【正文】 車 牌 的 基。 后 者 例 如 車 牌 區(qū) 域 內(nèi) 呈 規(guī) 則 的 縱 向 紋 理 變 化 ， 通 過 字 符 一維 灰 度 特 征 圖 可 反 映 出 來 。 經(jīng) 過 對 大 量 車 牌 圖 像 的 分 析 ， 可 以 發(fā) 現(xiàn) ， 車 牌 特 征 可 以 分 為 宏 觀 整 體 特征 和 微 觀 紋 理 特 征 。 對 通 過 處 理 的 車 牌 圖 像 采 用 數(shù) 學(xué) 形 態(tài) 學(xué) 的 方 法 進行 定 位 ， 分 離 出 車 牌 部 分 的 圖 像 。 經(jīng) 過 二 值 化 和 邊緣 檢 測 后 的 車 牌 圖 像 中 ， 車 牌 區(qū) 域 特 征 得 到 了 加 強 ， 但 同 時 也 加 強 了 背 景 中部 分 噪 聲 。 由 于 實 時 性 要 求 ， 本 文 中 僅 采 用 3X3 結(jié) 構(gòu) 元 素 對 整 個 圖 像 進 行 了 膨 脹 處理 ， 使 車 牌 區(qū) 域 的 色 素 更 為 稠 密 ， 有 效 地 增 強 目 標 區(qū) 域 的 內(nèi) 連 通 性 ， 消 除 細小 的 間 隙 ， 加 大 目 標 區(qū) 的 色 素 密 度 ， 有 利 于 提 高 窗 口 搜 索 時 的 命 中 率 。 不 過 ，不 當 的 組 合 會 加 大 計 算 量 ， 所 以 對 于 有 實 時 性 要 求 的 圖 像 處 理 ， 在 滿 足 要 求的 前 提 下 組 合 的 越 精 煉 越 好 。 如 二值 圖 像 噪 聲 濾 除 、 邊 界 提 取 、 區(qū) 域 填 充 、 區(qū) 域 骨 架 提 取 等 。 閉 運 算 可 以 融 合 窄 的 缺 口 和 細 長 的 彎 口 ， 去 掉 小 洞 ， 填 補 輪廓 上 的 縫 隙 。 利 用 圖 像 B 對 圖像 A 作 閉 運 算 表 示 為 A 事 實 上 ， 就 是 先 作 腐 蝕 ， 后 作 膨脹 運 算 的 結(jié) 果 。 用 符 號 AoB表 示 ， 其 定 義 為 ： (36)()A????與 之 等 效 的 另 一 種 表 示 為 ： （3{:}x???7）這 個 方 程 表 明 ， 開 運 算 可 以 通 過 計 算 所 有 可 以 填 入 圖 像 內(nèi) 部 的 結(jié) 構(gòu) 元 素平 移 的 并 求 得 。 與 腐 蝕 相 應(yīng) ， 膨 脹 也 可 以 表示 為 ： (35){:}AbB?????因 此 膨 脹 可 以 通 過 對 相 對 結(jié) 構(gòu) 元 素 的 點 平 移 輸 入 圖 像 ， 然 后 將 其 取 并 得到 。因 為 膨 脹 是 利 用 結(jié) 構(gòu) 元 素 對 圖 像 補 集 進 行 填 充 ， 因 而 它 表 示 對 圖 像 外 部 作 濾波 處 理 。得 到 B， 再 利 用 B 對 Ac 進 行 腐 蝕 。 A 被 B 膨 脹 表示 為 A⊕ B， 其 定 義 為 ： (34)[()]ccABB???其 中 ， Ac 表 示 A 的 補 集 。圖 31 腐 蝕 類 似 于 收 縮腐 蝕 除 了 可 以 用 填 充 形 式 的 方 程 表 示 外 ， 還 有 一 個 重 要 的 表 達 形 式 ： (33){:}ABbB?????這 里 ， 腐 蝕 可 以 通 過 將 輸 入 圖 像 平 移 b（ b 屬 于 結(jié) 構(gòu) 元 素 ） ， 并 計 算 所 有平 移 的 交 集 而 得 到 。 圖 中 結(jié) 構(gòu) 元 素 B 為 一 個 圓 盤 。 如 果 將 B 看 作 模 板 ， 那 樣 ， AΘB 則 由 在 平 移 模 板 的 過程 中 ， 所 有 可 以 填 入 A 內(nèi) 部 的 模 板 的 原 點 組 成 。哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）21集 合 A 被 集 合 B 腐 蝕 ， 表 示 為 AΘB， 其 定 義 為 ： (32){:}xA????其 中 ， A 稱 為 輸 入 圖 像 ， B 稱 為 結(jié) 構(gòu) 元 素 。將 一 個 集 合 A 平 移 距 離 x 可 以 表 示 為 A+x， 其 定 義 為 ： (31){:}a???從 幾 何 上 看 ， A+x 表 示 A 沿 矢 量 x 平 移 了 一 段 距 離 。 腐 蝕 的 實 現(xiàn) 是 基 于 填 充 結(jié) 構(gòu) 元 素 的概 念 。 腐 蝕 和 膨 脹腐 蝕 和 膨 脹 是 最 基 本 的 形 態(tài) 學(xué) 運 算 ， 他 們 互 為 對 偶 關(guān) 系 。 圖 像 形 態(tài) 處 理時 ， 就 是 在 圖 像 中 移 動 一 個 結(jié) 構(gòu) 元 素 ， 然 后 將 結(jié) 構(gòu) 元 素 與 圖 像 進 行 交 、 并 等集 合 運 算 。 二 值 形 態(tài) 學(xué) 中 的 形 態(tài) 變 換 是 針 對 集 合 的 處 理 。 他 們 在 二 值圖 像 和 灰 度 圖 像 中 各 有 特 點 。 目 前 ， 有 關(guān) 數(shù) 學(xué) 形 態(tài) 學(xué) 的 技 術(shù) 和 應(yīng) 用正 在 不 斷 地 研 究 和 發(fā) 展 。 有 人 稱 數(shù) 學(xué) 形 態(tài) 學(xué)在 理 論 上 是 嚴 謹 的 ， 在 基 本 觀 念 上 卻 是 簡 單 和 優(yōu) 美 的 。 作 為探 針 的 結(jié) 構(gòu) 元 素 ， 可 直 接 攜 帶 知 識 （ 形 態(tài) 、 大 小 、 甚 至 加 入 灰 度 和 色 度 信 息 ）來 探 測 、 研 究 圖 像 的 結(jié) 構(gòu) 特 點 。 數(shù) 學(xué) 形 態(tài) 學(xué) 方 法 利 用 一 個 稱 作 結(jié)構(gòu) 元 素 的 “探 針 ”收 集 圖 像 的 信 息 ， 當 探 針 在 圖 像 中 不 斷 移 動 時 ， 便 可 考 察圖 像 各 個 部 分 之 間 的 相 互 關(guān) 系 ， 從 而 了 解 圖 像 的 結(jié) 構(gòu) 特 征 。數(shù) 學(xué) 形 態(tài) 學(xué) 是 由 一 組 形 態(tài) 學(xué) 的 代 數(shù) 運 算 子 組 成 的 ， 它 的 基 本 運 算 有 4 個 ：膨 脹 （ 或 擴 張 ） 、 腐 蝕 （ 或 侵 蝕 ） 、 開 啟 和 閉 合 ， 它 們 在 二 值 圖 像 和 灰 度 圖 像哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）20中 各 有 特 點 。 數(shù) 學(xué) 形 態(tài) 學(xué) 的 應(yīng) 用 可 以 簡 化 圖 像 數(shù) 據(jù) ， 保 持 它 們 基 本 的 形 狀 特 性 ，并 除 去 不 相 干 的 結(jié) 構(gòu) 。數(shù) 學(xué) 形 態(tài) 學(xué) 是 一 門 建 立 在 嚴 格 數(shù) 學(xué) 理 論 基 礎(chǔ) 上 的 學(xué) 科 ， 所 用 語 言 是 集 合論 ， 其 基 本 思 想 和 方 法 對 圖 像 處 理 的 理 論 和 技 術(shù) 產(chǎn) 生 了 重 大 影 響 。 數(shù) 學(xué) 形 態(tài) 學(xué) 的 應(yīng) 用 可 以 簡 化 圖 像 數(shù) 據(jù) ， 保 持 它 們 的 形 狀 特 性 ， 并 除 去 不相 干 的 結(jié) 構(gòu) ， 其 算 法 具 有 天 然 的 并 行 實 現(xiàn) 的 結(jié) 構(gòu) 。本章小結(jié)本 章 主 要 對 車 牌 定 位 的 圖 像 預(yù) 處 理 進 行 了 一 個 簡 單 的 說 明 ， 其 中 重 點 介紹 了 一 下 圖 像 預(yù) 處 理 中 的 圖 像 灰 度 化 、 圖 像 的 邊 緣 檢 測 、 灰 度 圖 像 的 二 值 化等 主 要 內(nèi) 容 ， 還 簡 要 介 紹 了 一 些 算 法 。 在 這 里 所 謂 的 跳 變 ， 是 指 兩 個 相 鄰 像 素 點 之 間 的灰 度 差 異 明 顯 。哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）18圖 25 邊 緣 檢 測 后 的 圖 像由 Sobel 邊 緣 算 子 處 理 過 的 圖 片 可 以 看 出 ， 車 牌 區(qū) 域 的 特 征 非 常 明 顯 。 由 于 Sobel 算 子 是 濾 波 算 子 的 形 式 ， 用 于 提 取 邊 緣 ， 可 以 利用 快 速 卷 積 函 數(shù) ， 簡 單 有 效 ， 因 此 應(yīng) 用 廣 泛 。 Sobel 算 子 有 兩 個 ， 一 個 是 檢 測 水 平 邊 沿的 ； 另 一 個 是 檢 測 垂 直 邊 沿 的 。 Canny 算 子 采 用 雙 閾 值 算 法 檢 測 和連 接 邊 緣 ， 采 用 的 多 尺 度 檢 測 和 方 向 性 搜 索 比 LoG 算 子 好 ， 如 圖 24 (f)。Canny 算 子 ： 雖 然 基 于 優(yōu) 化 思 想 推 導(dǎo) 出 的 邊 緣 檢 測 算 子 ， 但 實 際 效 果 并不 一 定 最 優(yōu) ， 原 因 在 于 理 論 和 實 際 有 許 多 不 一 樣 的 地 方 。Laplacian 算 子 ： 是 不 依 賴 于 邊 緣 方 向 的 二 階 微 分 算 子 ， 對 圖 像 中 的 階 躍型 邊 緣 點 定 位 準 確 ， 該 算 子 對 噪 聲 非 常 敏 感 ， 它 使 噪 聲 成 分 得 到 加 強 ， 這 兩個 特 性 使 得 該 算 子 容 易 失 去 一 部 分 邊 緣 的 方 向 信 息 ， 造 成 一 些 不 連 續(xù) 的 邊 緣檢 測 ， 同 時 抗 噪 聲 能 力 較 差 。Sobel 算 子 和 Prewitt 算 子 ： 都 是 對 圖 像 先 作 加 權(quán) 平 滑 處 理 ， 然 后 再 作 微分 運 算 ， 所 不 同 的 是 平 滑 部 分 的 權(quán) 值 有 些 差 異 ， 因 此 對 噪 聲 具 有 一 定 的 抑 制能 力 ， 但 不 能 完 全 排 除 檢 測 結(jié) 果 中 出 現(xiàn) 的 虛 假 邊 緣 。 各 種 邊 緣 檢 測 算 子 的 比 較哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）15Roberts 算 子 ： 利 用 局 部 差 分 算 子 尋 找 邊 緣 ， 邊 緣 定 位 精 度 高 ， 但 容 易 丟失 一 部 分 邊 緣 ， 同 時 由 于 圖 像 沒 有 經(jīng) 過 平 滑 處 理 ， 因 此 不 具 備 抑 制 噪 聲 能 力 。 但 是 與 Sobel 邊 緣 檢 測 算 子 一 樣 ， 它 檢 測 出 得 邊 緣 比 較 粗 ， 定 位 精 度 比較 低 ， 容 易 損 失 如 角 點 這 樣 的 邊 緣 信 息 。 Prewitt 算 子Prewitt 邊 緣 檢 測 算 子 是 一 種 類 似 于 Sobel 邊 緣 檢 測 算 子 的 邊 緣 模 板 算 子 ，通 過 對 圖 像 進 行 八 個 方 向 的 邊 緣 檢 測 ， 將 其 中 最 大 的 作 為 邊 緣 幅 度 圖 像 的 邊緣 。 LOG(Lap1ac1anofGuass1an)算 法拉 普 拉 斯 (LaPlacian)算 子 應(yīng) 用 二 階 微 分 運 算 算 子 提 取 邊 緣 ， 定 義 為 :(222)????????????,14,xyfxyfxyfxfxyfxy????????哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）14表 21 二階微分模板1 2 12 4 21 2 1拉 普 拉 斯 算 子 是 線 性 的 、 各 向 同 性 和 位 移 不 變 的 ， 但 不 能 提 供 邊 界 方 向信 息 。),(jiSobel 算 子 不 但 可 以 產(chǎn) 生 較 好 的 邊 緣 效 果 ， 而 且 對 噪 聲 具 有 平 滑 作 用 ， 減小 了 對 噪 聲 的 敏 感 性 ， 但 是 Sobel 邊 緣 檢 測 算 子 也 檢 出 了 一 些 偽 邊 緣 ， 使 得邊 緣 比 較 粗 ， 降 低 了 檢 測 定 位 精 度 。Sobel 邊 緣 檢 測 算 子 定 義 為 或 （218）2),(yxfji??},max{),(yfjiS?式中 （219）)]1,(),1(2),1([ ?????jifjifjiffx （220）)],(),(),([?jifjifjiffy與 其 他 梯 度 算 子 一 樣 ， 和 可 用 如 下 卷 積 模 板 描 述 ， 即xy： ： （221）xf???????102yf???????120Sobel 算 子 是 綜 合 圖 像 的 每 個 像 素 點 的 上 、 下 、 左 、 右 鄰 域 灰 度 的 加 權(quán) 和 ，接 近 模 板 中 心 的 權(quán) 值 較 大 。),(ji???),(ji ,(jiRoberts 邊 緣 檢 測 算 子 采 用 對 角 線 方 向 相 鄰 兩 像 素 之 差 進 行 梯 度 幅 度 檢 測 ，哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）13其 檢 測 水 平 、 垂 直 方 向 邊 緣 的 性 能 要 好 于 斜 線 方 向 邊 緣 ， 并 且 檢 測 定 位 精 度比 較 高 ， 但 對 噪 聲 敏 感 。 Roberts 算 子在 任 意 一 對 相 互 垂 直 方 向 上 的 差 分 可 以 看 成 求 梯 度 的 近 似 方 法 ， Roberts邊 緣 檢 測 算 子 利 用 該 原 理 ， 采 用 對 角 線 方 向 相 鄰 兩 像 素 之 差 代 替 梯 度 ， 即 （215）)1,(),???jifjifx ),1(),(jifjify???和 的 卷 積 算 子 為xfy： ： （216）xf??????10yf??????0梯 度 幅 度 值 近 似 為 或 （217）2),(yxfjiR??yxfjiR??),(通 過 差 分 可 以 求 得 Roberts 算 子 在 差 分 點 處