个人毕业设计基于python开发的图像论文.pdf
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1、本科生毕业论文(设计)题目:基于python开发的图像及集器之Airppt学 部学科门类专 业基于python开发的图像采集器之Ai rppt摘 要本文设计了一个基于python开发的图像采集器,该设计通过普通的USB数字摄像头I 来捕捉和获取实时图像,利用linux系统下的python脚本中的Opencv图像处理模块和I Huigui摄像头识别模块实现了采集图像信息并对图像信息进行分析的功能,该设计具有可|靠性高、灵活稳定、低成本的特点,基于python开发的图像采集器将采集到的数据输入到I python脚本进行分析处理,并从外部引入C编程,根据不同的处理结果,系统将会调用不!同的C程序,从
2、而实现对ppt的翻页。本文系统介绍了用python开发的图像采集器基本满I 足设计要求。I 关键词:图像采集器;Python语言;Python C扩展;混合语言编程III装订线Development the image acquisition based on pythonABSTRACTDesign one based on python development of image capture device,the design by ordinary USB digital camera head to capture and access to real-time image usin
3、g python script in linux system Opencv image processing module and Huigui camera head identification module to achieve the capture image informal io nand image information analysis function,the design has high reliability,flexible and stable,low-cost,will be collected based on the the python develop
4、ment of image acquisition data input to a python script analysis and processing,from the outside to the introduction of the C programming,depending on the processing results,the system will call the C program,in order to achieve the next page of ppt.We introduce the basic meet the design requirement
5、s with the the python development of image acquisition.Key words:Image acquisition;Python;Python C extension;Mixed-language programming目 录1前言.错误!未定义书签。12 Python语言介绍.32.1 Python语言简介.32.2 Python语言特性.43设计思路和编程.53.1设计思路.53.2设计流程图.53.3 编程.63.3.1 Opencv 模块弓|用.63.3.2 Highgui 模块弓|用.63.3.3 Image 模块弓|用.63.3.4
6、 0s模块引用.63.4 python与C混合编程接口问题.64功能和可行性分析.95 结论.11参考文献.12致谢.13附录.141引言信息和网络技术的飞速发展,使得图像信息量激增,人们对检索图像信息的需求也日 益增加。作为一种纯面向对象的动态脚本语言,python已经在网络应用软件、系统配置软 件及科学研究领域获得了广泛的使用,因此本文介绍了一种基于Python的利用Linux平台下 Python与C+/C+语言的两种Os.systeam接口,实现了python与VC的混合语言编程,并将这 种软件结构应用于一套图像采集器系统。实际应用表明,这种结构可以充分发挥Python编 程的灵活简单和
7、VC执行效率高的优点,克服Python执行效率低和VC开发效率低的缺点,实 现了软件开发效率和执行效率的双赢。当今社会,科技发达成长了人们的懒惰性,利用各种机器设备做家务,利用远程监控 来遥控远在千里之外的东西,总之一切事务趋于自动化。图像采集器(Image acquisition),是 指通过摄像头采集图像信息,批量获取图像信息,能够根据图像信息获取到物体运动的位 移和执行的动作,这样采集到的图像信息分析更加的准确,可靠性更强。本文设计了一种 不用点击鼠标,不用按下键盘,只需要轻轻的挥挥手就可以操纵PPT的翻页的软件-Airppt,解决了以往操作PPT的繁琐性,满足了人们对方便快捷生活的向往
8、,并且提升了宣讲效率。有了 airppt,老师上课讲课就不用总在电脑旁用鼠标控制ppt,这样就加大了老师与学生的 互动性。Airppt利用的原理就是图像采集器,它在国内外应用广泛,并且发展迅速,在国外它 应用于军事,医疗,监控等领域。在国内还没有太多的应用,据目前了解到的在国内一般 应用于监控的比较多,还有运用于娱乐的,通过采集器将用户的身形采集到屏幕中并且可 以采集到你的动作与里面的事物发生互动。本文通过对模块应用环境及功能的认证,确定了应用。pencv模块处理图像,huigui模 块来识别并调用摄像头采集信息,image模块处理采集到的图像大小等,os模块引入外部 C扩展,在利用pytho
9、n代码将这些功能连接起来,最终实现了 airppt的相关协议所设定的 功能。本文主要研究内容如下:(一)opencv模块的安装调用及作用;()Image模块的用法安装;(三)Huigui模块的用法及调用;(四)Python外部C扩展的引入;本设计采用python程序编写,硬件只需一个外置摄像头作为采集信息的工具。12 Python语言介绍2.1 Python语言简介Python是一种解释型、交互式、纯面向对象的脚本程序设计语言,它结合了多种不同语 言最经典的设计原则和思想。自1990年Guido van Rossum发明Python以来,它的简单、清晰 和优雅吸引了广泛的关注,Python社区
10、以每两年翻番的速度迅速扩张。例如:Python自google 创建之初就是其主要网络应用开发工具;美国国家航空航天局使用Python开发 CAD/CAE/PDM资源库,在此基础上建设新一代协作式工程环境NGCEE(Next Generation Collaborative Engineering Environment);美国 国家研究推进机构 CNRI(Corporation for National Research Initiatives)1999年启动的Computer Programming for Everybody(C4PE)计 划将Python作为未来程序设计语言向教育机构推广
11、;Microsoft于2005年推出Iron Python的 开源项目,在Visual Studio 2005中接纳Python语言作为唯一动态脚本语言开发.net应用程 序叫2.2 Python语言特性相比其他任何程序设计语言,Python允许软件设计者更关注于问题本身而不是实现细 节,其主要特性有:(1)面向对象 Python是一种纯面向对象语言,支持面向对象的所有机制,这使它可 以应用于大型软件项目开发。(2)虚拟机机制 Python代码编译为字节码在虚拟机上执行,这种类似Java的机制使Python具有平台无关性,并获得比其他脚本语言更快的执行效率。(3)内置高级数据类型 Python
12、中的元组、列表、数组、字典等高级数据类型具有极强的表达能力,几乎任意复杂的对象在Python中均可以以最简单的方式进行描述。(4)交互式开发方式和单元测试 类似Foxpro和Matlab,Python提供了内置交互式 窗口,可以允许开发者边尝试边书写代码,极大地提高了软件开发效率。另外单元测试机 制在每个类代码完成后均可以单独执行、测试。这两种开发方式使得“搭积木”式的软件开 发过程成为现实。(5)动态执行特性类似早期Dbase系统的宏代替、Python允许动态构造程序代码并 执行,使得软件中的重复代码得到简化。(6)高度可扩展性Python语言本身只实现了一个小内核,其强大功能体现在大量的扩
13、 展模块。计算机科学领域几乎所有的已知算法均可找到Python语言扩展。不仅C/C+编 写的程序可以方便地改写成Python扩展模块,而且Python自身也可以被嵌人到口(?+项目 中。(7)平台无关性Python字节码可以不经修改跨平台运行在所有主流操作系统上,甚至 包括Pocket PC、Palm等嵌入式系统。23设计思路和编程3.1 设计思路本文的设计思路是:(1).编辑器的选择:python固定的编辑器是vim编辑器,这个编辑器很容易实现脚 本的创建保存和运行,能大大提高程序员的编程速度,它还有一个非常强大的功能,在电 脑发生意外突然关机的情况下,这个编辑器就会自动保存你之前你没有保存
14、的程序。这样 就不会丢失有用的信息(2).图像坐标的产生:设计中采用的是判断红点的个数,红点指定义的一个红色RGB 色调,当我们动作时就会采集到红点动作的个数,通过判断红点的个数,来判断鼠标是否 要动作,通过动作的位移来判断鼠标动作的方向。(3).图像的处理:图像的处理是用Image模块处理的,可改变图像的大小,像素等,这样就可以把采集到的图像信息处理成所需要的。(4).摄像头接口的处理:这里用的是Opencv模块来实现图像的坐标的采集,opencv 的设计意图是为用户提供简单易用的图形用户接口。(5).动作的反馈:当你用手在摄像头前挥动时,该动作就会被程序所识别,然后发 出相应的相应。(6)
15、.功能的设定:这些功能是由C语言写的,然后引入os模块,通过os模块将写 好的C功能引入到脚本语言中去。然后再用判断语句,当程序符合哪种条件是就会执行哪 些C功能。2软件编程思想本文的软件编程思想是:摄像头要采集手指运动的图像,来判断执行什么样的动作,那么摄像头怎么样才能识别你的手指呢?本文在这里是用颜色(R,G,B)来解决的,本设计 把手指用(R,G,B)定义成红点,现在红点就代表手指,应用指令控制摄像头来采集红 点。这是本设计的第一步打算。第二步,需要采集的目标已经确定,接下来就是判断红点的运动方向和位移,我这里 是通过判断红点运动的方向来确定对airppt执行什么样的动作;通过红点的位移
16、和个数来 确定airppt是否要执行该动作,本设计在这里定义的是位移大于70mm,红点个数大于20 个时airppt才会执行相应的动作。因为动画都是由一张张图片组成的,假如不判断位移,当你不动作时它也会自动采集红点,进而发生动作反应,这样就出错了。这里的中心思想 就是if判断语句,事件处理系统和fbr循环语句。3.2 设计流程图本文定义的参照物是一个用代码编写的RGB红点。并且分析每张图片的红点数,当 红点数达到70个时将该图片列为有效图片,否则无效。3开始图3-1设计全局架构结构图图3-1是本设计的全局架构结构图,是本设计得以实现的最重要部分,对获取到的图 片分析是否有效,接下来则是细节部分
17、,分析两张最近的有效图片中心点位置来判断左翻 页还是右翻页还是不翻页。4图3-2实现的是对有效图片进行分析,通过判断最近两张有效图片的中心位置点的位 置关系来决定PPt是否执行动作,执行动作时是左翻页还是右翻页等一系列功能。完成这一步所需的程序如下:iflen(list2)20:if len(list2)20:tn3=list2-l0-list200 tn4=list2-ll-list20l while len(list2)3:list2.pop(0)#print.,tn3#print tn4#如果列表中坐标个数大于20个#将横坐标的长度赋值给tn3#将纵坐标的长度赋值给tn4#if tn45
18、0 and tn3-50 and tn350:os.system(./a.x 71)if tn4-50 and tn350:os.system(./a.x 9)iftn3100:os.system(./a.x 113)#print left#time.sleep(0.8)每次判断完一张图片后,就把列表中的红点数目与坐标等都删除。这样就不会对下一张图片造成影响。3.3 编程在开始编程之前要先确定编程工具,本设计用的是vim编辑器。这个编辑器的最大优 势就是,在意外情况下可以自动保存代码。当代码错误时,会提示错误信息,能够及时进 行修改。以下是本设计的部分代码:#!/usr/bin/python这
19、是解释python语言在电脑中的位置#-coding:UTF-8这是python脚本中的中文解释器53.3.1 opencv 模块import opencv从外部引入opencv模块本设计用到的opencv代码如下:cam=highgui.cvCreateCameraCapture(0)#定义摄像头端 口位置tnl=opencv.adaptors.Ipl2PIL(im)#采集到的图像定义为 tnlOpenCV的全称是Open Source Computer Vision Library,是一个跨平台的计算机视 觉库。OpenCV是由英特尔公司发起并参与开发,以BSD许可证授权发行,可以在商业和
20、研 究领域中免费使用。OpenCV可用于开发对实时的图像处理、计算机视觉以及模式识别程序。OpenCV用C+语言编写,它的主要接口也是C+语言,但是依然保留了大量的C语言接口。该库也有大量的Python,Java and MATLAB/OCTAVE的接口。这些语言的API接口函数可 以通过在线文档获得。现在也提供对于C#,Ch,Ruby的支持。安装Opencv所需的依赖工具:cmake,gtk+*,ffmpeg*,gstreamer*编译安装:$cd$DIR$mkdir release$cmake-D CMAKE_BUILD_TYPE=RELEASE-D CMAKE_INSTALL_PREFI
21、X=/usr/local-D BUILD_PYTHON_SUPPORT=ON$make-j$make install3.3.2 highgui 模块from opencv import highgui从opencv图形处理模块中引入highgui模块。HighHGUI只是用来建立快速软件原形 或是试验用的。它的设计意图是为用户提供简单易用的图形用户接口。本设计用到的highgui模块如下:im=highgui.cvQueryFrame(cam);这里 highgui 用来采集图像OpenCV为了用于生产级别的应用而设计的。HighHGUI只是用来建立快速软件原形或 是试验用的。它的设计意图是为
22、用户提供简单易用的图形用户接口。通常,你需要读入源 图像到你的程序或者输出结果图像到磁盘。此外,需要用简单的方法显示图像到监视器并 6且向用户提供输入.如果你试图创建最终用户的应用,请不要使用HighGUI。相对来说,应当为你的目标系统参考特定的函数库。比如:HighGUI中的摄像头输入方法(cvCreateCameraCapture)是为了易用而设计的。然而,并不意味着它能够对热插拔作 出反应等等。3.3.3 image 模块import Image引入图像模块,对采集到的图像进行处理本设计用到的image模块代码:tnl=tnl.resize(160,160)#重新设置采集到的图像的大小s
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