劉寶鍾　徐欣

摘要：農(nóng)業(yè)圖像增強對于提高圖像識別與分析結(jié)果的準確性有很大幫助。多尺度Retinex（muti-scale retinex，MSR）算法由于對噪聲具有較強的敏感性，容易在增強圖像信息的同時放大噪聲，為此結(jié)合形態(tài)學(xué)濾波思想對MSR算法進行改進。首先分別采用半徑為1、2的棱形結(jié)構(gòu)元素構(gòu)建了開啟-閉合、閉合-開啟的形態(tài)濾波器，將它們分別對含有噪聲的農(nóng)業(yè)圖像進行濾波，獲得了濾波圖像1、濾波圖像2；然后根據(jù)局部像素最大化原則對濾波圖像1、濾波圖像2進行融合，得到濾波后圖像；最后采用MSS算法對濾波后的圖像進行增強。分別采用圖像標準差（standard devia-tion，SD）、歸一化均方根誤差（normalized mean square error，NMSE）對增強后的圖像進行客觀性評價。結(jié)果表明，該算法對于低對比度且含有噪聲的農(nóng)業(yè)圖像的增強效果明顯優(yōu)于形態(tài)學(xué)濾波、MSR算法。

關(guān)鍵詞：形態(tài)學(xué)融合濾波；農(nóng)業(yè)圖像；MSR算法；局部像素最大化原則

中圖分類號：TP391.41 文獻標志碼：A 文章編號：1002—1302（2016）01—0394—02

農(nóng)業(yè)圖像增強的根本目的是突出圖像中的感興趣信息，弱化其余信息，盡可能提高圖像判讀、分析的針對性。農(nóng)業(yè)圖像受野外成像環(huán)境多樣性的影響以及在傳輸、解碼過程中會存在不同程度的噪聲并且在此過程中圖像對比度也有所降低。對于農(nóng)業(yè)圖像的預(yù)處理，近年來學(xué)者們著重在濾波、增強2個方面進行針對性的研究，但是該類成果要么是針對圖像中的噪聲進行濾波，要么著重于進行圖像增強，因而傾向性較為明顯。當(dāng)處理對比度較低且含有噪聲的農(nóng)業(yè)圖像時，該類算法的處理效果則不盡如人意。因此，要實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)圖像的有效處理，將圖像濾波和增強算法進行有機融合是比較理想的選擇。根據(jù)這一思路，本研究將形態(tài)學(xué)濾波與多尺度Retinex（muti-scale retinex，MSR）增強算法有機結(jié)合，提出了1種改進型MSR增強算法，即首先提出了1種形態(tài)學(xué)融合濾波算法對圖像進行噪聲濾除，然后對濾波后的圖像進行MSR增強。

1算法原理

1.1形態(tài)學(xué)融合濾波

形態(tài)學(xué)圖像處理的基本思路是采用預(yù)先設(shè)計的不同形狀（圓形、矩形、菱形等）、不同尺寸（結(jié)構(gòu)元素半徑）的結(jié)構(gòu)元素通過不同的運算方法來對圖像進行處理和分析。形態(tài)學(xué)運算方法最基本的是腐蝕和膨脹運算，令函數(shù)F（i，j）表示任意一幅圖像，B（i，j）為結(jié)構(gòu)元素，腐蝕和膨脹運算定義為：

膨脹運算能夠?qū)D像中處于結(jié)構(gòu)元素范圍內(nèi)的信息進行合并，對于圖像中的空洞或凹陷部分（如裂縫）能夠進行適當(dāng)填補，能夠濾除圖像中負噪聲點（噪聲點灰度值明顯低于圖像中其余像素點灰度值），但是對于圖像中的正噪聲（噪聲點灰度值明顯高于圖像中其余像素點灰度值）則無能為力。腐蝕運算則能夠有效去除圖像中的正噪聲點，對于圖像中小于結(jié)構(gòu)元素尺寸且亮度較大的區(qū)域能夠進行削弱甚至消除。因此，腐蝕和膨脹運算互補性較強，將二者進行有機組合，形成了開啟運算、閉合運算：

開啟運算能夠有效去除圖像中呈孤立分布的正噪聲點（如圖像中孤立存在的斑點、毛刺），從整體上平滑圖像，但如果圖像中的負噪聲點過于密集且彼此間的距離明顯小于結(jié)構(gòu)元素尺寸，開運算處理的結(jié)果只能是進一步放大圖像中負噪聲點的分布區(qū)域；如果圖像中的正噪聲點較多，對圖像首先進行膨脹運算然后進行腐蝕運算（即閉運算）也難以有效去除該類噪聲點。開動、閉合運算的性能是基于采用同一形狀、同一尺寸的結(jié)構(gòu)元素得出的，進一步提高噪聲濾波性能，最為有效的思路是采用不同尺寸的結(jié)構(gòu)元素。這是因為采用尺寸較大的結(jié)構(gòu)元素能更為有效地去除噪聲點，但是會模糊圖像；而采用尺寸較小的結(jié)構(gòu)元素，盡管噪聲去除能力下降，但能很好地刻畫圖像中的邊緣輪廓信息。基于上述分析，本研究采用不同尺寸的結(jié)構(gòu)元素（圖1）將開啟、閉合運算有機結(jié)合，并采用圖像融合的策略，提出了農(nóng)業(yè)圖像形態(tài)學(xué)融合濾波的思路，具體步驟如下。

（1）采用如圖1-a所示的尺寸為1的菱形結(jié)構(gòu)元素對含有噪聲的農(nóng)業(yè)圖像（尺寸大小為M×N）首先進行開啟運算，然后進行閉合運算，得到濾波圖像1。

（2）采用如圖1-b所示的尺寸為2的菱形結(jié)構(gòu)元素對含有噪聲的農(nóng)業(yè)圖像首先進行閉合運算，然后進行開啟運算，得到濾波圖像2。