基于全圖空間的彩色圖像形態(tài)學(xué)濾波方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及圖像數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域中的一種基 于全圖空間的彩色圖像形態(tài)學(xué)濾波方法。本發(fā)明通過(guò)將彩色圖像映射至圖空間，彩色圖像 中矢量像素點(diǎn)映射為圖的頂點(diǎn)，矢量像素間的鄰接關(guān)系映射為邊集，構(gòu)建包含矢量頂點(diǎn)和 邊集的新模型，實(shí)現(xiàn)彩色圖像的濾波，可應(yīng)用于彩色圖像去噪。
【背景技術(shù)】
[0002] 彩色圖像濾波就是在盡量保留彩色圖像細(xì)節(jié)特征的條件下對(duì)目標(biāo)圖像的噪聲進(jìn) 行抑制。彩色圖像濾波是彩色圖像處理中的一個(gè)重要問(wèn)題，在對(duì)彩色圖像分析研究中起著 重要的作用，它的處理效果的好壞將直接影響到后續(xù)彩色圖像處理和分析的有效性和可靠 性。
[0003] 目前，常用的彩色圖像濾波技術(shù)有向量中值濾波、向量方向?yàn)V波、數(shù)據(jù)自適應(yīng)濾 波、雙邊濾波、形態(tài)學(xué)濾波等。但是到目前為止，還不存在一個(gè)通用的方法。雙邊濾波作為一 種可以整體處理彩色圖像的濾波器，既可以達(dá)到濾波的效果又可以保護(hù)圖像的高頻細(xì)節(jié)， 但是它仍然是像素在空間上加權(quán)平均的過(guò)程，去噪后的圖像在信噪比增強(qiáng)的同時(shí)，邊緣仍 然不可避免地產(chǎn)生一定的模糊，并且雙邊濾波由于保護(hù)高頻信息，對(duì)于圖像里的高頻噪聲， 不容易干凈的濾掉。
[0004] 目前已經(jīng)有很多形態(tài)學(xué)算法用到圖像濾波中，基于顏色向量序的彩色形態(tài)學(xué)算法 是最簡(jiǎn)單、使用最普遍的方法之一。
[0005] 尹星云、華潔發(fā)表的論文"彩色圖像形態(tài)學(xué)基本原理和研究方法"（《科教文匯》 2010年31期第98-100頁(yè)）中公開(kāi)了一種基于Marginal Ordering邊界序的彩色形態(tài)學(xué)算 法。該算法是對(duì)顏色向量的三個(gè)分量分別獨(dú)立地按標(biāo)量排序，然后再把排序后的三個(gè)分量 組合在一起，形成一個(gè)向量。該方法存在的不足之處是，沒(méi)有考慮紅綠藍(lán)RGB三個(gè)通道之間 的相關(guān)性，破壞了圖像的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，會(huì)在彩色圖像濾波的過(guò)程中引入不屬于原始彩色圖像 的顏色的問(wèn)題。
[0006] 張闖、遲健男、張朝暉、王志良發(fā)表的論文"基于邊緣檢測(cè)與雙邊濾波的彩色圖像 去噪"（《電子學(xué)報(bào)》2010年8期第1776-1783頁(yè)）公開(kāi)了一種基于邊緣檢測(cè)與雙邊濾波的 彩色圖像去噪方法。該方法首先對(duì)輸入圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，接下來(lái)對(duì)圖像分別進(jìn)行邊緣濾 波和彩色圖像去噪，最后進(jìn)行基于邊緣的彩色圖像增強(qiáng)，就得到了去噪后的圖像。該方法存 在的不足之處是，存在不同程度的顏色模糊、效果差。
[0007] 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所申請(qǐng)的專利"基于非局部域變換的實(shí) 時(shí)彩色圖像濾波方法"（專利申請(qǐng)?zhí)?01310341435. 8,公布號(hào)CN 103400359 A)。該方法的 實(shí)現(xiàn)過(guò)程為，首先對(duì)圖像每一行進(jìn)行非局部域變換，并在得到的非局部域變換的基礎(chǔ)上，對(duì) 圖像每一行進(jìn)行遞歸濾波，然后對(duì)得到的結(jié)果的每一列進(jìn)行非局部域變換，最后在得到的 非局部域變換的基礎(chǔ)上，對(duì)圖像每一列進(jìn)行遞歸濾波就得到了最終濾波結(jié)果。該方法存在 的不足之處是，雖然保持圖像中邊緣信息不被模糊，但是對(duì)于圖像細(xì)節(jié)的保護(hù)處理不夠好， 導(dǎo)致圖像整體色彩不均衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于全圖空間的彩色圖像 形態(tài)學(xué)濾波方法，將彩色圖像映射至圖空間，彩色圖像中矢量像素點(diǎn)映射為圖的頂點(diǎn)，矢量 像素間的鄰接關(guān)系映射為邊集，構(gòu)建包含矢量頂點(diǎn)和邊集的新模型，從而在保證彩色均衡 分布的情況下有效的完成濾波處理，提高了彩色圖像濾波的效果。
[0009] 本發(fā)明的具體步驟如下：
[0010] ⑴輸入待濾波的彩色圖像；
[0011] (2)將彩色圖像映射至全圖空間：
[0012] (2a)按照下式，計(jì)算待濾波的彩色圖像中所有像素點(diǎn)之間的歐氏距離：
[0014] 其中，w表示待濾波的彩色圖像中所有像素點(diǎn)之間的歐氏距離，表示平方根操 作，Ur表示待濾波的彩色圖像中像素點(diǎn)U的紅色分量，VR表示待濾波的彩色圖像中像素點(diǎn)V 的紅色分量，％表示待濾波的彩色圖像中像素點(diǎn)U的綠色分量，Vti表示待濾波的彩色圖像 中像素點(diǎn)V的綠色分量，Ub表示待濾波的彩色圖像中像素點(diǎn)U的藍(lán)色分量，V B表示待濾波 的彩色圖像中像素點(diǎn)V的藍(lán)色分量；
[0015] (2b)按照下式，將待濾波的彩色圖像映射為八鄰域帶權(quán)彩色圖：
[0016] G = (V, E, W)
[0017] 其中，G表示由待濾波的彩色圖像映射得到的八鄰域帶權(quán)彩色圖，V表示待濾波的 彩色圖像中所有像素值的集合，E表示待濾波的彩色圖像中所有像素點(diǎn)之間的連接關(guān)系集 合，W表示待濾波的彩色圖像中所有像素點(diǎn)之間的歐氏距離；
[0018] (3)選取結(jié)構(gòu)圖：
[0019] 選取一個(gè)3 X 3的正方形全1結(jié)構(gòu)圖；
[0020] (4)計(jì)算八鄰域帶權(quán)彩色圖的最值：
[0021] (4a)將結(jié)構(gòu)圖從上到下、從左到右遍歷八鄰域帶權(quán)彩色圖中的每一個(gè)像素，采用 Kruskal克魯斯卡爾算法，生成八鄰域帶權(quán)彩色圖的最小生成子圖；
[0022] (4b)去除每個(gè)最小生成子圖的割點(diǎn)；
[0023] (4c)判斷每個(gè)最小生成子圖中是否只剩兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，若是，則執(zhí)行步驟（4f)，否則， 執(zhí)行步驟（4d);
[0024] (4d)采用Kruskal克魯斯卡爾算法，生成剩余節(jié)點(diǎn)的最小生成子圖；
[0025] (4e)判斷每個(gè)最小生成子圖的割點(diǎn)數(shù)是否為0,若是，則執(zhí)行步驟（4f)，否則，執(zhí) 行步驟（4b);
[0026] (4f)判斷是否只剩一個(gè)最小生成子圖，若是，則執(zhí)行步驟（4g)，否則，執(zhí)行步驟 (4b)；
[0027] (4g)判斷最小生成子圖是否只剩兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，若是，則按照紅色通道、綠色通道、藍(lán) 色通道的優(yōu)先級(jí)來(lái)比較最小生成子圖的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，得出最大值和最小值，執(zhí)行步驟（5)，否 貝IJ，執(zhí)行步驟（4b);
[0028] (5)濾波：
[0029] (5a)對(duì)八鄰域帶權(quán)彩色圖執(zhí)行矢量膨脹運(yùn)算和矢量腐蝕運(yùn)算，對(duì)運(yùn)算結(jié)果執(zhí)行矢 量腐蝕運(yùn)算和矢量膨脹運(yùn)算，得到圖像G1;
[0030] 其中，匕表示對(duì)八鄰域帶權(quán)彩色圖依次執(zhí)行矢量膨脹運(yùn)算和矢量腐蝕運(yùn)算，對(duì)運(yùn) 算結(jié)果依次執(zhí)行矢量腐蝕運(yùn)算和矢量膨脹運(yùn)算后得到的圖像；
[0031] (5b)對(duì)八鄰域帶權(quán)彩色圖依次執(zhí)行矢量腐蝕運(yùn)算和矢量膨脹運(yùn)算，對(duì)運(yùn)算結(jié)果依 次執(zhí)行矢量膨脹運(yùn)算和矢量腐蝕運(yùn)算，得到圖像G2;
[0032] 其中，62表示對(duì)八鄰域帶權(quán)彩色圖依次執(zhí)行矢量腐蝕運(yùn)算和矢量膨脹運(yùn)算，對(duì)運(yùn) 算結(jié)果依次執(zhí)行矢量膨脹運(yùn)算和矢量腐蝕運(yùn)算后得到的圖像；
[0033] (5c)計(jì)算圖像G1和圖像62的平均值，得到彩色圖像的濾波結(jié)果；
[0034] (6)輸出彩色圖像濾波結(jié)果。
[0035] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0036] 第一，由于本發(fā)明引入了將彩色圖像映射至全圖空間的操作，克服了現(xiàn)有技術(shù)沒(méi) 有考慮紅綠藍(lán)RGB三個(gè)通道之間的相關(guān)性，破壞了圖像的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，導(dǎo)致彩色圖像濾波的 過(guò)程中引入不屬于原始彩色圖像的顏色的問(wèn)題，使得本發(fā)明能夠較好地保護(hù)彩色信息的完 整性，有效地避免新的顏色分量的出現(xiàn)，保護(hù)了圖像的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0037] 第二，由于本發(fā)明引入了八鄰域帶權(quán)彩色圖的最值，克服了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于圖像 細(xì)節(jié)的保護(hù)處理不夠好，導(dǎo)致圖像整體色彩不均衡，存在不同程度的顏色模糊、效果差的問(wèn) 題，使得本發(fā)明能在保證彩色均衡分布的情況下有效的完成彩色圖像濾波的處理。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0039] 圖2為本發(fā)明的正方形全1結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040] 圖3為采用本發(fā)明與現(xiàn)有技