[發明專利]圖像處理中的改進形態學濾波方法

無效

• 申請號: 200910045075.0
• 申請日: 2009-01-08
• 公開（公告）號: CN101482970A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發明（設計）人: 李建勛;朱金標
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種圖像處理技術領域的方法，具體是一種圖像處理中的改進形 態學濾波方法。

背景技術

基于數學形態學的圖像處理是近年來興起的一種頗為新穎的圖像處理技術， 從集合的角度來對信號進行幾何形態分析和描述?，F在，數學形態學已經廣泛應 用于圖像處理與分析、圖像去噪、模式識別、人工智能、機器視覺、工業檢測、 生物醫學工程等領域，發揮巨大功能，并不斷發展和完善。形態學濾波，究其本 質，可分解為形態學變換與結構元素選取兩個基本的問題。腐蝕和膨脹是數學形 態學的兩個基本操作，利用這兩個基本操作可以組合構成許多具有不同特性的形 態學濾波；當形態學變換確定后，形態學濾波的性能就僅僅取決于結構元素的選 取，包括結構元素的形狀和參數值，選取不同的結構元素會導致濾波對不同幾何 結構元素的分析和處理。

由腐蝕和膨脹組合構成的開、閉操作是數學形態學的兩個最基本操作，具有 高通濾波的某些特性，被廣泛應用于圖像平滑處理：開操作可以去掉圖像中的一 些孤立子域和毛刺，去除圖像中的亮噪聲；閉操作可以填充圖像中的一些小洞和 將兩個鄰近的目標連接起來，能有效去除圖像中的暗噪聲。由于數字圖像中可能 同時存在亮、暗噪聲的干擾，而單獨的開操作或閉操作存在有向性，即分別只能 對圖像中的一種噪聲進行有效地抑制和消除。為了能夠去除圖像中的亮、暗噪聲， 可以先后對圖像進行開操作和閉操作，則必然會增加處理的時間和復雜度。

經對現有技術的文獻檢索發現，P.T.Jackway在Electronics?Letters (2000)(電子快報)上發表的“Improved?morphological?top-hat”(改進的形 態學top-hat)，該文中提出了改進的形態學Top-Hat算子在腐蝕階段引入了一 種環形結構元素，從而使此方法經過一次操作處理即可同時去除圖像中的亮、暗 噪聲，提高了處理效率，降低了平滑處理的操作量。其不足之處在于，當圖像中 噪聲密度較大且圖像背景存在一定灰度梯度時，改進的形態學Top-Hat算子性能 下降，往往不能完全有效地去除圖像的噪聲。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的不足和缺陷，提出了一種圖像處理中 的改進形態學濾波方法，通過構造環形結構元素，并將環形結構元素分解為八個 方向窗口來分別感知圖像背景的灰度梯度；同時，結合中值濾波和極小值濾波構 建的改進的形態學濾波方法，不僅能夠保持中值濾波去噪的性能，而且兼顧了形 態學濾波能能夠有效保持圖像中目標的幾何特性的性能。從而克服了傳統形態學 開操作或閉操作一次只能去除一種噪聲，改進的形態學Top-Hat算子在噪聲密度 大和圖像存在灰度梯度時性能下降，中值濾波不能保持圖像中目標的幾何特性等 缺點。

本發明是通過以下技術方案實現的，包括如下步驟：

第一步，定義內部結構元素和外部結構元素，由此構造一個環形結構元素；

第二步，采用環形結構元素對圖像進行改進的形態學腐蝕操作，得到腐蝕后 圖像；

第三步，利用扁平結構元素對所得到的腐蝕圖像進行傳統的膨脹操作，恢復 由于腐蝕操作造成的灰度平移和定義域的縮小。

所述構造一個環形結構元素，具體為：環形結構元素由內外兩部分嵌套而成： 內部結構元素B_i和外部結構元素B_o，且滿足B_i＜B_o，則環形結構元素B定義為： B＝B_o-B_i，即相當于從外部結構元素覆蓋區域中挖空內部結構元素覆蓋區域 后，余下的一個環形結構。環形結構元素值取相同的灰度值。

所述采用環形結構元素對圖像進行改進的形態學腐蝕操作，具體為：利用步 驟一構造的環形結構元素從上到下、從左到右依次遍歷并處理圖像中的每一個像 素點。在每一個待處理像素點，將環形結構元素分解為上、下、左、右、左上、 左下、右上、右下八個方向窗口，分別選取每一個方向窗口范圍內的灰度值的中 值，然后選取這些中值中的最小灰度值并作為當前處理像素點的灰度值。這一綜 合處理定義為改進的形態學腐蝕操作。這樣，經過改進的形態學腐蝕處理后，就 可以得到腐蝕后圖像。