圖像的腐蝕課程設(shè)計(jì)

1、 I摘要形態(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)（MathermaticalMorphogy，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

2、架也比較連續(xù)，斷點(diǎn)少。本論文詳細(xì)介紹了針對(duì)二值圖像的腐蝕過(guò)程，利用MATLAB實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行仿真，可以對(duì)圖像的腐蝕運(yùn)算有更加真實(shí)形象的反映。關(guān)鍵字：形態(tài)學(xué)運(yùn)算；二值化；腐蝕；MATLAB；沈陽(yáng)理工大學(xué)數(shù)字圖像處理課程設(shè)計(jì) II目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1課程設(shè)計(jì)要求1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 2課程設(shè)計(jì)目的2 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 3相關(guān)知識(shí)3 HYPERLINK l bookmark10 o

3、 Current Document MATLAB簡(jiǎn)介3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document MATLAB在圖像處理中的應(yīng)用3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 3.3圖像處理概念4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 3.4圖像的腐蝕基本原理5 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 4課程設(shè)計(jì)分析6 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 4.1設(shè)計(jì)方案64.1

4、.1實(shí)驗(yàn)原理64.1.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟64.2程序代碼74.2.1彩色圖像的二值化及其腐蝕7 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 4.2.2灰度圖像的腐蝕7 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 5仿真結(jié)果8 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 5.1彩色圖像的腐蝕85.2灰度圖像的腐蝕10 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 結(jié)論11 HYPERLINK l bookmark42 o Current Do

5、cument 參考文獻(xiàn)12沈陽(yáng)理工大學(xué)數(shù)字圖像處理課程設(shè)計(jì) 1課程設(shè)計(jì)要求對(duì)數(shù)字圖像處理這門(mén)課程所學(xué)知識(shí)進(jìn)行鞏固和擴(kuò)充；運(yùn)用圖像理論知識(shí)來(lái)完成圖像的小波變換的設(shè)計(jì)；學(xué)習(xí)使用軟件MATLAB；熟練掌握MATLAB仿真軟件的使用方法，理解圖像腐蝕的原理；設(shè)計(jì)合理的程序，能實(shí)現(xiàn)圖像的腐蝕，編程實(shí)現(xiàn)腐蝕；增強(qiáng)學(xué)生對(duì)圖像學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)圖像處理的仿真建模能力。2課程設(shè)計(jì)目的了解二值形態(tài)學(xué)的基本運(yùn)算(2)掌握二值圖像腐蝕的基本方法掌握?qǐng)D像腐蝕對(duì)圖像的提取與識(shí)別重要性，提高分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。熟悉結(jié)構(gòu)元素在腐蝕中的重要作用以及應(yīng)用。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)用處理技術(shù)。培養(yǎng)學(xué)生分

6、析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力及動(dòng)手操作能力。3相關(guān)知識(shí)MATLAB簡(jiǎn)介MATLAB是很實(shí)用的數(shù)學(xué)軟件它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值運(yùn)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且Mathwork公司也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。可以直接調(diào)用，用戶也可以將自己編寫(xiě)

7、的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛(ài)好者都編寫(xiě)了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。MATLAB產(chǎn)品族可以用來(lái)進(jìn)行以下各種工作：數(shù)值分析；數(shù)值和符號(hào)計(jì)算；工程與科學(xué)繪圖；控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真；數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)；通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真。MATLAB在圖像處理中的應(yīng)用MATLAB7.x提供了20類圖像處理函數(shù)，涵蓋了圖像處理包括近期研究成果在內(nèi)的幾乎所有的技術(shù)方法，是學(xué)習(xí)和研究圖像處理的人員難得的寶貴資料和加工工具箱。這些函數(shù)按功能可分為圖像顯示、圖像文件I/O、圖像算術(shù)運(yùn)算、幾何變換、圖像登記、像素值與統(tǒng)計(jì)、圖像分析、圖像增強(qiáng)、線性濾波、線性二元濾

8、波設(shè)計(jì)、圖像去模糊、圖像變換、鄰域與塊處理、灰度與二值圖像的形態(tài)學(xué)運(yùn)算、結(jié)構(gòu)元素創(chuàng)建與處理、基于邊緣的處理、色彩映射表操作、色彩空間變換及圖像類型與類型轉(zhuǎn)換。MATLAB數(shù)字圖像處理工具箱函數(shù)包括以下幾類：圖像顯示函數(shù)；圖像文件輸入、輸出函數(shù)；圖像幾何操作函數(shù)；圖像像素值及統(tǒng)計(jì)函數(shù)；圖像分析函數(shù)；圖像增強(qiáng)函數(shù)；線性濾波函數(shù)；二維線性濾波器設(shè)計(jì)函數(shù)；圖像變換函數(shù)；圖像鄰域及塊操作函數(shù)；二值圖像操作函數(shù)；基于區(qū)域的圖像處理函數(shù)；顏色圖操作函數(shù)；顏色空間轉(zhuǎn)換函數(shù)；圖像類型和類型轉(zhuǎn)換函數(shù)。3.3圖像處理概念圖像處理并不僅限于對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)、復(fù)原和編碼，還要對(duì)圖像進(jìn)行分析,圖像分析旨在對(duì)圖像進(jìn)行描述，即

9、用一組數(shù)或符號(hào)表征圖像中目標(biāo)區(qū)的特征、性質(zhì)和相互間的關(guān)系，為模式識(shí)別提供基礎(chǔ)。描述一般針對(duì)圖像或景物中的特定區(qū)域或目標(biāo)。閉運(yùn)算通常用來(lái)填充目標(biāo)內(nèi)細(xì)小空洞，連接斷開(kāi)的鄰近目標(biāo)，平滑其邊界的同時(shí)不明顯改變其面積。圖像的二值化處理就是講圖像上的點(diǎn)的灰度置為0或255,也就是講整個(gè)圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果。即將256個(gè)亮度等級(jí)的灰度圖像通過(guò)適當(dāng)?shù)拈y值選取而獲得仍然可以反映圖像整體和局部特征的二值化圖像。在數(shù)字圖像處理中，二值圖像占有非常重要的地位，特別是在實(shí)用的圖像處理中，以二值圖像處理實(shí)現(xiàn)而構(gòu)成的系統(tǒng)是很多的，要進(jìn)行二值圖像的處理與分析，首先要把灰度圖像二值化，得到二值化圖像，這樣子有利于再對(duì)圖像做

10、進(jìn)一步處理時(shí)，圖像的集合性質(zhì)只與像素值為0或255的點(diǎn)的位置有關(guān)，不再涉及像素的多級(jí)值，使處理變得簡(jiǎn)單，而且數(shù)據(jù)的處理和壓縮量小。為了得到理想的二值圖像，一般采用封閉、連通的邊界定義不交疊的區(qū)域。所有灰度大于或等于閥值的像素被判定為屬于特定物體，其灰度值為255表示，否則這些像素點(diǎn)被排除在物體區(qū)域以外，灰度值為0表示背景或者例外的物體區(qū)域。如果某特定物體在內(nèi)部有均勻一致的灰度值，并且其處在一個(gè)具有其他等級(jí)灰度值的均勻背景下，使用閥值法就可以得到比較的分割效果。如果物體同背景的差別表現(xiàn)不在灰度值上(比如紋理不同)，可以將這個(gè)差別特征轉(zhuǎn)換為灰度的差別，然后利用閥值選取技術(shù)來(lái)分割該圖像。動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)閥值

11、實(shí)現(xiàn)圖像的二值化可動(dòng)態(tài)觀察其分割圖像的具體結(jié)果。3.4圖像的腐蝕基本原理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。腐蝕的算符為0，A用B來(lái)腐蝕寫(xiě)作AeB。腐蝕是對(duì)X中的集合A和B，B對(duì)A進(jìn)行腐蝕的整個(gè)過(guò)程如下：用結(jié)構(gòu)元素B,掃描圖像A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。腐蝕處理的結(jié)果是使原來(lái)的二值圖像減小一圈。在MATLAB中用erode函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)腐蝕操作。4課程設(shè)計(jì)分析4.1設(shè)計(jì)方案4.1.1實(shí)驗(yàn)原理腐蝕：刪除對(duì)象邊界某些

12、像素。在操作中，輸出圖像中所有給定像素的狀態(tài)都是通過(guò)對(duì)輸入圖像的相應(yīng)像素及鄰域使用一定的規(guī)則進(jìn)行確定。在腐蝕操作中，輸出像素值是輸入圖像相應(yīng)像素鄰域內(nèi)所有像素的最小值。在二進(jìn)制圖像中，如果任何一個(gè)像素值為0那么對(duì)應(yīng)的輸出像素值為0?？梢允褂胕merode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)表示影響輸出圖片的大小、PACKOPT(packopt).表示說(shuō)明輸入圖像是否為打包的二值圖像(二進(jìn)制圖像)。M表示指定原始圖像的行數(shù)。4.1.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟A、讀取圖像cam

13、eraman.tifR=imread(cameraman.tif);B、創(chuàng)建一個(gè)任意形狀的結(jié)構(gòu)元素對(duì)象C=strel(arbitrary，eye(5);C、以圖像R和結(jié)構(gòu)元素C為參數(shù)調(diào)用imerode函數(shù)進(jìn)行腐蝕操作。R1=imerode(R，C);D、顯示操作結(jié)果imshow(R)；figure，imshow(C)；4.2程序代碼4.2.1彩色圖像的二值化及其腐蝕I=imread(E:zhaopian.jpg);figure,imshow(I);title(原圖);J=im2bw(I);figure,imshow(J);title(灰度圖像);SE=strel(square,10);A=im

14、erode(J,SE);figure,imshow(A);title(腐蝕后的灰度圖像);B=imerode(I,SE);figure，imshow(B);title(腐蝕后的原圖形);4.2.2灰度圖像的腐蝕I=imread(E:zhaopian.jpg);figure，imshow(I);title(原圖);SE=strel(square,10);B=imerode(I,SE);figure，imshow(B);title(腐蝕后的原圖形);%讀取E盤(pán)中的名為照片的一張圖片%輸出圖片%把圖片命名為“原圖”%將圖片進(jìn)行二值化操作%輸出圖片%把圖片命名為“灰度圖像”%定義一個(gè)結(jié)構(gòu)元素%將灰度圖

15、片進(jìn)行腐蝕操作%輸出操作后的圖片%將照片命名為“腐蝕后的灰度圖形”%將原圖片進(jìn)行腐蝕操作%輸出操作后的圖片%將照片命名為“腐蝕后的原圖形”%讀取E盤(pán)中的名為照片的一張圖片%輸出圖片%把圖片命名為“原圖”%定義一個(gè)結(jié)構(gòu)元素%將原圖片進(jìn)行腐蝕操作%輸出操作后的圖片%將照片命名為“腐蝕后的原圖形”5仿真結(jié)果5.1彩色圖像的腐蝕彩色圖像經(jīng)過(guò)MATLAB軟件的仿真，得到的結(jié)果如圖所示：圖5.1為彩色圖像的原圖像；圖5.2為彩色圖像經(jīng)過(guò)腐蝕后得到的圖像；圖5.3為把彩色圖像經(jīng)過(guò)二值化后的圖像；圖5.4為二值化后圖像經(jīng)過(guò)腐蝕后的圖像。原圖圖5.1原圖像腐蝕后的原圖形圖5.2腐蝕后的原圖像灰度圖像圖5.3二值

16、化后的原圖像腐蝕后的灰度圖像圖5.4腐蝕后的灰度圖像如圖所示，經(jīng)過(guò)仿真后得到的圖像可以真實(shí)地反映出彩色圖像以及其二值化后的圖像腐蝕后的結(jié)果，效果明顯。5.2灰度圖像的腐蝕灰度圖像經(jīng)過(guò)MATLAB軟件的仿真，得到的結(jié)果如圖所示：圖5.5為灰度圖像的原圖像；圖5.6為灰度圖像經(jīng)過(guò)腐蝕后得到的圖像。原圖圖5.5原圖腐蝕后的原圖形圖5.6腐蝕后圖像如圖所示，經(jīng)過(guò)仿真后得到的圖像可以真實(shí)地反映出灰度圖像腐蝕后的結(jié)果，效果良好。結(jié)論本次實(shí)驗(yàn)利用形態(tài)學(xué)運(yùn)算腐蝕對(duì)圖像進(jìn)行了處理。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的基本思想是：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。它的優(yōu)點(diǎn)有：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)等等。通過(guò)本次的實(shí)驗(yàn)，我了解了二值形態(tài)學(xué)的基本運(yùn)算，掌握了二值圖像腐蝕的基本方法，并且會(huì)運(yùn)用編程實(shí)現(xiàn)腐蝕，本次的實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊呀?jīng)完成，意識(shí)到在以后的生活中要了解做事情的目的，注重每一個(gè)與細(xì)節(jié)，認(rèn)真思考遇到的所有問(wèn)題，提高自己各方面的能力?？偟膩?lái)說(shuō)，在此次實(shí)驗(yàn)中遇到了較多問(wèn)題，經(jīng)過(guò)對(duì)相關(guān)知識(shí)的復(fù)習(xí)以及對(duì)相關(guān)資料的查詢，才逐個(gè)地解決了。在今后的實(shí)驗(yàn)課中要有充分的準(zhǔn)備與預(yù)習(xí)，不懂的問(wèn)題要提前查資料，這樣在實(shí)驗(yàn)中才會(huì)胸有成竹，才不會(huì)手忙腳亂。感謝老師教會(huì)我們理論與實(shí)踐知識(shí)，也讓我明白了什么是學(xué)習(xí)，怎么樣學(xué)習(xí)，為以后的生活奠定的基礎(chǔ)與指引了方