数学形态学在海洋浮游植物显微图像处理中的应用

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1、第47卷增刊2厦门大学学报(自然科学版)Vo.l47Sup.22008年12月JournalofXiamenUniversity(NaturalScience)Dec.2008数学形态学在海洋浮游植物显微图像处理中的应用1112高亚辉,罗金飞,骆巧琦,杨晨辉(1.厦门大学生命科学学院,2.厦门大学信息科学与技术学院,福建厦门361005)摘要:数学形态学是分析几何形状和结构的数学方法,广泛应用于各类图像形状和结构的分析与处理.浮游植物是海洋生态系统中的重要初级生产者,其个体微小,但形态特征各异,一般要在显微镜下才能进行准确的种

2、类鉴定.本文以海洋常见赤潮藻血红哈卡藻(Akashiwosanguinea(Hirasaka)Hansen&Moestrup)为对象,利用数学形态学方法来处理和分析其细胞显微图像.数学形态学算法包括二值图像形态学和灰度图像形态学,涉及到膨胀、腐蚀、开闭运算,提供了快速高效的优化算法,特别是基于形态学分水岭的图像分割、标记目标、目标分割.研究结果证明,数学形态学可应用于海洋浮游植物显微图像处理,为浮游植物显微自动识别提供了理论基础.关键词:数学形态学;二值图像形态学;灰度图像形态学;海洋浮游植物中图分类号:Q949.2文献标识码

3、:A文章编号:0438-0479(2008)S2-0242-04海洋浮游植物是海洋生态系统中的最主要初级生应用数学形态学算法对海洋浮游植物显微图像进产者,也是海洋生物资源的重要组成部分,具有种类行分析与处理,可望提供快速高效的优化算法,为浮游多、数量大、繁殖快等特点,在海洋生态系统的物质循植物显微自动识别提供了理论基础.本文以海洋常见环和能量流动中起着极其重要的作用.对海洋浮游植赤潮藻血红哈卡藻(Akashiwosanguinea(Hirasaka)物的研究、教学和开发利用,都离不开对其种类的分类Hansen&Moestrup

4、)为对象,测试了利用数学形态学方和鉴定.海洋浮游植物个体微小,一般要在显微镜下通法处理和分析其细胞显微图像的可行性.过观察拍照才能进行种类鉴定.但不同浮游植物种类1数学形态学算法的描述及步骤其细胞形态特征各异,通过对其显微图像进行适当的处理分析,并建立相应的数据库,可以实现对其种类的[2][3]数学形态学包括二值图像形态学和灰度图[1]计算机自动识别和鉴定.[3]像形态学两种理论.数学形态学是分析几何形状和结构的数学方法,1.1二值图像形态学是建立在集合代数基础上,用集合论方法定量描述几1.1.1膨胀和腐蚀何形状的科学.数学形

5、态学是有一组形态学的代数运腐蚀是表示用某种/探针0(即某种形状的基元或算子.最基本的形态学算子有:腐蚀、膨胀、开和闭运结构元素)对一个图像进行探测,以便找出图像内部算.用这些算子及其组合来进行图像形状和结构的分[4]可以放下该基元的区域.我们先假设数字图像为f析与处理,包括图像分割、特征提取、图像滤波、图像增(x,y),结构单元取作b(x,y),这里都是整数,则f和b强和恢复等方面的工作(图1).是对每一个(x,y)坐标赋以的灰度值函数.腐蚀运算相当于在结构单元定义的邻域内选择了f-b的最小值,在每一点上的腐蚀值是在跨度为b的

6、区间内f与b之差的最小值.数学形态学中的腐蚀运算具有收缩图像目标的作用,通过适当的结构单位可以将两个或多个比较接近,不易分辨的图像目标朝灰度变小的方向图1数学形态学的处理方法[5]收缩,使目标分离,便于轮廓的提取.图像膨胀是图Fig.1Theprocessingmethodofmathematicalmorphology像腐蚀的对偶运算,可以通过对补集的腐蚀来定义.相当于在结构单元定义的邻域中选择f+b的最大值,在每一点上的膨胀值是在跨度为b的区间内与b之和的收稿日期:2008-10-19最大值.膨胀运算可以将目标物体接触的所

7、有背景点基金项目:福建省科技重大专项前期研究项目(2005YZ1024),国家自然科学基金科学仪器基础研究专项(40627001)资助合并到物体中,使目标增大、边界延伸、空洞缩小.Emai:lgaoyh@xmu.edu.cn1.1.2开运算和闭运算假设A为输入图像,B为结构元素,利用B对A作增刊2高亚辉等:数学形态学在海洋浮游植物显微图像处理中的应用#243#开运算,用符号A.B表示,开运算实际上是A先被B1.2.2开运算和闭运算腐蚀,然后再被B膨胀的结果.也可以理解为,开运算具备了腐蚀和膨胀这两种初级灰度形态学变换,可以通过

8、计算所有可以填入图像内部的结构元素平移下面可以定义灰度形态学的二级变换)))灰度开和闭[9]的并集求得.当结构元素B扫过整个图像集合内部,变换,与二值情况相同,这两种变换为对偶变换.灰那些使结构元素B的任何像素不越出图像A边界的度开变换可以参照二值情况来定义,即先做腐蚀再做图