商云霞，刘宏涛，孙立双

1.辽宁经纬测绘规划建设有限公司，辽宁沈阳 110016

2.辽宁石油化工大学顺华能源学院，辽宁抚顺 113001

3.沈阳建筑大学，辽宁沈阳 110168

基于形态学的航空影像阴影检测算法研究

商云霞1，刘宏涛2，孙立双3

1.辽宁经纬测绘规划建设有限公司，辽宁沈阳 110016

2.辽宁石油化工大学顺华能源学院，辽宁抚顺 113001

3.沈阳建筑大学，辽宁沈阳 110168

本文主要对彩色航空影像中阴影检测算法进行研究，得出基于形态学的一种新方法，采用二值形态学算法，采用顶帽、低帽变换图像增强，imextendedmin进行图像分割，利用开运算中消除图像中细小部分，最后对分割后图像进行膨胀运算，得到最终阴影区域。

航空影像；形态学；阴影检测

0 引言

城市彩色航空影像在城市的现代化规划和管理中发挥着巨大的作用。在彩色航空影像成像过程中，由于成像技术、成像条件等各种因素的限制和影响，彩色航空影像存在着或多或少的降质现象，阴影就是典型的降质现象。它的存在会影响后续的许多遥感图像处理操作，如：图像匹配、模式识别、地物自动检测和提取等操作。因此，研究图像阴影检测是非常必要的,本文主要对航空影像阴影检测方法进行了研究，

1 方案原理

数学形态学（Mathematical Morphology）是一种基于集合论的非线性图像处理方法。它的基本思想是用具有一定形态的结构元素去度量和提取图像中的对应形状，对图像进行分析和识别。数学形态学图像处理算法主要分为3类：二值形态学、灰度形态学算法与彩色形态学算法。最基本的形态学算法有4种，即腐蚀、膨胀、开、闭。本方案采用的是二值形态学算法。利用腐蚀运算断开图像中细长搭接部分，利用开运算中消除图像中细小部分，最后对分割后图像进行膨胀运算，得到最终阴影区域。

2 方案流程

首先，做的是增强图像的对比度，方法是顶帽变换和低帽变换的综合使用。输入原始数据是RGB彩色影像，而有些形态学重构这样的运算只适用于灰度图像。因此，必须先将原始影像转化为灰度图像。顶帽（top-hat）变换是指从原图像中减去开运算后的图像，其IPT函数为imtophat。低帽（bottom-hat）变换是指从原图像中减去经闭运算后的图形，其IPT函数为imbothat。这两个函数一起使用，便可以起到很好的增强图像对比度的作用，所用命令如下所示：

接下来提取阴影，因为阴影在图像中是较深的“低点”的集合。所以，可以使用IPT函数imextendedmin，该函数可通过某个高度阈值计算图像中的“低点”集合。该函数的调用语法为：

其中，是一幅灰度图像，h是高度阈值，I是一幅二值图像，该二值图像的黑色区域即为提取出的阴影区域。 最后对分割后图像进行膨胀运算，得到最终阴影区域。

通过多次实验选取高度阈值h=1.5。利用IPT函数imextendedmin进行图像分割，得到二值图像，黑色区域为阴影区域，白色为非阴影区域。最后，为了便于观察将阴影提取结果叠加到原始影像。此方法将彩色航空影像中大量阴影提取出来，识别效果较好。提取结果如图1所示：

图1 方案五阴影提取结果

3 结论

总结本文的研究，基于形态学理论，提出一种新的阴影检测算法，结合不同学科知识，取得意想不到的效果，为正在研究航空影像中阴影检测算法的研究者提供一个新的思路。

[1]冈萨雷斯.数字图像处理（MATLAB版）[M].北京：电子工业出版社，2004.

[2]张笑微，王月琴.基于灰度图像的阴影检测算法[J].网络与信息技术，2007，26(7)：45-47.

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1674-6708（2011）35-0077-01