基于形態(tài)學(xué)的航空影像陰影檢測算法研究

商云霞，劉宏濤，孫立雙

1.遼寧經(jīng)緯測繪規(guī)劃建設(shè)有限公司，遼寧沈陽 110016

2.遼寧石油化工大學(xué)順華能源學(xué)院，遼寧撫順 113001

3.沈陽建筑大學(xué)，遼寧沈陽 110168

基于形態(tài)學(xué)的航空影像陰影檢測算法研究

商云霞1，劉宏濤2，孫立雙3

1.遼寧經(jīng)緯測繪規(guī)劃建設(shè)有限公司，遼寧沈陽 110016

2.遼寧石油化工大學(xué)順華能源學(xué)院，遼寧撫順 113001

3.沈陽建筑大學(xué)，遼寧沈陽 110168

本文主要對彩色航空影像中陰影檢測算法進(jìn)行研究，得出基于形態(tài)學(xué)的一種新方法，采用二值形態(tài)學(xué)算法，采用頂帽、低帽變換圖像增強(qiáng)，imextendedmin進(jìn)行圖像分割，利用開運(yùn)算中消除圖像中細(xì)小部分，最后對分割后圖像進(jìn)行膨脹運(yùn)算，得到最終陰影區(qū)域。

航空影像；形態(tài)學(xué)；陰影檢測

0 引言

城市彩色航空影像在城市的現(xiàn)代化規(guī)劃和管理中發(fā)揮著巨大的作用。在彩色航空影像成像過程中，由于成像技術(shù)、成像條件等各種因素的限制和影響，彩色航空影像存在著或多或少的降質(zhì)現(xiàn)象，陰影就是典型的降質(zhì)現(xiàn)象。它的存在會影響后續(xù)的許多遙感圖像處理操作，如：圖像匹配、模式識別、地物自動檢測和提取等操作。因此，研究圖像陰影檢測是非常必要的,本文主要對航空影像陰影檢測方法進(jìn)行了研究，

1 方案原理

數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)（Mathematical Morphology）是一種基于集合論的非線性圖像處理方法。它的基本思想是用具有一定形態(tài)的結(jié)構(gòu)元素去度量和提取圖像中的對應(yīng)形狀，對圖像進(jìn)行分析和識別。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)圖像處理算法主要分為3類：二值形態(tài)學(xué)、灰度形態(tài)學(xué)算法與彩色形態(tài)學(xué)算法。最基本的形態(tài)學(xué)算法有4種，即腐蝕、膨脹、開、閉。本方案采用的是二值形態(tài)學(xué)算法。利用腐蝕運(yùn)算斷開圖像中細(xì)長搭接部分，利用開運(yùn)算中消除圖像中細(xì)小部分，最后對分割后圖像進(jìn)行膨脹運(yùn)算，得到最終陰影區(qū)域。

2 方案流程

首先，做的是增強(qiáng)圖像的對比度，方法是頂帽變換和低帽變換的綜合使用。輸入原始數(shù)據(jù)是RGB彩色影像，而有些形態(tài)學(xué)重構(gòu)這樣的運(yùn)算只適用于灰度圖像。因此，必須先將原始影像轉(zhuǎn)化為灰度圖像。頂帽（top-hat）變換是指從原圖像中減去開運(yùn)算后的圖像，其IPT函數(shù)為imtophat。低帽（bottom-hat）變換是指從原圖像中減去經(jīng)閉運(yùn)算后的圖形，其IPT函數(shù)為imbothat。這兩個(gè)函數(shù)一起使用，便可以起到很好的增強(qiáng)圖像對比度的作用，所用命令如下所示：

接下來提取陰影，因?yàn)殛幱霸趫D像中是較深的“低點(diǎn)”的集合。所以，可以使用IPT函數(shù)imextendedmin，該函數(shù)可通過某個(gè)高度閾值計(jì)算圖像中的“低點(diǎn)”集合。該函數(shù)的調(diào)用語法為：

其中，是一幅灰度圖像，h是高度閾值，I是一幅二值圖像，該二值圖像的黑色區(qū)域即為提取出的陰影區(qū)域。 最后對分割后圖像進(jìn)行膨脹運(yùn)算，得到最終陰影區(qū)域。

通過多次實(shí)驗(yàn)選取高度閾值h=1.5。利用IPT函數(shù)imextendedmin進(jìn)行圖像分割，得到二值圖像，黑色區(qū)域?yàn)殛幱皡^(qū)域，白色為非陰影區(qū)域。最后，為了便于觀察將陰影提取結(jié)果疊加到原始影像。此方法將彩色航空影像中大量陰影提取出來，識別效果較好。提取結(jié)果如圖1所示：

圖1 方案五陰影提取結(jié)果

3 結(jié)論

總結(jié)本文的研究，基于形態(tài)學(xué)理論，提出一種新的陰影檢測算法，結(jié)合不同學(xué)科知識，取得意想不到的效果，為正在研究航空影像中陰影檢測算法的研究者提供一個(gè)新的思路。

[1]岡薩雷斯.數(shù)字圖像處理（MATLAB版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[2]張笑微，王月琴.基于灰度圖像的陰影檢測算法[J].網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)，2007，26(7)：45-47.

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1674-6708（2011）35-0077-01