圖像形態(tài)學(xué)腐蝕與膨脹方法研究

1、伴隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，通信技術(shù)日新月異的更新與發(fā)展，圖像處理技術(shù)近年來(lái)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并成功的應(yīng)用到幾乎所有與成像有關(guān)的領(lǐng)域，并發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用。它利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行一系列的操作，從而獲得某種預(yù)期的結(jié)果，對(duì)圖像進(jìn)行處理時(shí)，經(jīng)常運(yùn)用圖像處理技術(shù)以改善圖像的質(zhì)量。現(xiàn)在圖像處理仍然在不斷的發(fā)展，延伸出更多的應(yīng)用領(lǐng)域，相信數(shù)字圖像處理技術(shù)的逐步發(fā)展定會(huì)讓我們的信息生活變得更好。在圖像處理中，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的理論基礎(chǔ)在數(shù)字圖像信號(hào)處理領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，圖像形態(tài)學(xué)的用途主要是獲取物體拓?fù)浜徒Y(jié)構(gòu)信息，通過(guò)物體和結(jié)構(gòu)元素相互作用的某些運(yùn)算，得到物體更本質(zhì)的形態(tài)。在圖像處理中形態(tài)學(xué)主要應(yīng)用是：

2、（1）利用形態(tài)學(xué)的基本運(yùn)算，對(duì)圖像進(jìn)行觀察和處理，從而達(dá)到改善圖像質(zhì)量的目的；（2）描述和定義圖像的幾何參數(shù)和特征，如面積、周長(zhǎng)、連通度、顆粒度、骨架和方向性等。而腐蝕與膨脹是數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)最基本的算法，使得腐蝕與膨脹方法的研究?jī)r(jià)值得到更大的提升。圖像形態(tài)學(xué)腐蝕與膨脹方法在很多方面被應(yīng)用，本文以圖像的腐蝕與膨脹方法的理論分析為重點(diǎn)，圍繞著其在眾多圖像處理方案中的出色表現(xiàn)，逐漸聯(lián)系到圖像的內(nèi)容。用多層次的介紹手法展現(xiàn)出圖像腐蝕與膨脹方法研究的重要內(nèi)涵。本文主要的工作包括：（1）掌握軟件的使用。（2）深入學(xué)習(xí)圖像形態(tài)學(xué)腐蝕與膨脹的基礎(chǔ)理論，研究腐蝕與膨脹在圖像處理中的應(yīng)用。（3）針對(duì)圖像形態(tài)學(xué)腐蝕與膨

3、脹方法進(jìn)行研究，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)腐蝕與膨脹算法，掌握腐蝕與膨脹算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。本文集中闡述腐蝕與膨脹是如何進(jìn)行水平腐蝕、垂直腐蝕、全方位腐蝕、水平膨脹、垂直膨脹、全方位膨脹、開(kāi)運(yùn)算以及閉運(yùn)算的完成原理、步驟和它們的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。通過(guò)一系列的研究才能更加明確腐蝕與膨脹方法處理在圖像信息處理的發(fā)展歷程中發(fā)揮了不可替代的作用。關(guān)鍵詞：圖像處理；數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)；腐蝕；膨脹AbstractWith the advance in computer technology, communication technology changes rapidly updated and developed, image pr

4、ocessing technology has make a spurt of progress of development in recent years, and successfully applied to almost all domains related to the formation of image, and play a very important role. It uses the computer to carry out a series of operation on the digital image, so as to obtain some expect

5、ed results, image processingoften using image processing technology to improve the quality of the image. Now the image processing is still in constant development, extending more application fields, believe that the gradual development of the digital image processing technology will make our life be

6、tter.In image processing, the theory foundation of mathematical morphology is applied widely in the field of digital image signal processing, use of image morphology is the main access to the object topology and structure information, some operational through the object and the structural elements o

7、f interaction, obtained the object state of nature. In image processing, morphological main applications are: (1) by using basic operation of morphology, were observed and the processing of the image, so as to achieve the purpose of improving the image quality. (2)The definition and description of i

8、mage geometric parameters and characteristics, such as area, perimeter, connectivity, particle size, frame and direction etc. The corrosion and expansion is the basic algorithm of mathematical morphology which makes the research value of corrosion and expansion method for the greater increase. Metho

9、d of image morphology of corrosion and expansion is used in many aspects, this paper with the method of image corrosion expansion theory analysis as the key point, around its excellent performance in many images processing scheme, gradually linked to the content of the image. To show the image of co

10、rrosion and expansion method research important content of multi-level presentation techniques. The main work of this paper includes: (1 Software. (2) Study the basic theory and the expansion of the image morphology of corrosion depth, application and expansion of research in image processing corros

11、ion. (3) According to a study on the method of image morphology of corrosion and expansion, realization of erosion and dilation algorithm by Visual C+6.0 Software, master the implementation process of erosion and dilation algorithm. This paper focuses on how the level of corrosion and expansion of c

12、orrosion, a full range of vertical horizontal expansion, vertical expansion, a full range expansion, open operation and close operation to complete the principle, steps and their realization.Through the research to a series of more clear corrosion and expansion method has played an irreplaceable rol

13、e in the development of image processing.Key words: Image processing; mathematical morphology; corrosion; expansion目 錄1 緒論11.1 引言11.2 課題研究現(xiàn)狀11.3 課題目的和意義22 開(kāi)發(fā)環(huán)境VISUAL C+介紹32.1 Visual C+介紹32.2 Visual C+軟件平臺(tái)介紹42.2.1 單文檔格式42.2.2 界面板部分52.2.3 程序控制部分52.3 設(shè)計(jì)中的MFC介紹53 腐蝕與膨脹的基本原理73.1 圖像的腐蝕73.2 圖像的膨脹83.3 開(kāi)運(yùn)算10

14、3.4 閉運(yùn)算114 圖像腐蝕與膨脹處理124.1 CDIB類庫(kù)的建立124.1.1 CDIB類庫(kù)的功能124.1.2 CDIB類的構(gòu)造124.2 圖像腐蝕與膨脹處理的實(shí)現(xiàn)154.2.1 水平腐蝕處理實(shí)現(xiàn)154.2.2 垂直腐蝕處理實(shí)現(xiàn)174.2.3 全方向腐蝕處理實(shí)現(xiàn)194.2.4 水平膨脹處理實(shí)現(xiàn)224.2.5 垂直膨脹處理實(shí)現(xiàn)244.2.6 全方位膨脹處理實(shí)現(xiàn)265 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論295.1 腐蝕處理結(jié)果295.2 膨脹處理結(jié)果315.3 開(kāi)閉運(yùn)算處理結(jié)果325.3 結(jié)果討論34結(jié)論35致謝37參考文獻(xiàn)38附錄A 英文原文39附錄B 漢語(yǔ)翻譯471 緒論1.1 引言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)

15、展，圖像信息已成為人類認(rèn)識(shí)世界的重要知識(shí)來(lái)源，人們研究發(fā)現(xiàn)，人類從外界獲得的信息約有75來(lái)自圖像。在圖像形成、傳輸或變換的過(guò)程中，由于受到其它客觀因素諸如系統(tǒng)噪聲、曝光不足或過(guò)量、相對(duì)運(yùn)動(dòng)等影響，獲取圖像往往會(huì)與原始圖像之間產(chǎn)生某種差異（稱為降質(zhì)或退化）。退化后的圖像通常模糊不清或者經(jīng)過(guò)機(jī)器提取的信息量減少甚至錯(cuò)誤，因此必須對(duì)其采取一些手段進(jìn)行改善。利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行各種形式的處理，促進(jìn)了圖像處理技術(shù)的發(fā)展。圖像形態(tài)學(xué)腐蝕與膨脹方法本身就是圖像處理中最具有吸引力的領(lǐng)域之一，而圖像的灰度是進(jìn)行圖像識(shí)別與處理的基礎(chǔ)，在對(duì)其進(jìn)行分析處理時(shí)，我們需要完成：a.讀取數(shù)字圖像的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，b.對(duì)灰度圖像和

16、24位圖像進(jìn)行分析與處理，完成圖像腐蝕與膨脹變換。實(shí)驗(yàn)表明，該程序可以較準(zhǔn)確地對(duì)圖像進(jìn)行腐蝕與膨脹變換，達(dá)到了研究腐蝕與膨脹方法的預(yù)期目的1。該文介紹了用不同的結(jié)構(gòu)元素對(duì)圖像進(jìn)行水平腐蝕、垂直腐蝕、全方位腐蝕、水平膨脹、垂直膨脹、全方位膨脹、開(kāi)運(yùn)算以及閉運(yùn)算的圖像處理，從而等到不同的處理結(jié)果。并且利用VC+6.0執(zhí)行效率高，可繼承、封裝等方法，對(duì)腐蝕與膨脹算法實(shí)現(xiàn)。1.2 課題研究現(xiàn)狀數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)是一門建立在集論基礎(chǔ)上的學(xué)科，是幾何形態(tài)學(xué)分析和描述的有力工具。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的歷史可回溯到19世紀(jì)。1964年法國(guó)的Matheron和Serra在積分幾何的研究成果上，將數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)引入圖像處理領(lǐng)域，并研制

17、了基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的圖像處理系統(tǒng)。1982年出版的專著Image Analysis and Mathematical Morphology是數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)發(fā)展的重要里程碑，表明數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)在理論上趨于完備及應(yīng)用上不斷深入。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)蓬勃發(fā)展，由于其并行快速，易于硬件實(shí)現(xiàn)，已引起了人們的廣泛關(guān)注。目前，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)已在計(jì)算機(jī)視覺(jué)、信號(hào)處理與圖像分析、模式識(shí)別、計(jì)算方法與數(shù)據(jù)處理等方面得到了極為廣泛的應(yīng)用2。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)可以用來(lái)解決抑制噪聲、特征提取、邊緣檢測(cè)、圖像分割、形狀識(shí)別、紋理分析、圖像恢復(fù)與重建、圖像壓縮等圖像處理問(wèn)題3。1.3 課題目的和意義近年來(lái)，形態(tài)學(xué)圖像處理已經(jīng)發(fā)展成為圖像處理的一個(gè)主要研究

18、領(lǐng)域。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)是一門建立在嚴(yán)格數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)上的學(xué)科，其基本思想和方法對(duì)圖像處理的理論和技術(shù)產(chǎn)生了重大影響。許多非常成功的理論模型和視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)都采用了數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)算法作為其理論基礎(chǔ)或組成部分。事實(shí)上，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)已經(jīng)構(gòu)成一種新型的圖像處理方法和理論，形態(tài)學(xué)圖像處理已成為計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理的一個(gè)主要研究領(lǐng)域。這門學(xué)科在計(jì)算機(jī)文字識(shí)別，計(jì)算機(jī)顯微圖像分析(如定量金分析，顆粒分析)，醫(yī)學(xué)圖像處理，工業(yè)檢測(cè)(如印刷電路自動(dòng)檢測(cè))，機(jī)器人視覺(jué)等方面都取得了許多非常成功的應(yīng)用一些形態(tài)學(xué)的算法，已經(jīng)做成了計(jì)算機(jī)芯片，許多研究成果已經(jīng)作為專利出售，其影響已波及到與計(jì)算機(jī)圖像處理有關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域，包括圖像增強(qiáng)、分割

19、、恢復(fù)、邊緣檢測(cè)、紋理分析、顆粒分析、特征生成、骨架化、形狀分析、壓縮、成分分析及細(xì)化等諸多領(lǐng)域。目前，有關(guān)形態(tài)學(xué)的技術(shù)和應(yīng)用正在不斷地發(fā)展和擴(kuò)大4。所以，對(duì)數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的理論研究是非常有意義的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，圖像及信號(hào)處理技術(shù)越來(lái)越為大眾所需求。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)不僅提供了描述和分析圖像幾何及形狀特征的多種技術(shù)和方法，同時(shí)它對(duì)于經(jīng)典的圖像處理技術(shù)也產(chǎn)生了極大的影響并擴(kuò)展了原有的技術(shù)。基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的圖像處理技術(shù)是一種采用集合的概念表示圖像、非線性疊加方式描述圖像的非線性系統(tǒng)技術(shù)，稱之為形態(tài)系統(tǒng)， 它廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和電子顯微鏡圖像的分析以及數(shù)字圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)等領(lǐng)域，并已發(fā)展成為一種新

20、型的圖像處理方法和理論。用于圖像處理的形態(tài)系統(tǒng)， 具有完備的結(jié)構(gòu)和理論體系，是進(jìn)行非線性性態(tài)分析和描述的有力工具。本文結(jié)合目前的研究進(jìn)展，對(duì)圖像形態(tài)學(xué)的腐蝕與膨脹理論研究及其應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了綜合性闡述。目前已經(jīng)有很多圖像處理的方法，但是由于圖像形態(tài)學(xué)的腐蝕與膨脹是基于集合論的方法，屬于非線性處理，實(shí)際上相比傳統(tǒng)的多種線性算法更加適合數(shù)字圖像的處理。圖像形態(tài)學(xué)的腐蝕與膨脹可以通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)元素的調(diào)整實(shí)現(xiàn)各種場(chǎng)合條件下的應(yīng)用，且容易用硬件實(shí)現(xiàn)，所以利用圖像形態(tài)學(xué)的腐蝕與膨脹進(jìn)行圖像處理已經(jīng)漸漸發(fā)展為與線性方法并行的主流方向。2 開(kāi)發(fā)環(huán)境Visual C+介紹Visual C+是Microsoft公司在1

21、998年推出的基于windows 9X和windows NT的優(yōu)秀集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。該開(kāi)發(fā)環(huán)境為用戶提供良好的可視化編程環(huán)境，程序員可以利用該開(kāi)發(fā)環(huán)境輕松地訪問(wèn)C+源代碼編輯器、資源編輯器和使用內(nèi)部調(diào)試器，并且可以創(chuàng)建項(xiàng)目文件。不僅包括編譯器，而且它還包括了許多有用組件，通過(guò)這些組件的協(xié)同工作，可以在Visual C+6.0 集成環(huán)境中輕松地完成創(chuàng)建源文件，編輯資源，以及對(duì)程序的編譯連接和調(diào)試等各項(xiàng)工作.實(shí)際中，更多的是以為平臺(tái)。不僅是一個(gè)C+編譯器，而且是一個(gè)基于Windows操作系統(tǒng)的可視化集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（integrated development environment, IDE）。由許多組

22、件組成，包括編輯器、調(diào)試器以及程序向?qū)ppWizard、類向?qū)lass Wizard等開(kāi)發(fā)工具這些組件通過(guò)一個(gè)名為Developer Studio的組件集成為和諧的開(kāi)發(fā)環(huán)境。Visual C+可以分成兩個(gè)最主要的部分：1Developer StudioDeveloper Studio包含一個(gè)功能強(qiáng)大的編輯器，可以編輯將被編譯成Windows程序的Visual C+源文件。這個(gè)編輯器有點(diǎn)象字處理器，但是沒(méi)有字處理器具備的復(fù)雜的排版、文本格式等功能，它注重的是如何幫助程序員快速高效地編制程序。它具有以下特點(diǎn)：(1)自動(dòng)語(yǔ)法。用高亮度和不同顏色的字來(lái)顯示不同的語(yǔ)法成分，如注釋、關(guān)鍵字和一般代碼用

23、不同的顏色顯示。(2)自動(dòng)縮進(jìn)。幫助你排列源代碼，使其可讀性更強(qiáng)。(3)參數(shù)幫助。在編輯時(shí)用到預(yù)定義的windows函數(shù)時(shí)，可以自動(dòng)為你顯示函數(shù)參數(shù)。(4)集成的關(guān)鍵字幫助。能夠使你快速得到任何關(guān)鍵字、MFC類或Windows函數(shù)的幫助信息。(5)拖放編輯。能夠用鼠標(biāo)選擇文本并自由拖動(dòng)到任意位置。(6)自動(dòng)錯(cuò)誤定位。能自動(dòng)將光標(biāo)移動(dòng)到有編譯錯(cuò)誤的源代碼處。2MFC微軟基礎(chǔ)類(Microsoft Foundation Classes),實(shí)際上是微軟提供的,用于在C+環(huán)境下編寫(xiě)應(yīng)用程序的一個(gè)框架和引擎,VC+是Win OS下開(kāi)發(fā)人員使用的專業(yè)C+ SDK(專業(yè)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)),MFC就是掛在它之上的

24、一個(gè)輔助軟件開(kāi)發(fā)包,MFC作為與VC+血肉相連的部分(注意C+和VC+的區(qū)別:C+是一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,是一種大家都承認(rèn)的軟件編制的通用規(guī)范,而VC+只是一個(gè)編譯器,或者說(shuō)是一種編譯器+源程序編輯器的IDE ,WS ,Plat Form ,這跟Pascal和Dephi的關(guān)系一個(gè)道理,Pascal是Dephi的語(yǔ)言基礎(chǔ),Dephi使用Pascal規(guī)范來(lái)進(jìn)行Win下應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)和編譯,卻不同于Basic語(yǔ)言和VB的關(guān)系,Basic語(yǔ)言在VB開(kāi)發(fā)出來(lái)被應(yīng)用的年代已經(jīng)成了Basic語(yǔ)言的新規(guī)范,VB新加的Basic語(yǔ)言要素,如面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的要素,是一種性質(zhì)上的飛躍,使VB既是一個(gè)IDE,又成長(zhǎng)成一

25、個(gè)新的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言),MFC同BC+集成的VCL一樣是一個(gè)非外掛式的軟件包,類庫(kù),只不過(guò)MFC類是微軟為VC+專配的。Developer Studio和MFC把所有的Visual C+工具結(jié)合在一起，集成為一個(gè)整體，它具有如下特點(diǎn)：(1) 開(kāi)發(fā)環(huán)境 Developer Studio 由一套集成工具組成，用于開(kāi)發(fā)Windows 32環(huán)境下運(yùn)行的應(yīng)用程序。(2) 提供強(qiáng)大的類庫(kù)工具（MFC AppWizard、Class Wizard等）。(3) Developer Studio以項(xiàng)目工作區(qū)組織元件、項(xiàng)目及項(xiàng)目的配置等。(4) MFC類庫(kù)支持多線程應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。(5) 提供了最快的集成數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)，

26、能讓用戶開(kāi)發(fā)出功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序。(6) 具有強(qiáng)有力的Internet支持。(7) 對(duì)OLE提供強(qiáng)有力的支持5。2.2 Visual C+軟件平臺(tái)介紹VC+6.0軟件主要有編譯部分，運(yùn)行部分，面版部分組成由于平滑處理所用的界面并不是一般的頭文件和源文件而是用單文檔格式利用面板來(lái)編寫(xiě)界面和程序的。2.2.1 單文檔格式單文檔格式是基于VC+6.0編程的一種格式，它允許建立對(duì)話框并在對(duì)話框?qū)?yīng)的函數(shù)中進(jìn)行編程如圖2.1所示。圖2.1 單文檔格式2.2.2 界面板部分界面板部分是一個(gè)很直觀的控制板，用戶在設(shè)計(jì)時(shí)可以直接在控制板上添加按扭文本對(duì)話框但是在設(shè)計(jì)按扭和文本對(duì)話框的同時(shí)要為他們定義ID

27、，如果一個(gè)按扭或者文本沒(méi)有ID那么他們就不會(huì)生效，換句話說(shuō)，沒(méi)有ID的界面板是一個(gè)空的面板，是沒(méi)有任何意義的。2.2.3 程序控制部分程序控制部分是基于界面控制面板前提下建立的，它把面板中大部分對(duì)話框，按扭等功能附在里面使得按扭對(duì)話框控件生效，程序控制部分初始是分為四大部分：虛擬覆蓋函數(shù)；框架函數(shù)；視類；文檔函數(shù)。這些函數(shù)分別負(fù)責(zé)界面的部分。 2.3 設(shè)計(jì)中的MFC介紹MFC是Microsoft Foundation Class（微軟基礎(chǔ)類）的縮寫(xiě)。從物理角度看，它是一個(gè)龐大的類庫(kù)，包含可控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方方面面的類庫(kù)，它對(duì)應(yīng)的是Windows系統(tǒng)目錄下的一系列mfc*.dll文件；從邏輯角度看

28、，它是一個(gè)面向?qū)ο蟮膽?yīng)用程序框架，程序員可以使用這一框架創(chuàng)建Windows應(yīng)用程序。MFC的組織是以C+類的層次形式組織在一起的，幾個(gè)高層類提供一般功能，而低層類實(shí)現(xiàn)更具體的功能，每一個(gè)低層類都從高層類派生而來(lái)，因此繼承了高層類的功能。例如，CWnd類是所有Windows窗口的大多類的高層類，此類具備的功能包括打印文本、繪制圖形及處理用戶的輸入等。CsplitterWnd類是從CWnd類派生而來(lái)的，因此就具有CWnd類的功能。CsplitterWnd類實(shí)現(xiàn)一種可拆分的窗口，用戶通過(guò)它可以將一個(gè)窗口拆分為多個(gè)窗口，Windows下的資源管理器就是使用拆分窗口來(lái)顯示有關(guān)計(jì)算機(jī)資源信息的。MFC處理

29、很多與Windows相關(guān)的常見(jiàn)任務(wù)。如，在后臺(tái)做消息處理及對(duì)消息進(jìn)行路由選擇，無(wú)需程序員在每一個(gè)開(kāi)發(fā)的Windows應(yīng)用程序中編寫(xiě)相同的消息處理循環(huán)，MFC已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這一消息循環(huán)，并對(duì)大多數(shù)常見(jiàn)的消息提供了易學(xué)易用的消息響應(yīng)函數(shù)。例如，On Paint ()就是CWnd類的一個(gè)成員函數(shù)，是對(duì)WM_PAINT消息進(jìn)行響應(yīng)的一個(gè)虛成員函數(shù)6。除了類的層次外，MFC也提供了一個(gè)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)框架，此框架被稱為文檔/視圖架構(gòu)。文檔/視圖架構(gòu)是將應(yīng)用程序所需數(shù)據(jù)的處理與顯示相分離的一種編程模式，該框架容許這兩部分程序獨(dú)立存在，當(dāng)修改其中一部分的時(shí)候，不會(huì)大量改動(dòng)另一部分。3 腐蝕與膨脹的基本原理3.1 圖

30、像的腐蝕腐蝕是數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的兩種最為基本的運(yùn)算之一，腐蝕在數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的作用是消除物體邊界點(diǎn)，使邊界向內(nèi)部收縮的過(guò)程，可以把小于結(jié)構(gòu)元素的物體去除。這樣選取不同大小的結(jié)構(gòu)元素，就可以去除不同大小的物體。如兩個(gè)物體間有細(xì)小的連通，）。S = XB = x, y | B x yÍX (3.1)在公式中S 表示腐蝕后的二值圖像集合, B表示用來(lái)進(jìn)行腐蝕的結(jié)構(gòu)元素, 結(jié)構(gòu)元素內(nèi)的每一個(gè)元素取值為0 或1，它可以組成任何一種形狀的圖形，在B 圖形中有一個(gè)中心點(diǎn)；X 表示原圖像經(jīng)過(guò)二值化后的像素集合。此公式的含義是用B 來(lái)腐蝕X 得到的集合S，S 是由B 完全包括在X 中時(shí)B 的當(dāng)前位置的集合。通

31、常是拖動(dòng)結(jié)構(gòu)元素在X 圖像域移動(dòng)，橫向移動(dòng)間隔取1 個(gè)像素，縱向移動(dòng)間隔取1 個(gè)掃描行。在每一個(gè)位置上, 當(dāng)結(jié)構(gòu)元素B 的中心點(diǎn)平移到X 圖像上的某一點(diǎn)( x ，y )，如果結(jié)構(gòu)元素內(nèi)的每一個(gè)像素都與以( x , y )為中心的相同鄰域中對(duì)應(yīng)像素完全相同 那么就保留( x ，y ) 像素點(diǎn)，對(duì)于原圖中不滿足條件的像素點(diǎn)則全部刪除，從而達(dá)到使物體邊界向內(nèi)收縮的效果。為了進(jìn)一步說(shuō)明腐蝕的原理，下面通過(guò)圖3.2 來(lái)說(shuō)明。圖3.2 XB示意圖，針對(duì)的是黑點(diǎn), 中間是結(jié)構(gòu)元素B, 標(biāo)有1 的點(diǎn)是中心點(diǎn), 即當(dāng)前處理元素的位置，用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 上的所有對(duì)應(yīng)的點(diǎn)都在X 的

32、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，就像X 被腐蝕掉了一層。（a）原圖 （b）結(jié)構(gòu)元素 （c）腐蝕示意圖圖3.3 腐蝕示意圖如圖3.3所示用結(jié)構(gòu)元素B(如圖(b )所示)對(duì)目標(biāo)圖像X(如圖( a )所示)進(jìn)行腐蝕運(yùn)算并得到運(yùn)算結(jié)果(如圖( c)所示)的過(guò)程。圖( a )中白色的部分代表背景，灰色的部分代表目標(biāo)圖像X。圖( b)中黑色的方格代表結(jié)構(gòu)元素的中心點(diǎn)，灰色的方格代表鄰域。圖( c )中黑色的部分表示腐蝕后的結(jié)果，灰色的部分表示目標(biāo)圖像被腐蝕掉的部分。在腐蝕處理過(guò)程中，將結(jié)構(gòu)元素在圖像中移動(dòng)，如果結(jié)構(gòu)元素完全包含

33、在目標(biāo)圖像X 中，則保留目標(biāo)圖像中對(duì)應(yīng)于中心點(diǎn)的像素點(diǎn)，否則刪除像素點(diǎn)。通過(guò)這個(gè)例子我們可以看出，腐蝕實(shí)際上是把圖像的外圍去掉，同時(shí)保留圖像內(nèi)部的部分1。3.2圖像的膨脹膨脹是數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中除腐蝕之外的另一種基本運(yùn)算。膨脹在數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的作用與腐蝕的作用正好相反，它是對(duì)二值化物體邊界點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)充，將與物體接觸的所有背景點(diǎn)合并到該物體中，使邊界向外部擴(kuò)張的過(guò)程。如果兩個(gè)物體之間的距離比較近，則膨脹運(yùn)算可能會(huì)把兩個(gè)物體連通到一起，膨脹對(duì)填補(bǔ)圖像分割后物體中的空洞很有用。膨脹的數(shù)學(xué)表達(dá)式見(jiàn)式(3.2)。S = XÅB = x , y | B x y X (3.2)在公式中S 表示膨脹后的二值圖

34、像集合, B表示用來(lái)進(jìn)行膨脹的結(jié)構(gòu)元素, 結(jié)構(gòu)元素內(nèi)的每一個(gè)元素取值為0或1，它可以組成任何一種形狀的圖形，在圖形中有一個(gè)中心點(diǎn)；X表示原圖像經(jīng)過(guò)二值化后的像素集合。此公式的含義是用B來(lái)膨脹X得到的集合S，S是由B映像的位移與X 至少有一個(gè)像素相同時(shí)B的中心點(diǎn)位置的集合。通常是拖動(dòng)結(jié)構(gòu)元素在X 圖像域移動(dòng)，橫向移動(dòng)間隔取一個(gè)像素，縱向移動(dòng)間隔取一個(gè)掃描行。在每一個(gè)位置上，當(dāng)結(jié)構(gòu)元素B的中心點(diǎn)平移到X 圖像上的某一點(diǎn)(x，y )，如果結(jié)構(gòu)元素的像素與目標(biāo)物體至少有一個(gè)像素相交，那么就保留(x ，y) 像素點(diǎn)，從而達(dá)到使物體邊界向外擴(kuò)張的效果。 X B XÅB圖3.4 XÅB示

35、意圖，針對(duì)的是黑點(diǎn)，中間是結(jié)構(gòu)元素B。膨脹的方法是，拿B的中心點(diǎn)和X上的點(diǎn)及X周圍的點(diǎn)一個(gè)一個(gè)地對(duì)，如果B上有一個(gè)點(diǎn)落在X的范圍內(nèi)，則該點(diǎn)就為黑；右邊是膨脹后的結(jié)果。可以看出，它包括X 的所有范圍，就像X膨脹了一圈似的。（a）原圖 (b)結(jié)構(gòu)元素圖 （c）膨脹示意圖圖3.5 膨脹示意圖如圖3.5所示用結(jié)構(gòu)元素B(如圖(b)所示)對(duì)目標(biāo)圖像X(如圖(a)所示)進(jìn)行膨脹運(yùn)算并得到運(yùn)算結(jié)果(如圖(c)所示)的過(guò)程。圖(a)中白色的部分代表背景，灰色的部分代表目標(biāo)圖像X。圖(b)中黑色的方格代表結(jié)構(gòu)元素的中心點(diǎn)，灰色的方格代表鄰域。圖(c)中灰色的部分表示原目標(biāo)圖像，黑色的部分表示膨脹出來(lái)的結(jié)果。在膨

36、脹處理過(guò)程中，將結(jié)構(gòu)元素在圖像中移動(dòng)，如果結(jié)構(gòu)元素的鄰域與目標(biāo)圖像X 有部分重合，則保留圖像中對(duì)應(yīng)于中心點(diǎn)的像素點(diǎn)。23.3 開(kāi)運(yùn)算在上兩節(jié)中介紹的腐蝕和膨脹，看上去好像是一對(duì)互逆的操作，實(shí)際上，這兩種操作不具有互逆的關(guān)系。開(kāi)運(yùn)算和閉運(yùn)算正是依據(jù)腐蝕和膨脹的不可逆性演變而來(lái)的。先腐蝕后膨脹的過(guò)程就稱為開(kāi)運(yùn)算。原圖經(jīng)過(guò)開(kāi)運(yùn)算后, 能夠去除孤立的小點(diǎn)、毛刺和小橋( 即連通兩塊區(qū)域的小點(diǎn))，消除小物體、平滑較大物體的邊界，同時(shí)并不明顯改變其面積。開(kāi)運(yùn)算的數(shù)學(xué)表達(dá)式見(jiàn)式（3.3）。S = X·B = ( XB) B (3.3)在公式中S 表示進(jìn)行開(kāi)運(yùn)算后的二值圖像集合，B 表示用來(lái)進(jìn)行開(kāi)運(yùn)算

37、的結(jié)構(gòu)元素,結(jié)構(gòu)元素內(nèi)的每一個(gè)元素取值為0 或1，它可以組成任何一種形狀的圖形，在圖形中有一個(gè)中心點(diǎn)； X 表示原圖像經(jīng)過(guò)二值化后的像素集合。此公式的含義是用B 來(lái)開(kāi)啟X 得到集合S，S 是所有在集合結(jié)構(gòu)上不小于結(jié)構(gòu)元素B 的部分的集合，也就是選出了X 中的某些與B相匹配的點(diǎn)，而這些點(diǎn)則可以通過(guò)完全包含在X 中的結(jié)構(gòu)元素B 的平移來(lái)得到。X B XÄB (XÄB)ÅB圖3.6 (XÄB)ÅB，針對(duì)的是黑點(diǎn)，中間是結(jié)構(gòu)元素B，那個(gè)標(biāo)有1 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)類似的概念。拿B 的中心點(diǎn)和X 上的點(diǎn)一個(gè)一個(gè)地

38、對(duì)比。對(duì)于腐蝕運(yùn)算：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。對(duì)于膨脹運(yùn)算：如果B 上有一個(gè)點(diǎn)落在X 的范圍內(nèi)，則該點(diǎn)就為黑?？梢钥吹剑?dāng)使用圓盤(pán)結(jié)構(gòu)元素時(shí)，開(kāi)運(yùn)算對(duì)邊界進(jìn)行了平滑，去掉凸角。在凸角點(diǎn)周圍，圖像的集合結(jié)構(gòu)無(wú)法容納給定圓盤(pán)，從而使凸角點(diǎn)被開(kāi)運(yùn)算刪除。而當(dāng)使用線段結(jié)構(gòu)元素沿線段寬度方向較大的部分才能夠保存下來(lái)。而較小的凸部分將被刪除。因此，經(jīng)過(guò)開(kāi)運(yùn)算后，能夠去除孤立的小點(diǎn)，毛刺和小橋，平滑較大物體的邊界，同時(shí)并不明顯改變其面積。3.4 閉運(yùn)算閉運(yùn)算是通過(guò)對(duì)腐蝕和膨脹的另一種不同次序的執(zhí)行而得到的，閉運(yùn)算是先膨脹后腐蝕的過(guò)程，其功能是用來(lái)填充物體內(nèi)細(xì)小空洞、連接

39、鄰近物體、平滑其邊界，同時(shí)不明顯改變其面積。開(kāi)運(yùn)算的數(shù)學(xué)表達(dá)式見(jiàn)式 ()。S = X·B = (XÄ B)Å B (3.4)在公式中S 表示進(jìn)行閉運(yùn)算后的二值圖像集合, B 表示用來(lái)進(jìn)行閉運(yùn)算的結(jié)構(gòu)元素,結(jié)構(gòu)元素內(nèi)的每一個(gè)元素取值為0 或1，它可以組成任何一種形狀的圖形，在圖形中有一個(gè)中心點(diǎn)； X 表示原圖像經(jīng)過(guò)二值化后的像素集合。此公式的含義是用B 來(lái)閉合X 得到的集合S，就是圖像X 與經(jīng)過(guò)映射和平移的結(jié)構(gòu)元素B 的交集不為空的點(diǎn)的集合。X B XÄB （XÄB）ÅB圖3.7 （XÄB）ÅB如圖，針對(duì)的是黑點(diǎn)，右

40、邊是結(jié)構(gòu)元素B，可以看到原圖經(jīng)過(guò)閉運(yùn)算后，斷裂的地方被彌合了。4 圖像腐蝕與膨脹處理4.1 CDIB類庫(kù)的建立 CDIB類庫(kù)的功能大多數(shù)圖像處理都是基于與設(shè)備無(wú)關(guān)位圖（DIB）來(lái)進(jìn)行討論的，而MFC中沒(méi)有處理DIB位圖的類，這就給編程帶來(lái)了許多困難。所以需要定義一個(gè)處理DIB位圖的專用類CDIB類，在其中封裝必要而有效的DIB數(shù)據(jù)成員和處理函數(shù)。該類具有的功能如下：Void Load file(CString m_ file Name);/裝載BMP位圖文件BOOL Save File(const char * psz File name);/存儲(chǔ)BMP位圖文件Char * Get File

41、Name();/返回位圖文件名DWORD Get Size();/返回位圖文件的大小UINT Get Width();/返回位圖的寬度UINT Get Height();/返回位圖的高度UINT Number Of Colors();/返回位圖顏色數(shù)目RGBQUAD * Get RGB();/返回顏色表首地址BITMAPINFO * Get Info；/返回圖像信息結(jié)構(gòu)首地址BYIE * Get Data();/返回圖像數(shù)據(jù)首地址 CDIB類的構(gòu)造創(chuàng)建CDIBIB類的類聲明有關(guān)的所有信息。CDIB類的聲明如下：#ifndef_CDIB_H#ifine_CDIB_HClass CDib ： pu

42、blic CObjectpublic：RGBQUAD * m_pRGB;BYTE * m_pData;UINT m_numberOfColors;BOOL m_valid;BITMAPFILEHEADER bitmapFileHeader;BITMAPINFOHEADER * m_pBitmapInfoHeader;BITMAPINFO * m_pBitmapInfo;BYTE * pDib;DWORD size;int byBitcount;DWORD dwWidthBytes;public：CDib ();CDib ();Char m_fileName 256;Char * GetFile

43、Name ();BOOL ISValid ();DWORD GetSize (); UINT GetWidth (); UINT GetHeight (); UINT NumberOfColors (); RGBQUAD * GetRGB (); BYTE * GetData ();BITMAPINFO * GetInfo ();DWORD GetDibWidthBytes ();WORD PaletteSize (LPBYTE lpDIB);WORD DIBNumColors(LPBYTE lpDIB);void SaveFile(const CString filename);public

44、：void LoadFile(const char * dibFileName);#endif文件DIB.CPP包含了CDib類中的各函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。對(duì)于6位位圖，在顯示方面調(diào)用了調(diào)色板技術(shù)，而真彩色24位位圖不需要調(diào)用調(diào)色板。設(shè)備無(wú)關(guān)位圖讀取及顯示的方法流程圖如圖4.1和4.2所示。得到文件的完整路徑名打開(kāi)位圖文件開(kāi)始讀取BITMAPEILEHEADER結(jié)構(gòu)文件是BMP格式嗎？得到位圖大小，并分配相應(yīng)的內(nèi)存空間讀取BITMAPINFOHEADER結(jié)構(gòu)計(jì)算像素?cái)?shù)據(jù)的起始位置，保存像素?cái)?shù)據(jù)起始位置指針結(jié)束NY圖4.1 圖像讀取流程圖開(kāi)始從DOC對(duì)象中得到位圖數(shù)據(jù)起始位置指針，并得到圖像的寬、高等信息

45、是否帶有顏色索引表使用文件中顏色表數(shù)據(jù)創(chuàng)建調(diào)色板把新創(chuàng)建的調(diào)色板作為設(shè)備環(huán)境的調(diào)色板，并保留原調(diào)色板設(shè)定顯示參數(shù)，顯示位圖恢復(fù)原調(diào)色板結(jié)束設(shè)定顯示參數(shù)，顯示位圖NY圖4.2 圖像顯示流程圖4.2 圖像腐蝕與膨脹處理的實(shí)現(xiàn)4.2.1 水平腐蝕處理實(shí)現(xiàn)1、 實(shí)現(xiàn)步驟(1)獲得原圖像的首地址及圖像的寬和高，二值化為1（背景為白），物體為黑；(2)開(kāi)辟一塊內(nèi)存緩沖區(qū)，并初始化為255；(3)使用1*5結(jié)構(gòu)元素 0,0,0,0,0，為防越界，不處理最左邊兩列最右邊兩列的像素，從第2行第3列開(kāi)始，將像素點(diǎn)賦0，檢查這個(gè)像素點(diǎn)的前兩點(diǎn)和后兩點(diǎn)中是否有背景點(diǎn)，有將檢測(cè)的像素點(diǎn)灰度值賦為255，否則保持不變；(

46、4)循環(huán)步驟(3)，直到處理完原圖的全部像素點(diǎn)；(5)將結(jié)果暫存在內(nèi)存緩沖區(qū)中；(6)將結(jié)果從內(nèi)存復(fù)制到原圖的數(shù)據(jù)區(qū)。2、 程序代碼if (m_pBitmapInfoHeader->biBitCount<9)/灰度圖像 / 暫時(shí)分配內(nèi)存，以保存新圖像temp = new BYTEwide*height;/ 初始化新分配的內(nèi)存，設(shè)定初始值為255lpDst = (LPBYTE)temp;memset(lpDst, (BYTE)255, wide * height);/ 使用水平方向的結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行腐蝕for (j = 0; j < height; j+)for (i = 2; i

47、 < wide - 2; i +)/ 由于使用1×5的結(jié)構(gòu)元素，為防止越界，所以不處理最左邊兩列和最右邊兩列的像素lpSrc = (unsigned char *)(p_data + wide *j + i);/ 指向目標(biāo)圖像倒數(shù)第j行，第i個(gè)象素的指針lpDst = (unsigned char *)(temp + wide * j + i);/ 目標(biāo)圖像中的當(dāng)前點(diǎn)先賦成黑色*lpDst = 0;/ 如果源圖像中(-2,0)、(-1,0)、(0,0)、(1,0)、(2,0)五個(gè)點(diǎn)之一有白點(diǎn)，則將目標(biāo)圖像中的(0,0)點(diǎn)賦成白色for (n = 0; n < 5; n+)

48、if (*(lpSrc + (n - 1) ) > 128)*lpDst = 255;break;else /24位真彩色LONG DibWidth; /原圖長(zhǎng)、寬 DibWidth=this->GetDibWidthBytes(); /取得原圖的每行字節(jié)數(shù)BYTE *p_temp=new BYTEheight*DibWidth;/ 使用水平方向的結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行腐蝕for (j = 0; j < height; j+)for (i = 5; i < DibWidth - 5; i +=5)/ 由于使用1×5的結(jié)構(gòu)元素，為防止越界，所以不處理最左邊和最右邊的兩列像

49、素lpSrc = (unsigned char *)(p_data + DibWidth *j + i);/ 指向目標(biāo)圖像倒數(shù)第j行，第i個(gè)象素的指針lpDst = (unsigned char *)(p_temp + DibWidth * j + i);/ 目標(biāo)圖像中的當(dāng)前點(diǎn)先賦成黑色*lpDst = 0; *(lpDst+1)=0;*(lpDst+2)=0; *(lpDst+3)=0;*(lpDst+4)=0; / 如果源圖像中(-2,0)、(-1,0)、(0,0)、(1,0)、(2,0)五個(gè)點(diǎn)之一有白點(diǎn)，/ 則將目標(biāo)圖像中的(0,0)點(diǎn)賦成白色for(int m=0;m<5;m+)

50、for (n = 0; n < 5; n+)if (*(lpSrc + (n - 1)*3 ) > 128)*lpDst = 255;break; else *lpDst =*lpSrc; lpSrc+;lpDst+;4.2.2 垂直腐蝕處理實(shí)現(xiàn)1、 實(shí)現(xiàn)步驟(1)獲得原圖像的首地址及圖像的寬和高，二值化為1（背景為白），物體為黑；(2)開(kāi)辟一塊內(nèi)存緩沖區(qū)，并初始化為255；(3)使用5*1的結(jié)構(gòu)元素結(jié)構(gòu)，為防越界，不處理最左邊兩列和最右邊兩列的像素，從第3行第2列開(kāi)始，將像素點(diǎn)賦為0，檢查這個(gè)像素點(diǎn)的前一點(diǎn)和后一點(diǎn)中是否有背景點(diǎn)，有則將檢測(cè)的像素點(diǎn)的灰度值賦為255，否則保持不變

51、；(4)循環(huán)步驟(3)，直到處理完原圖的全部像素點(diǎn)；(5)將結(jié)果暫存在內(nèi)存緩沖區(qū)中；(6)將結(jié)果從內(nèi)存復(fù)制到原圖的數(shù)據(jù)區(qū)。2、 程序代碼if (m_pBitmapInfoHeader->biBitCount<9)/灰度圖像 temp = new BYTEwide*height;/ 暫時(shí)分配內(nèi)存，以保存新圖像lpDst = (LPBYTE)temp;memset(lpDst, (BYTE)255, wide * height);/ 初始化新分配的內(nèi)存，設(shè)定初始值為255/使用垂直方向的結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行腐蝕for(j = 2; j < height - 2; j+)for(i = 0

52、; i < wide; i +)/由于使用5×1的結(jié)構(gòu)元素，為防止越界，所以不處理最上邊兩列和最下邊兩列的像素/ 指向源圖像倒數(shù)第j行，第i個(gè)象素的指針lpSrc = (unsigned char *)(p_data + wide * j + i);lpDst = (unsigned char *)(temp + wide * j + i); / 指向目標(biāo)圖像倒數(shù)第j行，第i個(gè)象素的指針*lpDst = 0;/目標(biāo)圖像中的當(dāng)前點(diǎn)先賦成黑色/ 如果源圖像中(0,-2)、(0,-1)、(0,0)、(0,1)、(0,2)五個(gè)點(diǎn)之一有白點(diǎn)，則將目標(biāo)圖像中的(0,0)點(diǎn)賦成白色for (

53、n = 0; n < 5; n+)if (*(lpSrc + (n - 1) * wide) > 128)*lpDst = 255; break; else /24位真彩色LONG DibWidth; /原圖長(zhǎng)、寬 DibWidth=this->GetDibWidthBytes(); /取得原圖的每行字節(jié)數(shù)BYTE *p_temp=new BYTEheight*DibWidth;/使用垂直方向的結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行腐蝕for(j = 2; j < height - 2; j+)for(i = 0; i < DibWidth; i+=5)/由于使用5×1的結(jié)構(gòu)元素

54、，為防止越界，所以不處理最上邊兩列和最下邊兩列像素/ 指向源圖像倒數(shù)第j行，第i個(gè)象素的指針lpSrc = (unsigned char *)(p_data + DibWidth * j + i);lpDst = (unsigned char *)(p_temp + DibWidth * j + i);/ 指向目標(biāo)圖像倒數(shù)第j行，第i個(gè)象素的指針*lpDst = 0;/目標(biāo)圖像中的當(dāng)前點(diǎn)先賦成黑色*(lpDst+1)=0; *(lpDst+2)=0;*(lpDst+3)=0; *(lpDst+4)=0;/ 如果源圖像中(0,-2)、(0,-1)、(0,0)、(0,1)、(0,2)五個(gè)點(diǎn)之一有白點(diǎn)，/ 則將目標(biāo)圖像中的(0,0)點(diǎn)賦成白色for(int m=0;m<5;m+)for (n = 0; n <5; n+)if (*(lpSrc + (n - 1) * DibWidth) > 128)*lpDst = 255;break; else*lpDst =*lpSrc ; lpSrc+;lpDst+;4.2.3 全方向腐蝕處理實(shí)現(xiàn)1、 實(shí)