图像形态学方法

教学目的及要求熟悉标量的量化方法，了解图像量化过程教学重点处理安排标量的量化方法。教学难点处理安排重点讲解简单图像块的量化过程。教学方式、方法多媒体+板书教学内容及时间分配图像的量化方法（2）70分钟例题20分钟例题、练习题无作业、思考题无教案内容备注6.1图像形态学方法1）起源60年代采矿、动植物调查时采用的数学工具；是针对二值图象依据数学形态学(MathematicalMorphology)的集合论方法发展起来的图象处理方法。数学形态学起源于岩相学对岩石结构的定量描述工作，近年来在数字图象处理和机器视觉领域中得到了广泛的应用，形成了一种独特的数字图象分析方法和理论。2）思想表现为一种邻域运算形式；一种特殊定义的邻域称之为“结构单元”（StructureElement），在每个象素位置上它与二值图象对应的区域进行特定的逻辑运算，逻辑运算的结果为输出图象的相应象素。形态学运算的效果取决于结构单元的大小、内容以及逻辑运算的性质。3）数字图象形态学处理的目的研究数字图象中物体目标的结构及拓扑关系。6.1.1膨胀(dilation或称扩张）,,,,0,1,1,1,2,1,2,2,3,00,0,0,10,1,1,1,2,1,2,2,3,0,0,2,1,2,2,2,2,3,3,1NaaABABABcEcabaAbBABBaAABABABABABA定义用结构单元扩张记作，定义为或例：则的意义用扩张，即所有的点集使击中且交集非零。YxABAB(平移)ABAB(扩张)Yx6.1.2腐蚀（erosion）用B腐蚀的结果是所有使B平移c后仍在A中的c的集合。换句话说，用B来腐蚀A得到的集合是B完全包括在A中时B的原点位置的集合。YXABAB(扩张)ABAB(腐蚀)YX,,,,:1,0,1,1,1,2,1,3,1,4,1,5,2,1,3,1,4,1,5,10,0,0,11,0,1,1,1,2,1,3,1,4NcABABABcEcbAbBABcBAABAB定义用结构单元腐蚀为其意义为或例则腐蚀在数学形态学运算中的作用是消除物体边界点。如果结构元素取3×3的像素块，腐蚀将使物体的边界沿周边减少一个像素。腐蚀可以把小于结构元素的物体(毛刺、小凸起)去除，这样选取不同大小的结构元素，就可以在原图像中去掉不同大小的物体。如果两个物体之间有细小的连通，那么当结构元素足够大时，通过腐蚀运算可以将两个物体分开。二值图像腐蚀膨胀6.1.3开运算和闭运算1）开运算定义：意义：先腐蚀然后再膨胀；目的：使轮廓平滑，抑制A物体边界的小离散点或尖峰，在研究物体的形态分布时常用。用来消除小物体、在纤细点处分离物体、平滑较大物体的边界的同时并不明显改变其面积。ABABAB结构单元为中心对称，开运算后图像形状只有边角变光滑，其他不变BBABABBA)(BAA结构单元为非对称情况下，进行开运算时要用B的对称集进行膨胀，否则，开运算的结果和原图相比要发生平移。xy0ABAxy0AAyx0vBBxy0AABBA)(用B膨胀后的结果xy0ABAxy0AAyx0vBBxy0AVBBA)(用膨胀后位置不变VBLennaOpen变换后的二值图象开运算对边界进行了平滑，去掉了凸角；当使用线段结构元素时，沿线段方向宽度较大的部分才能够被保留下来，而较小的凸部将被剔除。可见，不同的结构元素的选择导致了不同的分割，即提取出不同的特征。2）闭运算定义：意义：先膨胀再腐蚀；目的：用来填充物体内细小空洞、连接邻近物体、平滑其边界的同时并不明显改变其面积。闭运算通过填充图像的凹角来平滑ABABABLennaclose变换后的二值图象6.2形态学应用由于开、闭运算所处理的信息分别与图像的凸、凹处相关，因此，它们本身都是单边算子，可以利用开、闭运算去除图像的噪声、恢复图像，也可交替使用开、闭运算以达到双边滤波目的。一般，可以将开、闭运算结合起来构成形态学噪声滤波器。1）开运算对并噪声的滤波作用未被噪声污染的图象S噪声图象N被噪声污染的图象NS滤波后的图像在非噪声污染图像和噪声污染图像之间2）闭运算对差噪声的滤波作用未被噪声污染的图象S噪声图象N被噪声污染的图象NS3）交变序列滤波器（ASF)在ASF方法中，开-闭滤波器（或闭-开）序列交替执行；初始时，采用较小的结构单元；然后逐步增加结构单元的尺寸；方法在某个尺寸的结构单元终止，否则将毁坏图象；结构单元尺寸的最优化算法是目前研究的热点。