一種利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)切換變換構(gòu)造形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子的礦物圖像增強(qiáng)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)切換變換構(gòu)造形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子的礦物圖像增強(qiáng)方法，它有五大步驟：首先，利用基于形態(tài)學(xué)開(kāi)、閉運(yùn)算的形態(tài)學(xué)切換變換構(gòu)造形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子；其次，通過(guò)構(gòu)造的形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子提取圖像中的重要礦物特征；然后，在引入形態(tài)學(xué)多尺度運(yùn)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行重要礦物特征提取的多尺度擴(kuò)展；隨后，由多尺度特征產(chǎn)生最終的礦物圖像特征；最后，將提取得到的最終礦物圖像特征引入原始礦物圖像，達(dá)到有效增強(qiáng)礦物圖像的目的。本發(fā)明廣泛應(yīng)用于各類(lèi)基于礦物圖像的應(yīng)用系統(tǒng)，具有廣闊的市場(chǎng)前景與應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)切換變換構(gòu)造形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子的礦 物圖像增強(qiáng)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)切換變換構(gòu)造形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子的礦物圖像增 強(qiáng)方法，屬于數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，主要涉及數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)和圖像增強(qiáng)技術(shù)。在各類(lèi)基于圖像的 應(yīng)用系統(tǒng)中，尤其是圖像分析中有廣闊的市場(chǎng)前景和應(yīng)用價(jià)值。

【背景技術(shù)】
[0002] 通過(guò)掃描電子顯微鏡獲得的礦物圖像是分析礦物微結(jié)構(gòu)和礦物特性的重要數(shù)據(jù)。 因此，礦物圖像的清晰程度對(duì)礦物特性的分析有至關(guān)重要的影響。然而，由于樣品特性以及 顯微鏡操作者水平不同使得礦物圖像不夠清楚。這就需要對(duì)較為模糊的礦物圖像進(jìn)行增強(qiáng) 以提高獲取的礦物圖像的可用性及分析價(jià)值。
[0003] 常用的圖像增強(qiáng)方法（馬可等，視網(wǎng)膜圖像的亮度和對(duì)比度規(guī)范化，醫(yī)學(xué)圖像 分析,9(2005) 179 - 190(M. Foracchia, E. Grisan, A. Ruggeri. Luminosity and contrast normalization in retinal images, Medical Image Analysis 9 (2005) 179 - 190);萬(wàn)等， 通過(guò)小波變換的聯(lián)合精確直方圖規(guī)定化和圖像增強(qiáng)，電氣與電子工程師協(xié)會(huì)圖像處理匯 刊，16 (9) (2007) 2245 - 2250, (Y. Wan, D. Shi. Joint exact histogram specification and image enhancement through the wavelet transform, IEEE Transactions on Image Processing 16(9) (2007)2245 - 2250))，可用于礦物圖像增強(qiáng)。然而，這些方法可能過(guò) 增強(qiáng)礦物圖像區(qū)域或平滑圖像細(xì)節(jié)特征，使得圖像細(xì)節(jié)更加模糊。模糊理論等數(shù)學(xué)工具 (楊等，一種基于模糊統(tǒng)計(jì)主分量分析方法的多譜圖像增強(qiáng)與顯示，電氣與電子工程師協(xié) 會(huì)地理科學(xué)與遙感會(huì)刊，46 (2008) 3937 - 3947，（C. Yang, L. Lu, H. Lin, R. Guan, X. Shi, Y. Liang. A fuzzy-statistics-based principal component analysis(FS-PCA)method for multispectral image enhancement and display, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 46(2008)3937 - 3947))也可用于礦物圖像增強(qiáng)，但該類(lèi)方法通常 用于通過(guò)噪聲濾除實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)，在噪聲較少的礦物圖像中效果并不明顯。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué) 是圖像處理的重要工具，其中的重要運(yùn)算也被嘗試用于礦物圖像增強(qiáng)（白等，利用多尺度 切換對(duì)比度算子的礦物圖像增強(qiáng)方法，顯微鏡雜志，243 (2011) 141 - 153,（X.Bai，F(xiàn). Zhou. Multi scale toggle contrast operator based mineral image enhancement, Journal of Microscopy 243(2011) 141 - 153);白等，利用高帽變換提取多尺度圖像特征的圖像增 強(qiáng)方法，光學(xué)與激光技術(shù)，44 (2012) 328 - 336 (X. Bai, F. Zhou, B. Xue. Image enhancement using multi scale image features extracted by top-hat transform, Optics & Laser Technology 44(2012)328 - 336))。然而礦物圖像細(xì)節(jié)仍然得不到較好增強(qiáng)，從而影響礦物 圖像的分析。
[0004] 形態(tài)學(xué)切換變換可提取圖像特征，這些特征可用于構(gòu)造新的形態(tài)學(xué)對(duì)比度算 子，從而使得礦物圖像特征可被更加有效地提取和利用。而且，多尺度理論（杰克維 等，多尺度形態(tài)學(xué)膨脹與腐蝕的尺度空間特性，電氣與電子工程師協(xié)會(huì)模式分析與機(jī)器 智能會(huì)刊，46(2008)3937 - 3947，（P.Jackway，M. Deriche. Scale-space properties of the multiscale morphological dilation-erosion, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence 18(1996)38 - 51.))的引入可有效提取圖像中的多 尺度礦物特征，這將更加有利于礦物圖像的增強(qiáng)。因此，用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)切換變換構(gòu)造形態(tài)學(xué) 對(duì)比度算子，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)礦物圖像特征的提取和增強(qiáng)將產(chǎn)生更為有效的礦物圖像增 強(qiáng)方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 1、目的：礦物圖像增強(qiáng)是圖像處理領(lǐng)域和礦物分析領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，但現(xiàn)有 礦物圖像增強(qiáng)技術(shù)不能有效增強(qiáng)礦物圖像細(xì)節(jié)，從而影響礦物圖像以及礦物特性的分析。
[0006] 為了解決上述問(wèn)題并彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的不足，本發(fā)明提供了一種利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)切 換變換構(gòu)造形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子的礦物圖像增強(qiáng)方法，它利用基于形態(tài)學(xué)開(kāi)、閉運(yùn)算的形態(tài) 學(xué)切換變換構(gòu)造形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子，并通過(guò)構(gòu)造的形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子提取圖像中的重要礦 物特征，從而實(shí)現(xiàn)有效增強(qiáng)礦物圖像的目的。本發(fā)明在增強(qiáng)礦物圖像的同時(shí)可有效增強(qiáng)礦 物細(xì)節(jié)。
[0007] 2、技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下，首先，利用基于形態(tài)學(xué) 開(kāi)、閉運(yùn)算的形態(tài)學(xué)切換變換構(gòu)造形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子；其次，通過(guò)構(gòu)造的形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子 提取圖像中的重要礦物特征；然后，在引入形態(tài)學(xué)多尺度運(yùn)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行重要礦物特征 提取的多尺度擴(kuò)展；隨后，由多尺度特征產(chǎn)生最終的礦物圖像特征；最后，將提取得到的最 終礦物圖像特征引入原始礦物圖像，達(dá)到有效增強(qiáng)礦物圖像的目的。
[0008] 本發(fā)明一種利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)切換變換構(gòu)造形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子的礦物圖像增強(qiáng)方 法，該方法具體步驟如下：
[0009] 步驟一：利用基于形態(tài)學(xué)開(kāi)、閉運(yùn)算的形態(tài)學(xué)切換變換T0構(gòu)造形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子 MC0 ：
[0010] MC0 (x, y) = f (x, y) +BF0 (x, y) - DF0 (x, y),
[0011] 其中，
[0012] BF0 (x, y) = max {f (x, y) - TO (x, y), 0},
[0013] DF0 (x, y) = max {TO (x, y) - f (x, y), 0},

【權(quán)利要求】
1. 一種利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)切換變換構(gòu)造形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子的礦物圖像增強(qiáng)方法，其特征 在于：該方法具體步驟如下： 步驟一：利用基于形態(tài)學(xué)開(kāi)、閉運(yùn)算的形態(tài)學(xué)切換變換TO構(gòu)造形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子 MC0 ：
其中，f代表原始礦物圖像；B代表結(jié)構(gòu)元素；(x，y)表示圖像像素坐標(biāo)；(x，y)表示結(jié) 構(gòu)元素的像素坐標(biāo)；〇，?，?，一分別代表數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)開(kāi)、閉、膨脹及腐蝕運(yùn)算符；TO表示 形態(tài)學(xué)切換變換；BF0和DF0分別表示由切換變換產(chǎn)生的特征；MC0表示形態(tài)學(xué)對(duì)比度算 子； 步驟二：通過(guò)構(gòu)造的新形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子MC0提取圖像中的重要亮、暗礦物特征BFMC0 和 DFMC0 :
其中，BFMC0和DFMC0分別表示由新構(gòu)造的形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子MC0產(chǎn)生的礦物圖像亮 特征和暗特征； 步驟三：引入尺寸遞增的多尺度結(jié)構(gòu)元素序列，提取由新構(gòu)造的形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子 MC0產(chǎn)生的與n個(gè)尺度結(jié)構(gòu)元素&，B2. . . Bn所對(duì)應(yīng)的礦物圖像亮特征BFMCOi及暗特征 DFMC0,.：

BFMCOi和DFMCOi分別表示由新構(gòu)造的形態(tài)學(xué)對(duì) 比度算子MC0產(chǎn)生的礦物圖像在不同尺度下的亮特征和暗特征； 步驟四：采用像素級(jí)最大值策略合并由步驟三產(chǎn)生的多尺度特征，產(chǎn)生最終的由新構(gòu) 造的形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子MC0提取的礦物圖像亮特征BMF和暗特征DMF ; 步驟五：利用加權(quán)線(xiàn)性拉伸，將由新構(gòu)造的形態(tài)學(xué)對(duì)比度算子MC0提取得到的最終礦 物圖像特征引入原始礦物圖像，達(dá)到有效增強(qiáng)礦物圖像的目的。
【文檔編號(hào)】G06T5/00GK104346781SQ201410583639
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】白相志 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)