第八章 数学形态学及其应用.ppt

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1、第6章数学形态学及其应用6.1数学形态学概述6.2二值形态学6.3灰值形态学6.4形态学的应用6.5形态学滤波及骨架抽取的MATLAB实现6.1数学形态学概述6.1.1数学形态学数学形态学是法国和德国的科学家在研究岩石结构时建立的一门学科(1664)。形态学的用途是获取物体拓扑和结构信息，它通过物体和结构元素相互作用的某些运算，得到物体更本质的形态。在图象处理中的应用主要是：(1)利用形态学的基本运算，对图象进行观察和处理，从而达到改善图象质量的目的；(2)描述和定义图象的各种几何参数和特征，如面积、周长、连通度、颗粒度、骨架

2、和方向性等。数学形态学的数学基础和所用语言是集合论，因此它具有完备的数学基础，这为形态学用于图像分析和处理、形态滤波器的特性分析和系统设计奠定了坚实的基础。数学形态学的应用可以简化图像数据，保持它们基本的形状特性，并除去不相干的结构。数学形态学方法利用一个称作结构元素的“探针”收集图像的信息，当探针在图像中不断移动时，便可考察图像各个部分之间的相互关系，从而了解图像的结构特征。迄今为止，还没有一种方法能像数学形态学那样既有坚实的理论基础，简洁、朴素、统一的基本思想，又有如此广泛的实用价值。有人称数学形态学在理论上是严谨的，在基本

3、观念上却是简单和优美的。数学形态学是一门建立在严格数学理论基础上的学科，其基本思想和方法对图像处理的理论和技术产生了重大影响。已经构成一种新的图像处理方法和理论，成为计算机数字图像处理的一个重要研究领域.6.1.2基本符号和定义1.集合论概念在数字图像处理的数学形态学运算中，把一幅图像称为一个集合。对于一幅图像A，如果点a在A的区域以内，那么就说a是A的元素，记为a∈A，否则，记作a∈A.2.B包含于A设有两幅图象B，A。对于B中所有的元素ai，都有ai∈A，则称B包含于A，记作cD3.交集和并集两个图像集合A和B的公共点组

4、成的集合称为两个集合的交集，记为A∩B，即A∩B={a｜a∈A且a∈B}。两个集合A和B的所有元素组成的集合称为两个集合的并集，记为A∪B，即A∪B={a｜a∈A或a∈B}。4.补集设有一幅图象X，所有X区域以外的点构成的集合称为X的补集，记作Xc，显然，如果B∩X=Ф，则B在X的补集内。B2.击中与击不中设有两幅图象B，A。若存在这样一个点，它即是B的元素，又是A的元素，A∩B≠φ则称B击中A，记作B↑A，击不中设有两幅图象B，A。若不存在任何一个点，它即是B的元素，又是A的元素，即B和A的交集是空，则称B不击中A，记作B

5、∩A=Ф3平移和对称集平移设A是一幅数字图像，b是一个点，那么定义A被b平移后的结果为A＋b＝{a＋b

6、a∈A}，即取出A中的每个点a的坐标值，将其与点b的坐标值相加，得到一个新的点的坐标值a+b，所有这些新点所构成的图像就是A被b平移的结果，记为A+b，对称集设有一幅图象B，将B中所有元素的坐标取反，即令(x，y)变成(-x，-y)，所有这些点构成的新的集合称为B的对称集，记作Bv。4.结构元素设有两幅图象B，A。若A是被处理的对象，而B是用来处理A的，则称B为结构元素，又被形象地称做刷子。结构元素通常都是一些比较小的图象

7、6.2二值形态学二值形态学中的运算对象是集合。设A为图像集合，S为结构元素，数学形态学运算是用S对A进行操作。实际上结构元素本身也是一个图像集合。对每个结构元素可以指定一个原点，它是结构元素参与形态学运算的参考点。应注意，原点可以包含在结构元素中，也可以不包含在结构元素中，但运算的结果常不相同。SO2.5形态学算子2.5.1腐蚀（Erosion）腐蚀目的：消除目标图像中的无用点（或孤立噪声点）的一个过程，其结果使得剩下的目标比处理前减少了一些像素。腐蚀定义：X用B来腐蚀记为，定义为腐蚀过程：B平移（x，y）后仍在集合X中的结构元

8、素其参考点的集合。换句话说，用B来腐蚀X得到的集合是B完全包括在集合X中时B的参考点位置的集合。6.2.1腐蚀对一个给定的目标图像X和一个结构元素S，想象一下将S在图像上移动。在每一个当前位置x，S+x只有三种可能的状态：(1)S+xX；(2)S+xXC；(3)S+x∩X与S+x∩XC均不为空。腐蚀是最基本的一种数学形态学运算。腐蚀也可以用集合的方式定义，即X用S腐蚀的结果是所有使S平移x后仍在X中的x的集合。换句话说，用S来腐蚀X得到的集合是S完全包括在X中时S的原点位置的集合。对于任意一个在阴影部分的点

9、a，Ba包含于X，所以X被B腐蚀的结果就是那个阴影部分。阴影部分在X的范围之内，且比X小，就象X被剥掉了一层似的，这就是为什么叫腐蚀的原因腐蚀在数学形态学运算中的作用是消除物体边界点。6.2.2膨胀膨胀可以看做是腐蚀的对偶运算，其定义是：把结构元素B平移a后得