【数字图像处理】四.MFC对话框绘制灰度直方图

2023-10-27

本文主要讲述基于VC++6.0 MFC图像处理的应用知识，主要结合自己大三所学课程《数字图像处理》及课件进行回忆讲解，主要通过MFC单文档视图实现点击弹出对话框绘制BMP图片的灰度直方图，再获取平均灰度、中指灰度和标准差等值。文章比较详细基础，希望该篇文章对你有所帮助~
【数字图像处理】一.MFC详解显示BMP格式图片
【数字图像处理】二.MFC单文档分割窗口显示图片
【数字图像处理】三.MFC实现图像灰度、采样和量化功能详解
免费资源下载地址：
http://download.csdn.net/detail/eastmount/8757243

一. 程序运行结果

该篇文章主要是在上一篇文章基础上进行的讲解，其中当打开一张BMP图像后，点击”直方图“-》”显示原图直方图“如下。

二. 灰度直方图原理

什么是灰度直方图？
灰度直方图（histogram）是灰度级的函数，描述的是图像中每种灰度级像素的个数，反映图像中每种灰度出现的频率。横坐标是灰度级，纵坐标是灰度级出现的频率。

对于连续图像，平滑地从中心的高灰度级变化到边缘的低灰度级。直方图定义为：

  其中A(D)为阈值面积函数：为一幅连续图像中被具有灰度级D的所有轮廓线所包围的面积。对于离散函数，固定ΔD为1，则：H(D)=A(D)-A(D+1)
  色彩直方图是高维直方图的特例，它统计色彩的出现频率，即色彩概率分布信息。
  通常这需要一定的量化过程，将色彩分成若干互不重叠的种类。一般不直接在RGB色彩空间中统计，而是在将亮度分离出来后，对代表色彩部分的信息进行统计，如在HSI空间的HS子空间、YUV空间的UV子空间，以及其它反映人类视觉特点的彩色空间表示中进行。
其中直方图的计算方法如下：
  依据定义，若图像具有L（通常L=256,即8位灰度级）级灰度，则大小为MxN的灰度图像f(x,y)的灰度直方图hist[0…L-1]可用如下计算获得。
1、初始化 hist[k]=0; k=0,…,L-1
2、统计 hist[f(x,y)]++; x=0,…,M-1, y =0,…,N-1
3、归一化 hist[f(x,y)]/=M*N
那么说了这么多，直方图究竟有什么作用呢？
在使用轮廓线确定物体边界时，通过直方图更好的选择边界阈值，进行阈值化处理；对物体与背景有较强对比的景物的分割特别有用；简单物体的面积和综合光密度IOD可以通过图像的直方图求得。

三. 程序实现

1.建立直方图对话框

第一步：创建Dialog
将视图切换到ResourceView界面，选中Dialog右键鼠标新建一个Dialog，并新建一个名为IDD_DIALOG_ZFT，设置成下图对话框。

右键添加属性如下:
对话框-原始直方图-IDD_DIALOG_ZFT
组框-RGB-IDC_STATIC_RGB
图像-框架-IDC_STATIC_KJ-蚀刻(重点:有它才能添加直方图在此处，注意GetDlgItem()函数中是IDC而不是IDD对话框)
添加蚀刻线(图像蚀刻形成的直线)形如图中的3个矩形框，并添加静态文本：Red、Green、Blue、红、绿、蓝、像素、平均灰度、中值灰度、标准差；这些静态文本都是IDC_STATIC且为默认属性
添加红色4个值(Static)、绿色4个值、蓝色4个值，分别为：
IDC_STATIC_XS_RED(GREEN BLUE)对应像素XS
IDC_STATIC_PJHD_RED(GREEN BLUE)对应平均灰度PJHD
IDC_STATIC_ZZHD_RED(GREED BLUE)对应中值灰度ZZHD
IDC_STATIC_BZC_RED(GREEN BLUE)对应标准差BZC

第二步：建立类向导MFC ClassWizard
(1) 在对话框资源模板空白区双击鼠标(Ctrl+W)，创建一个新类，命名为CImageZFTDlg会自动生成它的.h和.cpp文件。在类向导中选中类名CImageZFTDlg，IDs为CImageZFTDlg，WM_INITDIALOG建立这个函数用于初始化。
(2) 打开类向导，选择Member Variables页面，添加如下变量，类型均为CString。
像素 m_redXS、m_greenXS、m_blueXS
标准差 m_redBZC、m_greeenBZC、m_blueBZC
平均灰度 m_redPJHD、m_greenPJHD、m_bluePJHD
中值灰度 m_redZZHD、m_greenZZHD、m_blueZZHD

(3) 在View.cpp中添加直方图的头文件 #include "ImageZFTDlg.h"

第三步：设置菜单栏调用直方图对话框
(1) 将视图切换到ResourceView界面，选中Menu，在IDR_MAINFRAM中添加菜单项“直方图”，菜单属性中选择“弹出”，在“直方图”中添加子菜单“显示原图直方图”。
(2) 设置其属性为ID_ZFT_YT(显示直方图原图)，同时建立类向导，选择ID_ZFT_YT(IDs)，通过COMMAND建立显示直方图函数OnZftYt()。

第四步：添加代码及计算4个值
在ImageProcessingView.cpp中添加如下代码，注释中有如何求平均灰度、中值灰度和标准差的消息算法过程。

//引用显示直方图头文件
#include "ImageZFTDlg.h"
#include "math.h"

/*全局变量在TestZFTDlg.cpp中引用 用extern*/
int Red[256],Green[256],Blue[256];

/**************************************************/
/* 添加直方图显示功能，并在直方图下方显示相关信息 
/* 如平均灰度、中值灰度、标准差和像素总数         
/* ID_ZFT_YT:直方图原图显示                       
/**************************************************/
void CImageProcessingView::OnZftYt() 
{
	if(numPicture==0) {
		AfxMessageBox("载入图片后才能显示原图直方图!",MB_OK,0);
		return;
	}
	AfxMessageBox("显示原图直方图!",MB_OK,0);
	CImageZFTDlg dlg;

	//打开临时的图片
	FILE *fpo = fopen(BmpName,"rb");
	fread(&bfh,sizeof(BITMAPFILEHEADER),1,fpo);
	fread(&bih,sizeof(BITMAPINFOHEADER),1,fpo);
	
	int i,j;
	for(j=0;j<256;j++) { //定义数组并清零
		Red[j]=0;
		Green[j]=0;
		Blue[j]=0;
	}
	
	//计算4个数据
	unsigned char red,green,blue;
	int IntRed,IntGreen,IntBlue;                  //强制转换
	double sumRedHD=0,sumGreenHD=0,sumBlueHD=0;   //记录像素总的灰度值和
	for(i=0; i<m_nImage/3; i++ ) 
	{
		fread(&red,sizeof(char),1,fpo);
		IntRed=int(red);
		sumRedHD=sumRedHD+IntRed;
		if( IntRed>=0 && IntRed<256 ) Red[IntRed]++; //像素0-255之间
		
		fread(&green,sizeof(char),1,fpo);
		IntGreen=int(green);
		sumGreenHD=sumGreenHD+IntGreen;
		if( IntGreen>=0 && IntGreen<256 ) Green[IntGreen]++;
		
		fread(&blue,sizeof(char),1,fpo);
		IntBlue=int(blue);
		sumBlueHD=sumBlueHD+IntBlue;
		if( IntBlue>=0 && IntBlue<256 ) Blue[IntBlue]++;
	}
	fclose(fpo);
	
	//像素:int型转换为CString型 
	dlg.m_redXS.Format("%d",m_nImage);
	dlg.m_greenXS.Format("%d",m_nImage);
	dlg.m_blueXS.Format("%d",m_nImage);
	
	//平均灰度值:计算24位bmp图片的灰度值,我是记录RGB中的所有平均值	
	float pinRedHD,pinGreenHD,pinBlueHD; 
	pinRedHD=sumRedHD*3/m_nImage;
	pinGreenHD=sumGreenHD*3/m_nImage;     //平均灰度=总灰度/总像素
	pinBlueHD=sumBlueHD*3/m_nImage;
	
	dlg.m_redPJHD.Format("%.2f",pinRedHD);
	dlg.m_greenPJHD.Format("%.2f",pinGreenHD);
	dlg.m_bluePJHD.Format("%.2f",pinBlueHD);
	
	/****************************************************************/
	/* 中值灰度:算法重点(黄凯大神提供)                              
	/* 中值灰度:所有像素中的中位数,应该所有像素排序找到中间的灰度值 
	/* 算法:num[256]记录各灰度出现次数,sum+=num[i],找到sum=总像素/2 
	/****************************************************************/
	int sumRedZZHD=0,sumGreenZZHD=0,sumBlueZZHD=0;
	int redZZHD,greenZZHD,blueZZHD;
	for(i=0;i<256;i++)
	{
		sumRedZZHD=sumRedZZHD+Red[i];
		if(sumRedZZHD>=m_nImage/6)          //m_nImage被分成3份RGB并且sum=总像素/2
		{
			redZZHD=i;
			break;
		}
	}
	for(i=0;i<256;i++)
	{
		sumGreenZZHD=sumGreenZZHD+Green[i];
		if(sumGreenZZHD>=m_nImage/6)          //m_nImage被分成3份RGB并且sum=总像素/2
		{
			greenZZHD=i;
			break;
		}
	}
	for(i=0;i<256;i++)
	{
		sumBlueZZHD=sumBlueZZHD+Blue[i];
		if(sumBlueZZHD>=m_nImage/6)          //m_nImage被分成3份RGB并且sum=总像素/2
		{
			blueZZHD=i;
			break;
		}
	}
	
	dlg.m_redZZHD.Format("%d",redZZHD);
	dlg.m_greenZZHD.Format("%d",greenZZHD);
	dlg.m_blueZZHD.Format("%d",blueZZHD);
	
	/******************************************************************/
	/*标准差:标准差=方差的算术平方根                                   
	/*       方差s^2=[(x1-x)^2+(x2-x)^2+......(xn-x)^2]/n             
	/* 算法:不用开m_nImage数组进行计算 用num[256]中数进行             
	/* 方差=(平均灰度-i)*(平均灰度-i)*Red[i]  有Red[i]个灰度值为i的数 
	/******************************************************************/
	float redBZC,greenBZC,blueBZC;       //标准差
	double redFC=0,greenFC=0,blueFC=0;    //方差
	for(i=0;i<256;i++)
	{
		redFC=redFC+(pinRedHD-i)*(pinRedHD-i)*Red[i];   //有Red[i]个像素i
		greenFC=greenFC+(pinGreenHD-i)*(pinGreenHD-i)*Green[i];
		blueFC=blueFC+(pinBlueHD-i)*(pinBlueHD-i)*Blue[i];
	}
	
	redBZC=sqrt(redFC*3/m_nImage);
	greenBZC=sqrt(greenFC*3/m_nImage);
	blueBZC=sqrt(blueFC*3/m_nImage);
	
	dlg.m_redBZC.Format("%.2lf",redBZC);
	dlg.m_greenBZC.Format("%.2lf",greenBZC);
	dlg.m_blueBZC.Format("%.2lf",blueBZC);	

	//重点必须添加该语句才能弹出对话框
	if(dlg.DoModal()==IDOK)
	{

	}
}

第五步：此时运行结果如下图所示，打开图片可以显示参数。

2.建立对话框与View联系并绘制直方图

重点（极其重要*）
(1) 如何在MFC中(View中)实现对子对话框的画图或直方图响应?
解决方法:在子对话框中.cpp文件中实现画图响应，不要再View.cpp中实现，否则图像会以menu背景为坐标，而在ImageZFTDlg.cpp中建立OnPaint函数实现画图，它默认会以子对话框为标准。
(2) 如何把View.cpp中的图片像素直方图信息传递给子对话框ImageZFTDlg.cpp呢?
解决方法:如果自定义ImageStruct.h中建立全局变量，每个.cpp中引用该头文件调用总是报错(未知)，所以我在View.h中建立一个全局变量int Red[256];再在子文件.cpp中函数里调用该全局变量即可extern int Red[256]，这是非常重要的一个C语言知识。
(3) 画图函数OnPaint()参考源代码中详细注释。
如何绘制坐标轴、文字、图像，其实自己绘制而没调用第三方库还是挺有意思的。

第一步：建立画直方图函数OnPaint
打开类向导(Ctrl+W)，类名选择CImageZFTDlg，IDs选择CImageZFTDlg，在Message函数中建立WM_PAINT映射，默认函数名为OnPaint建立函数void CImageZFTDlg::OnPaint()

第二步：绘制直方图大致思想如下
(1) 重点：获取要绘制直方图的位置和图像资源的对应号ID(IDC_STATIC_KJ 框架)，我当时认为绘制直方图只能绘制到”图像“控件IDC中，不能是对话框IDD。
CWnd *pWnd = GetDlgItem(IDC_STATIC_KJ);
CDC *pDC = pWnd->GetDC();
(2) 获取对话框矩形的长和宽
CRect rectpic;
GetDlgItem(IDC_STATIC_KJ)->GetWindowRect(&rectpic);
(3) 创建画笔对象并对画笔进行颜色设置
CPen *RedPen = new CPen();
RedPen->CreatePen(PS_SOLID,1RGB(255,0,0));
(4) 选中当前画笔并保存以前画笔
CGdiObject *RedOlderPen = pDC->SelectObject(RedPen);
(5) 绘制直方图(图像坐标自己算)
矩形 pDC->Rectangle(9,327,312,468);
移动 pDC->MoveTo(15,331);
直线 pDC->LineTo(15,488);
文字 pDC->TextOut(15+48*i,450,str);
(6) 恢复以前画笔
pDC->SelectObject(RedOlderPen);
delete RedPen;
ReleaseDC(pDC);

第三步：源代码与详细注释思想
在ImageZFTDlg.cpp中修改OnPaint函数：

//****************绘制原图直方图*********************//
void CImageZFTDlg::OnPaint() 
{
	CPaintDC dc(this); // device context for painting
	
	// TODO: Add your message handler code here
	
	/********************************************************************************/
	/* 重点知识:(百度)                                                              
	/* 如何在View.cpp中把一个变量的值传给其它对话框                                 
	/*                                                                              
	/* 错误一:在View.h中定义的pubic变量只能在View.cpp中用                           
	/* 错误二:定义一个Struct.h中存全局变量,在2个函数中分别调用#include "Struct.h"   
	/*                                                                              
	/* 解决方法一: (CSDN 不会)参数用 A& a 两个对话框里都可以访问a                   
	/* 解决方法二: (CSDN 不会)重载                                                  
	/*                                                                              
	/* 解决:在View.cpp中定义全局变量 void CBmpDrawView::OnZftYt() 前面 并函数中操作 
	/*      在dialog的cpp中即void CTestZFTDlg::OnPaint()中在定义一个extern int a    
	/********************************************************************************/

	extern int Red[256],Green[256],Blue[256];

	/*写在该空间中可以省略Invalidate()语句*/
	/*获取控件的CDC指针*/
	CRect rectpic;
	GetDlgItem(IDC_STATIC_KJ)->GetWindowRect(&rectpic);
		
	int x,y;
	x=rectpic.Width();
	y=rectpic.Height();
		
	CWnd *pWnd=GetDlgItem(IDC_STATIC_KJ);
	CDC *pDC=pWnd->GetDC();
		
	/***********************/
	/*重点:画直方图 红色
	/**********************/
	CPen *RedPen=new CPen();                              //创建画笔对象
	RedPen->CreatePen(PS_SOLID,1,RGB(255,0,0));           //红色画笔
	CGdiObject *RedOlderPen=pDC->SelectObject(RedPen);    //选中当前红色画笔并保存以前的画笔
	
	/*画图*/
	pDC->Rectangle(9,16,312,147);      //画一个矩形框
	pDC->MoveTo(15,20);                //绘制坐标轴
	pDC->LineTo(15,128);               //Y竖轴
	pDC->LineTo(305,128);              //X横轴
	
	pDC->MoveTo(305,128);              //绘制X箭头
	pDC->LineTo(300,123);              //绘制上边箭头
	pDC->MoveTo(305,128); 
	pDC->LineTo(300,133);              //绘制下边箭头
	
	pDC->MoveTo(15,20);                //绘制Y箭头
	pDC->LineTo(10,25);                //绘制左边箭头
	pDC->MoveTo(15,20);
	pDC->LineTo(20,25);                //绘制右边箭头
	
	/**********************************************************************/
	/* TextOut函数功能:                                                   
	/* 该函数用当前选择的字体、背景颜色和正文颜色将一个字符串写到指定位置 
	/* BOOL TextOut(HDC hdc,int x,int y,LPCTSTR str,int numStr)           
	/* 表示:x起始坐标,y起始坐标,字符串,字符串中字符个数                   
	/*
	/* SetTextColor函数功能:                                              
	/* 设置指定设备环境(HDC)的字体颜色                                    
	/* SetTextColor (HDC, COLORREF) 如:SetTextColor(HDC,RGB(255,0,0));    
	/**********************************************************************/
	
	CString str;
	int i;
	for(i=0;i<=5;i++)                    //写X轴刻度线
	{
		str.Format("%d",i*50);               //0-255之间添加6个刻度值
		pDC->SetTextColor(RGB(255,0,255));   //设置字体颜色
		pDC->TextOut(15+48*i,130,str);       //输出字体
		pDC->MoveTo(15+48*i,128);            //绘制X轴刻度
		pDC->LineTo(15+48*i,125);
	}
	for(i=0;i<=5;i++)                        //写Y轴刻度线
	{
		pDC->MoveTo(15,128-20*i);            //绘制Y轴刻度
		pDC->LineTo(18,128-20*i);
	}
	
	/*绘制直方图主要的代码*/
	for(i=1;i<256;i++)
	{
		pDC->MoveTo(15+i,128);
		if( (128-16) > (Red[i]/40) )
			pDC->LineTo(15+i,128-(Red[i]/40));   
		else
			pDC->LineTo(15+i,16);            //超过矩形的画矩形高
	}
		

	/**********************/
	/*重点:画直方图 绿色
	/**********************/
	CPen *GreenPen=new CPen();                             //创建画笔对象
	GreenPen->CreatePen(PS_SOLID,1,RGB(0,255,0));          //绿色画笔
	CGdiObject *GreenOlderPen=pDC->SelectObject(GreenPen); 
	
	pDC->Rectangle(9,167,312,308);     //画一个矩形框
	pDC->MoveTo(15,171);               //绘制坐标轴
	pDC->LineTo(15,288);               //Y竖轴
	pDC->LineTo(305,288);              //X横轴
	
	pDC->MoveTo(305,288);              //绘制X箭头
	pDC->LineTo(300,283);              //绘制上边箭头
	pDC->MoveTo(305,288);
	pDC->LineTo(300,293);              //绘制下边箭头
	
	pDC->MoveTo(15,171);                //绘制Y箭头
	pDC->LineTo(10,176);                //绘制左边箭头
	pDC->MoveTo(15,171);
	pDC->LineTo(20,176);                //绘制右边箭头
	
	for(i=0;i<=5;i++)                   //写X轴刻度线
	{
		str.Format("%d",i*50);               //0-255之间添加6个刻度值
		pDC->SetTextColor(RGB(255,0,255));   //设置字体颜色
		pDC->TextOut(15+48*i,290,str);       //输出字体
		
		pDC->MoveTo(15+48*i,288);            //绘制X轴刻度
		pDC->LineTo(15+48*i,285);
	}
	for(i=0;i<=5;i++)                        //写Y轴刻度线
	{
		pDC->MoveTo(15,288-20*i);            //绘制Y轴刻度
		pDC->LineTo(18,288-20*i);
	}
	
	/*绘制直方图主要的代码*/
	for(i=1;i<256;i++)
	{
		pDC->MoveTo(15+i,288);
		if( (288-167) > (Green[i]/40) )
			pDC->LineTo(15+i,288-(Green[i]/40));   
		else
			pDC->LineTo(15+i,167);            //超过矩形的画矩形高
	}
		
		
	/**********************/
	/*重点:画直方图 蓝色
	/***************((*****/
	CPen *BluePen=new CPen();                            //创建画笔对象
	BluePen->CreatePen(PS_SOLID,1,RGB(0,0,255));         //蓝色画笔
	CGdiObject *BlueOlderPen=pDC->SelectObject(BluePen);  
	
	pDC->Rectangle(9,327,312,468);      //画一个矩形框
	pDC->MoveTo(15,331);                //绘制坐标轴
	pDC->LineTo(15,448);                //Y竖轴
	pDC->LineTo(305,448);               //X横轴
	
	pDC->MoveTo(305,448);               //绘制X箭头
	pDC->LineTo(300,443);               //绘制上边箭头
	pDC->MoveTo(305,448);
	pDC->LineTo(300,453);               //绘制下边箭头
	
	pDC->MoveTo(15,331);                //绘制Y箭头
	pDC->LineTo(10,336);                //绘制左边箭头
	pDC->MoveTo(15,331);
	pDC->LineTo(20,336);                //绘制右边箭头
	
	
	for(i=0;i<=5;i++)                   //写X轴刻度线
	{
		str.Format("%d",i*50);               //0-255之间添加6个刻度值
		pDC->SetTextColor(RGB(255,0,255));   //设置字体颜色
		pDC->TextOut(15+48*i,450,str);       //输出字体
		
		pDC->MoveTo(15+48*i,448);            //绘制X轴刻度
		pDC->LineTo(15+48*i,445);
	}
	for(i=0;i<=5;i++)                        //写Y轴刻度线
	{
		pDC->MoveTo(15,448-20*i);            //绘制Y轴刻度
		pDC->LineTo(18,448-20*i);
	}
	
	/*绘制直方图主要的代码*/
	for(i=1;i<256;i++)
	{
		pDC->MoveTo(15+i,448);
		if( (448-327) > (Blue[i]/40) )
			pDC->LineTo(15+i,448-(Blue[i]/40));   
		else
			pDC->LineTo(15+i,327);            //超过矩形的画矩形高
	}
		
			
	//恢复以前的画笔
	pDC->SelectObject(RedOlderPen);
	pDC->SelectObject(GreenOlderPen);
	pDC->SelectObject(BlueOlderPen);
	delete RedPen;
	delete GreenPen;
	delete BluePen;
	ReleaseDC(pDC);
	return;
	
	// Do not call CDialog::OnPaint() for painting messages
}

此时运行程序即可显示直方图。
最后还是希望文章对你有所帮助，如果文章有不足或错误之处，请海涵~文章不仅仅讲述了直方图相关的知识，同时文章也给你提供了一种绘制坐标图像的思想和详细注释。有时候一直怀疑回忆这些知识会让我停滞不前，但心安即好，何必在意！
从来没有什么终南捷径和大神，真正的捷径只有三个：坚持、专注、认真。其他的都是细枝末节，做到这三个，其他的自然而然都会拥有。——同学CY
（By:Eastmount 2015-5-31 下午3点 http://blog.csdn.net/eastmount/）

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