8.1數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)概述8.1.1數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)8.1.2基本符號和定義8.2二值形態(tài)學(xué)8.2.1腐蝕8.2.2膨脹8.2.3開運算和閉運算8.3形態(tài)學(xué)的應(yīng)用8.3.1形態(tài)學(xué)濾波8.3.2中軸變換域骨架抽取8.3.3細化8.3.4區(qū)域拓?fù)涿枋?.1數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)概述六十年代1964年，法國巴黎礦業(yè)學(xué)院，G.Matheron,J.Serra；鐵礦的定量巖石分析，以預(yù)測其開采價值；1966年，南錫的酒吧，G.Matheron,J.Serra和Ph.Formeny奠定了數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)；1968年4月，法國成立楓丹白露數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)研究中心；七十年代TAS（紋理分析系統(tǒng)）;12年5000萬;大量專利;但僅面向用戶和自然科學(xué)家；8.1.1數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)歷史數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)歷史八十年代，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)廣為人知1982年，Serra，”ImageAnalysisandMathematicalMorphology”;Sternberg，美國機器視覺公司的首席科學(xué)家；80年代的石油危機；84年楓丹白露成立MorphoSystem指紋識別公司；86年楓丹白露成立Noesis圖象處理公司；全球成立十幾家數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)研究中心，進一步奠定理論基礎(chǔ)；九十年代，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)應(yīng)用在圖象增強、分割、恢復(fù)、邊緣檢測、紋理分析等領(lǐng)域。什么是數(shù)字圖像形態(tài)學(xué)處理1）起源60年代采礦、動植物調(diào)查時采用的數(shù)學(xué)工具；是針對二值圖象依據(jù)數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)(MathematicalMorphology)的集合論方法發(fā)展起來的圖象處理方法。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)起源于巖相學(xué)對巖石結(jié)構(gòu)的定量描述工作，近年來在數(shù)字圖象處理和機器視覺領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，形成了一種獨特的數(shù)字圖象分析方法和理論。2）思想表現(xiàn)為一種鄰域運算形式；一種特殊定義的鄰域稱之為“結(jié)構(gòu)單元”（StructureElement），在每個象素位置上它與二值圖象對應(yīng)的區(qū)域進行特定的邏輯運算，邏輯運算的結(jié)果為輸出圖象的相應(yīng)象素。形態(tài)學(xué)運算的效果取決于結(jié)構(gòu)單元的大小、內(nèi)容以及邏輯運算的性質(zhì)。3）數(shù)字圖象形態(tài)學(xué)處理的目的研究數(shù)字圖象中物體目標(biāo)的結(jié)構(gòu)及拓?fù)潢P(guān)系。什么是數(shù)字圖像形態(tài)學(xué)處理8.1.2基本符號及定義1）集合論、擊中與擊不中2）平移（translation）8.2.1膨脹(dilation或稱擴張）8.2二值形態(tài)學(xué)8.2.2腐蝕（erosion）

用B腐蝕的結(jié)果是所有使B平移c后仍在A中的c的集合。換句話說，用B來腐蝕A得到的集合是B完全包括在A中時B的原點位置的集合。腐蝕在數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運算中的作用是消除物體邊界點。如果結(jié)構(gòu)元素取3×3的像素塊，腐蝕將使物體的邊界沿周邊減少一個像素。腐蝕可以把小于結(jié)構(gòu)元素的物體(毛刺、小凸起)去除，這樣選取不同大小的結(jié)構(gòu)元素，就可以在原圖像中去掉不同大小的物體。如果兩個物體之間有細小的連通，那么當(dāng)結(jié)構(gòu)元素足夠大時，通過腐蝕運算可以將兩個物體分開。腐蝕與膨脹示意圖腐蝕運算圖解。圖給出腐蝕運算的一個簡單示例。其中，下圖(a)中的陰影部分為集合A，圖(b)中的陰影部分為結(jié)構(gòu)元素B，而圖(c)中黑色部分給出了AB的結(jié)果。由圖可見，腐蝕將圖像（區(qū)域）收縮小了。腐蝕運算示例注意：如果結(jié)構(gòu)單元包含原點，則成立；而若結(jié)構(gòu)單元不包含原點，則上式不成立。文字圖象膨脹后的文字圖象腐蝕后的文字圖象腐蝕與擴張并不互為逆運算，但有下列性質(zhì)：結(jié)構(gòu)元素非對稱時腐蝕結(jié)果不同中心對稱結(jié)構(gòu)元素腐蝕示意不同結(jié)構(gòu)單元對腐蝕和擴張的影響不同結(jié)構(gòu)單元對腐蝕和擴張的影響E1=3*3方形結(jié)構(gòu)單元原圖 E1擴張后圖象 E1腐蝕后圖象E2=5*5方形結(jié)構(gòu)單元原圖 E2擴張后圖象 E2腐蝕后圖象1）開運算定義：意義：先腐蝕然后再膨脹；目的：使輪廓平滑，抑制A物體邊界的小離散點或尖峰，在研究物體的形態(tài)分布時常用。用來消除小物體、在纖細點處分離物體、平滑較大物體的邊界的同時并不明顯改變其面積。8.2.3開運算和閉運算二值圖像開運算示意結(jié)構(gòu)單元為中心對稱，開運算后圖像形狀只有邊角變光滑，其他不變結(jié)構(gòu)單元為非對稱情況下，進行開運算時要用B的對稱集進行膨脹，否則，開運算的結(jié)果和原圖相比要發(fā)生平移。當(dāng)使用圓盤結(jié)構(gòu)元素時，開運算對邊界進行了平滑，去掉了凸角；當(dāng)使用線段結(jié)構(gòu)元素時，沿線段方向?qū)挾容^大的部分才能夠被保留下來，而較小的凸部將被剔除?？梢姡煌慕Y(jié)構(gòu)元素的選擇導(dǎo)致了不同的分割，即提取出不同的特征。開運算去掉了凸角(a)結(jié)構(gòu)元素S1和S2；(b)X○S1；(c)X○S2

LennaSobel邊界的二值圖象LennaOpen變換后的二值圖象2）閉運算定義：意義：先膨脹再腐蝕；目的：用來填充物體內(nèi)細小空洞、連接鄰近物體、平滑其邊界的同時并不明顯改變其面積。

閉運算填充了凹角(a)結(jié)構(gòu)元素S1和S2；(b)X●S1；(c)X●S2閉運算通過填充圖像的凹角來平滑圖像Lennaclose變換后的二值圖象8.3.1形態(tài)學(xué)濾波

由于開、閉運算所處理的信息分別與圖像的凸、凹處相關(guān)，因此，它們本身都是單邊算子，可以利用開、閉運算去除圖像的噪聲、恢復(fù)圖像，也可交替使用開、閉運算以達到雙邊濾波目的。一般，可以將開、閉運算結(jié)合起來構(gòu)成形態(tài)學(xué)噪聲濾波器。8.3形態(tài)學(xué)應(yīng)用1）開運算對并噪聲的濾波作用未被噪聲污染的圖象S噪聲圖象N被噪聲污染的圖象開運算濾波示意2）閉運算對差噪聲的濾波作用未被噪聲污染的圖象S噪聲圖象N被噪聲污染的圖象閉運算濾波示意3）交變序列濾波器（ASF)在ASF方法中，開-閉濾波器（或閉-開）序列交替執(zhí)行；初始時，采用較小的結(jié)構(gòu)單元；然后逐步增加結(jié)構(gòu)單元的尺寸；方法在某個尺寸的結(jié)構(gòu)單元終止，否則將毀壞圖象；結(jié)構(gòu)單元尺寸的最優(yōu)化算法是目前研究的熱點。4）擊中擊不中（HIT-MISS）變換擊中擊不中變換（HMT）需要兩個結(jié)構(gòu)單元w和b，合成一個結(jié)構(gòu)元素對B=（w，b）。一個探測圖象內(nèi)部，另一個探測圖象外部。定義：其中Bw要求擊中的部分，Bb要求擊不中的部分。目的：用于精確檢測圖象A中結(jié)構(gòu)元素B的位置，或從圖A中檢索B目標(biāo)時使用。下圖給出消除噪聲的一個圖例。圖(a)包括一個長方形的目標(biāo)X，由于噪聲的影響在目標(biāo)內(nèi)部有一些噪聲孔而在目標(biāo)周圍有一些噪聲塊?，F(xiàn)在用圖(b)所示的結(jié)構(gòu)元素S通過形態(tài)學(xué)操作來濾除噪聲，這里的結(jié)構(gòu)元素應(yīng)當(dāng)比所有的噪聲孔和塊都要大。先用S對X進行腐蝕得到圖(c)，再用S對腐蝕結(jié)果進行膨脹得到圖(d)，這兩個操作的串行結(jié)合就是開運算，它將目標(biāo)周圍的噪聲塊消除掉了。再用S對圖(d)進行一次膨脹得到圖(e)，然后用S對膨脹結(jié)果進行腐蝕得到圖(f)，這兩個操作的串行結(jié)合就是閉運算，它將目標(biāo)內(nèi)部的噪聲孔消除掉了。整個過程是先做開運算再做閉運算，可以寫為●形態(tài)學(xué)濾波示意圖比較圖(a)和(f)，可看出目標(biāo)區(qū)域內(nèi)外的噪聲都消除掉了，而目標(biāo)本身除原來的4個直角變?yōu)閳A角外沒有太大的變化。在利用開、閉運算濾除圖像的噪聲時，選擇圓形結(jié)構(gòu)元素會得到較好的結(jié)果。為了能使從噪聲污染的圖像X中恢復(fù)原始圖像X0的結(jié)果達到最優(yōu)，在確定結(jié)構(gòu)元素的半徑時，可以采用優(yōu)化方法。為了達到這一目的，可將圖像和噪聲視為隨機過程，通過統(tǒng)計優(yōu)化分析得到優(yōu)化結(jié)果。8.3.2中軸變換與骨架提取把一個平面區(qū)域簡化成圖是一種重要的結(jié)構(gòu)形狀表示法。利用細化技術(shù)得到區(qū)域的骨架是常用的方法。骨架的確定方法：中軸變換(MdialAxisTransfonn，MAT)若區(qū)域R的邊界為B，則對每個R中的點P，在B中搜尋與它最近的點；如果對P能找到多于一個這樣的點（即有兩個或兩個以上的B中的點與P同時最近），就可認(rèn)為P屬于R的中線或骨架，或者說P是一個骨架點。火種法設(shè)想在ｔ＝０時刻，將目標(biāo)邊界各處同時點燃，火的前沿以勻速向目標(biāo)內(nèi)部蔓延，當(dāng)前沿相交時火焰熄滅，火焰熄滅點的集合就構(gòu)成了中軸。下圖是這個過程的圖示。最大圓盤法目標(biāo)X的骨架由X內(nèi)所有最大內(nèi)切圓盤的圓心組成，如圖所示。最大圓盤定義的骨架與火種方式定義的骨架除在某些特殊情況下端點處存在差異外，絕大多數(shù)情況下都是一致的。理論上講，每個骨架點保持了其與邊界點距離最小的性質(zhì)，因此用以每個骨架點為中心的圓的集合（利用合適的量度），就可恢復(fù)出原始的區(qū)域來。具體講就是以每個骨架點為圓心，以前述最小距離為半徑作圓周，它們的包絡(luò)就構(gòu)成了區(qū)域的邊界，填充圓周就得到區(qū)域?；蛘咭悦總€骨架點為圓心，以所有小于和等于最小距離的長度為半徑作圓，這些圓的并集就覆蓋了整個區(qū)域。中軸變換示意如下圖所示。中軸變換示意圖由上述討論可知，骨架是用一個點與一個點集的最小距離來定義的，可寫成ds(p,B)=inf{d(p,z)｜z∈B} 其中距離量度可以是歐幾里德、市區(qū)或棋盤距離。因為最小距離取決于所用的距離量度，所以MAT的結(jié)果也和所用的距離量度有關(guān)。圖9-17給出了一些區(qū)域和用歐氏距離算出的骨架。由圖9-17(a)、(b)可知，對較細長的物體，其骨架常能提供較多的形狀信息，而對較粗短的物體骨架提供的信息則較少。注意，有時用骨架表示區(qū)域受噪聲的影響較大，例如，圖9-17(d)中的區(qū)域與圖9-17(c)中的區(qū)域略有差別(可認(rèn)為由噪聲產(chǎn)生)，但兩者的骨架相差很大。

一些區(qū)域和用歐氏距離算出的骨架示例8.3.3細化如前所述，一個圖像的“骨架”，是指圖像中央的骨骼部分，是描述圖像幾何及拓?fù)湫再|(zhì)的重要特征之一。求一幅圖像骨架的過程就是對圖像進行“細化”的過程。在文字識別、地質(zhì)構(gòu)造識別、工業(yè)零件形狀識別或圖像理解中，先對被處理的圖像進行細化有助于突出形狀特點和減少冗余信息量。細化前圖像；細化后的結(jié)果細化算法示意圖

拓?fù)鋵W(xué)(Topology)是研究圖形性質(zhì)的理論。區(qū)域的拓?fù)湫再|(zhì)對區(qū)域的全局描述很有用，這些性質(zhì)既不依賴距離，也不依賴基于距離測量的其他特性。除撕裂或連接外，在任何變形下都不改變的圖形性質(zhì)稱為拓?fù)湫再|(zhì)。顯然，兩點間的距離不是拓?fù)湫再|(zhì)，因為當(dāng)壓縮或拉伸時它是改變的。8.3.4區(qū)域拓?fù)涿枋鋈缱笙聢D所示，如果把區(qū)域中的孔洞數(shù)H作為拓?fù)涿枋鲎樱@然，這個性質(zhì)不受伸長、旋轉(zhuǎn)的影響，但如果撕裂或折疊時孔洞數(shù)會發(fā)生變化。區(qū)域內(nèi)的連接部分C的個數(shù)是區(qū)域的另一拓?fù)涮匦?。一個集合的連通部分就是它的最大子集，在這個子集的任何地方都可以用一條完全在子集中的曲線相連接。圖右下圖所示有三個連接部分。圖像中的孔洞有三個連接部分的區(qū)域歐拉數(shù)(Eulernumber)E定義如下：

E＝C-H

歐拉數(shù)也是區(qū)域的拓?fù)涮匦灾弧D(a)所示圖像有1個連接部分和1個孔，所以它的歐拉數(shù)E為0；圖（b）中有1個連接部分和2個孔，它的歐拉數(shù)為－1。具有歐拉數(shù)為0和-1的圖形利用拓?fù)涮匦钥梢员碚鲄^(qū)域的凹凸性：設(shè)想用一條橡皮筋緊箍在區(qū)域四周，橡皮筋所圍的區(qū)域稱為區(qū)域的凸形本體。在凸形本體但不屬于區(qū)域的點集有兩種情況①完全被區(qū)域包圍的點集稱為湖泊，是區(qū)域的孔洞；②在凸形本體周邊內(nèi)但在區(qū)域外的點集稱為海灣，區(qū)域在此處內(nèi)凹。海灣的大小和位置可以反映區(qū)域的凹凸情況。第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理第二節(jié)活塞式空壓機的結(jié)構(gòu)和自動控制第三節(jié)活塞式空壓機的管理復(fù)習(xí)思考題單擊此處輸入你的副標(biāo)題，文字是您思想的提煉，為了最終演示發(fā)布的良好效果，請盡量言簡意賅的闡述觀點。第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor壓縮空氣在船舶上的應(yīng)用：

1.主機的啟動、換向；

2.輔機的啟動；

3.為氣動裝置提供氣源；

4.為氣動工具提供氣源；

5.吹洗零部件和濾器。

排氣量:單位時間內(nèi)所排送的相當(dāng)?shù)谝患壩鼩鉅顟B(tài)的空氣體積。單位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor空壓機分類：按排氣壓力分：低壓0.2～1.0MPa；中壓1～10MPa；高壓10～100MPa。按排氣量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理容積式壓縮機按結(jié)構(gòu)分為兩大類：往復(fù)式與旋轉(zhuǎn)式兩級活塞式壓縮機單級活塞壓縮機活塞式壓縮機膜片式壓縮機旋轉(zhuǎn)葉片式壓縮機最長的使用壽命-

----低轉(zhuǎn)速（1460RPM），動件少（軸承與滑片），潤滑油在機件間形成保護膜，防止磨損及泄漏，使空壓機能夠安靜有效運作；平時有按規(guī)定做例行保養(yǎng)的JAGUAR滑片式空壓機，至今使用十萬小時以上，依然完好如初，按十萬小時相當(dāng)于每日以十小時運作計算，可長達33年之久。因此，將滑片式空壓機比喻為一部終身機器實不為過?；?葉)片式空壓機可以365天連續(xù)運轉(zhuǎn)并保證60000小時以上安全運轉(zhuǎn)的空氣壓縮機1.進氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.轉(zhuǎn)子及機殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時，空氣由機體進氣端進入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時停止進氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。4.被壓縮的空氣壓力升高達到額定的壓力后由排氣端排出進入油氣分離器內(nèi)。4.被壓縮的空氣壓力升高達到額定的壓力后由排氣端排出進入油氣分離器內(nèi)。1.進氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.凸凹轉(zhuǎn)子及機殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時，空氣由機體進氣端進入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時停止進氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。螺桿式氣體壓縮機是世界上最先進、緊湊型、堅實、運行平穩(wěn)，噪音低，是值得信賴的氣體壓縮機。螺桿式壓縮機氣路系統(tǒng)：

A

進氣過濾器

B

空氣進氣閥

C

壓縮機主機

D

單向閥

E

空氣/油分離器

F

最小壓力閥

G

后冷卻器

H

帶自動疏水器的水分離器油路系統(tǒng)：

J

油箱

K

恒溫旁通閥

L

油冷卻器

M

油過濾器

N

回油閥

O

斷油閥冷凍系統(tǒng)：

P

冷凍壓縮機

Q

冷凝器

R

熱交換器

S

旁通系統(tǒng)

T

空氣出口過濾器螺桿式壓縮機渦旋式壓縮機

渦旋式壓縮機是20世紀(jì)90年代末期開發(fā)并問世的高科技壓縮機，由于結(jié)構(gòu)簡單、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪聲、長壽命等諸方面大大優(yōu)于其它型式的壓縮機，已經(jīng)得到壓縮機行業(yè)的關(guān)注和公認(rèn)。被譽為“環(huán)保型壓縮機”。由于渦旋式壓縮機的獨特設(shè)計，使其成為當(dāng)今世界最節(jié)能壓縮機。渦旋式壓縮機主要運動件渦卷付，只有磨合沒有磨損，因而壽命更長，被譽為免維修壓縮機。

由于渦旋式壓縮機運行平穩(wěn)、振動小、工作環(huán)境安靜，又被譽為“超靜壓縮機”。

渦旋式壓縮機零部件少，只有四個運動部件,壓縮機工作腔由相運動渦卷付形成多個相互封閉的鐮形工作腔，當(dāng)動渦卷作平動運動時，使鐮形工作腔由大變小而達到壓縮和排出壓縮空氣的目的?；钊娇諝鈮嚎s機的外形第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級壓縮）工作循環(huán)：4—1—2—34—1吸氣過程

1—2壓縮過程

2—3排氣過程第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級壓縮）

壓縮分類：絕熱壓縮：1—2耗功最大等溫壓縮：1—2''耗功最小多變壓縮：1—2'耗功居中功＝P×V（PV圖上的面積）加強對氣缸的冷卻，省功、對氣缸潤滑有益。二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）1.不存在假設(shè)條件2.與理論循環(huán)不同的原因：1）余隙容積Vc的影響Vc不利的影響—殘存的氣體在活塞回行時，發(fā)生膨脹，使實際吸氣行程（容積）減小。Vc有利的好處—

（1）形成氣墊，利于活塞回行；（2）避免“液擊”（空氣結(jié)露）；（3）避免活塞、連桿熱膨脹，松動發(fā)生相撞。第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理表征Vc的參數(shù)—相對容積C、容積系數(shù)λv合適的C：低壓0.07-0.12

中壓0.09-0.14

高壓0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容積Vc的影響C越大或壓力比越高，則λv越小。保證Vc正常的措施：余隙高度見表6-1壓鉛法—保證要求的氣缸墊厚度2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理2）進排氣閥及流道阻力的影響吸氣過程壓力損失使排氣量減少程度，用壓力系數(shù)λp表示：保證措施：合適的氣閥升程及彈簧彈力、管路圓滑暢通、濾器干凈。λp

（0.90-0.98）2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理3）吸氣預(yù)熱的影響由于壓縮過程中機件吸熱，所以在吸氣過程中，機件放熱使吸入的氣體溫度升高，使吸氣的比容減小，造成吸氣量下降。預(yù)熱損失用溫度系數(shù)λt來衡量（0.90-0.95）。保證措施：加強對氣缸、氣缸蓋的冷卻，防止水垢和油污的形成。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理4）漏泄的影響內(nèi)漏：排氣閥（回漏）；外漏：吸氣閥、活塞環(huán)、氣缸墊。漏泄損失用氣密系數(shù)λl來衡量（0.90-0.98）。保證措施：氣閥的嚴(yán)密閉合，氣缸與活塞、氣缸與缸蓋等部件的嚴(yán)密配合。5）氣體流動慣性的影響當(dāng)吸氣管中的氣流慣性方向與活塞吸氣行程相反時，造成氣缸壓力較低，氣體比容增大，吸氣量下降。保證措施：合理的設(shè)計進氣管長度，不得隨意增減進氣管的長度，保證濾器的清潔。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理上述五條原因使實際與理論循環(huán)不同。4）漏泄的影響5）氣體流動慣性的影響1）余隙容積Vc的影響2）進排氣閥及流道阻力的影響3）吸氣預(yù)熱的影響2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理3.排氣量和輸氣系數(shù)理論排氣量Vt----單位時間內(nèi)活塞所掃過的氣缸容積。實際排氣量Q：Q=Vt

λ輸氣系數(shù)λ

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