科技创新导报 2010 NO.32 Science and Technology Innovation Herald 工 程 技 术 基于数学形态学高帽变换的彩色图像增强算法① ( 1 . 淮南师范学院计算机与信息工程系; 2 . 淮南师范学院计算与应用数学系 安徽淮南 2 3 2 0 3 8 ) 尹星云 １ 华洁 ２ 摘 要:分析了RGB颜色空间和HSV颜色空间各自的优缺点,通过将彩色图像在RGB颜色空间和HSV颜色空间互相转换,把一个灰度图像形 态学边缘增强算法推广到彩色图像。实验结果表明该算法性能良好, 既能够较好地增强图像, 又没有引入不自然的人造痕迹。 关键词: 图像增强 颜色空间 数学形态学 高帽变换 中图分类号: G 6 4 文章编号:1674-098X(2010)11(b)-0084-02 文 献 标 识 码 : A 1 引言 (１ )RGB颜 色 空 间 转 换 到 HSV颜 色 空 间 随 着 获 取 图 像 硬 件 设 备 的 快 速 发 展 , 获 得 的 彩 色 图 像 越 来 越 多 , 亟 需 开 发 各 种 彩 色 图 像 处 理 技 术 ,而 把 灰 度 图 像 处 理 领 域比较成熟的算法推广到彩色图像处理是 一 种 可 行 的 方 法。由 于 灰 度 图 像 是 标 量 值 函 数 ,彩 色 图 像 是 向 量 值 函 数 ,所 以 大 多 数 灰度图像处理技术都不能直接推广到彩色 图 像 处 理。另 外, 彩 色 图 像 有 多 种 表 示 模 型 , 对 于 具 体 的 图 像 处 理 任 务 和 特 定 的 图 像,需 要 选 择 一 种 适 当 的 表 示 模 型。这 就 使 得将灰度图像处理技术应用于彩色图像成 为 一 个 具 有 挑 战 性 的 任 务 。 图 像 增 强 的 目 的 是 改 善 图 像 视 觉 外 观 , 或 者 使 图 像 更 适 合 于 人 或 机 器 进 行 分 析处理。它是边提取、图像分割和识别等图 像 处 理 技 术 应 用 之 前 的 重 要 步 骤。本 文 针 对 HSV颜 色 空 间 的 特 点 ,把 一 种 基 于 数 学 形态学高帽算子的灰度图像增强算法推广 到 彩 色 图 像 处 理 ,实 验 结 果 效 果 良 好 。 间 =S max min = R ' = G ' = B ' 如 果 H 如 果 H 如 果 则 则 则 H 如 果 H 如 果 则 , , , , max( (max- = = max( min( max /min) BGR , ) , V = BGR , , ) , R /(max ) min) (max G min) /(max ) (max , B min) ) /(max (max R=max G=min += 5 B ' R=max -= 1 G ' G=max += 1 R ' G=max -= 3 B ' R=max 5 R H 并 且 , 否 则 并 且 , 否 则 并 且 , 否 则 并 且 , 否 则 ,则 H c 　 ' B„min G„min += 3 G -= B=min BGR , , ) , , , , , ' , 否 则 其 它 (１ )HSV颜 色 空 间 转 换 到 RGB颜 色 空 令 60/HH = sec_ color , 用 color pri _ 表 示 主 要 表 示 次 要 颜 色 , 颜 色 , 用 pri _ color 等 于 H 的 整 数 部 分 , = H color sec_ , 按 照 以 下 公 cba , , : 式 计 算 bVS a ,*) 1(*(1( *(1( sec_ color V , cV ,*)) color sec_ 1( = *))) pri = = _ 如 果 如 果 如 果 如 果 , = aBcGVR color = , color = , color S color ＝ ０ , = ; ＝ １ , aBVGbR ; ＝ ２ , = cBVGaR , ＝ ３ , VBbGaR ＝ ４ , VBaGcR S pri _ = , pri _ = pri _ = , pri _ = , pri _ = , pri _ = , = color = , color = , color = , = ; ＝ ５ , = ; bBaGVR = ; ; 则 则 则 则 则 则 如 果 如 果 2 颜色空间 颜 色 空 间 或 称 颜 色 空 间 , 是 一 种 定 量 地 描 述 和 使 用 颜 色 的 数 学 模 型 。RGB颜 色 空间和HSV颜色空间都属于最常用的颜色 空 间 类 型 。RGB颜 色 空 间 主 要 面 向 计 算 机 硬 件 和 大 多 数 的 图 像 捕 获 和 输 出 设 备。它 的最大优点是通过硬设备捕获的图像可以 直 接 输 入 计 算 机、处 理 和 输 出;主 要 缺 点 是 表示颜色的R、G、B分量中没有直观的给出 颜 色 信 息,三 个 分 量 相 关 性 强 。HSV颜 色 空 间 是 基 于 色 调 (H)、纯 度(S)和 亮 度(V)的 颜 色 空 间 , 表 示 颜 色 的 方 式 与 人 的 感 知 系 统 比 较 接 近 ,表 示 的 亮 度 成 分 与 色 度 成 分 互 相独立,可以通过对V分量操作把处理灰度 图 像 的 算 法 直 接 推 广 到 彩 色 图 像。因 此,本 文选择在HSV颜 色 空 间 实 现 彩 色 图 像 增 强 算 法 。 为了在HSV颜色空间处理图像,必须首 先把RGB颜 色 空 间 表 示 的 图 像 转 换 到HSV 颜 色 空 间 ,处 理 后 再 转 换 到 RGB颜 色 空 间 显 示。下 面 给 出 彩 色 图 像 在RGB颜 色 空 间 和HSV颜 色 空 间 互 相 转 换 的 数 学 模 型 [１]: 、 图 像 和 彩 色 图 像 三 个 阶 段。膨 胀、腐 蚀、开 和 闭 是 数 学 形 态 学 的 四 个 基 本 算 子 , 基 于 这四个算子可以组合出无限个图像处理算 法。在 完 备 格 的 理 论 框 架 下,二 值 图 像、灰 度图像和彩色图像的四个基本算子具有统 一形式。设 f 表 示 灰 度 图 像, g 表示结构元 素 , , , 2ZD 2Z f ) )) | | ) ( fd ( fg 和 aDb , aDb , = de f (( 分 别 表 示 f 和 g 的 定 义 域 , ) ) ( fj 分 别 表 示 利 用 g 对 f ( fe 、 ) 进 行 膨 胀、腐 蚀、开 和 闭 运 算,下 面 给 出 这 四 个 基 本 算 子 的 定 义 : { = af bf ) max )( )( { = bf af )( min )( ) = ed j f f )) (( ) ( , }W (d , }W (e , g ( [2]。 开 算 子 是 对 图 像 f 先 腐 蚀 后 膨 胀 , 可 以 移 除 比 结 构 元 素 小 的 亮 特 征 , 所 以 原 始 图 像 减 去 开 运 算 得 到 的 图 像 ,能 够 提 取 原 始 图 像 中 的 亮 特 征 ,称 为 白 高 帽 算 子 ,记 为 tophat ;相 反 ,闭 算 子 是 对 f 先 膨 胀 后 腐 蚀, 可 以 移 除 比 结 构 元 素 小 的 暗 特 征 , 所 以 闭 运 算 得 到 的 图 像 减 去 原 始 图 像 , 能 够 提 取 原 始 图 像 中 的 暗 特 征,称 为 黑 高 帽 算 子 ,记 为 bothat 。原 始 图 像 加 上 白 高 帽 可 以 增 强 图 像 的 亮 特 征 , 再 减 去 黑 高 帽 可 以 增 强 图 像 的 暗 特 征 ,从 而 增 加 图 像 的 对 比 度 。 图 像 中 对 象 的 边 缘 大 多 数 是 由 于 灰 度 发生突变(也就是亮度)造成的,而且人眼对 亮 度 比 对 颜 色 敏 感 ,根 据 这 个 原 理 下 面 给 出一种在HSV颜 色 空 间 实 现 彩 色 图 像 增 强 的 算 法 : Step1:利 用 公 式 第 ２ 节 (１ )的 转 换 公 式 ,将 RGB颜 色 空 间 的 彩 色 图 像 f 转 换 到 HSV颜 色 空 间 ,记 作 hsvf 。 Setp2:令 V 表 示 彩 色 图 像 hsvf 的 亮 度 分量,利用灰度形态学的四个基本算子计算 白高帽和黑高 帽 算 子: 和 (j V bothat ,令 K 表 示 对 V 增 强 后 + 的 亮 度 ,利 用 增 强 灰度图像 [3]。 V ) = VK bothat tophat tophat g- (V = = V ) 3 彩色图像增强算法 数 学 形 态 学 是 一 种 高 效 的 处 理 图 像 的 数 学 工 具,它 的 发 展 经 历 了 二 值 图 像、灰 度 Step3:根 据 第 ２ 节 的 对 颜 色 空 间 的 分 析,把 彩 色 图 像 hsvf 的 色 调 分 量(H)和 饱 和 度 分 量 (S)与 K 组 合 在 一 起 构 成 一 幅 新 的 (下 转 86 页 ) ① 基 金 项 目 :安 徽 高 校 省 级 自 然 科 学 (KJ2008B128)。 8 4 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald - - - - - - - - - - - W ˛ ˛ ˛ ˛ - - 

科技创新导报 2010 NO.32 Science and Technology Innovation Herald 程 ,需 要 各 部 门 领 导、管 理 人 员、档 案 人 员 及 计 算 机 技 术 人 员 共 同 协 作 来 完 成。设 计 部应根据自身条件把文件管理和计算机管 理 纳 入 工 作 重 点 , 应 加 强 设 计 部 内 部 的 自 身 建 设 , 为 实 现 文 档 一 体 化 管 理 打 下 良 好 的 基 础 。 4 . 1 提高文档人员的档案意识 设 计 部 应 逐 步 提 高 文 档 人 员 的 档 案 意 识 , 使 文 档 人 员 充 分 认 识 并 了 解 档 案 和 档 案 工 作 的 重 要 性。可 以 根 据 自 身 情 况 制 定 相 应 的 计 划,并 按 具 体 步 骤 实 施 ,使 现 有 在 职的业务工作人员能够跟上高新科技发展 的 步 伐,从 而 满 足 文 件 管 理 现 代 化、信 息 化 建 设 的 需 要。一 是,要 强 化 文 档 人 员 的 档 案 理 论 知 识 及 相 关 业 务 知 识。二 是,加 强 各 部 门 之 间 的 沟 通 , 使 档 案 工 作 能 提 前 介 入 到 设 计 部 负 责 的 项 目 中。三 是,争 取 文 件 管 理 与 档 案 工 作 做到“ 你 中 有 我,我 中 有 你 ”,相 互 学 习、相 互 借 鉴,发 现 问 题 及 时 解 决。只 有 这 样 文 档 管 理 工 作 才 能 顺 利 进 行 , 从 而 确 保 文 档 管 理 工 作 的 有 序 高 效 。 4 . 2 完善现代化设备 实 现 文 档 一 体 化 管 理 需 要 依 靠 先 进 的 装 备 和 技 术。当 前 的 文 件 处 理 设 备 及 滞 后 的管理模式已远远不能适应信息化和办公 自 动 化 要 求 ,应 按照“ 统 一 规 划,分 步 实 施 ” 的 原 则,从 提 高 工 作 效 率 和 质 量 的 高 度,增 加 对 办 公 设 备 的 投 入 , 切 实 改 善 和 优 化 基 本 的 办 公 条 件 。 4 . 3 建立网络信息平台, 实现办公软件的统 一 在 科 技 日 益 现 代 化 的 今 天 , 网 络 信 息 平 台 建 设 是 实 现 办 公 自 动 化、文 档 一 体 化 管 理 的 物 质 技 术 基 础。设 计 部 应 充 分 挖 掘 内、外 部 资 源,由 内 部 的 文 档 人 员、计 算 机 技术人员以及其他相关的人员组成一个实 施 小 组,共 同 搭 建 一 个 网 络 信 息 平 台 ,使 设 计 部 的 信 息 资 源 实 现 最 大 共 享 。 网 络 信 息 平 台 是 实 现 文 档 一 体 化 的 前 提 条 件 , 而 办 公 软 件 的 统 一 是 文 档 一 体 化 (上 接 84 页 ) 图 像 ,记 作 hsvk 。 Step4:利 用 第 ２ 节 的 公 式 (２ )将 hsvk 转 换 到RGB颜 色 空 间 。 利 用 这 个 算 法 对 大 量 的 彩 色 图 像 进 行 了 实 验 , 实 验 结 果 说 明 该 算 法 既 能 够 较 好 地 增 强 图 像 , 有 没 有 引 起 不 自 然 的 人 工 处 理 痕 迹。图 １ 中(２ )明 显 地 比 (１ )清 晰、对 比 度 高 ,人 的 视 觉 感 知 更 好 。 4 结语 得 以 实 现 的 根 本 保 证。一 是,对 文 档 一 体 化 软 件 加 以 统 一。为 确 保 文 档 一 体 化 软 件 的 通 用 性,避 免 日 后 进 行 二 次 输 入 造 成 人 力 、 财 力 等 的 巨 大 浪 费。设 计 部 文 件 管 理 部 门 应根据本单位形成的电子文件与计算机系 统 的 兼 容 性 , 选 择 实 用 有 效 的 文 档 一 体 化 软 件 , 作 为 通 用 软 件。二 是, 依 据 各 部 门 的 职 能 ,按 照 标 准 化、规 范 化 的 要 求,调 整、制 定 适 应 于 文 档 一 体 化 管 理 的 分 类 方 案 ,并 使 之 代 码 化 , 对 各 种 表 明 文 档 信 息 内 容 特 征 的 著 录 与 标 引 加 以 统 一 。 4 . 4 改变传统的文件管理模式 由 于 设 计 部 文 件 和 档 案 的 管 理 一 直 受 传 统 模 式 的 束 缚 , 两 者 的 系 统 基 本 是 独 立 的。虽 然 现 在 两 者 的 管 理 系 统 存 在 着 一 些 联 系 , 但 很 多 时 候 依 然 存 在 各 自 为 政 的 情 况。为 了 适 应 现 代 化 文 档 的 管 理 需 要,为了 确 保 归 档 文 件 的 真 实 性、完 整 性 和 有 效 性, 就 必 须 从 文 件 的 生 成 阶 段 开 始 控 制。应 进 一 步 研 发 能 够 覆 盖 电 子 文 件 全 部 活 动 ,将 部分“ 档 案 管 理 工 作”前 置到“ 文 件 处 理 工 作”中 的 文 档 一 体 化 计 算 机 管 理 系 统,是实 现 电 子 文 件 的 文 档 一 体 化 管 理 的 关 键 。 4 . 5 完善管理体制和配套制度, 使文件管理 进 一 步 规 范 化 科 学 的 管 理 体 制 和 配 套 的 制 度 是 文 档 一 体 化 管 理 的 前 提 和 基 础。理 顺 管 理 体 制 就 是 从 系 统 管 理 出 发 优 化 配 置 机 构 , 合 理 设 置 流 程 ,调 整 完 善 职 能 ,保 障 文 档 一 体 化 顺 利 实 施。建 议 将 文 档 人 员 也 纳 入 信 息 网 络 化 管 理 , 进 行 统 筹 安 排 , 统 一 协 调。由 于 文 件 产 生 于 各 级 部 门 及 人 员 ,通 过 文 档 一 体 化 ,文 件 处 理、档 案 管 理、业 务 职 能 等 部 门 之 间 的 相 互 配 合、支 持,可 以 统 筹 安 排 文 档 工 作 的 每 个 环 节 ,使 文 件 的 收 发、登 记 、 运 转、处 置、存 储 和 利 用 与 档 案 的 收 集、整 理、鉴 定、利 用 管 理 等 科 学 有 序、同 步 进 行, 从 而 实 现 文 件 的 生 成、流 转、归 档 一 体 化 。 同 时 ,完 善 现 有 的 管 理 制 度 和 工 作 程 序 ,如 完 善 文 件 处 理 制 度、制 定 计 算 机 辅 助 归 档 域 , 应 用 广 泛。由 于 彩 色 图 像 的 向 量 特 性, 大量的灰度图像处理算法不能直接推广到 彩 色 图 像 处 理。本 文 根 据HSV颜 色 空 间 的 特 点 , 把 一 个 基 于 灰 度 图 像 形 态 学 的 边 缘 增 强 算 法 推 广 到 彩 色 图 像,实 验 效 果 良 好 。 参考文献 [1] A.Ford and A.Roberts,“ Color space conversions,”available at URL,http:/ / w w w . w m i n . a c . u k / I T R G / d o c s / coloreq/coloreq. 彩 色 图 像 增 强 是 一 个 重 要 的 研 究 领 [2] 尹 星 云 , 王 峻 . 基 于 改 进 的 彩 色 图 像 形 8 6 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 工 程 技 术 制 度 等 规 章 制 度,对 各 类 文 件 的 规 格、办 理 规则、审签制度、装订要求等技术标准以及 各类文件收发登记表格的规格、填写要求、 发 送 范 围 及 归 档 范 围、保 管 期 限 等 都 应 做 出 明 确 的、具 体 的 要 求,使 整 个 管 理 工 作 进 一 步 制 度 化、规 范 化 。 5 将来的设想 根 据 自 身 优 势 ,使 内 部 文 档 人 员、计 算 机技术人员与档案工作人员共同协作建立 一 个 互 助 的 内 部 平 台 , 在 确 保 文 件 运 转 安 全 的 基 础 上,完 善 已 有 的 文 档 管 理 系 统 ,增 设 文 件 归 档 组 卷 功 能 , 包 括 : 文 件 分 类 表 、 合 并 同 类、自 动 归 档、临 时 归 档 等。这 样 才 能使设计部文件管理工作和档案管理工作 得 以 有 效 衔 接,真 正 做 到 文 档 一 体 化 ,充 分 发 挥 其 最 大 的 效 用 。 6 结语 随 着 时 代 的 进 步 ,电 子 文 件 的 产 生 和 大 量 涌 现 ,文 档 管 理 模 式 必 须 不 断 进 行 改 革 和 创 新 ,才 能 够 满 足 现 代 社 会 的 发 展 和 文 档 工 作 的 需 要。文 档 人 员 应 该 根 据 时 代 的 要 求,从 实 际 情 况 出 发 ,建 立 起 适 合 自 身 的 文 档 一 体 化 管 理 模 式 ;提 高 文 档 一 体 化 的 管 理 意 识 ;进 一 步 完 善 各 项 管 理 制 度;不 断 拓 展 专 业 知 识 和 相 关 的 技 术 知 识 ;切 实 有 效 的 推 动 文 档 一 体 化 工 作 的 进 程 , 这 样 才 能 够 充 分 发 挥 文 档 管 理 部 门 的 作 用 ,并 最终为单位的决策提供更加高效而快捷的 服 务 。 参考文献 [1] 陈 明 珠.企 业 电 子 文 档 一 体 化 的 探 索 与 实 践 [J].上 海 商 业 . [2] 张 武 军.电 子 文 件 文 档 一 体 化 管 理 中 的 问 题 [J].中 国 档 案 ,2005,8. [3] 李 亚 东.电 子 政 务 环 境 下 文 档 一 体 化 管 理 探 析 [J].兰 台 世 界 ,2007,1. 态 学 膨 胀 和 腐 蚀 算 子 设 计.计 算 机 工 程 与 应 用 ,2008,44(14):172-174. [3] G.Ederra.“ Mathematical Techniques A p p l i e d t o A n t i - P e r so n n e l Mi n e D et e ct i on ”, Mast e r. T h esi s,D e p t o f Electronics and Information Processing, Vrije Universiteit,1999.