图像处理——灰度化、二值化、膨胀算法、腐蚀算法以及开运算和闭运算

一、RGB

RGB色彩模式使用RGB模型为图像中每个像素的RGB分量分配一个0~255范围内的强度值。RGB图像仅仅使用三种颜色，R(red)、G(green)、B(blue)，就能够使它们依照不同的比例混合，在屏幕上呈现16777216(256 * 256 * 256)种颜色。

在电脑中，RGB的所谓“多少”就是指亮度，并使用整数来表示。通常情况下，RGB各有256级亮度，用数字表示为从0、1、2...直到255。

二、ARGB

一种色彩模式，也就是 RGB色彩模式附加上Alpha（透明度）通道，常见于32位位图的存储结构。

ARGB---Alpha,Red,Green,Blue.

三、灰度化

在RGB模型中，假设R=G=B时，则彩色表示一种灰度颜色，当中R=G=B的值叫灰度值，因此，灰度图像每一个像素仅仅需一个字节存放灰度值（又称强度值、亮度值），灰度范围为0-255。一般有下面四种方法对彩色图像进行灰度化，详细方法參考： http://blog.csdn.net/evsqiezi/article/details/7905436 　　

四、二值化

一幅图像包含目标物体、背景还有噪声，要想从多值的数字图像中直接提取出目标物体，最经常使用的方法就是设定一个全局的阈值T，用T将图像的数据分成两部分：大于T的像素群和小于T的像素群。将大于T的像素群的像素值设定为白色（或者黑色），小于T的像素群的像素值设定为黑色（或者白色）。

比方：计算每个像素的（R+G+B）/3，假设>127，则设置该像素为白色，即R=G=B=255；否则设置为黑色，即R=G=B=0。

C#实现代码例如以下：

public Bitmap binarization(){Bitmap bitImage = new Bitmap(pictureBox1.Image);//二值化pictureBox1中的图片Color c;int height = pictureBox1.Image.Height;int width = pictureBox1.Image.Width;for (int i = 0; i < height; i++){for (int j = 0; j < width; j++){c = bitImage.GetPixel(j,i);int r = c.R;int g = c.G;int b = c.B;if ((r + g + b) / 3 >= 127){                       bitImage.SetPixel(j, i, Color.FromArgb(255, 255, 255));                  }else{     bitImage.SetPixel(j, i, Color.FromArgb(0,0,0));}}}return bitImage;}

执行结果如图：

左边为处理前，右边为二值化后效果。

五、膨胀算法

膨胀是将与物体接触的全部背景点合并到该物体中，使边界向外部扩张的过程。

能够用来填补物体中的空洞。

用3x3的结构元素，扫描图像的每个像素

用结构元素与其覆盖的二值图像做“或”操作

假设都为0，结果图像的该像素为0。否则为1

结果：使二值图像扩大一圈

膨胀(dilation)能够看做是腐蚀的对偶运算，其定义是：把结构元素B平移a后得到Ba，若Ba击中X，我们记下这个a点。全部满足上述条件的a点组成的集合称做X被B膨胀的结果。用公式表示为：D(X)={a | Ba↑X}=XB，例如以下图所看到的。图中X是被处理的对象，B是结构元素，不难知道，对于随意一个在阴影部分的点a，Ba击中X，所以X被B膨胀的结果就是那个阴影部分。阴影部分包含X的全部范围，就象X膨胀了一圈似的，这就是为什么叫膨胀的原因。

在下图中，左边是被处理的图象X(二值图象，我们针对的是黑点)，中间是结构元素B。膨胀的方法是，拿B的中心点和X上的点及X周围的点一个一个地对，假设B上有一个点落在X的范围内，则该点就为黑；右边是膨胀后的结果。能够看出，它包含X的全部范围，就象X膨胀了一圈似的。

我设计了一个简单的膨胀算法，依次遍历整个图片的像素，分析每个像素的周围八个像素，仅仅要该像素周围存在黑色的像素，就设置该像素颜色为黑色。以下是使用膨胀算法处理经过二值化后的图像的C#实现代码：

public bool[] getRoundPixel(Bitmap bitmap, int x, int y)//返回(x,y)周围像素的情况，为黑色，则设置为true{bool[] pixels=new bool[8];Color c;int num = 0;for (int i = -1; i < 2; i++){for (int j = -1; j < 2; j++){c = bitmap.GetPixel(x+i,y+j);if (i != 0 || j != 0){if (255 == c.G)//由于经过了二值化，所以仅仅要检查RGB中一个属性的值{pixels[num] = false;//为白色，设置为falsenum++;}else if(0==c.G){pixels[num] = true;//为黑色，设置为truenum++;}}}}return pixels;}

public Bitmap expend(){Bitmap bitImage = new Bitmap(pictureBox2.Image);//处理pictureBox2中的图片Bitmap bitImage1 = new Bitmap(pictureBox2.Image);int height = pictureBox1.Image.Height;int width = pictureBox1.Image.Width;bool[] pixels;for (int i = 1; i < width-1; i++){for (int j = 1; j < height-1; j++){if (bitImage.GetPixel(i, j).R != 0){pixels = getRoundPixel(bitImage, i, j);for (int k = 0; k < pixels.Length; k++){if (pixels[k] == true){//set this piexl's color to blackbitImage1.SetPixel(i, j, Color.FromArgb(0,0,0));break;}}}}}return bitImage1;}

执行结果如图：

六、腐蚀算法

腐蚀是一种消除边界点，使边界向内部收缩的过程。能够用来消除小且无意义的物体。

用3x3的结构元素，扫描图像的每个像素

用结构元素与其覆盖的二值图像做“与”操作

假设都为1，结果图像的该像素为1。否则为0。

结果：使二值图像减小一圈

把结构元素B平移a后得到Ba，若Ba包括于X，我们记下这个a点，全部满足上述条件的a点组成的集合称做X被B腐蚀(Erosion)的结果。用公式表示为：E(X)={a| Ba X}=X B。

下图中X是被处理的对象，B是结构元素。不难知道，对于随意一个在阴影部分的点a，Ba包括于X，所以X被B腐蚀的结果就是那个阴影部分。阴影部分在X的范围之内，且比X小，就象X被剥掉了一层似的，这就是为什么叫腐蚀的原因。

我设计了一个简单的腐蚀算法，一次遍历图像中每个像素，检查它四周的八个像素，假设有白色的像素，则设置改点为白色。用二值化处理后的图片进行腐蚀算法C#代码例如以下：

public Bitmap corrode(){Bitmap bitImage = new Bitmap(pictureBox2.Image);Bitmap bitImage1 = new Bitmap(pictureBox2.Image);Color c;int height = pictureBox1.Image.Height;int width = pictureBox1.Image.Width;bool[] pixels;for (int i = 1; i < width - 1; i++){for (int j = 1; j < height - 1; j++){c = bitImage.GetPixel(i, j);if (bitImage.GetPixel(i, j).R == 0){pixels = getRoundPixel(bitImage, i, j);for (int k = 0; k < pixels.Length; k++){if (pixels[k] == false){//set this piexl's color to blackbitImage1.SetPixel(i, j, Color.FromArgb(255, 255, 255));break;}}}}}return bitImage1;}

处理后图片变成：

七、开运算

先腐蚀后膨胀的过程称为开运算。用来消除小物体、在纤细点处分离物体、平滑较大物体的边界的同一时候并不明显改变其面积。

八、闭运算

先膨胀后腐蚀的过程称为闭运算。用来填充物体内细小空洞、连接邻近物体、平滑其边界的同一时候并不明显改变其面积。