形態學影像處理膨脹 (Dilation) 、侵蝕 (Erosion)

形態學影像處理膨脹(Dilation)、侵蝕(Erosion) 計算攝影學─期末報告 601415056 電機所周柏廷

Outline • Introduction toMorphology • Application of Morphology • ProgramFlow • Gray Image • Binary Image • Concept of Morphology Logic • Erosion • Dilation • Opening and Closing • Introduction to Qt UI Platform • Environment • Demo • Reference

Introduction toMorphology • 這裡指的非生物學上的形態學，而是數學上的形態學 • 使用多變的遮罩來達到改變偵測結果的一種方式，主要行為分為 • 侵蝕(Erosion) • 膨脹(Dilation) • 斷開(Opening) • 閉合(Closing) • 應用大多假設為二值化影像(Binary image)，由二值化影像開始後續處理。 • 若非二值化影像 • 侵蝕=最小化濾波器(Minimum Filter) • 膨脹=最大化濾波器(Maximum Filter)

Application of Morphology 增強字跡醫學影像檢視 (X光影像) 指紋的紋路特徵萃取

ProgramFlow User Interface Reset

Gray Image • 彩色影像儲存方式為每個pixel由RGB三原色固定排列組成 • 灰階影像的pixel值則是由用RGB經過經驗權重得出，算式如下 • Gray = 0.299 * Red + 0.587 * Green + 0.114 * Blue • 得到的灰階值放回每個pixel值裡面的RGB位置，即可呈現灰階圖

Binary Image • 二值化的動作是利用 pixel-by-pixel operation 把一張灰階圖（gray image）變成一張「只有黑、白」二值的圖 • 假定原來的灰階圖為 F，其中任何一個像素 f(i, j)的亮度值都是介於 [0, 255] • 此外再假定二值化的過程用的 threshold 為T，且二值化以後的影像為b(i, j) 。則實際的二值化運算是 • 二值化有時會被用來作為 segmentation（分離物件）的工具。

Binary Image • 下圖中，Lena和背景就相當程度地被區隔開來了 Gray image Binary image Color image

Concept of Morphology Logic • Structuring Element表示成0 或1 的矩陣，在整個影像區域內平移，如下圖所示，將一個3*3 矩陣的Structuring Element與二值化影像(Source Image)作重疊，將Structuring Element的像素值與Source Image的像素去做運算

Erosion • 侵蝕目的為減少原先資料的一種方式 • 透過侵蝕的演算法可將雜訊侵蝕掉，如下圖左周圍的雜訊 • 對於Z2中的集合A和B，A被B侵蝕記為AϴB，定義為

Erosion Source Gray Binary Result

Dilation • 膨脹亦稱為擴張、融合，侵蝕的相反 • 對於邊界偵測後結果作增強 • 對於Z2中的集合A和B，A藉由B的膨脹記為AB，定義為

Dilation Source Gray Binary Result

Opening and Closing • 斷開與閉合，就是二值化影像透過侵食或膨脹做改善後，發現補償或刪除動作做的太多，而做的調整輸出的結果。 • 斷開行為即是，先做侵蝕再膨脹，定義為： • 閉合行為則是，先做膨脹再侵蝕，定義為：

Opening and Closing • 以3*3十字遮罩(如右圖)進行斷開行為 • Example: 先做侵蝕去雜訊，再做膨脹增強形狀長回原形(斷開opening) Dilation Erosion

Introduction to Qt UI Platform • It’s Free • Deploy everywhere • Windows, Mac OS, Linux/X11, Embedded Linux, …… • Useful C++ class library • QtGui(GUIlibrary) • QtMultimedia(Multimedia moulde) • QtNetwork(HTTP, FTP and lower level protocol support) • QtOpenGL(OpenGL, OpenGL ES) • QtScript(ECMA standard script engine) • QtWebkit(Web browser engine) • QtXml(XML reader and parser) • http://qt-project.org/

Environment • OS Environment: Ubuntu 12.04.3 (GNU/Linux 3.2.0-53-generic x86_64) • Tool: Qt4 • Compiler: • Instructions of build a Qt project under Linux • qmake –project • qmake • make

Demo 連結 • https://www.youtube.com/watch?v=wbJWRnxvnwY&feature=youtu.be

Reference • 維基百科 Wikipedia, 形態學 • 數位影像處理 Digital Image Processing 3/e, Gonzalez Woods, 謬紹綱 • 形態學影像處理於指紋紋理分析之應用, 鐘世明陳福來李德福, 黎明技術學院 • 亦用灰階影像形態學於六角影像上之邊緣偵測, 蔡偉成, 國立中山大學 • 數學形態學 http://www.pws.stu.edu.tw/shchen/Handout/STU_DIP_CH10.pdf, Shi-Huang Chen • 二值化影像處理與分析 http://140.130.15.147/%E5%8D%8A%E5%B0%8E%E9%AB%94%E5%8F%8A%E5%85%89%E9%9B%BB/%E8%AA%B2%E7%A8%8B%E6%95%99%E6%9D%90/%E8%87%AA%E5%8B%95%E5%8C%96%E5%85%89%E5%AD%B8%E6%AA%A2%E6%B8%AC/ch04_%E4%BA%8C%E5%80%BC%E5%8C%96%E5%BD%B1%E5%83%8F%E8%99%95%E7%90%86%E8%88%87%E5%88%86%E6%9E%90.pdf • Qt Project http://qt-project.org/ • 影像處理的13堂課, 林紀瑋

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形態學影像處理膨脹 (Dilation) 、侵蝕 (Erosion)