圖像處理-數(shù)學形態(tài)學

數(shù)字圖像處理學

第9章數(shù)學形態(tài)學原理

（第一講）9.1數(shù)學形態(tài)學的發(fā)展

“數(shù)學形態(tài)學（MathematicalMorphology）是一種應用于圖像處理和模式識別領域的新的方法。形態(tài)學是生物學的一個分支,常用它來處理動物和植物的形狀和結構。

“數(shù)學形態(tài)學”的歷史可追溯到十九世紀的Eular.steiner.Crofton和本世紀的Minkowski。1964年，法國學者J.Serra對鐵礦石的巖相進行了定量分析，以預測鐵礦石的可軋性。幾乎在同時，G.Matheron研究了多孔介質的幾何結構、滲透性及兩者的關系，他們的研究成果直接導致“數(shù)學形態(tài)學”雛形的形成。

隨后，J.Serra和G.Matheron在法國共同建立了楓丹白露（Fontainebleau）數(shù)學形態(tài)學研究中心。在以后的幾年的研究中，他們逐步建立并進一步完善了“數(shù)學形態(tài)學”的理論體系，此后，又研究了基于數(shù)學形態(tài)學的圖像處理系統(tǒng)。

“數(shù)學形態(tài)學”是一門建立在嚴格的數(shù)學理論基礎上的科學。G.Matheron于1973年出版的《Ensemblesaleatoiresetgeometrieintegrate》一書嚴謹而詳盡地論證了隨機集論和積分幾何，為數(shù)學形態(tài)學奠定了理論基礎。1982年，J.Serra出版的專著《ImageAnalysisandMathematicalMorphology》是數(shù)學形態(tài)學發(fā)展的里程碑，它表明數(shù)學形態(tài)學在理論上已趨于完備，在實際應用中不斷深入。

此后，經(jīng)過科學工作者的不斷努力，J.Serra主編的《ImageAnalysisandMathematicalMorphology》Volume2、Volume3相繼出版，1986年，CVGIP（ComputerVisionGraphicsandImageProcessing）發(fā)表了數(shù)學形態(tài)學專輯，從而使得數(shù)學形態(tài)學的研究呈現(xiàn)了新的景象。同時，楓丹白露研究中心的學者們又相繼提出了基于數(shù)學形態(tài)學方法的紋理分析模型系列，從而使數(shù)學形態(tài)學的研究前景更加光明。

隨著數(shù)學形態(tài)學邏輯基礎的發(fā)展，其應用開始向邊緣學科和工業(yè)技術方面發(fā)展。數(shù)學形態(tài)學的應用領域已不限于傳統(tǒng)的微生物學和材料學領域，80年代初又出現(xiàn)了幾種新的應用領域，

如：工業(yè)控制、放射醫(yī)學、運動場景分析等。數(shù)學形態(tài)學在我國的應用研究也很快，目前，已研制出一些以數(shù)學形態(tài)學為基礎的實用圖像處理系統(tǒng)，如：中國科學院生物物理研究所和計算機技術研究所負責，由軟件研究所、電子研究所和自動化所參加研究的癌細胞自動識別系統(tǒng)等。

數(shù)學形態(tài)學是一門綜合了多學科知識的交叉科學，其理論基礎頗為艱深，但其基本觀念卻比較簡單。它體現(xiàn)了邏輯推理與數(shù)學演繹的嚴謹性，又要求具備與實踐密切相關的實驗技術與計算技術。它涉及微分幾何、積分幾何、測度論、泛函分析和隨機過程等許多數(shù)學理論，其中積分幾何和隨機集論是其賴以生存的基石?？傊?，數(shù)學形態(tài)學是建立在嚴格的數(shù)學理論基礎上而又密切聯(lián)系實際的科學。

用于描述數(shù)學形態(tài)學的語言是集合論,因此,它可以提供一個統(tǒng)一而強大的工具來處理圖像處理中所遇到的問題。利用數(shù)學形態(tài)學對物體幾何結構的分析過程就是主客體相互逼近的過程。利用數(shù)學形態(tài)學的幾個基本概念和運算，將結構元靈活地組合、分解，應用形態(tài)變換序列達到分析的目的。

利用數(shù)學形態(tài)學進行圖像分析的基本步驟有如下幾步：1）提出所要描述的物體幾何結構模式，即提取物體的幾何結構特征；2）根據(jù)該模式選擇相應的結構元素，結構元素應該簡單而對模式具有最強的表現(xiàn)力；

3）用選定的結構元對圖像進行擊中與否（HMT）變換，便可得到比原始圖像顯著突出物體特征信息的圖像。如果賦予相應的變量，則可得到該結構模式的定量描述；4）經(jīng)過形態(tài)變換后的圖像突出了我們需要的信息，此時，就可以方便地提取信息；

數(shù)學形態(tài)學方法比其他空域或頻域圖像處理和分析方法具有一些明顯的優(yōu)勢。如：在圖像恢復處理中，基于數(shù)學形態(tài)學的形態(tài)濾波器可借助于先驗的幾何特征信息利用形態(tài)學算子有效地濾除噪聲，又可以保留圖像中的原有信息；另外，數(shù)學形態(tài)學算法易于用并行處理方法有效的實現(xiàn)，而且硬件實現(xiàn)容易；基于數(shù)學形態(tài)學的邊緣信息提取處理優(yōu)于基于微分運算的邊緣提取算法，它不象微分算法對噪聲那樣敏感，同時，提取的邊緣也比較光滑；利用數(shù)學形態(tài)學方法提取的圖像骨架也比較連續(xù)，斷點少。

數(shù)學形態(tài)學的核心運算是擊中與否變換（HMT），在定義了HMT及其基本運算膨脹（Dilation）和腐蝕(Erosion)后，再從積分幾何和體視學移植一些概念和理論，根據(jù)圖像分析的各種要求，構造出統(tǒng)一的、相同的或變化很小的結構元素進行各種形態(tài)變換。在形態(tài)算法設計中，結構元的選擇十分重要，其形狀、尺寸的選擇是能否有效地提取信息的關鍵。

一般情況，結構元的選擇本著如下幾個原則進行：1）結構元必須在幾何上比原圖像簡單，且有界。當選擇性質相同或相似的結構元時，以選擇極限情況為益；2）結構元的凸性非常重要，對非凸子集，由于連接兩點的線段大部分位于集合的外面，故而用非凸子集作為結構元將得不到什么信息。

總之，數(shù)學形態(tài)學的基本思想和基本研究方法具有一些特殊性，掌握和運用好這些特性是取得良好結果的關鍵。

9.2

數(shù)學形態(tài)學的基本概念和運算

在數(shù)學意義上，我們用形態(tài)學來處理一些圖像,用以描述某些區(qū)域的形狀如邊界曲線、骨架結構和凸形外殼等。另外,我們也用形態(tài)學技術來進行預測和快速處理如形態(tài)過濾，形態(tài)細化，形態(tài)修飾等。而這些處理都是基于一些基本運算實現(xiàn)的。

用于描述數(shù)學形態(tài)學的語言是集合論。數(shù)學形態(tài)學最初是建立在集合論基礎上的代數(shù)系統(tǒng)。它提出了一套獨特的變換和概念用于描述圖像的基本特征。這些數(shù)學工具是建立在積分幾何和隨機集論的基礎之上。這決定了它可以得到幾何常數(shù)的測量和反映圖像的體視性質。

集合代表圖像中物體的形狀，例如：在二進制圖像中所有黑色像素點的集合就是對這幅圖像的完整描述。在二進制圖像中，當前集合指二維整形空間的成員，集合中的每個元素都是一個二維變量，用(x，y)表示。按規(guī)則代表圖像中的一個黑色像素點?；叶葦?shù)字圖像可以用三維集合來表示。在這種情況下，集合中每個元素的前兩個變量用來表示像素點的坐標，第三個變量代表離散的灰度值。在更高維數(shù)的空間集合中可以包括其它的圖像屬性，如顏色和時間。

形態(tài)運算的質量取決于所選取的結構元和形態(tài)變換。結構元的選擇要根據(jù)具體情況來確定，而形態(tài)運算的選擇必須滿足一些基本約束條件。這些約束條件稱為圖像定量分析的原則。9.2.1數(shù)學形態(tài)學定量分析原則

9.2.2數(shù)學形態(tài)學的基本定義及基本算法

平移兼容性：設待分析圖像為X，Φ表示某種圖像變換或運算，Φ(X)

表示X經(jīng)變換或運算后的新圖像。設Xh

為一矢量，X

表示將圖像h

平移一個位移矢量后的結果，那末，平移兼容性原則可表示為：(9—1)

此式說明圖像X

先平移然后變換的結果與圖像先變換后平移的結果是一樣的。尺度變換兼容性：

設縮放因子λ

是一個正的實常數(shù)，λX

表示對圖像X

所做的相似變換，則尺度變換兼容性原則可表示如下：(9—2)如果設圖像運算Φ

為結構元B

對X

的腐蝕，則Φλ

為結構元λB

對X

的腐蝕，則上式可具體化為：

(9—3)

局部知識原理：

如果Z

是一個圖形（“閉集”），則相對于Z

存在另一個閉集Z′

，使得對于圖形

X

有下式成立：

(9—4)在物理上，可以將Z理解為一個“掩?！薄Ｔ趯嶋H中，觀察某一個對象時，每次只能觀察一個局部，即某一掩模覆蓋的部分X∩Z

。

該原則要求對每種確定的變換或運算Φ

，當掩模Z

選定以后，都能找到一個相應的模板Z′

，使得通過Z′所觀察到的局部性質，即與整體性質相一致。半連續(xù)原理：

在研究一幅圖像時，常采用逐步逼近的方法，即對圖像X

的研究往往需要通過一系列圖像的研究實現(xiàn)，其中諸個Xn

逐步逼近X。半連續(xù)原理要求各種圖像變換后應滿足這樣的性質：對真實圖像X

的處理結果應包含在對一系列圖像Xn

的處理結果內。形態(tài)運算的基本性質：

除了一些特殊情況外，數(shù)學形態(tài)學處理一般都是不可逆的。實際上，對圖像進行重構的思想在該情況下是不恰當?shù)?。任何形態(tài)處理的目的都是通過變換去除不感興趣的信息，保留感興趣的信息。在形態(tài)運算中的幾個關鍵性質如下：遞增性：

反擴展性：

冪等性：

(9—5)

(9—6)

(9—7)

其中：表示形態(tài)變換，表示Euclidean空間的冪集。

9.2.1數(shù)學形態(tài)學定量分析原則

9.2.2數(shù)學形態(tài)學的基本定義及基本算法

集合論是數(shù)學形態(tài)學的基礎，在這里我們首先對集合論的一些基本概念作一總結性的概括介紹。對于形態(tài)處理的討論,我們將從兩個最基本的模加處理和模減處理開始。它們是以后大多數(shù)形態(tài)處理的基礎。一些基本的定義

（1）集合：具有某種性質的確定的有區(qū)別的事物的全體。如果某種事物不存在，稱為空集。集合常用大寫字母A,B,C,…

表示，空集用Φ

表示。

設為一自由空間，是由集合空間所構成的冪集，集合，則集合和之間的關系只能有以下三種形式：①、集合B包含于X（表示為）②、集合B擊中X（表示為），即：③、集合B相離于X（表示為），即：

圖9—1擊中X，相離于X，包含于X

（2）元素：構成集合的每一個事物稱之為元素，元素常用小寫字母表示，應注意的是任何事物都不是空集的元素。（3）平移轉換：設A和B是兩個二維集合，A和B中的元素分別是定義，對集合的平移轉換為:(9—8)（4）子集：當且僅當A集合的所有元素都屬于B時，稱A為B的子集。（5）補集：定義集合A的補集為:(9—9)

（6）差集：定義集合A和B的差集為(9—10)

(9—11)

（8）并集：由A和B的所有元素組成的集合稱為A和B的并集。（9）交集：由A和B的公共元素組成的集合稱為A和B的交集。（7）映像：定義集合B的映像為(9—12)

圖9—2解釋了剛才幾個定義，圖中的黑點為集合的原點。圖9—2(a)顯示集合A；圖9—2(b)表示A被平移，注意平移是在A的每個元素上加上。圖9—2(c)表示集合B；圖9—2(d)顯示了B關于原點的反轉。最后，圖9—2(e)顯示了集合A及其補，圖9—2(f)顯示了圖9—2(e)的集合A與圖9—2(f)中的集合B的差。圖9—2(a)集合A；(b)用x平移集合A后的結果；(c)集合B；(d)B的反轉；(e)集合A和它的補集；(f)兩個集合的差集(如陰影所示)。前四幅圖的黑點表示了每個集合的起點。膨脹為中的集合，為空集，被的膨脹，記為，為膨脹算子，膨脹的定義為：={|[()]}(9—12)該式表明的膨脹過程是B首先做關于原點的映射，然后平移x。A被B的膨脹是被所有x平移后與A至少有一個非零公共元素。根據(jù)這個解釋，公式(9—12)可以重寫如下：同在其他的形態(tài)處理中一樣，集合B在膨脹操作中通常被稱為結構元素。={|[()]}(9—13)

公式(9—12)不是現(xiàn)在形態(tài)學文獻中膨脹的唯一定義。然而，前面這個定義有一個明顯的優(yōu)勢，因為當結構元素B被看為卷積模板時有更加直觀的概念。盡管膨脹是基于集合的運算，而卷積是基于算術運算，但是B關于原點的“映射”及而后連續(xù)的平移使它可以滑過集合(圖像)A的基本過程類似于卷積過程。圖9—3(a)表示一個簡單的集合，圖9—3(b)表示一個結構元素及其“映射”。在此圖情況下，因為結構元素B關于原點對稱，所以，結構元素B及其映射相同。圖9—3(c)中的虛線表示作為參考的原始集合，實線示出若的原點平移至x點超過此界限，則與A的交集為空。

這樣實線內的所有點構成了A被B的膨脹。圖9—3(d)表示預先設計的一個結構元素，其目的是為了得到一個垂直膨脹比水平膨脹大的結果。圖9—3(e)顯示為用此構成元素膨脹后得到的結果。圖9—3膨脹操作的例子

腐蝕

為中的集合，被腐蝕，記為，其定義為：(9—14)

也就是說被的腐蝕的結果為所有使被x平移后包含于的點x的集合。與膨脹一樣，公式(9—14)也可以用相關的概念加以理解。圖9—4表示了類似于圖9—3的一個過程。象以前一樣，集合A在圖9—4(c)用虛線表示作為參考。實線表示若B的原點平移至x點超過此界限，則A不能完全包含B。這樣，在這個實線邊界內的點構成了A被B的腐蝕。

圖9—4(d)畫出了伸長的結構元素，圖9—4(e)顯示了A被此元素腐蝕的結果。注意原來的集合被腐蝕成一條線了。圖9—4腐蝕操作的例子

膨脹和腐蝕是關于集合補和反轉的對偶。也就是,(9—15)關于上式的正確性可證明于下：從腐蝕的定義可知：如果集合()包含于集合，那么()

=

，在這種情況下，上式變?yōu)?)={|()=}但是滿足()=

的集合的補集是使()

的集合。這樣

()={|()}

=命題得證。膨脹和腐蝕運算的一些性質對設計形態(tài)學算法進行圖像處理和分析是非常有用的，下面列出幾個較重要的性質：①、交換性：(9—16)②、結合性：(9—17)③、遞增性：(9—18)④、分配性：(9—19)(9—20)(9—21)(9—22)這些性質的重要性是顯而易見的。如分配性，如果用一個復雜的結構元素對圖像作膨脹運算，則可以把這個復雜結構元分解為幾個簡單的結構元素的并集，然后，用幾個簡單的結構元素對圖像分別進行膨脹運算，最后將結果再作并集運算，這樣一來就可以大大簡化運算的復雜性。開運算（Opening）和閉運算(Closing)

如前邊所見，膨脹擴大圖像，腐蝕收縮圖像。另外兩個重要的形態(tài)運算是開運算和閉運算。開運算一般能平滑圖像的輪廓，削弱狹窄的部分，去掉細的突出。閉運算也是平滑圖像的輪廓，與開運算相反，它一般熔合窄的缺口和細長的彎口，去掉小洞，填補輪廓上的縫隙。

設A

是原始圖像，B

是結構元素圖像，則集合A

被結構元素B

作開運算，記為AΟB

，其定義為：(9—23)換句話說，A

被B開運算就是A

被B

腐蝕后的結果再被B

膨脹。

設A是原始圖像，B

是結構元素圖像，則集合A被結構元素B作閉運算，記為，其定義為：

換句話說，A

被B

開運算就是A

被B

膨脹后的結果再被B

腐蝕。(9—24)圖9—5圖釋了集合A被一個圓盤形結構元素作開運算和閉運算的情況。圖9—5(a)是集合

A

，9—5(b)示出了在腐蝕過程中圓盤結構元素的各個位置，當完成這一過程時，形成分開的兩個圖形示于圖9—5(c)。注意，A

的兩個主要部分之間的橋梁被去掉了?！皹颉钡膶挾刃∮诮Y構元素的直徑；也就是結構元素不能完全包含于集合A

的這一部分，這樣就違反了公式(9—14)的條件。由于同樣的原因A

的最右邊的部分也被切除掉了。圖9—5(d)畫出了對腐蝕的結果進行膨脹的過程，而圖9—5(e)示出了開運算的最后結果。同樣地，圖9—5(f)-9—5(i)示出了用同樣的結構元素對A

作閉運算的結果。結果是去掉了A

的左邊對于B

來說較小的彎。注意，用一個圓形的結構元素對集合A

作開運算和閉運算均使A

的一些部分平滑了。圖9—5開運算和閉運算的圖示

開運算和閉運算有一個簡單的幾何解釋。假設我們把圓盤形結構元素看作一個（平面的）“滾動球”。的邊界為在內滾動所能達到的最遠處的的邊界所構成。這個解釋能從圖9—5(a)得到圖9—5(e)。

注意所有的朝外的突出角均被圓滑了，而朝內的則沒有影響。突出的不能容下這球的部分被去掉。這種開運算的幾何擬合性得出了集合論的一個定理：

被的開運算就是在內的平移(保證())所得到的集合的并集。這樣開運算可以被描述為擬合過程，即：(9—25)

圖9—6圖釋了這個概念，為了多樣性這里我們用了一個非圓形的結構元素。圖9—6開運算的擬合特性

閉運算也有類似的幾何解釋。再次用滾動球的例子，只不過我們在邊界外邊滾動該球（開運算和閉運算是對偶的，所以讓小球在外面滾動是合理的）。有了這種解釋，圖9—5(i)就很容易從圖9—5(a)得到。

注意所有的朝內的突出角均被圓滑了，而朝外的則保持不變。集合的最左邊的凹入被大幅度減弱了。幾何上，點為的一個元素，當且僅當包含的與的交集非空，即。圖9—7解釋了這一性質。圖9—7閉運算的幾何解釋

像膨脹和腐蝕一樣，開運算和閉運算是關于集合補和反轉的對偶。也就是

(9—26)

開運算有下列性質

①、是集合的子集(子圖)；②、如果

C是D

的子集，則是的子集；③、

同樣，閉運算有下列性質:①、是集合的子集(子圖)；②、如果C

是D

的子集，則是的子集；③、

這些性質有助于對用開運算和閉運算構成的形態(tài)濾波器時所得到的結果的理解。例如，用開運算構造一個濾波器。我們參考上面的性質：（i）結果是輸入的子集；(ii)單調性會被保持；(iii)多次同樣的開運算對結果沒有影響。最后一條性質有時稱為冪等性。同樣的解釋適合于閉運算。圖9—8形態(tài)學濾波

考慮圖9—8(a)的簡單的二值圖像，它包含一個被噪聲影響的矩形目標。這里噪聲用暗元素(陰影)在亮的背景表示，而光使暗目標為空的。注意集合包含目標和背景噪聲，而目標中的噪聲構成了背景顯示的內部邊界。目的是去除噪聲及其對目標的影響，并對目標的影響越小越好。

形態(tài)“濾波器”可以用來達到此目的。圖9—8(c)顯示了用一個比所有噪聲成分都大的圓盤形結構元素對進行開放運算的結果。注意這步運算考慮了背景噪聲但對內部邊界沒有影響。

因為在這個理想的例子中，所有的背景噪聲成分的物理大小均小于結構元素，背景噪聲在開運算的腐蝕過程中被消除。（腐蝕要求結構元素完全包含于被腐蝕的集合內。）而目標內的噪聲成分的大小卻變大了(圖9—8(b))，

這在意料之中，原因是目標中的空白事實上是內部邊界，在腐蝕中會變大。最后，圖9—8(e)圖9—8(c)示出了形態(tài)閉運算的結果。內部的邊界在閉運算后的膨脹運算中被消除了，如圖9—8(d)所示。擊中（Hit）擊不中(Miss)變換（HMT）

形態(tài)學中擊中（Hit）擊不中(Miss)變換是形狀檢測的基本工具。我們通過圖9—9引入這個概念。圖中集合A包含三個部分（子集），記為。圖9—9(a)-(c)中的圖形為原始集合，而圖9—9(d)和(e)中的陰影為形態(tài)運算的結果。目標是找到一個圖形X的位置。圖9—9擊中（Hit）擊不中(Miss)變換圖例

讓每個圖形的原點位于它的重心。如果用一個小窗口W包含X，X關于W的本地背景是圖9—9(b)中的集合差(W-X)。圖9—9(c)為集合A的補。圖9—9(d)示出A被X腐蝕的結果。A被X的腐蝕在X中只有X的原點，這樣X才能完全包含于A。圖9—9(e)表示集合A的補被本地背景集合(W-X)的腐蝕；外圍陰影區(qū)域也是腐蝕結果的一部分。

從圖9—9(d)和(e),可以看出集合X在集合A中的位置是A被X的腐蝕和被(W-X)的腐蝕的交集，如圖9—9(f)所示。這個交集正是我們所要找的。換句話說，如果B記為由X和其背景構成的集合，B在A中的匹配，記為，則

(9-27)

可以這樣來概括這種表示法,讓,其中是由和目標相關的B的元素形成的集合，而是由和相應的背景相關的B的元素集合。根據(jù)前面的討論，。用這種表示法，公式(9—27)變?yōu)?9—28)用集合差的定義及膨脹和腐蝕的對偶關系，也可以把公式(9—28)寫為(9—29)這樣集合包括所有的點，同時，在A中找到了一個匹配“擊中”，在中找到了匹配“擊中”。9.3一些基本形態(tài)學算法

在前面討論的背景知識基礎之上，我們可以探討形態(tài)學的一些實際應用。當處理二值圖像時，形態(tài)學的主要應用是提取表示和描述圖像形狀的有用成分。特別是用形態(tài)學方法提取某一區(qū)域的邊界線、連接成分、骨骼、凸殼的算法是十分有效的。

此外，區(qū)域填充、細化、加粗、裁剪等處理方法也經(jīng)常與上述算法相結合在預處理和后處理中使用。這些算法的討論大部分采用的是二值的圖像，即只有黑和白兩級灰度，1表示黑，0表示白。

集合A的邊界記為(A)，可以通過下述算法提取邊緣：設B是一個合適的結構元素，首先令A被B腐蝕，然后求集合A和它的腐蝕的差。如下式所示：(9—30)9.3.1邊緣提取算法

圖9—10解釋了邊緣提取的過程。它表示了一個簡單的二值圖像，一個結構元素和用公式(9—30)得出的結果。圖9—10(b)中的結構元素是最常用的一種，但它決不是唯一的。如果采用一個5×5全“1”的結構元素，可得到一個二到三個像素寬的邊緣。應注意的是，當集合B的原點處在集合的邊界時，結構元素的一部分位于集合之外。這種條件下的通常的處理是約定集合邊界外的值為0。

圖9—10邊緣提取算法示意圖

9.3.2區(qū)域填充算法

下面討論的是一種基于集合膨脹，取補和取交的區(qū)域填充的簡單的算法。在圖9—11中，A表示一個包含一個子集的集合，子集的元素為8字形的連接邊界的區(qū)域。從邊界內的一點P開始，目標是用1去填充整個區(qū)域。

假定所有的非邊界元素均標為0，我們把一個值1賦給P開始這個過程。下述過程將把這個區(qū)域用1來填充：

(9—31)其中，，B為對稱結構元素，如圖9—11(c)所示。當k

迭代到時，算法終止。集合和A的并集包括填充的集合和邊界。

如果公式(9—31)的膨脹過程一直進行，它將填滿整個區(qū)域。然而，每一步與AC的交把結果限制在我們感興趣的區(qū)域內（這種限制過程有時稱為條件膨脹）。圖9—11剩下的部分解釋了公式(9—31)的進一步技巧。盡管這個例子只有一個子集，只要每個邊界內給一個點，這個概念可清楚地用在任何有限個這樣的子集中。圖9—11區(qū)域填充算法

9.3.3連接部分提取算法

在實際應用中，在二值圖像中提取相連接部分是許多自動圖像分析應用所關注的問題。Y表示一個包含于集合A相連接部分，假設Y內的一個點P已知。那么下述迭代表達式可得到Y中的所有元素：(9—32)其中，B為一合適的結構元素，如圖9—12所示。如果則算法收斂，并使。

公式(9—32)在形式上與(9—31)相似。唯一的不同是用A代替了AC，這是因為所提取的全部元素（也就是，相連組成部分的元素）均標記為1。每一迭代步和A求交集可除去以標記為0的元素為中心的膨脹。圖9—12圖釋了公式(9—32)的操作技巧。這里，結構元素的形狀是8連接的，與區(qū)域填充算法一樣，以上討論的結果可以應用于任何有限的包含在集合A中的連接部分。

圖9—12連接部分提取算法

圖中（a）集A包含一個連接部分Y和初始點P；(b)是結構元；(c)第一次迭代結果；(d)第二次迭代結果；(e)最終結果。

9.3.4凸殼算法

集合的凸殼是一個有用的圖像描述工具。在此，我們提出一種獲得集合A凸殼C(A)的簡單形態(tài)學算法。設Bi

，i=1,2,3,4,代表四個結構元素。這個處理過程由下述公式實現(xiàn)：

(9—33)其中。現(xiàn)令,下標“conv”表示當時收斂。那么，A的凸殼為(9—34)

換句話說，這個過程包括對A和B1重復使用擊中（hit）或擊不中（miss)變換；當沒有進一步的變化發(fā)生時，求A和所謂的結果D1并集。對B2重復此過程直到?jīng)]有進一步的變化為止。四個結果D的并構成了A的凸殼。

圖9—13(a)示出了為提取凸殼的結構元素（每個結構元素的原點位于它的中心）。圖9—13(b)給出了要提取凸殼的集合A，從開始，重復公式(9—33)四步后得到的結果如圖9—13(c)所示。

然后令再次利用公式(9—33)得到的結果示于圖9—13(d)(注意只用兩步就收斂了)。下兩個結果用同樣的方法得到。最后，把圖9—13(c),(d),(e)和(f)中的集合求并的結果就為所求凸殼。每個結構元素對結果的貢獻在圖9—13(h)的合成集合中用不同加亮表示。

圖9—13凸殼算法示例

圖9—13凸殼算法示例

9.3.5細化

集合A被結構元素的細化用表示，根據(jù)擊中（hit）(或擊不中miss)變換定義：(9—35)

對稱細化A的一個更有用的表達是基于結構元素序列：(9—36)其中是的旋轉。

根據(jù)這個概念，我們現(xiàn)定義被一個結構元素序列的細化為

)

(9—37)換句話說，這個過程是用細化A，然后用細化前一步細化的結果等等，直到A被細化。整個過程重復進行到?jīng)]有進一步的變化發(fā)生為止。

圖9—14(a)是一組用于細化的結構元素，圖9—14(b)為用上述方法細化的集合A。圖9—14(c)示出用細化A得到的結果，圖9—14(d)-(k)為用其它結構元素細化的結果。當?shù)诙瓮ㄟ^時收斂。圖9—14(k)示出細化的結果。圖9—14細化處理

圖9—14細化處理

9.3.6粗化運算

粗化是細化的形態(tài)學上對偶，記為A⊙B,定義為

A⊙B＝A(9—38)其中B是適合粗化的結構元素。象細化一樣，粗化可以定義為一個序列運算：

A⊙{B}=⊙）⊙）…）⊙）(9—39)

用來粗化的結構元素同細化的結構元素具有相同的形式。只是所有的0和1交換位置。然而，在實際中，粗化的算法很少使用。相反的，通常的過程是細化集合的背景，然后求細化結果的補而達到粗化的結果。換句話說，為了粗化集合A，我們先令，細化C，然后得到即為粗化結果。圖9—15解釋了這個過程。

如圖9—15(d)所示，這個過程可能產(chǎn)生一些不連貫的點，這取決于A的性質。因此，用這種方法粗化通常要進行一個簡單的后處理步驟來清除不連貫的點。從圖9—15(c)可以看出，細化的背景為粗化過程形成一個邊界。這個有用的性質在直接使用公式(9—39)實現(xiàn)粗化過程中不會出現(xiàn)，這是用背景細化來實現(xiàn)粗化的一個主要原因。圖9—15粗化處理

9.3.7骨骼化算法

利用形態(tài)學方法提取一個區(qū)域的骨格可以用腐蝕和開運算表示。也就是，A的骨骼記為S(A)，骨骼化可以表示如下：

(9—40)和

(9—41)其中B是結構元素，表示對A連續(xù)腐蝕k次；

就是：

共執(zhí)行k次，K是A被腐蝕為空集以前的最后一次迭代的步驟。即：

（9—42）

等式(9—40)和等式(9—41)明確表明集合A的骨骼S(A)可以由骨骼子集Sk(A)的并得到，以上等式同樣表明可以通過等式（9—42）從這些子集中重構。

（9—43）公式中表明參數(shù)k是對子集連續(xù)膨脹k次。正如前面所述，它相當于下式：（9-44）

圖9—16的解釋說明了以上討論的概念。第一列顯示了原始集合（頂部）和通過結構元素B兩次腐蝕的圖形。由于再多一次對A的腐蝕將產(chǎn)生空集，所以選取K＝2。第二列顯示了第一列通過B的開運算而得到的圖形。以上結果可以通過以前討論過的開運算擬合性質加以解釋。第三列僅僅顯示出第一列與第二列的差別。第四列包含兩個部分骨骼及最后的結果（第四列的底部）。最后的骨骼不但比所要求的更粗，而且相比較更重要，它是不連續(xù)的。形態(tài)學給出了就特定圖形侵蝕和空缺的描述。

形態(tài)學給出了就特定圖形侵蝕和空缺的描述。通常，骨骼必須最大限度的細化、相連、最小限度的腐蝕。第五列顯示了、以及。最后一列顯示了圖像A的重構。由公式(9—42)可知，A就是第五列中膨脹骨骼子集的“并”。圖9—16骨骼化處理結果

9.3.8裁剪

由于圖形細化和骨骼化運算法有可能殘留需要在后續(xù)處理中去除的寄生成分，因而剪貼方法成為對圖形細化、骨骼化運算的必要補充。下面將討論裁剪問題，我們將運用已成熟的理論來闡明如何通過融合現(xiàn)今已有的技術來解決這樣的一個問題。

分析每個待識別字符的骨骼形狀是自動識別手寫字符的一種常見處理方法。由于對組成字符的筆畫的不均勻腐蝕，字符的骨架常常帶有“毛刺”（一種寄生成分）。這里將提出一種解決這種問題的形態(tài)學方法。首先我們假設寄生成分“毛刺”的長度不超過3個象素。

圖9—17(a)顯示了手寫字符“a”的骨骼。在字符最左邊部分的寄生成分是一種我們感興趣的典型的待去除成分。去除的方法是基于不斷減少該字符的終點，對寄生成分加以抑制。當然不可否認這樣也不可避免的會消去（或減少）被處理字符其余必要的骨架，

但是缺少的結構信息是在我們最多不超過3個象素的假設前提下，即最多減少3個象素的字符結構信息的前提下。對于一個輸入集合A，通過一系列用于檢測字符端點的結構元素的細化處理，達到我們所希望的結果。即：(9-45)

等式(9—45)中{B}表示在圖9—17(b)和(c)中的結構元序列。結構元素的序列包含兩個不同的結構，每一個結構將對全部八個元素作90°的旋轉，圖9—17(b)中的“×”表示一個“不用考慮”的情況，在某種意義上，不管該位置上的值是0還是1都毫無關系。

許多圖形學文獻記載的結果都是基于類似于圖9—17(b)中單一結構的運用基礎之上的，不過不同的是，在第一列中多了“不用考慮”的狀態(tài)而已。這樣的處理是不完善的。例如，這個元素將標識圖9—17(a)位于第八排，第四列作為最后一點的點，如果減去該元素將破壞這一筆的連接性。圖9—17裁剪的例子

(a)是原像，(b)和(c)是結構元素，（d）細化三次的結果，（e）端點，(f)在（a）的條件下端點的膨脹，（g）裁剪后的圖像。圖9—17裁剪的例子

連續(xù)對A運用等式(9—45)三次將生成圖9—17(d)中的集合。下一步將是把字符“恢復”到最初的形狀，同時將寄生的成分去除。這首先需要建立包含圖9—17(e)所有邊緣信息的集合，

(9—46)

等式(9—46)中是和前面一樣的端點檢測因子，下一步對邊緣進行三次放大處理，集合A作為消減因子：(9—47)

等式(9—47)中H是一個值為1的3×3的結構元素，類似局域填充和連接成分的提取的情況，這一類條件膨脹處理有效的避免了在我們感興趣區(qū)域外值1元素的產(chǎn)生，正如圖9—17(f)中顯示的結果證實的一樣。最后，X3和X1的并生成了最后的結果：(9—47)正如圖9—17(g)中所示。在更復雜的情況下，使用公式(9—46)有時可以撿拾一些寄生分枝的“尖端”。如果分支端點離骨骼較近時，這種情況便會發(fā)生。盡管可以通過等式(9—44)減少，但是由于它們是A中的有效點而在膨脹處理中再次出現(xiàn)。

除非只有所有的寄生元素再次獲得的情況下（當這些寄生元素與字符筆畫相比不夠長時，這將是一種出現(xiàn)機率非常少的情況），如果寄生元素處在非連接區(qū)域，那末檢測和減少寄生元素才會變得容易一些。在這一點上一種自然而然的想法就是必須有一種方法來解決這個問題。例如，我們可以通過運用公式(9—44)，僅僅對被刪除點進行跟蹤和對所有的留下的端點進行再連接。這樣的選擇是正確的，它的優(yōu)點是使用簡單的形態(tài)結構來解決所有的問題。表9—1總結了前邊討論的數(shù)學形態(tài)學算法及其結果，圖9.18示出了所使用的基本結構元素。表9—1形態(tài)學結論和特性的總結表9—1形態(tài)學結論和特性的總結（續(xù)）

表9—1形態(tài)學結論和特性的總結（續(xù)）

表9—1形態(tài)學結論和特性的總結（續(xù)）

圖9—18基本形態(tài)學結構元素安全閥基本知識如果壓力容器(設備/管線等)壓力超過設計壓力…1.盡可能避免超壓現(xiàn)象堵塞(BLOCKED)火災(FIRE)熱泄放(THERMALRELIEF)如何避免事故的發(fā)生?2.使用安全泄壓設施爆破片安全閥如何避免事故的發(fā)生?01安全閥的作用就是過壓保護!一切有過壓可能的設施都需要安全閥的保護!這里的壓力可以在200KG以上,也可以在1KG以下!設定壓力(setpressure)安全閥起跳壓力背壓(backpressure)安全閥出口壓力超壓(overpressure)表示安全閥開啟后至全開期間入口積聚的壓力.幾個壓力概念彈簧式先導式重力板式先導+重力板典型應用電站鍋爐典型應用長輸管線典型應用罐區(qū)安全閥的主要類型02不同類型安全閥的優(yōu)缺點結構簡單,可靠性高適用范圍廣價格經(jīng)濟對介質不過分挑剔彈簧式安全閥的優(yōu)點預漏--由于閥座密封力隨介質壓力的升高而降低,所以會有預漏現(xiàn)象--在未達到安全閥設定點前,就有少量介質泄出.100%SEATINGFORCE75502505075100%SETPRESSURE彈簧式安全閥的缺點過大的入口壓力降會造成閥門的頻跳,縮短閥門使用壽命.ChatterDiscGuideDiscHolderNozzle彈簧式安全閥的缺點彈簧式安全閥的缺點=10090807060500102030405010%OVERPRESSURE%BUILT-UPBACKPRESSURE%RATEDCAPACITY普通產(chǎn)品平衡背壓能力差.在普通產(chǎn)品基礎上加裝波紋管,使其平衡背壓的能力有所增強.能夠使閥芯內件與高溫/腐蝕性介質相隔離.平衡波紋管彈簧式安全閥的優(yōu)點優(yōu)異的閥座密封性能,閥座密封力隨介質操作壓力的升高而升高,可使系統(tǒng)在較高運行壓力下高效能地工作.ResilientSeatP1P1P2先導式安全閥的優(yōu)點平衡背壓能力優(yōu)秀有突開型/調節(jié)型兩種動作特性可遠傳取壓先導式安全閥的優(yōu)點對介質比較挑剃,不適用于較臟/較粘稠的介質,此類介質會堵塞引壓管及導閥內腔.成本較高.先導式安全閥的缺點重力板式產(chǎn)品的優(yōu)點目前低壓儲罐呼吸閥/緊急泄放閥的主力產(chǎn)品.結構簡單.價格經(jīng)濟.重力板式產(chǎn)品的缺點不可現(xiàn)場調節(jié)設定值.閥座密封性差,并有較嚴重的預漏.受背壓影響大.需要很高的超壓以達到全開.不適用于深冷/粘稠工況.幾個常用規(guī)范ASMEsectionI-動力鍋爐(FiredVessel)ASMEsectionVIII-非受火容器(UnfiredVessel)API2000-低壓安全閥設計(LowpressurePRV)API520-火災工況計算與選型(FireSizing)API526-閥門尺寸(ValveDimension)API527-閥座密封(SeatTightness)介質狀態(tài)(氣/液/氣液雙相).氣態(tài)介質的分子量&Cp/Cv值.液態(tài)介質的比重/黏度.安全閥泄放量要求.設定壓力.背壓.泄放溫度安全閥不以連接尺寸作為選型報價依據(jù)!如何提供高質量的詢價?彈簧安全閥的結構彈簧安全閥起跳曲線彈簧安全閥結構彈簧安全閥結構導壓管活塞密封活塞導向不平衡移動副(活塞)導管導閥彈性閥座P1P1P2先導式安全閥結構先導式安全閥的工作原理頻跳安全閥的頻跳是一種閥門高頻反復開啟關閉的現(xiàn)象。安全閥頻跳時，一般來說密封面只打開其全啟高度的幾分只一或十幾分之一，然后迅速回座并再次起跳。頻跳時，閥瓣和噴嘴的密封面不斷高頻撞擊會造成密封面的嚴重損傷。如果頻跳現(xiàn)象進一步加劇還有可能造成閥體內部其他部分甚至系統(tǒng)的損傷。安全閥工作不正常的因素頻跳后果1、導向平面由于反復高頻磨擦造成表面劃傷或局部材料疲勞實效。2、密封面由于高頻碰撞造成損傷。3、由于高頻振顫造成彈簧實效。4、由頻跳所帶來的閥門及管道振顫可能會破壞焊接材料和系統(tǒng)上其他設備。5、由于安全閥在頻跳時無法達到需要的排放量，系統(tǒng)壓力有可能繼續(xù)升壓并超過最大允許工作壓力。安全閥工作不正常的因素A、系統(tǒng)壓力在通過閥門與系統(tǒng)之間的連接管時壓力下降超過3%。當閥門處于關閉狀態(tài)時，閥門入口處的壓力是相對穩(wěn)定的。閥門入口壓力與系統(tǒng)壓力相同。當系統(tǒng)壓力達到安全閥的起跳壓力時，閥門迅速打開并開始泄壓。但是由于閥門與系統(tǒng)之間的連接管設計不當，造成連接管內局部壓力下降過快超過3%，是閥門入口處壓力迅速下降到回座壓力而導致閥門關閉。因此安全閥開啟后沒有達到完全排放，系統(tǒng)壓力仍然很高，所以閥門會再次起跳并重復上述過程，既發(fā)生頻跳。導致頻跳的原因導致接管壓降高于3%的原因1、閥門與系統(tǒng)間的連接管內徑小于閥門入口管內徑。2、存在嚴重的渦流現(xiàn)象。3、連接管過長而且沒有作相應的補償（使用內徑較大的管道）。4、連接管過于復雜（拐彎過多甚至在該管上開口用作它途。在一般情況下安全閥入口處不允許安裝其他閥門。）導致頻跳的原因B、閥門的調節(jié)環(huán)位置設置不當。安全閥擁有噴嘴環(huán)和導向環(huán)。這兩個環(huán)的位置直接影響安全閥的起跳和回座過程。如果噴嘴環(huán)的位置過低或導向環(huán)的位置過高，則閥門起跳后介質的作用力無法在閥瓣座和調節(jié)環(huán)所構成的空間內產(chǎn)生足夠的托舉力使閥門保持排放狀態(tài)，從而導致閥門迅速回座。但是系統(tǒng)壓力仍然保持較高水平，因此回座后閥門會很快再次起跳。導致頻跳的原因C、安全閥的額定排量遠遠大于所需排量。

由于所選的安全閥的喉徑面積遠遠大于所需，安全閥排放時過大的排量導致壓力容器內局部壓力下降過快，而系統(tǒng)本身的超壓狀態(tài)沒有得到緩解，使安全閥不得不再次起跳頻跳的原因閥門拒跳：當系統(tǒng)壓力達到安全閥的起跳壓力時，閥門不起跳的現(xiàn)象。安全閥工作不正常的因素1、閥門整定壓力過高。2、閥門內落入大量雜質從而使閥辦座和導套間卡死或摩擦力過大。3、彈簧之間夾入雜物使彈簧無法被正常壓縮。4、閥門安裝不當，使閥門垂直度超過極限范圍（正負兩度）從而使閥桿組件在起跳過程中受阻。5、排氣管道沒有被可靠支撐或由于管道受熱膨脹移位從而對閥體產(chǎn)生扭轉力，導致閥體內機構發(fā)生偏心而卡死。安全閥拒跳的原因閥門不回座或回座比過大：安全閥正常起跳后長時間無法回座，閥門保持排放狀態(tài)的現(xiàn)象。安全閥工作不正常的因素1、閥門上下調整環(huán)的位置設置不當。2、排氣管道設計不當造成排氣不暢，由于排氣管道過小、拐彎過多或被堵塞，使排放的蒸汽無法迅速排出而在排氣管和閥體內積累，這時背壓會作用在閥門內部機構上并產(chǎn)生抑制閥門關閉的趨勢。3、閥門內落入大量雜質從而使閥瓣座和導套之間卡死后摩擦力過大。安全閥不回座或回座比過大的因素：4、彈簧之間夾入雜物從而使彈簧被正常壓縮后無法恢復。5、由于對閥門排放時的排放反力計算不足，從而在排放時閥體受力扭曲損壞內部零件導致卡死。6、閥桿螺母（位于閥桿頂端）的定位銷脫落。在閥門排放時由于振動使該螺母下滑使閥桿組件回落受阻。安全閥不回座或回座比過大的因素：7、由于彈簧壓緊螺栓的鎖緊螺母松脫，在閥門排放時由于振動時彈簧壓緊螺栓松動上滑導致閥門的設定起跳值不斷減小。

8、閥門安裝不當，使閥門垂直度超過極限范圍（正負兩度）從而使閥桿組件在回落過程中受阻。

9、閥門的密封面中有雜質，造成閥門無法正常關閉。

10、鎖緊螺母沒有鎖緊，由于管道震動下環(huán)向上運動，上平面高于密封面，閥門回座時無法密封安全閥不回座或回座比過大的因素：謝謝觀看癌基因與抑癌基因oncogene&tumorsuppressorgene24135基因突變概述.癌基因和抗癌基因的概念.癌基因的分類.癌基因產(chǎn)物的作用.癌基因激活的機理主要內容疾病：

——是人體某一層面或各層面形態(tài)和功能（包括其物質基礎——代謝）的異常，歸根結底是某些特定蛋白質結構或功能的變異，而這些蛋白質又是細胞核中相應基因借助細胞受體和細胞中信號轉導分子接收信號后作出應答（表達）的產(chǎn)物。TranscriptionTranslationReplicationDNARNAProtein中心法規(guī)Whatisgene?基因：

—是遺傳信息的載體

—是一段特定的DNA序列（片段）

—是編碼RNA或蛋白質的一段DNA片段

—是由編碼序列和調控序列組成的一段DNA片段基因主宰生物體的命運：微效基因的變異——生物體對生存環(huán)境的敏感度變化關鍵關鍵基因的變異——生物體疾病——死亡所以才有：“人類所有疾病均可視為基因病”之說注：如果外傷如燒傷、骨折等也算疾病的話，外傷應該無法歸入基因病的行列。Genopathy問：兩個不相干的人，如果他們患得同一疾病，致病基因是否相同？再問：同卵雙生的孿生兄弟，他們患病的機會是否一樣，命運是否相同？┯┯┯┯

ＡＴＧＣ

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┷┷┷┷增添缺失替換DNA分子(復制)中發(fā)生堿基對的______、______

和

，而引起的

的改變。替換增添缺失基因結構基因變異的概念：英語句子中的一個字母的改變，可能導致句子的意思發(fā)生怎樣的變化？可能導致句子的意思不變、變化不大或完全改變THECATSATONTHEMATTHECATSITONTHEMATTHEHATSATONTHEMATTHECATONTHEMAT同理：替換、增添、缺失堿基對，可能會使性狀不變、變化不大或完全改變?；虻慕Y構改變,一定會引起性狀的改變??原句：1.基因多態(tài)性與致病突變基因變異與疾病的關系2.單基因病、多基因病3.疾病易感基因

基因多態(tài)性polymorphism是指DNA序列在群體中的變異性（差異性）在人群中的發(fā)生概率>1%（SNP&CNP)<1%的變異概率叫做突變基因多態(tài)性特定的基因多態(tài)性與疾病相關時，可用致病突變加以描述SNP:散在單個堿基的不同，單個堿基的缺失、插入和置換。

CNP:DNA片段拷貝數(shù)變異，包括缺失、插入和重復等。同義突變、錯義突變、無義突變、移碼突變

致病突變生殖細胞基因突變將突變的遺傳信息傳給下一代(代代相傳),即遺傳性疾病。體細胞基因突變局部形成突變細胞群（腫瘤）。受精卵分裂基因突變的原因物理因素化學因素生物因素基因突變的原因（誘發(fā)因素）紫外線、輻射等堿基類似物5BU/疊氮胸苷等病毒和某些細菌等自發(fā)突變DNA復制過程中堿基配對出現(xiàn)誤差。UV使相鄰的胸腺嘧啶產(chǎn)生胸腺嘧啶二聚體,DNA復制時二聚體對應鏈空缺，堿基隨機添補發(fā)生突變。胸腺嘧啶二聚體胸腺嘧啶胸腺嘧啶紫外線誘變物理誘變(physicalinduction)

5溴尿嘧啶(5BU)與T類似，多為酮式構型。間期細胞用酮式5BU處理，5BU能插入DNA取代T與A配對；插入DNA后異構成烯醇式5BU與G配對。兩次DNA復制后,使A/T轉換成G/C，發(fā)生堿基轉換,產(chǎn)生基因突變?；瘜W誘變(chemicalinduction)堿基類似物(baseanalogues)誘變AT5-BUA5-BUAAT5-BU5-BU(烯醇式)

(酮式)GGC1.生物變異的根本來源，為生物進化提供了最初的原始材料,能使生物的性狀出現(xiàn)差別，以適應不同的外界環(huán)境，是生物進化的重要因素之一。2.致病突變是導致人類遺傳病的病變基礎?；蛲蛔兊囊饬x概述：腫瘤細胞惡性增殖特性（一）腫瘤細胞失去了生長調節(jié)的反饋抑制正常細胞受損,一旦恢復原狀，細胞就會停止增殖，但是腫瘤細胞不受這一反饋機制抑制。（二）腫瘤細胞失去了細胞分裂的接觸抑制。正常細胞體外培養(yǎng)，相鄰細胞相接觸，長在一起，細胞就會停止增殖，而腫瘤細胞生長滿培養(yǎng)皿后，細胞可以重疊起生長。（三）腫瘤細胞表現(xiàn)出比正常細胞更低的營養(yǎng)要求。（四）腫瘤細胞生長有一種自分泌作用，自己分泌生長需要的生長因子和調控信號,促進自身的惡性增殖。Whatisoncogene?癌基因——是基因組內正常存在的基因，其編碼產(chǎn)物通常作為正調控信號，促進細胞的增殖和生長。癌基因的突變或表達異常是細胞惡性轉化（癌變）的重要原因?！彩悄芫幋a生長因子、生長因子受體、細胞內信號轉導分子以及與生長有關的轉錄調節(jié)因子等的基因。如何發(fā)現(xiàn)癌基因的呢?11910年，洛克菲勒研究院一個年輕的研究員Rous發(fā)現(xiàn)，雞肉瘤細胞裂解物在通過除菌濾器以后，注射到正常雞體內，可以引起肉瘤，首次提出雞肉瘤可能是由病毒引起的。0.2m孔徑細菌過不去但病毒可以通過從病毒癌基因到細胞原癌基因的研究歷程：Roussarcomavirus,RSVthefirstcancer-causingretrovirus1958年，Stewart和Eddy分離出一種病毒，注射到小鼠體內可以引起肝臟、腎臟、乳腺、胸腺、腎上腺等多種組織器官的腫瘤，因而把這種病毒稱為多瘤病毒。50年代末、60年代初，癌病毒研究成了一個極具想像力的研究領域，主流科學家開始進入癌病毒研究領域polyomavirus這期間，Temin發(fā)現(xiàn)RSV有不同亞型，且引起細胞惡變程度不同，推測RNA病毒將其遺傳信息傳遞給了正常細胞的DNA。這與Crick提出的中心法則是相違背的讓事實屈從于理論還是堅持基于實驗的結果？VSTemin發(fā)現(xiàn)逆轉錄酶，1975年獲諾貝爾獎TeminCrickTemin的實驗設計：實驗設計簡單而巧妙：將合成DNA所需的“原料”，即A、T、C、G四種脫氧核苷酸，與破壞了外殼的RSV一起在體外40℃的條件下溫育一段時間結果在試管里獲得了一種新合成的大分子，它不能被RNA酶破壞，但卻可以被DNA酶所分解，證明這種新合成的大分子是DNA用RNA酶預先破壞RSV的RNA，再重復上述的試驗，則不能獲得這種大分子，說明這個DNA大分子是以RSV的RNA為模板合成的1969年，一個日本學者里子水谷來到Temin的實驗室，這是一個非常擅長實驗的年輕科學家。按Temin的設想，他們開始尋找RSV中存在“逆轉錄酶”的證據(jù)DNA

RNA

ProteinTranscriptionTranslationReplicationReplicationRe-Transcription修正中心法規(guī)據(jù)說，1975年Temin因發(fā)現(xiàn)逆轉錄酶而獲諾貝爾獎時，Bishop懊惱不已，因為早在1969年他就認為Temin的RNADNA的“前病毒理論”有可能是正確的，并且也進行了一些實驗，但不久由于資深同事的規(guī)勸而放棄了這方面的努力。但Bishop馬上意識到：逆轉錄酶的發(fā)現(xiàn)為逆轉錄病毒致癌的研究提供了一條新途徑。一個RSV，三個諾貝爾獎！！！1989年，UCSF的Bishop和Varmus根據(jù)逆轉錄病毒的復制機制發(fā)現(xiàn)了細胞癌基因，并獲諾貝爾獎。Cellularoncogene啟示：Perutz說:“科學創(chuàng)造如同藝術創(chuàng)造一樣，都不可能通過精心組織而產(chǎn)生”Bishop說:“許多人引以為豪的是一天工作16小時，工作安排要以分秒計……可是工作狂是思考的大敵，而思考則是科學發(fā)現(xiàn)的關鍵”Perutzsharedthe1962NobelPrizeforChemistrywithJohnKendrew,fortheirstudiesofthestructuresofhemoglobinandglobularproteins科學的本質和藝術一樣，都需要直覺和想像力請給自己一些思考的時間吧！癌基因的分類目前對癌基因尚無統(tǒng)一分類的方法，一般有下面3種分類方法：一、按結構特點分（6）類（一）src癌基因家族（二）ras癌基因家族（三）sis癌基因家族（四）myc癌基因家族（五）myb癌基因家族（六）其它：如fos，erb－A等。三、按細胞增殖調控蛋白特性分成（4）類（一）生長因子（二）受體類（三）細胞內信號轉換器（四）細胞核因子二、按產(chǎn)物功能分（8）類（一）生長因子類（二）酪氨酸蛋白激酶（三）膜相關G蛋白（四）受體，無蛋白激酶活性（五）胞質絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶（六）胞質調控因子（七）核反式調控因子（八）其它:db1、bcl－2癌基因產(chǎn)物參與信號轉導

胞外信號作用于膜表面受體→胞內信使物質的生成便意味著胞外信號跨膜傳遞的完成。胞內信使至少有：cAMP（環(huán)磷酸腺苷）IP3（三磷酸肌醇）PG（前列腺素）cGMP（環(huán)磷酸鳥苷）DG（二酰基甘油）Ca2＋（鈣離子）CAM（鈣調素）主要機制是通過蛋白激酶活化引起底物蛋白一連串磷酸化的生物信號反應過程,跨膜機制涉及到：（一）質膜上cAMP信使系統(tǒng)（二）質膜上肌醇脂質系統(tǒng)這兩個系統(tǒng)都是由受體鳥苷酸調節(jié)蛋白（GTP-regulatoryprotein，G蛋白）和效應酶（腺苷酸環(huán)化酶磷脂酶等）組成，有相似的信號轉導過程：即受體活化后引起GTP與不同G蛋白結合活化和抑制效應酶從而影響胞內信使產(chǎn)生而發(fā)生不同的調控效應。（三）受體操縱的離子通道系統(tǒng)（四）受體酪氨酸蛋白激酶的轉導

（一）獲得性基因病

(acquiredgeneticdisease)例如：病毒感染激活原癌基因癌基因活化的機制

（二）染色體易位和重排使無活性的原癌基因轉位至強啟動子或增強子附近而被活化。與基因脆性位點相關。（三）基因擴增（四）點突變三、癌基因的產(chǎn)物與功能（一）癌基因產(chǎn)物作用的一般特點1.目前發(fā)現(xiàn)c-onc均為結構基因.2.癌基因產(chǎn)物可分布在膜質核也可分泌至胞外.（二）癌基因產(chǎn)物分類1.細胞外生長因子：TGF-b2.跨膜生長因子受體:MAPK3.細胞內信號轉導分子:Gprotein/Ras4.核內轉錄因子

（三）癌基因產(chǎn)物的協(xié)同作用實驗證明，用ras或myc分別轉染細胞，可使細胞長期增殖，但不能轉化成癌細胞，在裸鼠體內也不能形成腫瘤。但用ras+myc同時轉染細胞，則使細胞轉化成癌細胞。說明：致癌至少需要2種或以上的onc協(xié)同作用，2種onc在2條通路上發(fā)揮作用，由于細胞增殖調控是多因子，多階段影響的結果。而影響增殖分化的onc達幾十種之多，所以大多數(shù)人認為：癌發(fā)生是多階段多步驟的。Whatistumorsuppressorgene?腫瘤抑制基因（抗癌基因、抑癌基因）——是調節(jié)細胞正常生長和增殖的基因。當這些基因不能表達，或其產(chǎn)物失去活性時，細胞就會異常生長和增殖，最終導致細胞癌變。反之，若導入或激活它則可抑制細胞的惡性表型。——癌基因與抑癌基因相互制約，維持細胞增殖正負調節(jié)信號的相對穩(wěn)定。影響1歲的兒童“二次打擊”學說兩個等位基因同時突變視網(wǎng)膜母細胞瘤（Retinoblastoma）RB基因變異(13號染色體)

(1)脫磷酸化Rb蛋白（活性）與轉錄因子E2F結合，抑制基因的轉錄活性(2)磷酸化Rb蛋白（失活）與E2F解離，釋放E2F(3)E2F啟動基因轉錄(4)細胞進入增生階段(G1S)因此，Rb蛋白在控制細胞生長方面發(fā)揮重要作用一旦Rb基因突變可使細胞進入過度增生狀態(tài)RB基因的功能等位基因(allele)例如：花顏色基因位于一對同源染色體的同一位置上、控制相對性狀的兩個的基因叫等位基因(allele)一對相同的等位基因稱純合等位基因

一對不同的等位基因稱雜合等位基因

顯性基因隱性基因完全顯性不完全顯性共顯性問：女性的兩條X染色體基因應如何表達？拓展知識：X染色體基因中，有65%完全處于“休眠”狀態(tài)，20%僅在部分女性身上“休眠”，15%則完全逃離“休眠”狀態(tài)一旦其中一條X染色體被損壞，還可以由另一條X染色體來糾正男性卻只有一條X染色體，一旦它遭到破壞，男性就會患上血友病、色盲以及肌肉萎縮癥等各種遺傳病以前人們一直認為，在女性的兩條X染色體中，有一條染色體是完全不起作用或是處于“休眠”狀態(tài)的在Y染色體中，目前仍在“工作”的基因只剩下不到100個X染色體中“工作”的基因>1000個有一個這樣的故事：20年前一次意外事故，三個工人遭受鈷60（Co60)放射性核素的照射結果：一名工人不久死亡一名工人幾年后死于白血病最后一名工人20年后患糖尿病就診你知道醫(yī)生在為病人檢查時發(fā)現(xiàn)了什么嗎？鎖骨骨折肋骨串珠樣X光片發(fā)現(xiàn)廣泛性骨質缺損骨髓檢查——漿細胞比例為30%左右（正常為0.6-1.3%）(多發(fā)性骨髓瘤）因此，多基因病涉及遺傳因素和環(huán)境因素物理因素化學因素生物因素自發(fā)因素2.多基因病(polygenicdisease)：性狀或疾病的遺傳方式取決于兩個以上微效基因的累加作用，同時還受環(huán)境因素的影響，因此這類性狀也稱為復雜性狀或復雜疾?。╟o