數(shù)字圖像處理-圖像的腐蝕

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1設(shè)計(jì)目的1掌握?qǐng)D像腐蝕對(duì)圖像的提取與識(shí)別的重要性，提高分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，較深入地理解數(shù)字圖像處理的基本概念、基礎(chǔ)理論以及解決問(wèn)題的基本思想方法2熟悉數(shù)字圖像處理的基本概念、原理、和方法，鍛煉初步綜合利用所學(xué)知識(shí)深入研究有關(guān)信息領(lǐng)域問(wèn)題的能力，并未以后在此方向上的深入研究奠定基礎(chǔ)。3熟悉掌握一門(mén)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言可以進(jìn)行數(shù)字圖像的應(yīng)用與處理設(shè)計(jì)。2 設(shè)計(jì)要求1熟悉掌握matlab仿真的軟件的應(yīng)用平臺(tái)及使用方法。2理解圖像腐蝕的原理。3設(shè)計(jì)合理的程序，能實(shí)現(xiàn)圖像的腐蝕。3 設(shè)計(jì)方案3.1關(guān)于圖像腐蝕 形態(tài)學(xué)運(yùn)算只針對(duì)二值圖像（二進(jìn)制圖像），并依據(jù)數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)（Matherm

2、atical Morphogy）集合論方法發(fā)展起來(lái)的圖像處理方法，起源于巖相對(duì)巖石結(jié)構(gòu)的定量描述工作，在數(shù)字圖像處理和機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，形成了一種獨(dú)特的數(shù)字圖像分析方法和理論。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)是圖像處理和模式識(shí)領(lǐng)域的新方法，其基本思想是：用具有一定形態(tài)的結(jié)構(gòu)元素去量度和提取圖像中的對(duì)應(yīng)形狀，以達(dá)到圖像分析和識(shí)別的目的。優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：有效濾除噪聲，保留圖像中原有信息，算法易于用并行處理方法有效實(shí)現(xiàn)（包括硬件實(shí)現(xiàn)），基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的邊緣信息提取處理優(yōu)于基于微分運(yùn)算的邊緣提取算法，提取的邊緣比較平滑，提取的圖像骨架也比較連續(xù)，斷點(diǎn)少。二值圖像中的一種主要處理是對(duì)所提取的目標(biāo)圖形進(jìn)行形態(tài)分析

3、。而形態(tài)處理中最基本的是腐蝕與膨脹。腐蝕處理的作用是將目標(biāo)圖形收縮。運(yùn)算效果取決于結(jié)構(gòu)元素大小內(nèi)容以及邏輯運(yùn)算性質(zhì)。結(jié)構(gòu)元素是指具有某種確定形狀的基本結(jié)構(gòu)元素，例如，一定大小的矩形,圓或者菱形等。腐蝕處理可以表示成用結(jié)構(gòu)元素對(duì)圖像進(jìn)行探測(cè)，找出圖像中可以放下該結(jié)構(gòu)元素的區(qū)域。腐蝕是一種消除邊界點(diǎn)，使邊界向內(nèi)部收縮的過(guò)程。可以用來(lái)消除小且無(wú)意義的目標(biāo)物。如果兩目標(biāo)物間有細(xì)小的連通，可以選取足夠大的結(jié)構(gòu)元素，將細(xì)小連通腐蝕掉1。3.2腐蝕的算法用3x3的結(jié)構(gòu)元素，掃描圖像的每一個(gè)像素；用結(jié)構(gòu)元素與其覆蓋的二值圖像做“與”操作；如果都為1，結(jié)果圖像的該像素為1。否則為0。結(jié)果：使二值圖像減小一圈。把

4、結(jié)構(gòu)元素B平移a后得到Ba，若Ba包含于X，我們記下這個(gè)a點(diǎn)，所有滿(mǎn)足上述條件的a點(diǎn)組成的集合稱(chēng)做X被B腐蝕(Erosion)的結(jié)果。用公式表示為：E(X)=a| Ba X=X B，如圖1.1所示。 圖3.1 腐蝕的示意圖圖1.1中X是被處理的對(duì)象，B是結(jié)構(gòu)元素。不難知道，對(duì)于任意一個(gè)在陰影部分的點(diǎn)a，Ba 包含于X，所以X被B腐蝕的結(jié)果就是那個(gè)陰影部分。陰影部分在X的范圍之內(nèi)，且比X小，就象X被剝掉了一層似的，這就是為什么叫腐蝕的原因。值得注意的是，上面的B是對(duì)稱(chēng)的，即B的對(duì)稱(chēng)集Bv=B，所以X被B腐蝕的結(jié)果和X被Bv腐蝕的結(jié)果是一樣的。如果B不是對(duì)稱(chēng)的，讓我們看看圖6.9，就會(huì)發(fā)現(xiàn)X被B腐

5、蝕的結(jié)果和X被Bv腐蝕的結(jié)果不同。 圖3.2 結(jié)構(gòu)元素非對(duì)稱(chēng)時(shí)，腐蝕的結(jié)果不同圖1.1和圖1.2都是示意圖，讓我們來(lái)看看實(shí)際上是怎樣進(jìn)行腐蝕運(yùn)算的。在圖1.3中，左邊是被處理的圖象X(二值圖象，我們針對(duì)的是黑點(diǎn))，中間是結(jié)構(gòu)元素B，那個(gè)標(biāo)有origin的點(diǎn)是中心點(diǎn)，即當(dāng)前處理元素的位置，我們?cè)诮榻B模板操作時(shí)也有過(guò)類(lèi)似的概念。腐蝕的方法是，拿B的中心點(diǎn)和X上的點(diǎn)一個(gè)一個(gè)地對(duì)比，如果B上的所有點(diǎn)都在X的范圍內(nèi)，則該點(diǎn)保留，否則將該點(diǎn)去掉；右邊是腐蝕后的結(jié)果。可以看出，它仍在原來(lái)X的范圍內(nèi)，且比X包含的點(diǎn)要少，就象X被腐蝕掉了一層。圖3.3 腐蝕運(yùn)算 圖3.4原圖 圖3.5腐蝕后的結(jié)果圖圖1.4為原

6、圖，圖1.5為腐蝕后的結(jié)果圖，能夠很明顯地看出腐蝕的效果。下面的這段程序，實(shí)現(xiàn)了上述的腐蝕運(yùn)算，針對(duì)的都是黑色點(diǎn)。參數(shù)中有一個(gè)BOOL變量，為真時(shí)，表示在水平方向進(jìn)行腐蝕運(yùn)算，即結(jié)構(gòu)元素B為 ;否則在垂直方向上進(jìn)行腐蝕運(yùn)算，即結(jié)構(gòu)元素B為 2。創(chuàng)建結(jié)構(gòu)元素： strel函數(shù)來(lái)創(chuàng)建任意大小和形狀的STREL 對(duì)象，支持如線形line、菱形diamond、圓盤(pán)形disk、球形ball等許多種常用的形狀。（本次實(shí)驗(yàn)做對(duì)象為菱形diamond、球形ball、圓盤(pán)形disk的strel函數(shù)。）3.3關(guān)于圖像腐蝕函數(shù)可以使用imerode函數(shù)進(jìn)行圖像腐蝕。imerode函數(shù)需要兩個(gè)基本輸入?yún)?shù)：待處理的輸

7、入圖像以及結(jié)構(gòu)元素對(duì)象。此外，imerode函數(shù)還可以接受3個(gè)可選參數(shù)：PADOPT(padopt) 影響輸出圖片的大小、PACKOPT(packopt).說(shuō)明輸入圖像是否為打包的二值圖像(二進(jìn)制圖像)。M指定原始圖像的行數(shù)。以下程序示例說(shuō)明了如何對(duì)某一副具體圖像進(jìn)行腐蝕操作，腐蝕前后的效果對(duì)比如圖末3。步驟1，讀取圖像cameraman.tif （該圖像是Matlab當(dāng)前目錄下自帶的圖片） BW1=imread(cameraman.tif);步驟2，創(chuàng)建一個(gè)任意形狀的結(jié)構(gòu)元素對(duì)象 SE=strel(arbitrary,eye(5);步驟3，以圖像BW1和結(jié)構(gòu)元素SE為參數(shù)調(diào)用imerode函

8、數(shù)進(jìn)行腐蝕操作。 BW2=imerode(BW1,SE);步驟4，顯示操作結(jié)果 imshow(BW1) figure,imshow(BW2)圖3.6 系統(tǒng)原圖像左與腐蝕后圖像右對(duì)比4 具體設(shè)計(jì)內(nèi)容4.1不同的結(jié)構(gòu)元素的腐蝕為了研究圖像在不同圖形元素下腐蝕的不同結(jié)果，我們做了一下程序代碼對(duì)圖像進(jìn)行腐蝕，將圖像2經(jīng)過(guò)菱形，球形，圓盤(pán)形等元素的腐蝕顯示原圖像及腐蝕后的各圖像的程序如下4：I=imread(F:2.jpg);SE1=strel(diamond,3);IM1=imerode(I,SE1);SE2=strel(ball,3,4,8);IM2=imerode(I,SE2);SE3=strel

9、(disk,6);IM3=imerode(I,SE3);subplot(2,2,1);imshow(I);title(原始圖像);subplot(2,2,2);imshow(IM2);title(菱形腐蝕后圖像);subplot(2,2,3);imshow(IM2);title(球形腐蝕后圖像);subplot(2,2,4);imshow(IM3);title(圓盤(pán)形腐蝕后圖像);4.2相同結(jié)構(gòu)元素不同幅值的腐蝕為了研究圖像在同種圖形元素下不同尺寸腐蝕的不同結(jié)果，我們做了一下程序代碼對(duì)圖像進(jìn)行腐蝕，將圖像2分別經(jīng)過(guò)菱形，球形，圓盤(pán)形等各元素的不同大小腐蝕顯示原圖像及腐蝕后的各圖像的程序如下：4

10、.2.1在菱形結(jié)構(gòu)元素下不同幅值的腐蝕下的程序I=imread(F:2.jpg);SE1=strel(diamond,2);IM1=imerode(I,SE1);SE2=strel(diamond,4);IM2=imerode(I,SE2);subplot(1,3,1);imshow(I);title(原始圖像);subplot(1,3,2);imshow(IM1);title(菱形腐蝕1后圖像);subplot(1,3,3);imshow(IM2);title(菱形腐蝕2后圖像);4.2.2在球形結(jié)構(gòu)元素下不同幅值的腐蝕下的程序I=imread(F:2.jpg);SE1=strel(ball

11、,3,4,8);IM1=imerode(I,SE1);SE2=strel(ball,5,4,8);IM2=imerode(I,SE2);subplot(1,3,1);imshow(I);title(原始圖像);subplot(1,3,2);imshow(IM1);title(球形腐蝕1后圖像);subplot(1,3,3);imshow(IM2);title(球星腐蝕2后圖像);4.2.3在圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)元素下不同幅值的腐蝕下的程序I=imread(F:2.jpg);SE1=strel(disk,2);IM1=imerode(I,SE1);SE2=strel(disk,4);IM2=imerode

12、(I,SE2);subplot(1,3,1);imshow(I);title(原始圖像);subplot(1,3,2);imshow(IM1);title(圓盤(pán)形腐蝕1后圖像);subplot(1,3,3);imshow(IM2);title(圓盤(pán)形腐蝕2后圖像);5 仿真結(jié)果5.1圖像在不同結(jié)構(gòu)元素下腐蝕的結(jié)果圖5.1 腐蝕圖1圖像在不同的圖形元素腐蝕下腐蝕效果有明顯差別，在腐蝕的作用下，圖像小亮點(diǎn)被除去，同時(shí)圖像變暗5。5.2圖像在相同結(jié)構(gòu)元素不同幅值下腐蝕的結(jié)果5.2.1圖像在菱形結(jié)構(gòu)元素不同幅值下的腐蝕圖5.2.1 腐蝕圖25.2.2圖像在球形結(jié)構(gòu)元素不同幅值下的腐蝕圖5.2.2 腐蝕

13、圖35.2.3圖像在圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)元素不同幅值下的腐蝕圖5.2.3 腐蝕圖4由腐蝕圖2、腐蝕圖3、腐蝕圖4可以看出，圖像即使在相同圖形元素下進(jìn)行腐蝕，當(dāng)結(jié)構(gòu)元素的幅值不同時(shí)，腐蝕的效果也有很大不同，且幅值越大腐蝕效果越明顯，圖像越暗淡6。結(jié) 論綜上，腐蝕是一種消除邊界點(diǎn)，使邊界向內(nèi)部收縮的過(guò)程?？梢杂脕?lái)消除小且無(wú)意義的目標(biāo)物。如果兩目標(biāo)物間有細(xì)小的連通，可以選取足夠大的結(jié)構(gòu)元素，將細(xì)小連通腐蝕掉?；叶葓D像的腐蝕程度取決于這些亮細(xì)節(jié)周?chē)幕叶戎岛徒Y(jié)構(gòu)元素的形狀和幅值。通過(guò)這次數(shù)字圖像處理課程設(shè)計(jì)，本人在多方面都有所提高。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用本專(zhuān)業(yè)所學(xué)課程的理論。在圖像處理過(guò)程中，使用相對(duì)應(yīng)的方法去獲得自己需要的效果，在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，體現(xiàn)出自己的能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。這次程設(shè)計(jì)，讓我理解和鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，樹(shù)立解決實(shí)際問(wèn)題的嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度。知道了實(shí)驗(yàn)前要求做好編程準(zhǔn)備工作，提高實(shí)驗(yàn)效果，知道了還需要培養(yǎng)自己注重獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。參考文獻(xiàn)1 賈永紅.數(shù)字圖像處理M.武漢大學(xué)出版社,2005: 173-175.2 何明