兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃 兰州 730070
为减小植被区域遥感图像分割误差，解决植被区域中待分割目标因覆盖度和噪声等因素造成的过分割和欠分割问题，提出了一种自适应形态学与多尺度结合的植被区域遥感图像分割方法。首先，通过general adaptive neighborhood（GAN）结构元素构造膨胀和腐蚀运算，推导出GAN形态学开、闭运算；然后，构造一种GAN形态学复合型滤波器，填充植被覆盖度不足的孔洞，减小噪声对图像的干扰；最后，通过多尺度分割算法，对遥感图像植被区域进行分割。实验结果表明：所提方法能够有效避免欠分割和过分割现象且能对遥感图像植被区域进行准确分割；与传统多尺度分割和传统形态学与多尺度结合方法相比，所提方法的分割误差较小。
图像分割 遥感 植被 形态学滤波 多尺度 激光与光电子学进展
2022, 59(24): 2428001
东华理工大学测绘工程学院，江西 南昌 330000
滤波是机载激光雷达点云数据处理的关键步骤之一，形态学滤波算法作为一种经典有效的机载激光雷达点云滤波算法受到广泛使用。针对大多数形态学滤波算法地形特征保留不佳、滤波效果不好的问题，提出一种基于薄板样条多级插值的形态学滤波算法。该算法结合形态学开运算滤波窗口不断减小的特点，采用薄板样条插值在不同尺寸的窗口下进行处理，此过程由上往下迭代进行，直至窗口大小小于设定的最小滤波窗口尺寸。采用国际摄影测量与遥感协会提供的测试数据集进行实验，结果表明，所提算法精度有明显提高，在建筑物或山坡等地区的滤波效果尤为突出，有效保留了地形特征。
遥感 机载激光雷达 点云滤波 薄板样条插值 形态学滤波 激光与光电子学进展
2022, 59(10): 1028002
1 长安大学地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054
2 自然资源部第一地形测量队，陕西 西安 710054
车载激光扫描由于快速、高精度、高密度等优点，被广泛应用于城市三维数据的采集。由于城市场景点云数据量庞大、目标繁多，难以准确高效地提取城市道路点云。基于渐进式形态学滤波算法，提出了一种利用格网近似值代替三维空间点运算并自适应计算滤波参数的算法；在此基础上，根据城市道路的空间分布特征，利用扫描车的行驶轨迹信息，通过法向量聚类、距离约束、连续性分布约束的方法提取道路边界点，并经结果聚类、拟合生成精确的道路边界，达到了快速、准确提取道路点云的目的。实验结果表明，所提算法提取的道路边界的准确度、完整度和总体质量均大于90%，边界位置与检测值的差异小于3 cm。
车载激光扫描 渐进式形态学滤波 轨迹信息 法向量聚类 道路边线 道路点云 激光与光电子学进展
2022, 59(10): 1001002
1 安徽大学资源与环境工程学院，安徽 合肥 230601
2 安徽省矿山生态修复工程实验室，安徽 合肥 230601
3 中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司，安徽 合肥 230601
针对采用单一渐进式形态学滤波处理机载激光雷达（LiDAR）数据时难以生成高质量数字高程模型（DEM）的问题，提出一种基于空间向量投影的后处理滤波方法，以剔除对DEM构建精度影响较大的近地面点。该方法以每个激光点为起点，以与距离它最近的9个网格最低点为终点构建向量，然后累加9个向量在Z方向上的投影，并将结果与预先设置的阈值比较，进而识别、分类当前激光点。为了验证所提方法的有效性，选取6组国际摄影测量与遥感协会（ISPRS）提供的不同地形条件下的测试数据进行实验，分别将加入后处理滤波前后提取的地面点云生成1 m×1 m分辨率的DEM，并与同一研究区域的参考DEM进行线性拟合。结果表明：与单一渐进式形态学滤波算法相比，渐进式形态学滤波和基于空间向量投影的后处理滤波的组合算法在城市地区和地形连续的乡村地区可以获得更好的点云滤波精度和DEM构建精度，具有良好的适用性和可靠性。
激光雷达 点云滤波 渐进式形态学滤波 后处理滤波 数字高程模型 激光与光电子学进展
2022, 59(10): 1001001
南京航空航天大学航天学院，江苏 南京 211106
视网膜血管的形态结构具有复杂多变的特点，针对血管图像中的交叉处和延伸处不易分割的问题，提出一种基于多方向滤波的视网膜血管分割算法，该算法进一步提升了血管图像的分割精度。首先，使用直方图均衡化、中值滤波去噪、顶帽变换等方法对绿通道的视网膜血管图像进行增强。然后，对增强后的图像进行多方向的Cake滤波，并对滤波后的结果进行融合，弱化背景中的噪声，增强血管与背景的对比度。最后，采用向量场散度的方法提取阈值并对图像进行分割，得到视网膜血管分割的最终结果。利用公开数据集DRIVE和STARE测试了算法的分割精度，实验结果表明，所提算法能够精确地分割出复杂血管的连接处，灵敏度较高，且执行时间较短。
生物技术 数字图像处理 视网膜血管 图像分割 形态学滤波 向量场散度 激光与光电子学进展
2022, 59(8): 0817002
西南交通大学材料科学与工程学院，四川 成都 610031
在LabVIEW环境下设计了一套焊接过程监测系统，该系统可以采集激光-MIG复合焊接等离子体的光学信号以及焊接电流、电压这两种电信号，并以TDMS格式输出。焊接前使用最大类间方差法对焊丝与工件的图像进行二值化处理，然后对二值化图像使用形态学滤波器进行降噪滤波并细化，接着采用一种基于路径追踪的分叉去除算法去除细化结果中的分叉，最后使用HUBER线性拟合法确定激光束的入射位置。对焊接时的等离子体高速摄像照片进行图像处理，获得了激光在等离子体中的传输距离(DLTP)。将DLTP的计算值与实测值进行对比，可知所设计系统的计算准确度为96.5%。
激光技术 激光-MIG复合焊接 监测系统 等离子体高速摄像照片 形态学滤波器 图像处理 激光在等离子中的传输距离
葵花籽壳内籽仁的品质直接影响产出食用油的质量, 利用太赫兹时域透射成像技术, 结合形态学滤波和K-均值图像分割的方法, 对葵花籽破损粒、 虫蚀粒、 空壳粒三种异常样本进行带壳无损检测, 实现对葵花籽壳内品质的探索研究。 参考国家标准和前人经验制备破损粒、 虫蚀粒和空壳粒三种带壳葵花籽样本, 利用太赫兹时域光谱仪TeraPulse 4000及透射成像附件, 以0.2 mm的分辨率分别采集上述三种异常样本的光谱图像, 并采集一颗正常葵花籽的光谱图像作为参照, 以峰峰值成像的方式对四种葵花籽太赫兹图像进行重构。 通过太赫兹图像可初步判断壳内籽仁的形态, 但仍存在对比度低、 边缘信息模糊等问题, 需要进一步优化处理。 采用形态学滤波算法对葵花籽的太赫兹图像进行滤波, 选择边长为3的平坦型菱形结构元素作为核对图像进行一次膨胀, 再计算图像的外部梯度, 完成对图像的滤波处理; 将形态学滤波结果分别与中值滤波、 均值滤波和非局部均值滤波结果进行比较, 对比发现, 形态学滤波不仅保证了图像的清晰度, 保留了边缘信息, 同时能使葵花籽样本与背景之间存在明显界限, 有利于后续进行图像分割处理。 为了更加准确的检测葵花籽籽仁的形态, 对滤波后图像进行图像分割。 采用K-均值聚类算法对滤波后的太赫兹图像进行图像分割; 为提高分割结果的准确性, 对不同样本的图像分别确定了不同的初始聚类中心个数K, 其中破损粒K=4、 虫蚀粒K=5、 空壳粒K=3、 正常粒K=4, 分割后的图像能准确呈现葵花籽壳内籽仁的形态。 研究结果表明, 太赫兹时域透射成像技术结合形态学滤波及K-均值图像分割方法对实现葵花籽内部品质的带壳无损检测具有可行性, 为后期建立带壳葵花籽品质无损检测模型奠定基础, 为油料作物内部品质的带壳无损检测提供参考。
太赫兹 时域成像 形态学滤波 K-均值图像分割 葵花籽 无损检测 Terahertz Time-domain imaging Morphological filtering K-means image segmentation Sunflower seed Nondestructive detection 光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3384
红外成像技术随着科技的快速进步在各个领域的应用与日俱增。但是, 红外成像后的图像较为模糊且噪声较大, 严重影响了目标检测和识别的效果, 对图像进行有效的去噪处理就显得很有必要。在研究双树复小波变换和形态学滤波的基础上, 提出了一种基于MAP估计的双树复小波变换与形态学滤波相结合的红外图像去噪方法, 并将其应用于红外图像的去噪。与传统的去噪方法进行比较, 无论从视觉效果还是客观评价指标上来看, 所提方法都优于传统的去噪方法, 可以广泛应用于红外图像处理领域。
红外图像 图像去噪 双树复小波 形态学滤波 infrafed image image denosing DT-CWT morphological filtering
1 江西理工大学电气工程与自动化学院, 江西 赣州 341000
2 苏州大学电子信息学院, 江苏 苏州 215006
针对视网膜血管形态结构和尺度信息复杂多变的特点,提出一种自适应血管形态结构和尺度信息的U型视网膜血管分割算法。首先采用二维K-L(Karhunen-Loeve)变换(即霍特林变换)综合分析彩色图像三通道的频带信息,从而得到视网膜灰度图像以及多尺度形态学滤波增强血管与背景的对比度信息。然后将预处理图像经U型分割模型对图像进行端对端训练,并利用局部信息熵采样进行数据增强。该网络编码部分的密集可变形卷积结构根据上下特征层信息有效地捕捉图像中多种尺度信息和形状结构,底部金字塔型的多尺度空洞卷积扩大局部感受野,同时解码阶段带有Attention机制的反卷积网络将底层与高层特征映射有效结合,解决权重分散和图像纹理损失的问题。最后通过SoftMax激活函数得到最终的分割结果。在DRIVE(Digital Retinal Images for Vessel Extraction)与STARE(Structured Analysis of the Retina)数据集上对该算法进行了仿真,准确率分别达到97.48%与96.83%,特异性分别达到98.83%与97.75%,总体性能优于现有算法。
图像处理 视网膜血管 形态学滤波 可变形卷积 空洞卷积
1 上海航天控制技术研究所，上海 201109
2 中国航天科技集团公司红外探测技术研发中心，上海 201109
针对天地复杂背景下红外弱小目标的检测，提出了一种融合 top-hat变换、边缘检测的新方法。首先将改进的 top-hat变换应用于红外弱小目标图像，将图像中与目标特性相似的像素进行增强，并去除云层背景对目标的干扰，得到若干疑似目标的增强结果，并结合阈值分割方法对增强结果进行筛选，剔除大部分不符合弱小红外目标特性的背景干扰点。然后采用基于 Canny算子的边缘提取方法对原始图像中的天地线进行检测，并以天地分割线作为先验知识，去除形态学滤波后所增强的地物背景中的疑似目标，得到最终的真实目标的检测结果。通过实验得出，本文所提出的方法对于天地背景下的弱小红外目标具有良好的检测效果。
红外弱小目标 复杂场景 形态学滤波 Canny算子 边缘检测 infrared dim small target complex scenes morphology filter Canny operator edge detection
