数字图像形态学处理算法研究.doc

第一章 绪 论 1.1 概述 随着计算机技术的飞速发展，数字图像处理技术不断成熟。数字图像处理是一门关于如何使用计算机对图像进行处理的学科，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程[1]。数字图像处理技术是20世纪60年代随着计算机技术和VLSL的发展而产生、发展和不断成熟起来的一个新兴技术领域，与人类视觉的历史相比，它是一门相对年轻的学科。但在其短短的历史中，它已经给人类带来了巨大的经济和社会效益，广泛应用于几乎所有与成像有关的领域，在理论上和实际应用上都取得了巨大的成就，并引起各方面人士的广泛重视。有几个因素表明数字图像处理领域将一直保持持续发展的势头。其主要因素是图像处理所需的计算机设备的不断降价，处理器和大容量存储器都一年比一年便宜。第二个因素是图像数字化和图像显示设备越来越普及。诸多迹象表明计算机设备的价格将继续下降。 而数字图像中的数学形态学是一门新兴的图像分析学科，是一门建立在格论和拓扑学基础之上的图像分析学科，是数学形态学图像处理的基本理论，已发展成为图像处理的一个重要领域。数学形态学是以形态为基础对图像进行分析的教学工具，其基本思想是用具有一定形态的结构元素去度量和提取图像中的对应形状以达到对图像分析和识别的目的。 1.2 本论文的主要内容 本论文的主要内容如下：第一，根据有关资料，了解数字图像处理和形态学处理图像的基础知识；第二，在了解了这些基础知识的基础上，重点掌握形态学处理图像的腐蚀、膨胀、开运算和闭运算四种基本算法；第三，在掌握了四种基本运算的基础上，熟知二值图像与灰度图像各自的形态学算法的异同。第四，研究了数字图像形态学处理算法的总体设计流程。第五，分别研究了腐蚀、膨胀、开、闭运算的具体设计流程。 1.3本文的主要结构 本文主要阐述了数字图像处理和数学形态学的一些基本知识以及数学形态学的基本算法，并采用VC++作为开发工具，以Windows作为图像处理实施操作的运行平台对数字图像形态学处理算法进行了研究。以这些内容为中心，本论文的结构安排如下： 第一章为绪论部分，概述的介绍了数字图像处理和数学形态学； 第二章对数字图像处理和数学形态学的基础知识进行了介绍，主要包括其目的、研究内容、存在的优势和应用领域等方面； 第三章详细介绍了数学形态学的基本算法和算法之间的性质，并将二值图像和灰度图像的形态学算法分开进行了介绍，以便于比较它们之间的异同； 第四章总体介绍了数字图像形态学处理算法系统； 第五章则对本系统进行了详细的介绍。 第二章 数字图像处理及数学形态学的基本介绍 2.1 数字图像处理 2.1.1引言 所谓“数字图像处理”就是对一个物体的数字表示施加一系列的操作，以得到所期望的结果。处理的过程中能改变图片的样子使其更称心或更具吸引力，或者达到某种预定的目标。数字图像处理离不开计算机，因此又称计算机图像处理。 2.1.2进行数字图像处理的目的 进行数字图像处理主要有以下三个目的： (1) 提高图像的视感质量，以达到赏心悦目的目的。如去除图像中的噪声，改变图像的亮度、颜色，增强图像中的某些成分、抑制某些成分，对图像进行几何变换等，从而改善图像的质量，以达到或真实的、或清晰的、或色彩丰富的、或意想不到的艺术效果。 (2) 提取图像中所包含的某些特征或特殊信息，以便于计算机进行分析，例如，常用做模式识别、计算机视觉的预处理等。 (3) 对图像数据进行变换、编码和压缩，以便于图像的存储和传输。 2.1.3数字图像处理的发展 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（JPL）。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，以致获得了月球的地形图、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CT（C