论文面向教学可视化图像处理编程语言设计是关于对写作编程语言论文范文与课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文c语言必背18个经典程序论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料下载有帮助。
摘 要： 针对学生对《数字图像处理》课程内容感到抽象,对编程存在一定畏难情绪的状况,提出利用可视化编程来提高学生对数字图像处理实践的参和程度.为此设计了一种基于XML的图像处理可视化编程语言,为图像处理任务的可视化编程打下了基础.语言定义了图像处理功能模块和程序的结构,以包含可视化实现图像处理流程的必要信息；给出了针对该语言的翻译器的基本原理和关键步骤,能将可视化程序翻译为m文件,从而能在MATLAB环境中执行.基于所设计的语言和翻译器能够实现可视化图像处理程序设计软件,并可引入不同难度层次的图像处理编程训练,有助于学生掌握和运用《数字图像处理》课程的相关方法和技术.
关键词： 数字图像处理；可视化编程；XML；MATLAB
中图分类号： G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2017）08-0093-04
一、可视化图像处理编程语言的设计目的
《数字图像处理》是电子信息类专业一门重要的专业课,因其和机器视觉具有密切关系,在我国制造业升级的大环境下,该课程的教学更具有了重要的意义.《数字图像处理》实践性强,因此针对本课程的演示实验和学生动手的课程实验,已经有许多研究者基于诸如Visual C++[1]、OpenCV[2,3]、ImageJ[4]、DSP[5,6]以及MATLAB[7-9]等不同软件和技术提出了实验教学的方案.但从学生实际情况来看,若仅提供操作界面,通过菜单和按钮操作来观察图像处理方法的效果,虽然能适应多数学生的水平,也能帮助直观了解有关方法的效果,但对方法的编程实现训练不足；但若使用某种编程语言来进行实验,哪怕是使用OpenCV或MATLAB這类直接支持图像处理的语言,仍会使相当部分的学生产生畏难情绪,且在实现过程中易于陷入语言本身的细节问题,难以专注于对特定图像处理应用的整体框架性理解.
在多年的教学过程中,学生普遍对可视化的编程工具表现出新奇感,较少产生畏难情绪,实验的参和度普遍较高.除此之外,可视化编程本身的框图特性,能够直观便捷地描述出算法的主要步骤和流程.因此,本文设计了一种MATLAB环境下用于数字图像处理的可视化编程语言xGIPL（XML-based Graphical Image Processing Language）,它将相关实现代码封装为图像处理“功能模块”,使学生可以将注意力集中在整体算法步骤的理解上,而不用担心语言细节.基于该语言,可以开发面向图像处理的可视化编程软件,其用户界面和操作类似于Simulink,即通过图形化模块设计界面或直接书写所需要的XML模块文件,来预先实现好所需的图像处理步骤的功能,如图像的二值化、颜色空间转换、常用的滤波操作、区域标记和特征提取等等,然后由用户在可视化编程界面中通过拖放、删除、连接模块以及图形化的设置模块参数等操作,实现完整的图像处理任务的编程,之后可视化编程软件将负责分析和解释所实现的图形化程序,将其翻译为MATLAB m文件函数,并自动在MATLAB执行程序和返回处理结果.
二、图像处理功能模块的设计
图像处理功能模块（Image Processing Module,IPM）是具有输入和输出、完成特定图像处理步骤的基本编程单元.在可视化编程界面中,每个IPM就是一个可独立增减、拖拽并能够和程序的其他部分通过连线相连接的实体.IPM的定义由IPM文件给出.我们用XML语言来定义模块,因为XML语言本身具有灵活性和易读性,能够自由地定义所需的内容；XML的编辑很方便,通过普通的文本编辑器即可进行；此外在很多开发环境中,都有现成的XML解析器可用,从而大大方便了IPM和可视化图像处理程序的翻译过程.
1.IPM的具体设计
每个IPM的XML结构中包含一个名为“ipmod”的根节点,其下包含如下子节点：①mod_name节点.给出了每个IPM在模块库中的全局唯一的标识,且和IPM的XML文件名相同；②mod_help节点.提供了本IPM的帮助信息,可在可视化编程界面中为用户提供模块的用法；③glyph节点.用于指定一个图片文件路径,以便在可视化编程界面中提供更加直观和美观的模块外观；④parent_group节点.用于以树状结构组织和管理众多IPM构成的模块库；⑤port_pos节点.用于指定可视化界面中IPM的输入输出端口出现的位置.port_pos又包含两个子节点：inport_pos节点和outport_pos节点,分别指定了输入端口和输出端口的位置；⑥inputs节点和outputs节点.分别用于定义和IPM的输入和输出有关的信息.在inputs节点和outputs节点之下,又分别可包含一个或多个inport节点和outport节点,它们具体定义了每个输入端口和输出端口,其结构稍后介绍.inputs节点和outputs节点为可选节点,即一个IPM可以没有输入（没有inputs节点）或没有输出（没有outputs节点）,但不能两者均无；⑦implement节点.给出了实现本IPM的处理功能的MATLAB代码.
inputs节点下的inport节点及outputs节点下的outport节点定义了IPM的各输入、输出端口,相当于IPM的输入和输出参数.inport节点和outport节点均包含如下子节点：
（1）port_name节点.给出了该端口在IPM内的唯一名称,并且在IPM的implement代码中通过“%port_name”的方式加以引用.
（2）port_help节点.给出了该端口的帮助性文本.
此外,inport节点还包含：
（3）可选的value_range节点.当一个inport节点包含value_range节点时,表示该端口的取值有一定的范围限制,因此在可视化界面中可以采用适当的方式（如滚动条或下拉菜单等）更方便地加以设定.输入端口的取值范围又可采用如下三种形式之一：①整数取值范围.用value_range节点下的int_range子节点表示,而int_range下又含一个max子节点和一个min子节点,分别给出可选的整数值的上下限；②实数取值范围.用real_range子节点表示,其下同样包含一个max和一个min子节点来给出上下限；③类别型取值范围.用cat_set字节点表示,其下包含若干cat子节点,每个cat子节点的值一般为一个MATLAB字符串.
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参考文献：
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