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Digital Geometry

《Digital Geometry: Geometric Methods for Digital Picture Analysis》

Mathematical Morphology

Histogram3D[{{0,0},{0,0},{0,0}},{1},Boxed->False,Axes->None]

【註：我製圖技術差，只好介紹陣列版本，而非函數版本。】

調整函數形狀的學問。因為不是顯學，所以名稱矯揉造作，不像一般的數學名詞那樣地簡潔有力。關鍵字grayscale morphology。

基本操作是dilation和erosion，進階操作由基本操作組成。

            dilation：鄰近格子取最大值。功效是補厚。
             erosion：鄰近格子取最小值。功效是削薄。
             closing：先 dilation 再 erosion。
             opening：先 erosion 再 dilation。
   top-hat transform：原函數減掉 opening。
bottom-hat transform：closing 減掉原函數。

鄰近格子可以自訂樣式。另外，大樣式多半可以改為小樣式，效果相同而且時間複雜度更低。

例如5×5，改為兩波3×3，亦得取得5×5範圍內的最小值（最大值）。本來讀取X×Y×5×5格，變成只讀取X×Y×3×3×2格。

運算不可逆、不可抵銷，沒有反運算。個人推測這些運算可以減少亂度。

const int N = 10; int a[N][N]; // 原函數 int b[N][N]; // 原函數的整形結果 bool onboard(int i, int j) { return i >= 0 && i < N && j >= 0 && j < N; } void dilation() { for (int i=0; i<N; ++i) for (int j=0; j<N; ++j) { int value = -1e9; // 記錄最大值 for (int k=0; k<9; ++k) // a[i][j]附近的3x3範圍 { int p = i + (int[]){-1,-1,-1,0,0,0,1,1,1}[k]; int q = j + (int[]){-1,0,1,-1,0,1,-1,0,1}[k]; if (!onboard(p, q)) continue; if (a[p][q] > value) value = a[p][q]; } b[i][j] = value; } }

額外使用過濾函數

進階版本。額外設計一個過濾函數。設計不同的過濾函數，得到不同的效果。

窮舉原函數的每個位置；針對一個位置，令過濾函數的中心對準該位置，各個位置點對點相加（相減）後，才取最大值（最小值）。

const int N = 10; int a[N][N]; // 原函數 int b[N][N]; // 原函數的整形結果 const int M = 2; int m[M][M]; // 過濾函數 bool onboard(int i, int j) { return i >= 0 && i < N && j >= 0 && j < N; } void dilation() { for (int i=0; i<N; ++i) for (int j=0; j<N; ++j) { int value = -1e9; for (int k=0; k<M; ++k) for (int l=0; l<M; ++l) if (onboard(i+k-M/2, j+l-M/2)) value = max(value, a[i+k-M/2][j+l-M/2] + m[k][l]); b[i][j] = value; } } void erosion() { for (int i=0; i<N; ++i) for (int j=0; j<N; ++j) { int value = 1e9; for (int k=0; k<M; ++k) for (int l=0; l<M; ++l) if (onboard(i+k-M/2, j+l-M/2)) value = min(value, a[i+k-M/2][j+l-M/2] - m[k][l]); b[i][j] = value; } }

邏輯運算的版本

不知道為什麼，影像處理教科書非常喜歡討論邏輯運算的版本。數值改成false和true，最大值（最小值）改成OR（AND），功效是增厚（削薄）圖形的外緣。

UVa 12702