图像学形态处理图像学形态处理-计算机科学系计算机科学系第8章 形态学图像处理简介简介一种新的图像处理与分析方法一种新的图像处理与分析方法一种新的图像处理与分析方法一种新的图像处理与分析方法主要是获取图像中物体拓扑信息。通过物体和结主要是获取图像中物体拓扑信息。通过物体和结主要是获取图像中物体拓扑信息。通过物体和结主要是获取图像中物体拓扑信息。通过物体和结构元素相互作用的某些运算，得到物体更本质的构元素相互作用的某些运算，得到物体更本质的构元素相互作用的某些运算，得到物体更本质的构元素相互作用的某些运算，得到物体更本质的形态形态形态形态以几何学为基础，着重研究图像的几何结构。以几何学为基础，着重研究图像的几何结构。以几何学为基础，着重研究图像的几何结构。以几何学为基础，着重研究图像的几何结构。 基基基基本思路是利用结构元素（本思路是利用结构元素（本思路是利用结构元素（本思路是利用结构元素（structuring elementstructuring element）去探测一个图像，通过移动结构元素考察各部分去探测一个图像，通过移动结构元素考察各部分去探测一个图像，通过移动结构元素考察各部分去探测一个图像，通过移动结构元素考察各部分间的关系，从而了解图像各部分的结构特征间的关系，从而了解图像各部分的结构特征间的关系，从而了解图像各部分的结构特征间的关系，从而了解图像各部分的结构特征图像处理中的应用。图像处理中的应用。图像处理中的应用。图像处理中的应用。 利用形态学的基本运算，对利用形态学的基本运算，对利用形态学的基本运算，对利用形态学的基本运算，对图像进行观察和处理，从而达到改善图像质量、图像进行观察和处理，从而达到改善图像质量、图像进行观察和处理，从而达到改善图像质量、图像进行观察和处理，从而达到改善图像质量、提取图像特征等目的提取图像特征等目的提取图像特征等目的提取图像特征等目的 2第8章 形态学图像处理第8章 形态学图像处理 8.1 基础知识基础知识 8.2 腐蚀和膨胀腐蚀和膨胀 8.3 开操作和闭操作开操作和闭操作 8.4 基本的形态学算法基本的形态学算法 8.5 MatLab函数函数9第8章 形态学图像处理8.2 腐蚀和膨胀 n n膨胀（膨胀（膨胀（膨胀（DilationDilation）A A用用用用B B来膨胀写作来膨胀写作来膨胀写作来膨胀写作 ，定义为：，定义为：，定义为：，定义为：过程：先对过程：先对过程：先对过程：先对B B做关于原点的映象，再将其映象平做关于原点的映象，再将其映象平做关于原点的映象，再将其映象平做关于原点的映象，再将其映象平移移移移x x，结果是平移后与，结果是平移后与，结果是平移后与，结果是平移后与A A交集不为空的交集不为空的交集不为空的交集不为空的x x集合。集合。集合。集合。理解：理解：理解：理解：用用用用B B来膨胀来膨胀来膨胀来膨胀A A得到的集合是得到的集合是得到的集合是得到的集合是 的位移与的位移与的位移与的位移与A A至至至至少有一个非零元素即有相交时少有一个非零元素即有相交时少有一个非零元素即有相交时少有一个非零元素即有相交时B B的原点位置的集合的原点位置的集合的原点位置的集合的原点位置的集合BAB称为结构元素称为结构元素10第8章 形态学图像处理8.2 腐蚀和膨胀n n例例2：带有间断字符的低分辨率示例：带有间断字符的低分辨率示例结构元素结构元素11第8章 形态学图像处理8.2 腐蚀和膨胀n n腐蚀（腐蚀（erosion）A A用用用用B B来腐蚀写作来腐蚀写作来腐蚀写作来腐蚀写作 ，定义为：，定义为：，定义为：，定义为：B B移动后完全包含在移动后完全包含在移动后完全包含在移动后完全包含在A A中时，中时，中时，中时，B B的原点位置的集合的原点位置的集合的原点位置的集合的原点位置的集合作用作用作用作用 原点在结构元素原点在结构元素原点在结构元素原点在结构元素（B B）中，收缩图像中，收缩图像中，收缩图像中，收缩图像 结构元素不包含原点时，可以用作填充内部空洞结构元素不包含原点时，可以用作填充内部空洞结构元素不包含原点时，可以用作填充内部空洞结构元素不包含原点时，可以用作填充内部空洞AB12第8章 形态学图像处理8.2 腐蚀和膨胀n n例例3: 腐蚀图像腐蚀图像（a）含长度为含长度为1，3，5，7，9，15的正方形的正方形（b）结构元素为结构元素为1313，对对（a）腐蚀的结果腐蚀的结果（c）结构元素为结构元素为1313 ，对对（b）进行膨胀进行膨胀（a）（b）（c）13第8章 形态学图像处理练习 对下列图像（对下列图像（对下列图像（对下列图像（X X是图像，是图像，是图像，是图像，B B是结构元素）分别作膨是结构元素）分别作膨是结构元素）分别作膨是结构元素）分别作膨胀和腐蚀处理，请画出处理之后的图像胀和腐蚀处理，请画出处理之后的图像胀和腐蚀处理，请画出处理之后的图像胀和腐蚀处理，请画出处理之后的图像14第8章 形态学图像处理第8章 形态学图像处理 8.1 基础知识基础知识 8.2 腐蚀和膨胀腐蚀和膨胀 8.3 开操作和闭操作开操作和闭操作 8.4 基本的形态学算法基本的形态学算法 8.5 MatLab函数函数15第8章 形态学图像处理8.3 开操作和闭操作n n开操作（开操作（开操作（开操作（ opening opening） 定义：定义：定义：定义：B B对对对对A A进行的开操作就是先用进行的开操作就是先用进行的开操作就是先用进行的开操作就是先用B B对对对对A A腐蚀，然后用腐蚀，然后用腐蚀，然后用腐蚀，然后用B B对结果进行膨胀对结果进行膨胀对结果进行膨胀对结果进行膨胀 表示：表示：表示：表示： 含义：含义：含义：含义： 的边界通过的边界通过的边界通过的边界通过B B在在在在A A的边界内转动时，的边界内转动时，的边界内转动时，的边界内转动时，B B中的中的中的中的点所能达到的点所能达到的点所能达到的点所能达到的A A的边界的最远点的边界的最远点的边界的最远点的边界的最远点 等价表示：等价表示：等价表示：等价表示：16第8章 形态学图像处理8.3 开操作和闭操作n n闭操作（闭操作（闭操作（闭操作（ close close） 定义：定义：定义：定义：B B对对对对A A进行的闭操作就是先用进行的闭操作就是先用进行的闭操作就是先用进行的闭操作就是先用B B对对对对A A膨胀，然后用膨胀，然后用膨胀，然后用膨胀，然后用B B对结果进行腐蚀对结果进行腐蚀对结果进行腐蚀对结果进行腐蚀 表示：表示：表示：表示： 含义：含义：含义：含义： 的边界通过的边界通过的边界通过的边界通过B B在在在在A A的边界外转动时，的边界外转动时，的边界外转动时，的边界外转动时，B B中的点中的点中的点中的点所能达到的所能达到的所能达到的所能达到的A A的边界的最远点的边界的最远点的边界的最远点的边界的最远点 等价表示：等价表示：等价表示：等价表示：17第8章 形态学图像处理8.3 开操作和闭操作n n例例418第8章 形态学图像处理8.3 开操作和闭操作n n例例5: 开操作与闭操作开操作与闭操作开操作与闭操作开操作与闭操作(a)(a)有噪声的图像有噪声的图像有噪声的图像有噪声的图像A A(b)(b)结构元素结构元素结构元素结构元素B B(c)(c)腐蚀图像腐蚀图像腐蚀图像腐蚀图像(d)(d)A A的开操作的开操作的开操作的开操作(e)(e)开操作的膨胀开操作的膨胀开操作的膨胀开操作的膨胀(f)(f)开操作的闭操作开操作的闭操作开操作的闭操作开操作的闭操作19第8章 形态学图像处理8.3 开操作和闭操作n n作用作用图像的轮廓变得光滑图像的轮廓变得光滑图像的轮廓变得光滑图像的轮廓变得光滑开操作断开狭窄的间断和消除细的突出物开操作断开狭窄的间断和消除细的突出物开操作断开狭窄的间断和消除细的突出物开操作断开狭窄的间断和消除细的突出物闭操作消弥狭窄的间断和长细的鸿沟，消除小的闭操作消弥狭窄的间断和长细的鸿沟，消除小的闭操作消弥狭窄的间断和长细的鸿沟，消除小的闭操作消弥狭窄的间断和长细的鸿沟，消除小的孔洞，并填补轮廓线中小的断裂孔洞，并填补轮廓线中小的断裂孔洞，并填补轮廓线中小的断裂孔洞，并填补轮廓线中小的断裂20第8章 形态学图像处理第8章 形态学图像处理 8.1 基础知识基础知识 8.2 腐蚀和膨胀腐蚀和膨胀 8.3 开操作和闭操作开操作和闭操作 8.4 基本的形态学算法基本的形态学算法 8.5 MatLab函数函数 21第8章 形态学图像处理8.4 基本的形态学算法n n处理图像的类型：二值图像处理图像的类型：二值图像处理图像的类型：二值图像处理图像的类型：二值图像n n主要应用主要应用主要应用主要应用 提取对于描绘和表达形状有用的图像成分提取对于描绘和表达形状有用的图像成分提取对于描绘和表达形状有用的图像成分提取对于描绘和表达形状有用的图像成分n n形状：边界、连通分量、凸壳和骨架等形状：边界、连通分量、凸壳和骨架等形状：边界、连通分量、凸壳和骨架等形状：边界、连通分量、凸壳和骨架等n n主要算法：提取边界、区域填充、细化等主要算法：提取边界、区域填充、细化等主要算法：提取边界、区域填充、细化等主要算法：提取边界、区域填充、细化等n n说明：说明：说明：说明： 二值图像中目标对象中的像素（值为二值图像中目标对象中的像素（值为二值图像中目标对象中的像素（值为二值图像中目标对象中的像素（值为1 1 1 1的像素）的像素）的像素）的像素）用阴影表示，否则显示为白色用阴影表示，否则显示为白色用阴影表示，否则显示为白色用阴影表示，否则显示为白色22第8章 形态学图像处理8.4 基本的形态学算法（1）边界提取）边界提取 设集合设集合设集合设集合A A的边界表示为的边界表示为的边界表示为的边界表示为 ( ( ( (A A) ) ) )，选选取取取取结结构元素构元素构元素构元素B B，先，先，先，先进进行行行行B B对对A A腐腐腐腐蚀蚀，而后用，而后用，而后用，而后用A A减去腐减去腐减去腐减去腐蚀蚀的的的的结结果。果。果。果。 结结构元素影响构元素影响构元素影响构元素影响边边界界界界 图图像像像像边边界外的像素界外的像素界外的像素界外的像素值为值为0 023第8章 形态学图像处理8.4 基本的形态学算法n n例例7：使用形态学处理提取边界：使用形态学处理提取边界结构元素结构元素结构元素结构元素B B边界宽度是单像素边界宽度是单像素边界宽度是单像素边界宽度是单像素24第8章 形态学图像处理8.4 基本的形态学算法（2）区域填充）区域填充 给定区域内一点，可采用种子填充。给定区域内一点，可采用种子填充。给定区域内一点，可采用种子填充。给定区域内一点，可采用种子填充。设设设设A A表示图像，含有的区域具有表示图像，含有的区域具有表示图像，含有的区域具有表示图像，含有的区域具有8 8连通的边界点连通的边界点连通的边界点连通的边界点 形态学方法填充：从区域边界内一点形态学方法填充：从区域边界内一点形态学方法填充：从区域边界内一点形态学方法填充：从区域边界内一点 p p 开始，将开始，将开始，将开始，将 1 1 1 1 赋给赋给赋给赋给 p p 作为灰度，按下列过程填充整个区域作为灰度，按下列过程填充整个区域作为灰度，按下列过程填充整个区域作为灰度，按下列过程填充整个区域这里这里这里这里X X0 0p p，结构元素为，结构元素为，结构元素为，结构元素为B B，结束条件，结束条件，结束条件，结束条件X Xk k= = = =X Xk-1k-1 对多个区域填充时，需要指定对应的初始点对多个区域填充时，需要指定对应的初始点对多个区域填充时，需要指定对应的初始点对多个区域填充时，需要指定对应的初始点25第8章 形态学图像处理8.4 基本的形态学算法n n例例8：26第8章 形态学图像处理8.4 基本的形态学算法（3）细化）细化*注意：执行一遍后，还要继续细化，直到结果注意：执行一遍后，还要继续细化，直到结果 不发生变化不发生变化其中其中27第8章 形态学图像处理8.4 基本的形态学算法n n例例9*：28第8章 形态学图像处理第8章 形态学图像处理 8.1 基础知识基础知识 8.2 腐蚀和膨胀腐蚀和膨胀 8.3 开操作和闭操作开操作和闭操作 8.4 基本的形态学算法基本的形态学算法 8.5 MatLab函数函数 29第8章 形态学图像处理8.5 MatLab函数n nBW2=imdilate(BW1,SE)实现二值图像的膨胀运算实现二值图像的膨胀运算实现二值图像的膨胀运算实现二值图像的膨胀运算BW1BW1为原始二值图像，为原始二值图像，为原始二值图像，为原始二值图像，SESE为结构元素，为结构元素，为结构元素，为结构元素，BW2BW2为膨为膨为膨为膨胀后的二值图像胀后的二值图像胀后的二值图像胀后的二值图像例：例：例：例： BW1=imread(text.tif);BW1=imread(text.tif); %生成生成生成生成4*24*2的结构元素，每个元素值都为的结构元素，每个元素值都为的结构元素，每个元素值都为的结构元素，每个元素值都为1 1 SE=ones(4,2SE=ones(4,2); ); BW2=imdilate(BW1,SE);BW2=imdilate(BW1,SE); subplot(1,2,1),imshow(BW1);subplot(1,2,1),imshow(BW1); subplot(1,2,2),imshow(BW2);subplot(1,2,2),imshow(BW2);30第8章 形态学图像处理8.5 MatLab函数n nBW2=imerode(BW1,SE) 实现二值图像的腐蚀运算实现二值图像的腐蚀运算实现二值图像的腐蚀运算实现二值图像的腐蚀运算 BW1BW1为原始二值图像，为原始二值图像，为原始二值图像，为原始二值图像，SESE为结构元素，为结构元素，为结构元素，为结构元素，BW2BW2为膨胀后的为膨胀后的为膨胀后的为膨胀后的二值图像二值图像二值图像二值图像 例：例：例：例： BW1=imread(text.tif);BW1=imread(text.tif); %生成生成生成生成4*24*2的结构元素，每个元素值都为的结构元素，每个元素值都为的结构元素，每个元素值都为的结构元素，每个元素值都为1 1 1 1 SE=ones(4,2);SE=ones(4,2); BW2=imdilate(BW1,SE);BW2=imdilate(BW1,SE); BW3=imerode(BW2,SE);BW3=imerode(BW2,SE); subplot(1,3,1),imshow(BW1);subplot(1,3,1),imshow(BW1); subplot(1,3,2),imshow(BW2);subplot(1,3,2),imshow(BW2); subplot(1,3,3),imshow(BW2);subplot(1,3,3),imshow(BW2);31第8章 形态学图像处理8.5 MatLab函数n nBW2=bwmorph(BW1,operation) BW2=bwmorph(BW1,operation,n)形态学运算族函数形态学运算族函数形态学运算族函数形态学运算族函数operationoperation为指定的形态学运算为指定的形态学运算为指定的形态学运算为指定的形态学运算 remove : remove : 去除内点，提取边界，即如果像素的去除内点，提取边界，即如果像素的去除内点，提取边界，即如果像素的去除内点，提取边界，即如果像素的4 4 4 4邻域邻域邻域邻域都为都为都为都为1 1 1 1，则像素值为，则像素值为，则像素值为，则像素值为0 0 0 0 skel, n=Inf : skel, n=Inf : 提取物体的骨架。即去除物体外边缘的提取物体的骨架。即去除物体外边缘的提取物体的骨架。即去除物体外边缘的提取物体的骨架。即去除物体外边缘的点，但是保持物体不发生断裂。点，但是保持物体不发生断裂。点，但是保持物体不发生断裂。点，但是保持物体不发生断裂。32第8章 形态学图像处理8.5 MatLab函数n nBW2=bwmorph(BW1,operation) BW2=bwmorph(BW1,operation,n)例例例例 BW1 = imread(circles.tif);BW1 = imread(circles.tif); imshow(BW1);imshow(BW1); BW2 = bwmorph(BW1,remove);BW2 = bwmorph(BW1,remove); BW3 = bwmorph(BW1,skel,Inf);BW3 = bwmorph(BW1,skel,Inf); figure, imshow(BW2)figure, imshow(BW2) figure, imshow(BW3)figure, imshow(BW3)33第8章 形态学图像处理小 结n n二值图像的集合表示及基本概念二值图像的集合表示及基本概念n n形态学的基本操作形态学的基本操作膨胀和腐蚀膨胀和腐蚀膨胀和腐蚀膨胀和腐蚀开操作和闭操作开操作和闭操作开操作和闭操作开操作和闭操作n n形态学算法形态学算法边界提取、区域填充和细化边界提取、区域填充和细化边界提取、区域填充和细化边界提取、区域填充和细化34第8章 形态学图像处理作业n n8.1 8.1 对下列图像（对下列图像（对下列图像（对下列图像（X X是图像，是图像，是图像，是图像，B B是结构元素）先腐蚀是结构元素）先腐蚀是结构元素）先腐蚀是结构元素）先腐蚀后膨胀处理，请画出处理之后的图像后膨胀处理，请画出处理之后的图像后膨胀处理，请画出处理之后的图像后膨胀处理，请画出处理之后的图像n n8.2 8.2 对上图像先膨胀后腐蚀处理，请画出处理之后的对上图像先膨胀后腐蚀处理，请画出处理之后的对上图像先膨胀后腐蚀处理，请画出处理之后的对上图像先膨胀后腐蚀处理，请画出处理之后的图像图像图像图像35第8章 形态学图像处理上机三上机三n n实现迭代阈值分割实现迭代阈值分割要求选择的图像中含有较多的独立目标物体要求选择的图像中含有较多的独立目标物体要求选择的图像中含有较多的独立目标物体要求选择的图像中含有较多的独立目标物体n n膨胀与腐蚀膨胀与腐蚀n n边界提取边界提取n n图像细化图像细化选取含有线状物体的图像选取含有线状物体的图像选取含有线状物体的图像选取含有线状物体的图像（后（后3 3题的图像必须是二值图像）题的图像必须是二值图像）36第8章 形态学图像处理