基于形態學的航空影像陰影檢測算法研究

商云霞，劉宏濤，孫立雙

1.遼寧經緯測繪規劃建設有限公司，遼寧沈陽 110016

2.遼寧石油化工大學順華能源學院，遼寧撫順 113001

3.沈陽建筑大學，遼寧沈陽 110168

基于形態學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.遼寧經緯測繪規劃建設有限公司，遼寧沈陽 110016

2.遼寧石油化工大學順華能源學院，遼寧撫順 113001

3.沈陽建筑大學，遼寧沈陽 110168

本文主要對彩色航空影像中陰影檢測算法進行研究，得出基于形態學的一種新方法，采用二值形態學算法，采用頂帽、低帽變換圖像增強，imextendedmin進行圖像分割，利用開運算中消除圖像中細小部分，最后對分割后圖像進行膨脹運算，得到最終陰影區域。

航空影像；形態學；陰影檢測

0 引言

城市彩色航空影像在城市的現代化規劃和管理中發揮著巨大的作用。在彩色航空影像成像過程中，由于成像技術、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現象，陰影就是典型的降質現象。它的存在會影響后續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行了研究，

1 方案原理

數學形態學（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的結構元素去度量和提取圖像中的對應形狀，對圖像進行分析和識別。數學形態學圖像處理算法主要分為3類：二值形態學、灰度形態學算法與彩色形態學算法。最基本的形態學算法有4種，即腐蝕、膨脹、開、閉。本方案采用的是二值形態學算法。利用腐蝕運算斷開圖像中細長搭接部分，利用開運算中消除圖像中細小部分，最后對分割后圖像進行膨脹運算，得到最終陰影區域。

2 方案流程

首先，做的是增強圖像的對比度，方法是頂帽變換和低帽變換的綜合使用。輸入原始數據是RGB彩色影像，而有些形態學重構這樣的運算只適用于灰度圖像。因此，必須先將原始影像轉化為灰度圖像。頂帽（top-hat）變換是指從原圖像中減去開運算后的圖像，其IPT函數為imtophat。低帽（bottom-hat）變換是指從原圖像中減去經閉運算后的圖形，其IPT函數為imbothat。這兩個函數一起使用，便可以起到很好的增強圖像對比度的作用，所用命令如下所示：

接下來提取陰影，因為陰影在圖像中是較深的“低點”的集合。所以，可以使用IPT函數imextendedmin，該函數可通過某個高度閾值計算圖像中的“低點”集合。該函數的調用語法為：

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域即為提取出的陰影區域。 最后對分割后圖像進行膨脹運算，得到最終陰影區域。

通過多次實驗選取高度閾值h=1.5。利用IPT函數imextendedmin進行圖像分割，得到二值圖像，黑色區域為陰影區域，白色為非陰影區域。最后，為了便于觀察將陰影提取結果疊加到原始影像。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。提取結果如圖1所示：

圖1 方案五陰影提取結果

3 結論

總結本文的研究，基于形態學理論，提出一種新的陰影檢測算法，結合不同學科知識，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新的思路。

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

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

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1674-6708（2011）35-0077-01