数字图象处理：形态学图像处理

第9章形态学图像处理Informandfeature,faceandlimb,IgrewsolikemybrotherThatfolksgottakingmeforhimAndeachforoneanother.

HenrySambrookeLeigh,CarolsofCockayne,TheTwins一、概述:●什么是形态学？什么是形态学图像处理？

形态学(morphology)是生物学的一个分支,是研究动物和植物形态和结构的学科。数字图像处理中的形态学图像处理，指的是数学形态学。

●利用形态学方法可以提取用于表达和区域形状描述的图像分量，如后面的凸壳、骨架等。本章的内容(仅介绍形态处理的基本概念和基本方法)形态学图像处理数学基础知识：集合运算定义的回顾二值形态学：基本运算：膨胀、腐蚀、开、闭运算等实用算法：算法小结灰度形态学：

基本运算实用算法9.1序言9.1.1集合论基本概念●

集合:

把某些特定的对象集在一起●

集合的元素：构成集合的每个对象。如果a是集合A的元素，记为：如果a不是集合A的元素，记为：例如：●

子集：●

并集：●

交集：●

集合A的补：●

集合A和B的差：集合运算图例集合的反射和平移●集合B的反射表示为，定义为：●集合A平移到点，定义为：9.1.2二值图像的逻辑运算非与或异或非，然后与9.2膨胀和腐蚀(二值图像)膨胀的定义：先对B做关于原点的映射，再将其映象平移z,且A与B映象平移后的交集不为空集。又可以写为：膨胀图例(a)(b)(c)(d)(e)膨胀应用实例(连接图像的断线和裂缝)9.2.2腐蚀腐蚀的定义：移动B，并始终使B移动

z后，仍然包含在A中.

腐蚀图例(a)(b)(c)(d)(e)膨胀和腐蚀间的对偶关系(可以用于简化计算)●

膨胀和腐蚀间存在如下的对偶关系：证明：

腐蚀的定义：如果(B)z包含于集合A中，那么，则上式成为：等效于其补集满足于所以上式成为：证毕腐蚀应用实例(消除二值图像中不相关的细节)(a)(b)(c)●

“形态学滤波”的概念。9.3

开操作与闭操作●

“开操作”的定义：“先腐蚀，后膨胀”

●

“闭操作”的定义：“先膨胀，后腐蚀”腐蚀和膨胀不是互逆运算，是对偶操作。

开操作的几何解释开操作作用：光滑轮廓，断开小间断，消除细小突出物。闭操作的几何解释闭操作作用：光滑轮廓，消弭小间断，消除孔洞，填补轮廓线的断裂。开、闭操作的图例(a)(f)(d)(c)(b)(e)(g)(h)(i)开、闭操作的性质：●

开操作和闭操作间存在如下的对偶关系

(1)是A的子集；(2)如果C是D的子集，则是的子集；(3)●

开操作的性质：(1)A是的子集；(2)如果C是D的子集，则是的子集；(3)●

闭操作的性质：开、闭操作应用实例(形态学图像滤波)(a)采用的方法

先做开运算，

再做闭运算。

(a)(b)(c)(d)(e)(f)开运算闭运算处理前处理后开、闭操作处理前后的比较击中或击不中变换9.5

一些基本的形态学图像处理算法9.5.1边界提取

●形态学提取边界为：(a)(b)(c)(d)边界提取实例

(a)(b)9.5.2区域填充

(a)(b)(d)(e)(f)(g)(h)(i)(c)●如图（d）所示，在区域中选取一点p,从p点开始，按照下式填充：

●

当时，迭代结束。

则和A的并集包含了被填充的区域和其边界。

形态学区域填充应用实例

(c)(a)(b)9.5.3连通分量的提取

●

采用如下的迭代公式来提取连通区域：

●

当时，迭代结束。

则，为提取的连通区域。

连通分量提取的应用实例

(a)(b)(c)9.5.7骨架

所有最大圆盘的中心点构成的图形，就是目标区域的骨架。(a)(b)(c)(d)骨架的形态学表示

●

目标区域A的骨架为

其中，

表示对A的连续k次腐蚀：第K次是A被腐蚀成空集前的最后一次迭代。即目标区域A可以通过下式，由骨架重构出来：这里，表示对的k次连续膨胀用具体图例来说明形态学的骨架提取过程

(1)(2)(3)(4)(5)(6)(3×3结构元素)(5×5结构元素)(7×7结构元素)形态学骨架提取的实例

形态学操作及其性质的总结

平移反射求补集求差集膨胀腐蚀开操作闭操作形态学操作及其性质的总结(续)

边界提取区域填充提取连通分量提取骨架灰度图像的形态学处理●

说明：形态学处理最主要是用于二值图像。灰度图像的膨胀和腐蚀的定义和二值形态学不同(max,min)；

开、闭的定义是一样的。

●

对灰度图像的形态学处理不要求。

主要介绍了形态学图像处理的基本概念和方法，包括了膨胀、腐蚀、开操作、闭操作、形态学滤波、区域填充、提取骨架等内容。本章主要介绍的是二值形态学的内容。

形态学处理是图像处理的一大类方法，有其自身的特点和用途。本章小结：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的影响进排气阀及流道阻力的影响吸气预热的影响二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理指示功率pi

：按示功图计算的功率理论功率Ps、PT：按理论循环计算的功率

Ps(PT)<pi轴功率P：压缩机轴的输入功率绝热指示效率等温指示效率机械效率