第8章 二值图像处理

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开运算是对原图先进行腐蚀处理,后再进 行膨胀的处理。 开运算的主要作用与腐蚀类似,但它可以 在分离粘连目标物的同时,基本保持原目 标物的大小。
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开运算 —— 运算示例
腐蚀
膨胀
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闭运算—— 算法原理
闭运算是对原图先进行膨胀处理,后再进 行腐蚀的处理。 闭运算的主要作用与膨胀类似,但它可以
在合并断裂目标物的同时,基本保持原目
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8.1.2 内部点与边界点
在每个连通域中,与背景相邻接的点称为边界点, 与背景不相邻接的点称为内部点。下图所示是在四 连接与八连接定义下的内部点与边界点的示意图。 从下图(b)可以看到,在四连接定义下,内部点是 “在当前点的八近邻像素点中,没有值为0的点”, 而在八连接定义下,内部点是“在当前点的四近邻 像素点中,没有值为0的点”。
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8.5 细线化方法
细线化能够实现从文本等图像信息中抽取骨架。 所谓细线化,就是从原来的图中去掉一些点,但仍要 保持原来的形状,即保持原图的骨架。 对于骨架,可以理解为图象的轴线,例如一个长方形 的骨架是它的长方向上的中轴线;正方形的骨架是它 的中心点;圆的骨架是它的圆心,直线的骨架是它自 身,孤立点的骨架也是自身。 怎样判断一个点是否能去掉呢?显然,要根据它的八 个相邻点的情况来判断。
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腐蚀 —— 应用
腐蚀处理可以将粘连在一起的不同目标 物分离,并可以将小的颗粒噪声去除。
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8.2.2 膨胀
膨胀是将与目标区域的背景点合并到该目标 物中,使目标物边界向外部扩张的处理。
膨胀可以用来填补目标区域中存在的某些空 洞,以及清除包含在目标区域中的小颗粒噪 声。
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膨胀 —— 设计思想
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作业
1、P166第6题所示图像
1)对第6题的图像进行 一次腐蚀处理; 2)对第6题的图像进行 一次膨胀处理。
1 1 1 f 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0
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总结一下,有如下的判据: 1.内部点不能删除; 2.孤立点不能删除; 3.直线端点不能删除 4.如果P是边界点,去掉P后,不改变连通性, 则P可以删除。
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细线化算法示例
根据上述的判据,事先做出一张表,相邻点共 8个, 共有256种情况。故表共中有256个元素,每个元素 对应的情况要么是0(保留),要么是1(删除)。 根据前景点的八个相邻点的情况查表,若表中元素 是1,则表示该点可删,否则保留。 根据这张表,逐行将整个图象扫描一遍,对于每个 点(不包括边界点),计算它对应在表中的索引, 若为0,则保留,否则删除该点。如果这次扫描没有 一个点被删除,则循环结束,剩下的点就是骨架点, 如果有点被删除,则进行新的一轮扫描,如此反复, 直到没有点被删除为止。
腐蚀与膨胀
腐蚀与膨胀属非线性逻辑模板 非线性逻辑模板不能用简洁的数学形式表达。 它实际上是对邻域内的象素分布模式进行分类后, 根据不同的模式而给出不同处理。 下面给出的各种算法都是针对二值图象的。处理中 均使用一定尺寸的模板(结构元素--SE),并假定 图中背景象素灰度值为0,景物象素值为1。 有两种典型的非线性逻辑模板: ①腐蚀 ②膨胀
0 0 0 0 0 0
1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
注:图像画面上边框处不能被结构元素覆盖的部 分可以保持原来的值不变,也可以置为背景。
1 1 1
1 0 0 0 0 0 0
1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0
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膨胀 —— 应用
膨胀处理可以将断裂开的目标物进行合并, 便于对其整体的提取。
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8.1.5 链码
链码是对线宽为一个像素的细线的 轨迹进行描述的编码; 链码方法是对其坐标序列进行方向 编码的方法。采用链码方法可以对细 线的走向进行清晰的描述与分析。 右图给出了八个方向的编码定义, 根据这个方向码的定义,即可求出一 条细线的链码。在计算细线的链码时, 从选定的某个端点出发,按着逆时针 方向搜索下一个细线上的点,并根据 与前一个点的方向位置,对这一点进 行编码,直到终点。
结构元素
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腐蚀 —— 算法步骤
1)扫描原图,找到第一个像素值为1的目标点;
2)将预先设定好形状以及原点位置的结构元素的原点 移到该点;
3)判断该结构元素所覆盖区域的像素值是否全部为 1:
如果是,则腐蚀后图像中的相同位置上的像素值为1; 如果不是,则腐蚀后图像中的相同位置上的像素值为0;
4)重复2)和3),直到所有原图中像素处理完成。
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以右图为例,进行该细线的链 码计算(为方便观察,图中未标 注数值的像素点上的值为0)。 如果以实线框中的像素为起点, 虚线框中的像素为终点,则可得 到该线的链码为: 1,0,7,6,5,5,5, 6 , 0, 0, 0 , 0
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8.1.6 几何特征的测量
在图像处理与分析技术中,许多场合下对所拍摄的 图像进行二值化处理,然后对所分割出的目标区域 进行几何特征的测量。 最基本的二值图像中的几何特征量包括: 1. 面积 2. 周长 3. 质心 4. 圆形度 5. 矩形度 6. 长宽比
标物的大小。
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闭运算 —— 运算示例
膨胀
腐蚀
问题:本例未能将分裂成两个连通域的目标合并, 怎么办?
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开、闭运算的变形
如果当按照常规的开运算不能分离粘连, 或者是闭运算不能合并断裂: 对于开运算可以先进行N次腐蚀,再进行 N次膨胀; 对于闭运算可以先进行N次膨胀,再进行 N次腐蚀。
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变形闭运算的示例
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质心
质心原本意思是物体的质量中心。 在二值图像中,采用质心的概念,可以对连通域的 几何中心进行描述。为了借用质心的概念,假设二值 图像的每个像素的“质量”是完全相同的。在此前提 下,质心的计算公式定义如下:
其中,S表示连通域; NS为连通域中像素的个数; (xm,ym)为质心点的坐标。
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例如,下图所示连通域的质心为
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8.4.2 轮廓跟踪
轮廓跟踪,顾名思义就是通过顺序找出边缘点来跟 踪出边界。 简单二值图象闭合边界的轮廓跟踪算法:首先按从 上到下,从左到右的顺序搜索,找到的第一个非前景 点一定是最左上方的边界点,记为A。它的右,右下, 下,左下四个邻点中至少有一个是边界点,记为B。从 开始B找起,按右,右上,上,左上,左,左下,下, 右下的顺序找相邻点中的边界点C。如果C就是A点, 则表明已经转了一圈,程序结束。 否则从C点继续找, 直到找到A为止。 判断是不是边界点很容易:如果它的上下左右四个 邻居都是前景点则该点不是边界点,否则是边界点。
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8.3 开运算与闭运算
前面介绍的膨胀与腐蚀运算,对目标物的后 处理有着非常好的作用。但是,腐蚀和膨胀
运算的一个缺点是,改变了原目标物的大小。
为了解决这一问题,考虑到腐蚀与膨胀是一
对逆运算,将膨胀与腐蚀运算结合起来进行。
由此便构成了开运算与闭运算。
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腐蚀与膨胀的联合应用
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开运算 —— 算法原理
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当前点与近邻点的不同连接方式
(1)不能删,因为它是个内部点,我们要求的是骨架,如 果连内部点也删了,骨架也会被掏空的; (2)不能删,和(1)是同样的道理; (3)可以删,这样的点不是骨架; (4)不能删,因为删掉后,原来相连的部分断开了; (5)可以删,这样的点不是骨架; (6)不能删,因为它是直线的端点,如果这样的点删了, 那么最后整个直线也被删了,剩不下什么; (7)不能删,因为孤立点的骨架就是它自身。
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腐蚀 —— 例题
0 0 0 0 0 0
1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 11 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1
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8.2.1 腐蚀
腐蚀是一种消除连通域的边界点,使边界 向内收缩的处理。可以用来消除小且无意 义的目标物。 如果两目标物间有细小的连接,可以选取 足够大的结构元素,将细小连接腐蚀掉。 例:
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腐蚀 ——设计思想
设计一个结构元素,结构元素的原点定位 在待处理的目标像素上,通过判断是否覆 盖,来确定是否该点被腐蚀掉。
四近邻与八近邻
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若当前点像素值为1,其四近邻像素中至少有一个点 像素值为1,即认为两点间存在通路,称为四连接。 同样,如果其八近邻像素中至少有一个点的像素值 为1,称为八连接。
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在搜索边界轮廓时,如图8.2所示,四连接的路径 (见图 8.2(a))与八连接的路径(见图8. 2(b))各不相 同。换句话说,图8. 2(c)中的两点之间的关系在八 连接的意义下是连通的,而在四连接意义下是不连 通的。 将相互连接在一起的像素 值全部为1的像素点的集 合称为一个连通域,如右 图(b)所示。
设计一个结构元素,结构元素的原点定位在 背景像素上,判断是否覆盖有目标点,来确 定是否该点被膨胀为目标点。
结构元素
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膨胀 —— 算法步骤
1)扫描原图,找到第一个像素值为0的背景点;
2)将预先设定好形状以及原点位置的结构元素的原 点移到该点; 3)判断该结构元素所覆盖区域的像素值是否存在为1 的目标点:
1 xm (3 2 5 3 5 4 5 5 3 6) 4 21 1 ym (3 2 5 3 5 4 5 5 3 6) 4 21
因此,该连通域的质心为(xm, ym)=(4,4)。
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8.2 腐蚀与膨胀
二值图像中的一种主要处理是对所提取的目标图形进 行形态分析。而形态处理中最基本的是腐蚀与膨胀。 腐蚀与膨胀是两个互为对偶的运算。腐蚀处理的作用 是将目标图形收缩,而膨胀处理的作用是将目标图形 扩大。 为了实现腐蚀与膨胀,数学形态学提出了结构元素的 概念。所谓结构元素是指具有某种确定形状的基本结 构元素,例如,一定大小的矩形、圆或者菱形等。 腐蚀处理可以表示成用结构元素对图像进行探测,找 出图像中可以放下该结构元素的区域。 膨胀处理可以理解成是对图像的补集进行腐蚀处理。一次膨胀二来自膨胀 一次腐蚀二次腐蚀
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8.4.1 轮廓抽取
8.4 轮廓抽取与轮廓跟踪
用下述算法可以很简单地抽取二值图象的轮廓线。
1. 若当前中心象素值为0,不问其余8象素的值如何,一律 保留中心象素值为0; 2. 若中心象素值为1,且其余8个象素全为1,则改变中心 象素值为0; 3. 除此以外,全部将中心象素值设为1。
1. 首先是区分所提取出的不同的目标物;
2. 之后,对不同的目标物特征差异进行描 述与计算; 3. 最后获得所需要的分析结果。
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本章内容简介
二值图像中的基本概念 腐蚀与膨胀 开运算与闭运算 轮廓抽取与轮廓跟踪 细线化方法
8.1 二值图像中的基本概念
8.1.1 四连接与八连接
如图,标记为0的位置为当前像素点,其周围的八 个像素点分别标记为1-8,这八个像素称为当前像 素点的八近邻,而其中标记为1,3,5,7的四个像 素是当前像素点的四近邻。
如果是,则膨胀后图像中的相同位置上的像素值为1;
如果不是,则膨胀后图像中的相同位置上的像素值为0;
4)重复2)和3),直到所有原图中像素处理完成。
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膨胀 —— 例题
0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 01 1 01 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0
第8章 二值图像处理 (数学形态学处理)
二值图像分析 —— 问题的提出
经过图像分割之后,获得了目标物与非目标 物两种不同的对象。但是提取出的目标物可 能仍存在以下的问题:
1)提取的目标中存在伪目标物;
2)多个目标物中,存在粘连或者是断裂;
3)多个目标物存在形态的不同。
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二值图像分析的目的
二值图像的分析
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