;

z2 := x * k2 + c[0,1,col] - x1 * k2;

k := (z2 - z1) / dy;

res[col] := round(y * k + z1 - y1 * k);

end;

bm1.canvas.pixels[x,y] := rgb(res[0], res[1], res[2]);

end;

Form3.Caption := IntToStr(round(100 * y / bm1.Height)) + '%';

Application.ProcessMessages;

if Application.Terminated then

Exit;

end;

bm := bm1;

interpolate:=bm1;

end;

…

Изображение рассматривается как поверхность, цвет - третье измерение. Если изображение цветное, то интерполяция проводится отдельно для трех цветов. 

Для каждой точки нового изображения с координатами (xo,yo) нужно найти четыре ближайшие точки исходного изображения. 
Эти точки образуют квадрат. Через две верхние точки проводится прямая f1(x), через две нижние - f2(x). Дальше находятся координаты для точек f1(xo) и f2(xo), через которые проводится третья прямая f3(y). Цвет искомой точки - это f3(yo). 

Этот алгоритм хорошо работает при целых или больших коэффициентах увеличения. 

Но резкие границы размываются. Для уменьшения изображения этот алгоритм также не подходит. 
Фрагмент кода алгоритма бикубической интерполяции:

…

Begin

bmp1:=TBitmap.Create; bmp1.Width:=bmp.Width;bmp1.Height:=bmp.height;

//------------------------------------------------------------------------

For j:=0 to bmp.Height do //Преобразование только по горизонтали

begin

For i:=0 to Round(bmp.Width/2) do

begin

i_new:=(i*2); //по номеру пикселя i в новом (формируемом) изображении находим номер i_new в исходном изображении

dx:=0.5;//Это смещение (сдвиг) весовой функции

R:=0; G:=0; B:=0; s:=0;

For k:=-1 to 2 do//яркость пикселя с номером i равна сумме яркостей этого пикселя, соседа слева и двух соседей справа, умноженных на весовые коэффициенты

Begin

S:=i_new+k;//Это просто для удобства

If s<0 then s:=0; If s>bmp.Width-1 then s:=bmp.Width-1;

R:=R+GetRValue(bmp.Canvas.Pixels[(s),j])*fR(k-dx);

G:=G+GetGValue(bmp.Canvas.Pixels[(s),j])*fR(k-dx);

B:=B+GetBValue(bmp.Canvas.Pixels[(s),j])*fR(k-dx);

If R>255 then R:=255; If R<0 then R:=0;

If G>255 then G:=255; If G<0 then G:=0;

If B>255 then B:=255; If B<0 then B:=0;

End;

//В выходном изображении дублируем каждый второй столбец

bmp1.Canvas.Pixels[i*2,j]:=RGB(Round(R),Round(G),Round(B));

bmp1.Canvas.Pixels[i*2+1,j]:=RGB(Round(R),Round(G),Round(B));

end;{For i}

Form3.Caption := IntToStr(round(100 * j/ bmp.Height)) + '%';

Application.ProcessMessages;

if Application.Terminated then

Exit;

end;

…

Яркость пикселя нового изображения находится как сумма яркостей соответствующего пикселя старого изображения и трех его соседей (один сосед слева и два - справа), умноженных на значения весовой функции.

Чтобы новое изображение не сжималось по горизонтали в два раза, я его расширяла методом ближайшего соседа - три строки в конце подпрограммы.

Экспериментальным путем подобраны коэффициенты весовой функции. Если разрешить использовать подобранные коэффициенты, то бикубическая интерполяция получается максимально похожей как в Фотошопе.

Выводы к главе II:

В этой главе приведено общее описание технологии выполнения разработки. В первом параграфе главы приведены описания инструментария для разработки, основных использованных компонентов. Во втором параграфе главы построена логическая схема разрабатываемого продукта – пошаговое описание технологии выполнения.


Заключение

Могу сказать, что поставленная передо мной цель – разработка программного продукта для реализации задачи повышения разрешающей способности изображений, выполнена. Задачи, решаемые в процессе достижения цели, тоже в полной мере реализованы. Рассмотрены основные методы и алгоритмы повышения разрешающей способности изображений. Выделены и использованы приемлемые подходы для разработки программного обеспечения, то есть достаточно простые, быстрые и обеспечивающие качественное повышение. Выполнена поэтапная программная реализация выбранного алгоритма повышения разрешающей способности изображений. И в итоге получена работающая программа, которая преобразует изображения, повышая их разрешение.

И напоследок, программа имеет перспективы для дальнейшей доработки. Возможно, например, добавление функций для устранения некоторых, возникающих недостатков, так называемых артефактов, в результате интерполяции, в частности, если изображение будет увеличено во много раз: сглаживание, подавление эффекта Гиббса, повышение резкости в сильно размытых изображениях.


Список использованной литературы

1. 
   Визильтер Ю.В., Желтов С.Ю., Князь В. А. и др. Обработка и анализ цифровых изображений с примерами на LabVIEW и IMAQ Vision: [учебный курс]. - М. : ДМК Пресс, 2007. 464 с
   
2. 
   Гонсалес Р. Цифровая обработка изображений. - М.:Диалог-МИФИ, 2005
   
3. 
   Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. – М.: Техносфера, 2006
   
4. 
   Грузман И.С., Киричук В.С. Цифровая обработка изображений в информационных системах: Учебное пособие. - Новосибирск, НГТУ, 2002
   
5. 
   Насонов А., Крылов А., Лукин А., Увеличение разрешения изображения с использованием метода нрегуляризации Тихонова, материалы международной конференции "Тихонов и современная математика", Москва, 2006
   
6. 
   Петровский А.И. Adobe Photoshop 6.0: трюки в дизайне изображения. - М.: 2001
   
7. 
   Прэтт У. Цифровая обработка изображений. - М.: Мир, 2004. Кн. 1 и 2
   
8. 
   Ратушняк А. методы сжатия данных. - М.: Диалог-МИФИ, 2002
   
9. 
   Тихонов А.Н, Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. - М.: Наука, 1979
   
10. 
    Яне Б. Цифровая обработка изображений. - М.: Мир, 2007
    
11. 
    Lukin A., Krylov A., Nasonov A., Image Interpolation by Super-Resolution, труды конференции "Графикон-2006", стр. 239-242
    
12. 
    http://comrssion.graphicon.ru/
    
13. 
    http://imaging.cs.msu.ru
    
14. 
    http://ru.wikipedia.org/wiki/Билинейная_интерполяция
    
15. 
    http://ru.wikipedia.org/wiki/Бикубическая_интерполяция
    
16. 
    http://www.cambridgeincolour.com/ru/tutorials/image-interpolation.htm
    
17. 
    http://forum.graphicon.ru/viewtopic.php?f=8&t=2901
    
18. 
    http://images.cambridgeincolour.com/...tion_temp1.png
    
19. 
    http://graphicon.ru/oldgr/ru/publications/
    
20. 
    http://balbesof.net/info/photoshop_map.html
    
21. 
    http://photoshop.demiart.ru/
    
22. 
    http://www.photoshop-master.ru/articles.php?rub=19