八数学形态学处理

数字图像处理第八章形态学处理DigitalImageProcess,2005,AiLabNJUCH8形态学处理数学形态学历史（MathematicalMorphology）一、什么是形态学处理二、基本处理定义三、形态学变换四、形态学变换的应用五、要点总结上机实习Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU历史六十年代1964年，法国巴黎矿业学院，G.Matheron,J.Serra；铁矿的定量岩石分析，以预测其开采价值；1966年，南锡的酒吧，G.Matheron,J.Serra和Ph.Formeny奠定了数学形态学；1968年4月，法国成立枫丹白露数学形态学研究中心；七十年代TAS（纹理分析系统）;12年5000万;大量专利;但仅面向用户和自然科学家；Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU历史八十年代，数学形态学广为人知1982年，Serra，”ImageAnalysisandMathematicalMorphology”;Sternberg，美国机器视觉公司的首席科学家；80年代的石油危机；84年枫丹白露成立MorphoSystem指纹识别公司；86年枫丹白露成立Noesis图象处理公司；全球成立十几家数学形态学研究中心，进一步奠定理论基础；九十年代，数学形态学应用在图象增强、分割、恢复、边缘检测、纹理分析等领域。Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU1什么是形态学处理1）起源60年代采矿、动植物调查时采用的数学工具；是针对二值图象依据数学形态学(MathematicalMorphology)的集合论方法发展起来的图象处理方法。数学形态学起源于岩相学对岩石结构的定量描述工作，近年来在数字图象处理和机器视觉领域中得到了广泛的应用，形成了一种独特的数字图象分析方法和理论。Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU1什么是形态学处理2）思想表现为一种邻域运算形式；一种特殊定义的邻域称之为“结构单元”（StructureElement），在每个象素位置上它与二值图象对应的区域进行特定的逻辑运算，逻辑运算的结果为输出图象的相应象素。形态学运算的效果取决于结构单元的大小、内容以及逻辑运算的性质。

3）数字图象形态学处理的目的研究数字图象中物体目标的结构及拓扑关系。Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU2基本处理定义1）二值形态学处理Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU2基本处理定义Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU2基本处理定义2）平移（translation）Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU2基本处理定义Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU2基本处理定义3）扩张（dilation）Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU2基本处理定义Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU2基本处理定义4）腐蚀（erosion）Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU2基本处理定义注意：如果结构单元包含原点，则成立；而若结构单元不包含原点，则上式不成立。Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU2基本处理定义Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU2基本处理定义Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU2基本处理定义文字图象膨胀后的文字图象腐蚀后的文字图象Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU2基本处理定义5）腐蚀与扩张并不互为逆运算，但有下列性质：Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU2基本处理定义6）不同结构单元对腐蚀和扩张的影响E1=3*3方形结构单元原图 E1扩张后图象 E1腐蚀后图象Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU2基本处理定义E2=5*5方形结构单元原图 E2扩张后图象 E2腐蚀后图象Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU3形态学变换1）结构开（open）变换定义：意义：先腐蚀然后再扩张；目的：使轮廓平滑，抑制A物体边界的小离散点或尖峰，在研究物体的形态分布时常用。用来消除小物体、在纤细点处分离物体、平滑较大物体的边界的同时并不明显改变其面积。Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU3形态学变换Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU3形态学变换LennaSobel边界的二值图象Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU3形态学变换LennaOpen变换后的二值图象Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU3形态学变换2）结构闭（close）变换定义：意义：先扩张再腐蚀；目的：用来填充物体内细小空洞、连接邻近物体、平滑其边界的同时并不明显改变其面积。

Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU3形态学变换Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU3形态学变换Lennaclose变换后的二值图象Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU3形态学变换3）交变序列滤波器（ASF）（1）开运算对并噪声的滤波作用未被噪声污染的图象S噪声图象N被噪声污染的图象Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU3形态学变换Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU3形态学变换（2）闭运算对差噪声的滤波作用未被噪声污染的图象S噪声图象N被噪声污染的图象Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU3形态学变换Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU3形态学变换（3）交变序列滤波器在ASF方法中，开-闭滤波器（或闭-开）序列交替执行；初始时，采用较小的结构单元；然后逐步增加结构单元的尺寸；方法在某个尺寸的结构单元终止，否则将毁坏图象；结构单元尺寸的最优化算法是目前研究的热点。Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU3形态学变换4）击中击不中（HIT-MISS）变换击中击不中变换（HMT）需要两个结构单元w和b，合成一个结构元素对B=（w，b）。一个探测图象内部，另一个探测图象外部。定义：其中Bw要求击中的部分，Bb要求击不中的部分。目的：用于精确检测图象A中结构元素B的位置，或从图A中检索B目标时使用。Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU3形态学变换Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU3形态学变换Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU3形态学变换Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU4形态学变换的应用1）图象细化变换定义：首先利用一个结构对的顺序细化Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU4形态学变换的应用Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU4形态学变换的应用Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU4形态学变换的应用通常使用八个方向结构对进行细化Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU4形态学变换的应用Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU4形态学变换的应用Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU4形态学变换的应用Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU4形态学变换的应用细化Lenna的二值图象Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU4形态学变换的应用2）粗化（Thick）定义：3）骨架（Skeleton）定义：与细化的不同在于拐角处，骨架延伸到边界。4）其他运算收缩、剪枝等等。Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU4形态学变换的应用粗化Lenna的二值图象Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU4形态学变换的应用Lenna的骨架二值图象Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU4形态学变换的应用5）形态学边界检测原理：给定图象A和结构单元B（通常为圆形），则 给出图象的外边界，给出图象的内边界，给出跨越实际欧氏边界上的边界，又称为形态学梯度。Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU4形态学变换的应用Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU5要点总结形态学中扩张运算和腐蚀运算的定义；形态学中开变换、闭变换、击中击不中变换的定义；形态学变换的主要应用（细化、粗化、形态学边界）的定义及实现。Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU上机实习1、在二值化程序基础上，编制基本的形态学运算（腐蚀和膨胀、开闭）程序，针对输入的任意图象选择不同的阈值做二值化，再做形态学处理，输入不同类型的结构元素观察效果。2、编制细化的程序，通过用画板等方式生成的各种类型的二值图象观察效果。Jan.,2005Dr.GaoYang,AILab,NJU第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理上述五条原因使实际与理论循环不同。4）漏泄的影响5）气体流动惯性的影响1）余隙容积Vc的影响2）进排气阀及流道阻力的影响3）吸气预热的影响2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3.排气量和输气系数理论排气量Vt----单位时间内活塞所扫过的气缸容积。实际排气量Q：Q=Vt

λ输气系数λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影响余隙容积Vc的