图像形态学腐蚀与膨胀方法研究Word文档下载推荐.docx
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关键词：
图像处理；
数学形态学；
腐蚀；
膨胀
Abstract
Withtheadvanceincomputertechnology,communicationtechnologychangesrapidlyupdatedanddeveloped,imageprocessingtechnologyhasmakeaspurtofprogressofdevelopmentinrecentyears,andsuccessfullyappliedtoalmostalldomainsrelatedtotheformationofimage,andplayaveryimportantrole.Itusesthecomputertocarryoutaseriesofoperationonthedigitalimage,soastoobtainsomeexpectedresults,imageprocessingoftenusingimageprocessingtechnologytoimprovethequalityoftheimage.Nowtheimageprocessingisstillinconstantdevelopment,extendingmoreapplicationfields,believethatthegradualdevelopmentofthedigitalimageprocessingtechnologywillmakeourlifebetter.
Inimageprocessing,thetheoryfoundationofmathematicalmorphologyisappliedwidelyinthefieldofdigitalimagesignalprocessing,useofimagemorphologyisthemainaccesstotheobjecttopologyandstructureinformation,someoperationalthroughtheobjectandthestructuralelementsofinteraction,obtainedtheobjectstateofnature.Inimageprocessing,morphologicalmainapplicationsare:
（1）byusingbasicoperationofmorphology,wereobservedandtheprocessingoftheimage,soastoachievethepurposeofimprovingtheimagequality.
（2）Thedefinitionanddescriptionofimagegeometricparametersandcharacteristics,suchasarea,perimeter,connectivity,particlesize,frameanddirectionetc..Thecorrosionandexpansionisthebasicalgorithmofmathematicalmorphologywhichmakestheresearchvalueofcorrosionandexpansionmethodforthegreaterincrease.Methodofimagemorphologyofcorrosionandexpansionisusedinmanyaspects,thispaperwiththemethodofimagecorrosionexpansiontheoryanalysisasthekeypoint,arounditsexcellentperformanceinmanyimagesprocessingscheme,graduallylinkedtothecontentoftheimage.Toshowtheimageofcorrosionandexpansionmethodresearchimportantcontentofmulti-levelpresentationtechniques.Themainworkofthispaperincludes:
（1）usingVisualC++6.0Software.
（2）Studythebasictheoryandtheexpansionoftheimagemorphologyofcorrosiondepth,applicationandexpansionofresearchinimageprocessingcorrosion.（3）Accordingtoastudyonthemethodofimagemorphologyofcorrosionandexpansion,realizationoferosionanddilationalgorithmbyVisualC++6.0Software,mastertheimplementationprocessoferosionanddilationalgorithm.Thispaperfocusesonhowthelevelofcorrosionandexpansionofcorrosion,afullrangeofverticalhorizontalexpansion,verticalexpansion,afullrangeexpansion,openoperationandcloseoperationtocompletetheprinciple,stepsandtheirrealization.
Throughtheresearchtoaseriesofmoreclearcorrosionandexpansionmethodhasplayedanirreplaceableroleinthedevelopmentofimageprocessing.
Keywords:
Imageprocessing;
mathematicalmorphology;
corrosion;
expansion
目录
1绪论1
1.1引言1
1.2课题研究现状1
1.3课题目的和意义2
2开发环境VisualC++介绍3
2.1VisualC++6.0介绍3
2.2VisualC++软件平台介绍4
2.2.1单文档格式4
2.2.2界面板部分5
2.2.3程序控制部分5
2.3设计中的MFC介绍5
3腐蚀与膨胀的基本原理7
3.1图像的腐蚀7
3.2图像的膨胀8
3.3开运算10
3.4闭运算11
4图像腐蚀与膨胀处理12
4.1CDIB类库的建立12
4.1.1CDIB类库的功能12
4.1.2CDIB类的构造12
4.2图像腐蚀与膨胀处理的实现15
4.2.1水平腐蚀处理实现15
4.2.2垂直腐蚀处理实现17
4.2.3全方向腐蚀处理实现19
4.2.4水平膨胀处理实现22
4.2.5垂直膨胀处理实现24
4.2.6全方位膨胀处理实现26
5实验结果及讨论29
5.1腐蚀处理结果29
5.2膨胀处理结果31
5.3开闭运算处理结果32
5.3结果讨论34
结论35
致谢37
参考文献38
附录A英文原文39
附录B汉语翻译47
1绪论
1.1引言
随着计算机技术的日益发展，图像信息已成为人类认识世界的重要知识来源，人们研究发现，人类从外界获得的信息约有75％来自图像。
在图像形成、传输或变换的过程中，由于受到其它客观因素诸如系统噪声、曝光不足或过量、相对运动等影响，获取图像往往会与原始图像之间产生某种差异（称为降质或退化）。
退化后的图像通常模糊不清或者经过机器提取的信息量减少甚至错误，因此必须对其采取一些手段进行改善。
利用计算机对图像进行各种形式的处理，促进了图像处理技术的发展。
图像形态学腐蚀与膨胀方法本身就是图像处理中最具有吸引力的领域之一，而图像的灰度是进行图像识别与处理的基础，在对其进行分析处理时，我们需要完成：
a.读取数字图像的基础数据，b.对灰度图像和24位图像进行分析与处理，完成图像腐蚀与膨胀变换。
实验表明，该程序可以较准确地对图像进行腐蚀与膨胀变换，达到了研究腐蚀与膨胀方法的预期目的[1]。
该文介绍了用不同的结构元素对图像进行水平腐蚀、垂直腐蚀、全方位腐蚀、水平膨胀、垂直膨胀、全方位膨胀、开运算以及闭运算的图像处理，从而等到不同的处理结果。
并且利用VC++6.0执行效率高，可继承、封装等方法，对腐蚀与膨胀算法实现。
1.2课题研究现状
数学形态学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。
数学形态学的历史可回溯到19世纪。
1964年法国的Matheron和Serra在积分几何的研究成果上，将数学形态学引入图像处理领域，并研制了基于数学形态学的图像处理系统。
1982年出版的专著《ImageAnalysisandMathematicalMorphology》是数学形态学发展的重要里程碑，表明数学形态学在理论上趋于完备及应用上不断深入。
数学形态学蓬勃发展，由于其并行快速，易于硬件实现，已引起了人们的广泛关注。
目前，数学形态学已在计算机视觉、信号处理与图像分析、模式识别、计算方法与数据处理等方面得到了极为广泛的应用[2]。
数学形态学可以用来解决抑制噪声、特征提取、边缘检测、图像分割、形状识别、纹理分析、图像恢复与重建、图像压缩等图像处理问题[3]。
1.3课题目的和意义
近年来，形态学图像处理已经发展成为图像处理的一个主要研究领域。
数学形态学是一门建立在严格数学理论基础上的学科，其基本思想和方法对图像处理的理论和技术产生了重大影响。
许多非常成功的理论模型和视觉检测系统都采用了数学形态学算法作为其理论基础或组成部分。
事实上，数学形态学已经构成一种新型的图像处理方法和理论，形态学图像处理已成为计算机数字图像处理的一个主要研究领域。
这门学科在计算机文字识别，计算机显微图像分析（如定量金分析，颗粒分析），医学图像处理，工业检测（如印刷电路自动检测），机器人视觉等方面都取得了许多非常成功的应用一些形态学的算法，已经做成了计算机芯片，许多研究成果已经作为专利出售，其影响已波及到与计算机图像处理有关的各个领域，包括图像增强、分割、恢复、边缘检测、纹理分析、颗粒分析、特征生成、骨架化、形状分析、压缩、成分分析及细化等诸多领域。
目前，有关形态学的技术和应用正在不断地发展和扩大[4]。
所以，对数学形态学的理论研究是非常有意义的。
随着计算机技术的发展，图像及信号处理技术越来越为大众所需求。
数学形态学不仅提供了描述和分析图像几何及形状特征的多种技术和方法，同时它对于经典的图像处理技术也产生了极大的影响并扩展了原有的技术。
基于数学形态学的图像处理技术是一种采用集合的概念表示图像、非线性叠加方式描述图像的非线性系统技术，称之为形态系统，它广泛地应用于生物医学和电子显微镜图像的分析以及数字图像处理和计算机视觉等领域，并已发展成为一种新型的图像处理方法和理论。
用于图像处理的形态系统，具有完备的结构和理论体系，是进行非线性性态分析和描述的有力工具。
本文结合目前的研究进展，对图像形态学的腐蚀与膨胀理论研究及其应用进展进行了综合性阐述。
目前已经有很多图像处理的方法，但是由于图像形态学的腐蚀与膨胀是基于集合论的方法，属于非线性处理，实际上相比传统的多种线性算法更加适合数字图像的处理。
图像形态学的腐蚀与膨胀可以通过对结构元素的调整实现各种场合条件下的应用，且容易用硬件实现，所以利用图像形态学的腐蚀与膨胀进行图像处理已经渐渐发展为与线性方法并行的主流方向。
2开发环境VisualC++介绍
2.1VisualC++6.0介绍
VisualC++是Microsoft公司在1998年推出的基于windows9X和windowsNT的优秀集成开发环境。
该开发环境为用户提供良好的可视化编程环境，程序员可以利用该开发环境轻松地访问C++源代码编辑器、资源编辑器和使用内部调试器，并且可以创建项目文件。
VisualC++6.0不仅包括编译器，而且它还包括了许多有用组件，通过这些组件的协同工作，可以在VisualC++6.0集成环境中轻松地完成创建源文件，编辑资源，以及对程序的编译连接和调试等各项工作.实际中，更多的是以VisualC++6.0为平台。
VisualC++6.0不仅是一个C++编译器，而且是一个基于Windows操作系统的可视化集成开发环境（integrateddevelopmentenvironment,IDE）。
VisualC++6.0由许多组件组成，包括编辑器、调试器以及程序向导AppWizard、类向导ClassWizard等开发工具这些组件通过一个名为DeveloperStudio的组件集成为和谐的开发环境。
VisualC++可以分成两个最主要的部分：
1．DeveloperStudio DeveloperStudio包含一个功能强大的编辑器，可以编辑将被编译成Windows程序的VisualC++源文件。
这个编辑器有点象字处理器，但是没有字处理器具备的复杂的排版、文本格式等功能，它注重的是如何帮助程序员快速高效地编制程序。
它具有以下特点：
（1）自动语法。
用高亮度和不同颜色的字来显示不同的语法成分，如注释、关键字和一般代码用不同的颜色显示。
（2）自动缩进。
帮助你排列源代码，使其可读性更强。
（3）参数帮助。
在编辑时用到预定义的windows函数时，可以自动为你显示函数参数。
（4）集成的关键字帮助。
能够使你快速得到任何关键字、MFC类或Windows函数的帮助信息。
（5）拖放编辑。
能够用鼠标选择文本并自由拖动到任意位置。
（6）自动错误定位。
能自动将光标移动到有编译错误的源代码处。
2．MFC微软基础类（MicrosoftFoundationClasses）,实际上是微软提供的,用于在C++环境下编写应用程序的一个框架和引擎,VC++是WinOS下开发人员使用的专业C++SDK（专业软件开发平台）,MFC就是挂在它之上的一个辅助软件开发包,MFC作为与VC++血肉相连的部分（注意C++和VC++的区别:
C++是一种程序设计语言,是一种大家都承认的软件编制的通用规范,而VC++只是一个编译器,或者说是一种编译器+源程序编辑器的IDE,WS,PlatForm,这跟Pascal和Dephi的关系一个道理,Pascal是Dephi的语言基础,Dephi使用Pascal规范来进行Win下应用程序的开发和编译,却不同于Basic语言和VB的关系,Basic语言在VB开发出来被应用的年代已经成了Basic语言的新规范,VB新加的Basic语言要素,如面向对象程序设计的要素,是一种性质上的飞跃,使VB既是一个IDE,又成长成一个新的程序设计语言）,MFC同BC++集成的VCL一样是一个非外挂式的软件包,类库,只不过MFC类是微软为VC++专配的。
DeveloperStudio和MFC把所有的VisualC++工具结合在一起，集成为一个整体，它具有如下特点：
（1）开发环境DeveloperStudio由一套集成工具组成，用于开发Windows32环境下运行的应用程序。
（2）提供强大的类库工具（MFCAppWizard、ClassWizard等）。
（3）DeveloperStudio以项目工作区组织元件、项目及项目的配置等。
（4）MFC类库支持多线程应用程序开发。
（5）提供了最快的集成数据库访问，能让用户开发出功能强大的数据库应用程序。
（6）具有强有力的Internet支持。
（7）对OLE提供强有力的支持[5]。
2.2VisualC++软件平台介绍
VC++6.0软件主要有编译部分，运行部分，面版部分组成由于平滑处理所用的界面并不是一般的头文件和源文件而是用单文档格式利用面板来编写界面和程序的。
2.2.1单文档格式
单文档格式是基于VC++6.0编程的一种格式，它允许建立对话框并在对话框对应的函数中进行编程如图2.1所示。
图2.1单文档格式
2.2.2界面板部分
界面板部分是一个很直观的控制板，用户在设计时可以直接在控制板上添加按扭文本对话框但是在设计按扭和文本对话框的同时要为他们定义ID，如果一个按扭或者文本没有ID那么他们就不会生效，换句话说，没有ID的界面板是一个空的面板，是没有任何意义的。
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，它把面板中大部分对话框，按扭等功能附在里面使得按扭对话框控件生效，程序控制部分初始是分为四大部分：
虚拟覆盖函数；
框架函数；
视类；
文档函数。
这些函数分别负责界面的部分。
2.3设计中的MFC介绍
MFC是MicrosoftFoundationClass（微软基础类）的缩写。
从物理角度看，它是一个庞大的类库，包含可控制计算机系统方方面面的类库，它对应的是Windows系统目录下的一系列mfc*.dll文件；
从逻辑角度看，它是一个面向对象的应用程序框架，程序员可以使用这一框架创建Windows应用程序。
MFC的组织是以C++类的层次形式组织在一起的，几个高层类提供一般功能，而低层类实现更具体的功能，每一个低层类都从高层类派生而来，因此继承了高层类的功能。
例如，CWnd类是所有Windows窗口的大多类的高层类，此类具备的功能包括打印文本、绘制图形及处理用户的输入等。
CsplitterWnd类是从CWnd类派生而来的，因此就具有CWnd类的功能。
CsplitterWnd类实现一种可拆分的窗口，用户通过它可以将一个窗口拆分为多个窗口，Windows下的资源管理器就是使用拆分窗口来显示有关计算机资源信息的。
MFC处理很多与Windows相关的常见任务。
如，在后台做消息处理及对消息进行路由选择，无需程序员在每一个开发的Windows应用程序中编写相同的消息处理循环，MFC已经实现了这一消息循环，并对大多数常见的消息提供了易学易用的消息响应函数。
例如，OnPaint（）就是CWnd类的一个成员函数，是对WM_PAINT消息进行响应的一个虚成员函数[6]。
除了类的层次外，MFC也提供了一个应用程序开发框架，此框架被称为文档/视图架构。
文档/视图架构是将应用程序所需数据的处理与显示相分离的一种编程模式，该框架容许这两部分程序独立存在，当修改其中一部分的时候，不会大量改动另一部分。
3腐蚀与膨胀的基本原理
3.1图像的腐蚀
腐蚀是数学形态学的两种最为基本的运算之一，腐蚀在数学形态学中的作用是消除物体边界点，使边界向内部收缩的过程，可以把小于结构元素的物体去除。
这样选取不同大小的结构元素，就可以去除不同大小的物体。
如两个物体间有细小的连通，通过腐蚀可将两个物体分开。
腐蚀的数学表达式见式（3.1）。
S=X
B={x,y|BxyX}（3.1）
在公式中S表示腐蚀后的二值图像集合,B表示用来进行腐蚀的结构元素,结构元素内的每一个元素取值为0或1，它可以组成任何一种形状的图形，在B图形中有一个中心点；
X表示原图像经过二值化后的像素集合。
此公式的含义是用B来腐蚀X得到的集合S，S是由B完全包括在X中时B的当前位置的集合。
通常是拖动结构元素在X图像域移动，横向移动间隔取1个像素，纵向移动间隔取1个扫描行。
在每一个位置上,当结构元素B的中心点平移到X图像上的某一点（x，y），如果结构元素内的每一个像素都与以（x,y）为中心的相同邻域中对应像素完全相同那么就保留（x，y）像素点，对于原图中不满足条件的像素点则全部删除，从而达到使物体边界向内收缩的效果。
为了进一步说明腐蚀的原理，下面通过图3.2来说明。
图3.2X
B示意图
如图3.2所示左边是被处理的图像二值图像，针对的是黑点,中间是结构元素B,标有1的点是中心点,即当前处理元素的位置，用B的中心点和X上的点一个一个地对比,如果B上的所有对应的点都在X的范围内，则该点保留，否则将该点去掉；
右边是腐蚀后的结果。
可以看出，它仍在原来X的范围内，且比X包含的点要少，就像X被腐蚀掉了一层。
（a）原图（b）结构元素（c）腐蚀示意图
图3.3腐蚀示意图
如图3.3所示用结构元素B（如图（b）所示）对目标图像X（如图（a）所示）进行腐蚀运算并得到运算结果（如图（c）所示）的过程。
图（a）中白色的部分代表背景
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