基于JAVA平臺的圖像處理軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

1、基于JAVA平臺的圖像處理軟件的設(shè)計與實現(xiàn)摘要：隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)在各個領(lǐng)域的研究和應(yīng)用日益深入和廣泛。Java是Sun公司推出的一種面向?qū)ο缶幊陶Z言。Java非常適合于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和Internet環(huán)境，現(xiàn)已成為Internet中最受歡迎、最有影響的編程語言之一。目前國內(nèi)使用Java語言開發(fā)的圖像處理系統(tǒng)比較少，這也增加了這方面的研究價值。本論文首先對Java處理圖形圖像的算法做介紹，并設(shè)計Java GUI（圖形用戶界面）用來顯示圖像處理的結(jié)果。關(guān)鍵詞：Java Graphics 2D，圖形圖像，Java GUI，多媒體，數(shù)字圖像一、緒論4（一）課題來源5（二）課題的目的

2、和意義5（三）本軟件的特點5（四） JAVA語言的發(fā)展概況51.JAVA語言的誕生52.JAVA語言的發(fā)展63.JAVA語言的成熟6（五）JAVA語言的特點61、簡單性62、面向?qū)ο?3、分布式74、健壯性75、安全性76、可移植性7二、問題分析7（一）功能設(shè)計7（二）設(shè)計問題81、理論問題：82、技術(shù)問題：83、實踐問題：8（三）設(shè)計原則8（四）開發(fā)工具的選擇8（五）使用到的主要技術(shù)91、java.awt92、93、9三、設(shè)計與實現(xiàn)10（一）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計101、對BufferedImages類對象進行圖像數(shù)據(jù)處理方案如下：102、軟件的組成和功能103、軟件功能測試：14四 結(jié)束語14參考文

3、獻16一、緒論20世紀70年代以來，隨著計算機的廣泛應(yīng)用，其使用者對其畫面表現(xiàn)能力的需求也隨之提高，數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)運而生，它是一門迅速發(fā)展的新興學(xué)科，目的是在計算機上實現(xiàn)和強化人的視覺以及人對視覺信息的加工處理能力。目前國內(nèi)外市場依然是以Adobe公司的Photoshop為主流的圖形圖像處理軟件，軟件擁有強大的處理能力，豐富的工具庫，代表著計算機圖形圖像處理領(lǐng)域的最高技術(shù)標準。進入21世紀，隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和相關(guān)理論的不斷完善，數(shù)字圖像處理技術(shù)在許多應(yīng)用領(lǐng)域受到廣泛重視并取得了重大的開拓性成就，如航空航天、生物醫(yī)學(xué)工程、工業(yè)檢測、機器人視覺、公安司法、軍事制導(dǎo)、文化藝術(shù)等領(lǐng)域。圖形

4、圖像處理技術(shù)已成為一門引人注目、前景遠大的新型學(xué)科。 Internet是全球最大的計算機網(wǎng)絡(luò)，它起源于1968年美國國防部高級研究計劃局 (ARPA-Advanced Research Project Agency)主持研制用于支持軍事研究的計算機實驗網(wǎng)ARPANET。網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，同時為圖形圖像技術(shù)提供了發(fā)展的空間，并且網(wǎng)絡(luò)的多媒體化，豐富化，同時也對圖形圖像處理提出了更高的要求，Google的衛(wèi)星地圖便是非常成功的例子如今，各式各樣的，形形色色的精美圖片，在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，圖形圖像技術(shù)已經(jīng)成為必不可少的應(yīng)用。 （一）課題來源本課題根據(jù)我大三學(xué)習(xí)期間所學(xué)習(xí)的JAVA開發(fā)課程結(jié)合現(xiàn)在網(wǎng)

5、上流行圖形圖像處理軟件，因為個人對這個領(lǐng)域比較感興趣，這個圖形圖像軟件的編寫是對我大學(xué)期間所學(xué)知識的一個總結(jié)。（二）課題的目的和意義主要目的在于通過基于Java平臺的圖像處理軟件的設(shè)計與實現(xiàn)，研究Java語言的面向?qū)ο缶幊毯投嗝襟w編程，并了解其圖形繪制機制和多線程原理.進一步熟悉JavaAPI類庫,對面向?qū)ο缶幊逃懈由钊氲膶W(xué)習(xí)和掌握。本選題的意義在于對圖形圖像處理領(lǐng)域方面的深入和探究,試圖開發(fā)出具有實用價值的,或者具有一定參考價值的軟件產(chǎn)品.并且可以進一步了解和掌握軟件開發(fā)的全過程，改善和提高自身的軟件設(shè)計和開發(fā)能力。同時，自身對圖形圖像的處理比較感興趣，能夠增加自身對編程的學(xué)習(xí)和認識。 （

6、三）本軟件的特點由于自身技術(shù)的限制，在開發(fā)上面不能展示太多的功能和特色，加上Java語言本身在圖形圖像處理方面并不是很出色，所以在功能上只包含了幾何變換，訪射變換，鈍化，銳化，顏色變換等操作。選擇使用Java語言作為軟件的編程語言，是因為Java語言的簡單和可移植性強的特點，它能夠跨平臺運行，使用起來比較方便，不像c+那樣，是基于源代碼的移植，不能夠跨平臺運行，對于軟件開發(fā)沒有Java那樣便捷，并且Java在圖形圖像這方面的研究較少，希望在這上面有所發(fā)現(xiàn)。（四） JAVA語言的發(fā)展概況1.JAVA語言的誕生 它是有Sun公司開發(fā)出來的.它的誕生主要得益于家用電器的芯片.開始時,它的開發(fā)者想用C

7、+語言來開發(fā)電器的芯片,但是,由于芯片的種類各不相同,因此,程序要進行多次編譯.尤其是C+中的指針操作,一旦操作不慎,就會引起問題,程序可以出錯誤,但是家用電器不能出錯誤.為此,它的開發(fā)者將C+語言進行簡化,去掉指針操作,去掉運算符重載等,去掉C+中的多重繼承,得到了Java語言,將它變?yōu)橐环N解釋執(zhí)行的語言,在每個芯片上裝上一個Java語言虛擬機器。剛開始Java語言被稱之為Oak語言(橡樹語言)。這個也就是Java語言的安全性，它安全的主要根源就是拋棄掉了c+中指針的使用，從而變成了Java中的包裝類的使用。2.JAVA語言的發(fā)展 它的發(fā)展得益于互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展.剛開始時,互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展比較緩慢,

8、每個網(wǎng)頁上面都是靜態(tài)的畫面,不能與用戶進行操作.即使是后來的CGI也只是在服務(wù)器端進行運行,速度太慢,人們迫切需要能夠在瀏覽器端能與用戶進行交換,并且畫面能夠動起來,但是,WWW上的機器是各種各樣,操作系統(tǒng)也是千差萬別,后來人們想到了Oak語言,它是解釋型執(zhí)行語言,只要每個機器上的瀏覽器能夠有它的虛擬機器,Oak語言就可以運行,因此Oak語言發(fā)展起來,后來改名為Java語言.現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上流行開發(fā)語言是Java語言。它是當前社會軟件開發(fā)的主流語言，主要得益于它的使用簡單和可移植性強。3.JAVA語言的成熟 JAVA語言現(xiàn)在逐漸成熟起來,它的類已經(jīng)近千個,它的類無所不包,而且還可以通過第三方購買類,

9、為Java語言的發(fā)展提供了良好的發(fā)展前景.同時它也是跨平臺的語言,因此許多軟件開發(fā)商,硬件開發(fā)上也爭先恐后地想乘上Java語言的快車,都聲稱支持JAVA語言,它對微軟發(fā)起了有力的挑戰(zhàn),而且Sun公司正努力開發(fā)JAVA芯片。目前JAVA程序已經(jīng)能運行在從Windows系列、Unix系列、Mac OS系列到Linux等幾乎所有操作系統(tǒng)平臺上，而且特別重要的是它已經(jīng)能做到"一次編寫，到處運行"；另一方面，與C 等傳統(tǒng)程序設(shè)計語言相比，用JAVA來開發(fā)GUI應(yīng)用程序的難度已經(jīng)大大降低；加上JAVA語言所具有的純面向?qū)ο?、網(wǎng)絡(luò)功能強大等特性，使得JAVA非常適于用來編制應(yīng)用軟件。（五

10、）JAVA語言的特點JAVA語言的特點總結(jié)主要有以下6點：1、簡單性 JAVA語言類似于c+，所以c+程序員可以很容易的掌握，但是JAVA語言又是對c+語言的一種簡單化，它摒棄了c+中容易犯錯誤的地方，例如指針的使用和內(nèi)存管理。而且還提供了豐富的類庫，給程序員的開發(fā)帶了很大的方便。2、面向?qū)ο?面向?qū)ο罂梢哉f是JAVA語言最重要的特性，JAVA語言的設(shè)計完全是面向?qū)ο蟮?，它不像c語言那樣是面向程序設(shè)計的。JAVA語言支持靜態(tài)和動態(tài)的代碼重用和繼承，3、分布式 JAVA語言包括一個支持http和ftp基于TCP/IP協(xié)議的子庫，因此JAVA程序可以使用URL打開并且訪問網(wǎng)絡(luò)上的對象，和訪問本系統(tǒng)

11、的對象幾乎一樣?？梢詾榉植辑h(huán)境尤其是Internet提供的動態(tài)內(nèi)容。4、健壯性JAVA致力于檢查編譯和運行時候的錯誤，類型檢查幫助檢查出很多開發(fā)早期的錯誤，JAVA自己操縱內(nèi)存，減少了很多內(nèi)存出錯的可能性。5、安全性JAVA的安全性可以從兩個方面進行保證，一方面，像指針和內(nèi)存的釋放等c+功能被摒棄，避免了非法內(nèi)存操作。另一方面，用JAVA創(chuàng)建瀏覽器時候，語言功能和瀏覽器本身提供的功能結(jié)合起來使它更加安全。6、可移植性 大多數(shù)的語言產(chǎn)生的目標代碼只能運行在一種cpu上面，即使是那種支持多種cpu的編譯器，也不可能一下產(chǎn)生多種適合的目標代碼。如果你要在多個cpu上運行，就要編譯多次，這給編程技術(shù)帶

12、來了很大的不便。而JAVA編譯器就不同了，它產(chǎn)生的目標代碼是針對一種并不存在的JVM虛擬機，這種虛擬機能夠掩蓋不同cpu的差別，是目標代碼可以運行在任何一臺裝有虛擬機的平臺上。二、問題分析（一）功能設(shè)計本軟件Java 2D 編程和多線程編程的結(jié)合應(yīng)用，主要功能定位于通過Java 2D API對圖形進行處理的一些機制。整個軟件的操作簡單，設(shè)計清晰明了，目的在于功能和效果的測試。軟件的整體布局上簡潔實用，美觀大方。方便使用，功能說明清晰，由于自己的技術(shù)水平有限，圖片的處理效果可能不太理想，但是能夠體現(xiàn)出Java在圖形處理方面的基本功能。（二）設(shè)計問題本課題研究的目標是：建立一個基于JAVA平臺的符

13、合當代社會理念、具有實用價值的、綜合效益很高的圖片處理機制。要解決的主要問題有以下幾點：1、理論問題： 如今網(wǎng)絡(luò)上圖形圖像處理軟件隨處可見，花樣繁多，用處各有不同。如何設(shè)計出自己的風(fēng)格，又要體現(xiàn)出實用性，不流于形式，是需要慎重考慮的。2、技術(shù)問題：運用到的JAVA中的多媒體編程，Java 2D，多線程的嚴格使用，體系結(jié)構(gòu)，安全性，使用到的工具，都是我們要慎重考慮的問題，也是開發(fā)一個好的圖像處理軟件的必備要求。3、實踐問題：現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上流行的圖形圖像處理軟件功能強大，花樣繁多，需要從實踐中不斷總結(jié)，不切實際地模仿別人，拷貝別人，是不可取的。（三）設(shè)計原則本課題的主要開發(fā)原則遵循以下幾點：1、界面風(fēng)

14、格簡潔自然，切忌浮躁夸張的風(fēng)格，為實用者帶來一個輕松的交流環(huán)境;2、軟件的主要功能要基本完整，包括銳化，鈍化，拉伸，顏色暗亮，圖片翻轉(zhuǎn)、等等；3、 遵循Java的圖像處理機制，保證代碼運行的穩(wěn)定性和可靠性。（四）開發(fā)工具的選擇 Esclipes是Java開發(fā)的一種軟件，他的性能好使用方便，適用于中小型企業(yè)和普通的軟件開發(fā)。在這里要用到以下的一些工具：1、Java編譯器 Java編譯器將Java源代碼文件編譯成可執(zhí)行的Java字節(jié)碼。Java源代碼文件的擴展名為 . Java，Java編譯器把這種擴展名的文件編譯成擴展名為.class的文件。源文件中的每個類在編譯后都將產(chǎn)生一個class文件，這

15、意味一個Java源代碼文件可能編譯生成多個class文件。2、Java解釋器 Java解釋器對編譯生成的字節(jié)碼格式的可執(zhí)行程序的運行提供支持，它是運行非圖形Java程序的命令行工具。（五）使用到的主要技術(shù) 圖像是按空間位置組織的像素的集合，而像素則定義了某個顯示位置的圖像外觀，Java 2D API 在處理圖像中提供了一些實用的處理機制，Java 2D API的圖像處理主要是針對BufferedImage類創(chuàng)建圖像進行的，BufferedImage類對象是直接在內(nèi)存中創(chuàng)建的，用來保存和操作從文件中或URL中檢索的圖像數(shù)據(jù)，并提供一組在BufferedImage對象上進行圖像處理操作的XyzOp

16、類，例如，AffineTransformOp、BandCombineOp、ColorConverOp、ConvolveOp、LookupOp、RescaleOp等類，這些類可用于圖像的縮放等幾何變換、仿射變換、邊緣檢測、鈍化、銳化、增強對比、圖像顏色校正等操作，并可以通過Graphics2D對象將圖像數(shù)據(jù)顯示在屏幕設(shè)備上。對圖像的各種操作一般是通過被稱為過濾器(filter)的圖像操作類實現(xiàn)的。1、java.awt java.awt包含了一些新增的2D API類和界面。其中Graphics2D繼承于java.awt.Graphics，是描繪2D圖形的對象。當對象要被描繪時，piant或upda

17、te方法會自動根據(jù)適當?shù)膱D形上下文，然后調(diào)用Graphics2D對象的繪制方法。2、java.awt.image Java 2D API的即時模式圖像處理類和接口處理像素映射圖像的技術(shù)。在java.awt.image包中，Java 2D API中的圖像操作類定義了許多過濾器，源圖像經(jīng)過過濾，產(chǎn)生出新圖像。3、java.awt.color java.awt.color包定義了ColorSpace類。該類包含在當前顏色空間和兩個標準顏色之間進行轉(zhuǎn)換的方法。 三、設(shè)計與實現(xiàn)（一）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的處理結(jié)構(gòu)如下圖： 源圖像圖像處理操作目標圖像過濾器（二）具體設(shè)計 1、對BufferedImages類對

18、象進行圖像數(shù)據(jù)處理方案如下：1） 創(chuàng)建BufferedImage對象，將圖像數(shù)據(jù)存儲在BufferedImage對象中。2） 確定圖像數(shù)據(jù)處理模式，變換方式。3） 確定變換矩陣Kernel。4） 變換操作，圖像數(shù)據(jù)處理，應(yīng)用圖像數(shù)據(jù)處理操作類。5） 通過Graphics2D對象將圖像顯示在屏幕上 2、軟件的組成和功能1） 軟件的組成如下 2） 軟件的功能介紹如下：1.“翻轉(zhuǎn)”功能 相應(yīng)代碼如下:/* 圖像翻轉(zhuǎn)變換方法 */ public void turnBufferedImage() bfdImage2 = new BufferedImage(bfdImage1.getWidth(), bf

19、dImage1.getWidth(), bfdImage1.getType();DataBuffer db1 = bfdImage1.getRaster().getDataBuffer();DataBuffer db2 = bfdImage2.getRaster().getDataBuffer();for (int i = db1.getSize() - 1, j = 0; i >= 0; i-, j+) db2.setElem(j, db1.getElem(i);if (turn) bfdImage = bfdImage2;turn = false; else bfdImage = b

20、fdImage1;turn = true;2.“銳化”功能 相應(yīng)代碼如下: /* 圖像銳化變換方法 */public void sharpImage() bfdImage = null;float data = -1.0f, -1.0f, -1.0f, -1.0f, 10.0f, -1.0f, -1.0f,-1.0f, -1.0f ;Kernel kernel = new Kernel(3, 3, data);ConvolveOp co = new ConvolveOp(kernel, ConvolveOp.EDGE_NO_OP, null);co.filter(bfdImage1, bfdI

21、mage2);bfdImage = bfdImage2;3.“模糊”功能 相應(yīng)代碼如下/* 圖像模糊變換方法 */public void blurImage() float data = 0.0625f, 0.125f, 0.0625f, 0.125f, 0.125f, 0.125f,0.0625f, 0.125f, 0.0625f ;Kernel kernel = new Kernel(3, 3, data);ConvolveOp co = new ConvolveOp(kernel, ConvolveOp.EDGE_NO_OP, null);co.filter(bfdImage1, bfd

22、Image2);bfdImage = bfdImage2;4.“變灰”功能 相應(yīng)代碼如下：/* 圖像變灰方法 */public void grayImage() ColorConvertOp cco = new ColorConvertOp(ColorSpace.getInstance(ColorSpace.CS_GRAY), null);cco.filter(bfdImage1, bfdImage2);bfdImage = bfdImage2;5.“明暗度”功能 相應(yīng)代碼如下:/* 圖像變亮方法 */public void brightenLUT() short brighten = new

23、 short256;short pixelValue;for (int i = 0; i < 256; i+) pixelValue = (short) (i + 10);if (pixelValue > 255) pixelValue = 255; else if (pixelValue < 0) pixelValue = 0;brighteni = pixelValue;lut = new ShortLookupTable(0, brighten);LookupOp lop = new LookupOp(lut, null);lop.filter(bfdImage1, b

24、fdImage2);bfdImage = bfdImage2;/* 圖像變暗方法 */public void darkenLUT() short darken = new short256;short pixelValue;for (int i = 0; i < 256; i+) pixelValue = (short) (i - 10);if (pixelValue > 255) pixelValue = 255; else if (pixelValue < 0) pixelValue = 0;darkeni = pixelValue;lut = new ShortLook

25、upTable(0, darken);LookupOp lop = new LookupOp(lut, null);lop.filter(bfdImage1, bfdImage2);bfdImage = bfdImage2;6.“拉伸”功能，相應(yīng)代碼如下：/* 圖像拉伸方法 */public void transform() transform.setToScale(scaleX, scaleY);AffineTransformOp ato = new AffineTransformOp(transform, null);bfdImage2.createGraphics().clearRect

26、(0, 0, bfdImage2.getWidth(this),bfdImage2.getHeight(this);ato.filter(bfdImage1, bfdImage2);bfdImage = bfdImage2; X方向：public void setscaleX(double scalex) this.scaleX = scalex; Y方向： public void setscaleY(double scaley) this.scaleY = scaley;7.“還原”功能 相應(yīng)代碼如下：/* 圖像還原方法 */public void resume() bfdImage = b

27、fdImage1;this.repaint(); 3、軟件功能測試： 通過點擊按鈕觸發(fā)事件，然后通過GUI查看圖像的變化情況，以此測試軟件的處理功能是否可靠。四 結(jié)束語 經(jīng)過一個月的學(xué)習(xí)和努力，軟件的設(shè)計與開發(fā)已經(jīng)基本完成，我感覺在這段時間中受益匪淺。我從圖形圖像處理軟件的需求分析做起，從初步設(shè)計，到具體的模塊劃分，再到最后的統(tǒng)一聯(lián)結(jié)，完成一個圖形圖像處理軟件的編寫過程，我體會到技術(shù)工作的樂趣和艱辛。通過這次軟件的編寫，我了解到軟件開發(fā)的整個過程：接到任務(wù)時首先需要作需求分析，收集材料和做一系列前期的準備工作，然后要具體的分析工作，最后再進行代碼的實現(xiàn)和測試。另外，經(jīng)過這段時的邊學(xué)邊做的過程，

28、我對Java的相關(guān)知識有一定了解，并且激發(fā)出了濃烈的學(xué)習(xí)興趣，而這無疑也是非常有益的。這次實踐也是大學(xué)期間一個難得的實踐鍛煉機會，相信這次鍛煉將會為我以后的工作和學(xué)習(xí)起到指導(dǎo)性的作用。參考文獻1 美Bruce EckelJAVA編程思想M 北京：機械工業(yè)出版社，2005：609-712。2 廖雷等Java程序設(shè)計教程M（第二版）北京：中國電力出版社，2003：13-383 馬 軍Java多線程編程初步J電腦報，2004，4（10）：372-375.4 韓徐明浩 著，武傳海 譯Java編程基礎(chǔ)、應(yīng)用與實例M北京：人民郵電出版社，2005:79-81.5 美Kenneth F. krutsch.Java用戶界面編程指南M.北京：電子工業(yè)出版社，2005：45-89.6 Rogers Cadenhead. Sams'Teach Yourself Java 1.2 in 24 HoursM . London：Pearson，1999:22-63.7 Cay S.HorstmannCore Java 2.Volume I:Fundamentals MLondon：Prentice-Hall，2000:167-2218 孫一林，彭波. Java編程技術(shù)全接觸M. 北京：清華大學(xué)出版設(shè)，2008:234-2