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1、基于数学形态学的数字图像处理技术应用研究论文 目 录 摘要 中文摘要 2 英文摘要 2 第一章 引言 4第二章 数字图象处理概况 5 21 数字图像处理发展 数字图像处理的基点 23 数字图像处理的优点 8第三章 数学形态学31 数学形态学的理论基础 9com 数学形态学的定义9com 数学形态学的基本符号和术语932 二值形态学 12 com 腐蚀 12 com 膨胀 15 com 开运算16 com 闭运算18 com 细化 19第四章 数学形态学在图像处理中的应用41 边缘检测 2242 噪声滤除 2343形态骨架提取 2544 图像分割 25 结论 27 致谢 28参考文献29基于数学
2、形态学的数字图像处理技术应用研究摘 要中文摘要以形态为基础对图像处理的数学工具数学形态学是一种非线性滤波方法从19世纪创立发展它已在不同领域得到广泛应用数学形态学具有膨胀腐蚀开启和闭合四种基本运算在图像处理通过选择的结构元素利用基本性质对图像进行分割噪声滤除边缘检测等处理但是目前数学形态学在图像处理应用方面面临一些问题有待于进一步解决今后该门学科将会朝不同种类数学形态学快速算法的实 现优化结构元素的选取形态运算的通用性及适应性等方向发展关键词数学形态学 图像处理边缘检测 图像分割 噪声滤除Mathematical Morphology is a non-linear filterable me
3、ans on the basis of handled mathematical images handling Since its setting-up from 19th century Mathematical Morphology has been applied in many various fields Mathematical Morphology is made up of a group Morphology operations and it has four fundamental operations as follows Dilation Erosion Openi
4、ng and Closing Based on these fundamental operations we also can infer and combine different kinds of mathematics morphology practical algorithm When use mathematics morphology method to carry on processing to the digital image we choose different shapes structure elements in images Then through use
5、 some basic nature of mathematics morphology which is handled upon different images division noise-filtering marginal test and the shape skeleton withdraw However at present the application of Mathematical Morphology in digital image processing still has some problems to be settled Therefore Mathema
6、tical Morphology needs to develop in the direction of various Mathematical Morphology speedy calculating the different choices of structure elements and universal and suitable Morphology calculation in this text we introduce some basic operation of Mathematical Morphology and primarily introduced ma
7、thematics morphology by two values morphology of some basic applications in digital image processing 英文关键词Mathematical Morphology images handling marginal test Image division noise-filtering第一章 引 言数学形态学 Mathematical Morphology 是一门建立在集论基础上的学科是几何形态学分析和描述的有力工具自Matheron和 Serra等人提出数学形态学以来经过许多人在理论和应用方面的研究
8、使它在许多方面都有应用近年来数学形态学在数字图像处理和计算机视觉领域中的应用引起了广泛的兴趣是计算机科学的研究热门之一从某种意义上讲数学形态学实际上构成了一种用于数字图像处理与识别的新理论和新方法其历史可追溯到十九世纪的EulerSteinercrofton以及本世纪初Minlowski的论述中但数学形态学是一门新兴学科1964年coma在积分几何的基础上首次创立了这门学科此后他们又在法国建立了枫丹白露数学形态学研究中心在该中心的学者和其他各国研究人员的共同努力下数学形态学得到了不断丰富和完善1982年JSerra的专著图像分析与数学形态学问世后它才在图像处理模式识别和计算机视觉等领域引起广泛
9、的重视和应用这些应用反过来又促进它的进一步发展目前国内许多有效的图像处理系统有的是基于数学形态学方法原理设计的有的是把数学形态学算法纳入其基本软件并以其运算速度作为系统性能的重要标志之一数学形态学以图像的形态特征为研究对象它的主要内容是设计一整套概念变换和算法用来描述图像的基本特征和基本结构也就是描述图像中元素与元素部分与部分间的关系数学形态学作为一种用于数字图像处理和识别的新理论和新方法它的理论虽然很复杂被称为惊人数学但它的基本思想却是简单而完美的即用一定形态的结构元素去量度和提取图像中的对应形状以达到对图像进行分析和识别的目的数学形态学算法的性能主要以几何方式的进行刻画而传统的理论却是以解
10、析方式的形式描述算法的性能而几何方式描述的特点似乎更加的适合视觉信息的处理和分析数学形态学的理论包含内容十分广阔尤其是传统图像处理中的线性算子和非线性算子它们都是数学形态学算子的特例由这些的结论可以说明数学形态学是一个图像处理的统一理论它是对传统理论的推广在这个统一理论的框架下经典的方法得以在一个新的统一的层次上进行分析从而帮助我们从不同的侧面更深入地了解经典算法的性质并在更广泛的范围以更灵活的方式对它们进行改进最初由Maheron和Serra提出的数学形态学研究以二值图像为对象称为二值形态学此后又由Serra和Sternberg等借助于前面的理论把二值形态算子推广到灰度图像因而使灰度形态学的
11、理论和应用研究也得到很大的发展已经成为数字图像信号处理和计算机视觉领域中的一种有效方法而今数学形态学已经成为图像处理理论的一个重要方面广泛地应用到图像处理的很多领域中这些领域涉及医学成像显微镜学生物学机器人视觉自动字符读取金相学地质学冶金学遥感技术等等在这些领域中利用数学形态学可以对图像进行增强噪声滤除分割边缘检测结构分析形态分析骨架提取图像压缩等等各种各样的处理该文将主要对数学形态学的基本理论及其在图像处理中的一些基本应用进行综述第二章 数字图象处理概况 21世纪人类已经进入了信息化时代计算机在处理各种信息中发挥着重要作用据统计人类从自然界中获取的信息中视觉信息占7585俗话说百闻不如一见有
12、些场景或事物不管花费多少笔墨也难以表达的比较清楚然而若用一幅图像描述就可以做到一目了然我们可以对比一下从各种机器和家电的说明书中便可以发现一本好的说明书总是附有外观图操作按钮示意图和使用操作图等在详细阅读使用说明书之前通过这些简图就可以大致了解它的基本结构和基本使用方法可见在当代高度信息化的社会中图像在信息传播中所起的作用越来越大在图像处理领域数字图像处理技术取得了飞速的发展并在国民经济的各个领域得到了广泛的应用本章将主要介绍数字图象处理的发展数字图象处理的特点以及它的优点21 数字图象处理的发展数字图像处理Digital Image Processing又称为计算机图像处理它是指将图像信号转
13、换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程数字图像处理最早出现于20世纪50年代当时的电子计算机已经发展到一定水平人们开始利用计算机来处理图形和图像信息数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年代初期早期的图像处理的目的是改善图像的质量它以人为对象以改善人的视觉效果为目的图像处理中输入的是质量低的图像输出的是改善质量后的图像常用的图像处理方法有图像增强复原编码压缩等首次获得实际成功应用的是美国喷气推进实验室他们对航天探测器徘徊者7号在1964年发回的几千张月球照片使用了图像处理技术如几何校正灰度变换去除噪声等方法进行处理并考虑了太阳位置和月球环境的影响由计算机成功地绘制出月球表面地图获得
14、了巨大的成功随后又对探测飞船发回的近十万张照片进行更为复杂的图像处理了月球的地形图彩色图及全景镶嵌图获得了非凡的成果为人类登月创举奠定了坚实的基础也推动了数字图像处理这门学科的诞生在以后的宇航空间技术如对火星土星等星球的探测研究中数字图像处理技术都发挥了巨大的作用 数字图像处理取得的另一个巨大成就是在医学上获得的成果1972年英国EMI公司工程师Housfield发明了用于头颅诊断的X射线计算机断层摄影装置也就是我们通常所说的CTComputer TomographCT的基本方法是根据人的头部截面的投影经计算机处理来重建截面图像称为图像重建1975年EMI公司又成功研制出全身用的CT装置获得了
15、人体各个部位鲜明清晰的断层图像1979年这项无损伤诊断技术获得了诺贝尔奖说明它对人类了划时代的贡献 与此同时图像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓性成就属于这些领域的有航空航天生物医学工程工业检测机器人视觉公安司法军事制导文化艺术等使图像处理成为一门引人注目前景远大的新型学科 随着图像处理技术的深入发展从70年代中期开始随着计算机技术和人工智能思维科学研究的迅速发展数字图像处理向更高更深层次发展人们已开始研究如何用计算机系统解释图像实现类似人类视觉系统理解外部世界这被称为图像理解或计算机视觉很多国家特别是发达国家投入更多的人力物力到这项研究取得了不少重要的研究成果其中代表性的
16、成果是70年代末MIT的Marr提出的视觉计算理论这个理论成为计算机视觉领域其后十多年的主导思想图像理解虽然在理论方法研究上已取得不小的进展但它本身是一个比较难的研究领域存在不少困难因人类本身对自己的视觉过程还了解甚少因此计算机视觉是一个有待人们进一步探索的新领域1目前数字图像处理的信息大多是二维信息处理信息量很大如一幅256256低分辨率黑白图像要求约64kbit的数据量对高分辨率彩色512512图像则要求768kbit数据量如果要处理30帧秒的电视图像序列则每秒要求500kbit225Mbit数据量因此对计算机的计算速度存储容量等要求较高 2数字图像处理占用的频带较宽与语言信息相比占用的频带要大几
