數(shù)字圖象處理：形態(tài)學(xué)圖像處理

第9章形態(tài)學(xué)圖像處理Informandfeature,faceandlimb,IgrewsolikemybrotherThatfolksgottakingmeforhimAndeachforoneanother.

HenrySambrookeLeigh,CarolsofCockayne,TheTwins一、概述:●什么是形態(tài)學(xué)？什么是形態(tài)學(xué)圖像處理？

形態(tài)學(xué)(morphology)是生物學(xué)的一個分支,是研究動物和植物形態(tài)和結(jié)構(gòu)的學(xué)科。數(shù)字圖像處理中的形態(tài)學(xué)圖像處理，指的是數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)。

●利用形態(tài)學(xué)方法可以提取用于表達(dá)和區(qū)域形狀描述的圖像分量，如后面的凸殼、骨架等。本章的內(nèi)容(僅介紹形態(tài)處理的基本概念和基本方法)形態(tài)學(xué)圖像處理數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識：集合運算定義的回顧二值形態(tài)學(xué)：基本運算：膨脹、腐蝕、開、閉運算等實用算法：算法小結(jié)灰度形態(tài)學(xué)：

基本運算實用算法9.1序言9.1.1集合論基本概念●

集合:

把某些特定的對象集在一起●

集合的元素：構(gòu)成集合的每個對象。如果a是集合A的元素，記為：如果a不是集合A的元素，記為：例如：●

子集：●

并集：●

交集：●

集合A的補：●

集合A和B的差：集合運算圖例集合的反射和平移●集合B的反射表示為，定義為：●集合A平移到點，定義為：9.1.2二值圖像的邏輯運算非與或異或非，然后與9.2膨脹和腐蝕(二值圖像)膨脹的定義：先對B做關(guān)于原點的映射，再將其映象平移z,且A與B映象平移后的交集不為空集。又可以寫為：膨脹圖例(a)(b)(c)(d)(e)膨脹應(yīng)用實例(連接圖像的斷線和裂縫)9.2.2腐蝕腐蝕的定義：移動B，并始終使B移動

z后，仍然包含在A中.

腐蝕圖例(a)(b)(c)(d)(e)膨脹和腐蝕間的對偶關(guān)系(可以用于簡化計算)●

膨脹和腐蝕間存在如下的對偶關(guān)系：證明：

腐蝕的定義：如果(B)z包含于集合A中，那么，則上式成為：等效于其補集滿足于所以上式成為：證畢腐蝕應(yīng)用實例(消除二值圖像中不相關(guān)的細(xì)節(jié))(a)(b)(c)●

“形態(tài)學(xué)濾波”的概念。9.3

開操作與閉操作●

“開操作”的定義：“先腐蝕，后膨脹”

●

“閉操作”的定義：“先膨脹，后腐蝕”腐蝕和膨脹不是互逆運算，是對偶操作。

開操作的幾何解釋開操作作用：光滑輪廓，斷開小間斷，消除細(xì)小突出物。閉操作的幾何解釋閉操作作用：光滑輪廓，消弭小間斷，消除孔洞，填補輪廓線的斷裂。開、閉操作的圖例(a)(f)(d)(c)(b)(e)(g)(h)(i)開、閉操作的性質(zhì)：●

開操作和閉操作間存在如下的對偶關(guān)系

(1)是A的子集；(2)如果C是D的子集，則是的子集；(3)●

開操作的性質(zhì)：(1)A是的子集；(2)如果C是D的子集，則是的子集；(3)●

閉操作的性質(zhì)：開、閉操作應(yīng)用實例(形態(tài)學(xué)圖像濾波)(a)采用的方法

先做開運算，

再做閉運算。

(a)(b)(c)(d)(e)(f)開運算閉運算處理前處理后開、閉操作處理前后的比較擊中或擊不中變換9.5

一些基本的形態(tài)學(xué)圖像處理算法9.5.1邊界提取

●形態(tài)學(xué)提取邊界為：(a)(b)(c)(d)邊界提取實例

(a)(b)9.5.2區(qū)域填充

(a)(b)(d)(e)(f)(g)(h)(i)(c)●如圖（d）所示，在區(qū)域中選取一點p,從p點開始，按照下式填充：

●

當(dāng)時，迭代結(jié)束。

則和A的并集包含了被填充的區(qū)域和其邊界。

形態(tài)學(xué)區(qū)域填充應(yīng)用實例

(c)(a)(b)9.5.3連通分量的提取

●

采用如下的迭代公式來提取連通區(qū)域：

●

當(dāng)時，迭代結(jié)束。

則，為提取的連通區(qū)域。

連通分量提取的應(yīng)用實例

(a)(b)(c)9.5.7骨架

所有最大圓盤的中心點構(gòu)成的圖形，就是目標(biāo)區(qū)域的骨架。(a)(b)(c)(d)骨架的形態(tài)學(xué)表示

●

目標(biāo)區(qū)域A的骨架為

其中，

表示對A的連續(xù)k次腐蝕：第K次是A被腐蝕成空集前的最后一次迭代。即目標(biāo)區(qū)域A可以通過下式，由骨架重構(gòu)出來：這里，表示對的k次連續(xù)膨脹用具體圖例來說明形態(tài)學(xué)的骨架提取過程

(1)(2)(3)(4)(5)(6)(3×3結(jié)構(gòu)元素)(5×5結(jié)構(gòu)元素)(7×7結(jié)構(gòu)元素)形態(tài)學(xué)骨架提取的實例

形態(tài)學(xué)操作及其性質(zhì)的總結(jié)

平移反射求補集求差集膨脹腐蝕開操作閉操作形態(tài)學(xué)操作及其性質(zhì)的總結(jié)(續(xù))

邊界提取區(qū)域填充提取連通分量提取骨架灰度圖像的形態(tài)學(xué)處理●

說明：形態(tài)學(xué)處理最主要是用于二值圖像。灰度圖像的膨脹和腐蝕的定義和二值形態(tài)學(xué)不同(max,min)；

開、閉的定義是一樣的。

●

對灰度圖像的形態(tài)學(xué)處理不要求。

主要介紹了形態(tài)學(xué)圖像處理的基本概念和方法，包括了膨脹、腐蝕、開操作、閉操作、形態(tài)學(xué)濾波、區(qū)域填充、提取骨架等內(nèi)容。本章主要介紹的是二值形態(tài)學(xué)的內(nèi)容。

形態(tài)學(xué)處理是圖像處理的一大類方法，有其自身的特點和用途。本章小結(jié)：第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理第二節(jié)活塞式空壓機的結(jié)構(gòu)和自動控制第三節(jié)活塞式空壓機的管理復(fù)習(xí)思考題單擊此處輸入你的副標(biāo)題，文字是您思想的提煉，為了最終演示發(fā)布的良好效果，請盡量言簡意賅的闡述觀點。第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor壓縮空氣在船舶上的應(yīng)用：

1.主機的啟動、換向；

2.輔機的啟動；

3.為氣動裝置提供氣源；

4.為氣動工具提供氣源；

5.吹洗零部件和濾器。

排氣量:單位時間內(nèi)所排送的相當(dāng)?shù)谝患壩鼩鉅顟B(tài)的空氣體積。單位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor空壓機分類：按排氣壓力分：低壓0.2～1.0MPa；中壓1～10MPa；高壓10～100MPa。按排氣量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理容積式壓縮機按結(jié)構(gòu)分為兩大類：往復(fù)式與旋轉(zhuǎn)式兩級活塞式壓縮機單級活塞壓縮機活塞式壓縮機膜片式壓縮機旋轉(zhuǎn)葉片式壓縮機最長的使用壽命-

----低轉(zhuǎn)速（1460RPM），動件少（軸承與滑片），潤滑油在機件間形成保護(hù)膜，防止磨損及泄漏，使空壓機能夠安靜有效運作；平時有按規(guī)定做例行保養(yǎng)的JAGUAR滑片式空壓機，至今使用十萬小時以上，依然完好如初，按十萬小時相當(dāng)于每日以十小時運作計算，可長達(dá)33年之久。因此，將滑片式空壓機比喻為一部終身機器實不為過?；?葉)片式空壓機可以365天連續(xù)運轉(zhuǎn)并保證60000小時以上安全運轉(zhuǎn)的空氣壓縮機1.進(jìn)氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.轉(zhuǎn)子及機殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時，空氣由機體進(jìn)氣端進(jìn)入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時停止進(jìn)氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。4.被壓縮的空氣壓力升高達(dá)到額定的壓力后由排氣端排出進(jìn)入油氣分離器內(nèi)。4.被壓縮的空氣壓力升高達(dá)到額定的壓力后由排氣端排出進(jìn)入油氣分離器內(nèi)。1.進(jìn)氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.凸凹轉(zhuǎn)子及機殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時，空氣由機體進(jìn)氣端進(jìn)入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時停止進(jìn)氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。螺桿式氣體壓縮機是世界上最先進(jìn)、緊湊型、堅實、運行平穩(wěn)，噪音低，是值得信賴的氣體壓縮機。螺桿式壓縮機氣路系統(tǒng)：

A

進(jìn)氣過濾器

B

空氣進(jìn)氣閥

C

壓縮機主機

D

單向閥

E

空氣/油分離器

F

最小壓力閥

G

后冷卻器

H

帶自動疏水器的水分離器油路系統(tǒng)：

J

油箱

K

恒溫旁通閥

L

油冷卻器

M

油過濾器

N

回油閥

O

斷油閥冷凍系統(tǒng)：

P

冷凍壓縮機

Q

冷凝器

R

熱交換器

S

旁通系統(tǒng)

T

空氣出口過濾器螺桿式壓縮機渦旋式壓縮機

渦旋式壓縮機是20世紀(jì)90年代末期開發(fā)并問世的高科技壓縮機，由于結(jié)構(gòu)簡單、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪聲、長壽命等諸方面大大優(yōu)于其它型式的壓縮機，已經(jīng)得到壓縮機行業(yè)的關(guān)注和公認(rèn)。被譽為“環(huán)保型壓縮機”。由于渦旋式壓縮機的獨特設(shè)計，使其成為當(dāng)今世界最節(jié)能壓縮機。渦旋式壓縮機主要運動件渦卷付，只有磨合沒有磨損，因而壽命更長，被譽為免維修壓縮機。

由于渦旋式壓縮機運行平穩(wěn)、振動小、工作環(huán)境安靜，又被譽為“超靜壓縮機”。

渦旋式壓縮機零部件少，只有四個運動部件,壓縮機工作腔由相運動渦卷付形成多個相互封閉的鐮形工作腔，當(dāng)動渦卷作平動運動時，使鐮形工作腔由大變小而達(dá)到壓縮和排出壓縮空氣的目的?；钊娇諝鈮嚎s機的外形第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級壓縮）工作循環(huán)：4—1—2—34—1吸氣過程

1—2壓縮過程

2—3排氣過程第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級壓縮）

壓縮分類：絕熱壓縮：1—2耗功最大等溫壓縮：1—2''耗功最小多變壓縮：1—2'耗功居中功＝P×V（PV圖上的面積）加強對氣缸的冷卻，省功、對氣缸潤滑有益。二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）1.不存在假設(shè)條件2.與理論循環(huán)不同的原因：1）余隙容積Vc的影響Vc不利的影響—殘存的氣體在活塞回行時，發(fā)生膨脹，使實際吸氣行程（容積）減小。Vc有利的好處—

（1）形成氣墊，利于活塞回行；（2）避免“液擊”（空氣結(jié)露）；（3）避免活塞、連桿熱膨脹，松動發(fā)生相撞。第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理表征Vc的參數(shù)—相對容積C、容積系數(shù)λv合適的C：低壓0.07-0.12

中壓0.09-0.14

高壓0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容積Vc的影響C越大或壓力比越高，則λv越小。保證Vc正常的措施：余隙高度見表6-1壓鉛法—保證要求的氣缸墊厚度2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理2）進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響吸氣過程壓力損失使排氣量減少程度，用壓力系數(shù)λp表示：保證措施：合適的氣閥升程及彈簧彈力、管路圓滑暢通、濾器干凈。λp

（0.90-0.98）2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理3）吸氣預(yù)熱的影響由于壓縮過程中機件吸熱，所以在吸氣過程中，機件放熱使吸入的氣體溫度升高，使吸氣的比容減小，造成吸氣量下降。預(yù)熱損失用溫度系數(shù)λt來衡量（0.90-0.95）。保證措施：加強對氣缸、氣缸蓋的冷卻，防止水垢和油污的形成。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理4）漏泄的影響內(nèi)漏：排氣閥（回漏）；外漏：吸氣閥、活塞環(huán)、氣缸墊。漏泄損失用氣密系數(shù)λl來衡量（0.90-0.98）。保證措施：氣閥的嚴(yán)密閉合，氣缸與活塞、氣缸與缸蓋等部件的嚴(yán)密配合。5）氣體流動慣性的影響當(dāng)吸氣管中的氣流慣性方向與活塞吸氣行程相反時，造成氣缸壓力較低，氣體比容增大，吸氣量下降。保證措施：合理的設(shè)計進(jìn)氣管長度，不得隨意增減進(jìn)氣管的長度，保證濾器的清潔。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理上述五條原因使實際與理論循環(huán)不同。4）漏泄的影響5）氣體流動慣性的影響1）余隙容積Vc的影響2）進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響3）吸氣預(yù)熱的影響2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理3.排氣量和輸氣系數(shù)理論排氣量Vt----單位時間內(nèi)活塞所掃過的氣缸容積。實際排氣量Q：Q=Vt

λ輸氣系數(shù)λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影響余隙容積Vc的影響進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響吸氣預(yù)熱的影響二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理指示功率pi

：按示功圖計算的功率理論功率Ps、PT：按理論循環(huán)計算的功率

Ps(PT)<pi軸功率P：壓縮機軸的輸入功率絕熱指示效率等溫指示效率機械效率