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Morphology

2019-09-02·Digital Image Processing

形态学基本概念

  • 形态学(morphology):生物学的分支,研究动植物形态和结构
  • 数学形态学:提取表示区域形状的图像成分
    • 数学语言:集合论
  • 集合的反射:B^={w∣w=−b,∀b∈B}\hat B=\{w|w=-b,\forall b\in B\}
  • 集合的平移:(B)z={c∣c=b+z,∀b∈B}(B)_z=\{c|c=b+z,\forall b\in B\}
  • 结构元:研究图像性质的小集合(子图像),黑点表示结构元的原点
    • 矩形填充:背景,使可以容纳结构元
  • 腐蚀(erosion):A⊖B={z∣(B)z⊂A}={z∣(B)z∩Ac=∅}A\ominus B=\{z|(B)_z\subset A\}=\{z|(B)_z\cap A^c=\emptyset\} BB对AA的腐蚀
    • 形态学滤波
  • 膨胀(dilation):A⊕B={z∣(B^)z∩A≠∅}=⋃b∈B(A)bA\oplus B=\{z|(\hat B)_z\cap A\neq\emptyset\}=\bigcup_{b\in B}(A)_b
  • (A⊖B)c=Ac⊕B^(A\ominus B)^c=A^c\oplus\hat B
  • (A⊕B)c=Ac⊖B^(A\oplus B)^c=A^c\ominus\hat B
  • 开操作(opening)
    • 平滑轮廓,断开窄连接,消除细突出
    • A∘B=(A⊖B)⊕B=∪{(B)z⊆A}A\circ B=(A\ominus B)\oplus B=\cup\{(B)_z\subseteq A\}
  • 闭操作(closing)
    • 平滑轮廓,熔合窄间断,消除缝隙和孔洞
    • A⋅B=(A⊕B)⊖B={z∣(B)z∩A≠∅}A\cdot B=(A\oplus B)\ominus B=\{z|(B)_z\cap A\neq\emptyset\}
  • hit-or-miss 变换:检测图像中的形状
    • A⋆B=(A⊖D)∩[Ac⊖(W−D)]A\star B=(A\ominus D)\cap[A^c\ominus(W-D)]
    • BB 为集合DD及其背景

形态学基本算法

提取图像成分,预处理与后处理

  • 边界提取:集合AA的边界β(A)=A−(A⊖B)\beta(A)=A-(A\ominus B)
  • 孔洞填充
    • 孔洞:由前景像素连成的边界包围的背景区域
    • 填充算法:Xk=(Xk−1⊕B)∩AcX_k=(X_{k-1}\oplus B)\cap A^c 直到 Xk=Xk−1X_k=X_{k-1}
      • X0X_0:孔洞内的初始点设为 11,其余为 00
      • BB:十字
  • 连通分量提取
    • Xk=(Xk−1⊕B)∩AX_k=(X_{k-1}\oplus B)\cap A 直到 Xk=Xk−1X_k=X_{k-1}
      • X0X_0:连通分量的初始点设为 11,其余为 00
      • BB 八连通
  • 凸包计算
    • 凸包 HH:包含原集合的最小凸集合
    • 凸缺 H−SH-S
    • 凸包算法
      • 四个结构元
      • Xki=(Xk−1i⋆Bi)∪A,i=1,2,3,4,k=1,2,3,4X_k^i=(X_{k-1}^i\star B^i)\cup A,i=1,2,3,4,k=1,2,3,4
      • 加额外约束
  • 细化:A⊗B=A−(A⋆B)A\otimes B=A-(A\star B)
  • 粗化:A⊙B=A∪(A⋆B)A\odot B=A\cup(A\star B)
  • 骨架 S(A)S(A):∀z∈S(A),(D)z\forall z\in S(A),(D)_z 为以 z∈Az\in A 为中心的最大圆盘,则不存在包含 (D)z(D)_z 且位于 AA 内的更大圆盘
    • 骨架搜索算法
      • Sk(A)=(A⊖kB)−(A⊖kB)∘BS_k(A)=(A\ominus^k B)-(A\ominus^k B)\circ B
      • K=max⁡{k∣(A⊖kB)≠∅}K=\max\{k|(A\ominus^k B)\neq\emptyset\}
      • S(A)=⋃k=1KSk(A)S(A)=\bigcup_{k=1}^K S_k(A)
    • 重构集合:A=⋃k=0K(Sk(A)⊕kB)A=\bigcup_{k=0}^K(S_k(A)\oplus^k B)
  • 裁剪(pruning):去除骨架中的寄生分量(毛刺)
    • 假设寄生分量短