一、二值图像
二值图像（Binary Image）指图像上的每个像素只有两个可能的值或灰度等级状态。简而言之，图像中只有两个灰度等级0或255(黑或白).
二、形态学
形态学，即数学形态学(Mathematical Morphology)，它是图像处理中应用最广泛的技术之一，主要用于从图像中提取有意义的图像重量，如边界和连接区域，以便于后续别。
：边缘检测、孔填充、纹理分析、形状骨架提取、形状识别、图像分割、角提取、图像恢复与重建、图像压缩等。
基本的算法：膨胀腐蚀，开闭操作；
先腐蚀后膨胀的过程称为开操作。它可以消除小物体，在细处分离物体，平滑大物体的边界。 先膨胀后腐蚀的过程称为闭操作。它可以填充物体中的小空洞，连接相邻物体和光滑边界。
：在图像中移动结构元素（滤波窗口），然后将结构元素与下面的二值图像并行集合。因此，这种二值算法可以转换为集合逻辑操作，简单，适用于并行处理，本文采用硬件FPGA实现。
三、腐蚀膨胀
腐蚀膨胀，输入图像必须是二值图像，各种功能可以通过腐蚀膨胀操作实现，如： (1)抑制噪音 (2)分割独立元素 (3)连接相邻元素 (4)在图像中找到明显的极大值和极小值区域 (5)图像梯度
腐蚀膨胀的原理
腐蚀（Erode）对于局部最小值的操作，可以消除边界点，使边界向内收缩，从而消除小而无意义的物体。 以 3x3 模板为例，1 代表白色，0代表黑色。 腐蚀就是用这3*3.窗口遍历二值图像上的每个像素，窗口中的9个像素相与运算，结果为 1 则输出为 1，否则为0。 
膨胀（Dialate）是局部最大值的操作，可以将与物体接触的所有背景点合并到物体中，使边界向外扩展，从而填补物体的空洞。 膨胀即这 9 像素相或。 注：如果背景和图像的颜色交换（0表示白色，1表示黑色），则只需颠倒图像膨胀和腐蚀的和或操作。
四、matlab腐蚀膨胀
clc; clear all; close all; RGB = imread(二值化图像.bmp'); %读图 [ROW,COL, DIM] = size(RGB); 获得图像行列数的% %------------------------------< Erode >----------------------------------- Erode_img = zeros(ROW,COL); for r = 2:ROW-1 for c = 2:COL-1 and1 = bitand(RGB(r-1, c-1), bitand(RGB(r-1, c), RGB(r-1, c 1))); and2 = bitand(RGB( r, c-1), bitand(RGB( r, c), RGB( r, c 1))); and3 = bitand(RGB(r 1, c-1), bitand(RGB(r 1, c), RGB(r 1, c 1))); Erode_img(r, c) = bitand(and1, bitand(and2, and3)); end end %------------------------------
< Dilate
>---------------------------------- Dilate_img
= zeros
(ROW,COL
)
;
for r
=
2:ROW-1
for c
=
2:COL-1 or1
= bitor
(RGB
(r-1, c-1
), bitor
(RGB
(r-1, c
), RGB
(r-1, c+1
))
)
; or2
= bitor
(RGB
( r, c-1
), bitor
(RGB
( r, c
), RGB
( r, c+1
))
)
; or3
= bitor
(RGB
(r+1, c-1
), bitor
(RGB
(r+1, c
), RGB
(r+1, c+1
))
)
; Dilate_img
(r, c
)
= bitor
(or1, bitor
(or2, or3
))
; end end %------------------------------
< show
>------------------------------------ figure
; imshow
(RGB
)
; title
(
'原图'
)
; subplot
(
2,2,1
)
; imshow
(Erode_img
)
; title
(
'腐蚀'
)
; imwrite
(Erode_img,
'Erode_img.bmp'
)
; subplot
(
2,2,2
)
; imshow
(Dilate_img
)
;title
(
'膨胀'
)
; imwrite
(Dilate_img,
'Dilate_img.bmp'
)
;
五、FPGA实现腐蚀
二值化模块、3*3窗口生成模块、腐蚀模块
verilog实现二值化
module two(
input clk,
input rst_n,
input wire iValid,
input [7:0] iData,
output reg out_Valid,
output reg [7:0]oData_two
);
parameter THRESHOLD = 8'd150; //二值化的阈值 always @ (posedge clk or negedge rst_n) if(!rst_n) oData_two <= 0; else if (iData > THRESHOLD) oData_two <= 8'd255;
else
oData_two <= 0;
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
out_Valid <= 0;
else
out_Valid <= iValid;
endmodule
verlog实现腐蚀
module Erode(
input clk,
input rst_n,
input wire iValid ,
input [7:0] filter_11,filter_12,filter_13, //生成的3*3窗口数据
input [7:0] filter_21,filter_22,filter_23,
input [7:0] filter_31,filter_32,filter_33,
output Erode_de ,//de同步信号
output wire [7:0] Erode_data
);
reg [1:0] de_shift1 ;
reg g1,g2,g3,g;
//---------------------------------------------------
// 腐蚀算法的流水并行运算
//---------------------------------------------------
//clk1，进行所有行的与运算 , &&逻辑与
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n) begin
g1 <= 1'b0; g2 <= 1'b0;
g3 <= 1'b0; end else begin g1 <= filter_11 && filter_12 && filter_13; g2 <= filter_21 && filter_22 && filter_23; g3 <= filter_31 && filter_32 && filter_33; end //clk2，每行与运算的结果再次与运算 always @ (posedge clk or negedge rst_n) if(!rst_n) g <= 1'b0;
else
g <= g1 && g2 && g3;
assign Erode_data = g ? 8'd255 : 8'd0;
// 打拍做同步
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)begin
de_shift1 <= 2'b0;
end
else begin
de_shift1 <= {
de_shift1[0], iValid};
end
end
assign Erode_de = de_shift1[1];
endmodule
可看到此时窗口中九个像素进行相与操作， 下一个clk计算出g1，g2，g3，均为高电平，下一clk计算出g，为高电平，因此可输出255。同理g为低电平输出0。
六、FPGA实现膨胀
和腐蚀相同，不同在于是进行或运算，核心代码如下：
//clk1，进行所有行的或
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n) begin
g1 <= 1'b0; g2 <= 1'b0;
g3 <= 1'b0; end else begin g1 <= filter_11 || filter_12 || filter_13; g2 <= filter_21 || filter_22 || filter_23; g3 <= filter_31 || filter_32 || filter_33; end //clk2，每行与运算的结果再次或运算 always @ (posedge clk or negedge rst_n) if(!rst_n) g <= 1'b0;
else
g <= g1 || g2 || g3;
assign Erode_data = g ? 8'd255 : 8'd0;
FPGA实现腐蚀膨胀的效果图如下： 左：腐蚀 右：膨胀
七、先膨胀后腐蚀的RTL框图：
这里比较简单，就是上述模块之间的互相连接，代码不再赘述。 同样的，我们也可以先腐蚀后膨胀。 最终，将腐蚀、膨胀，先膨胀后腐蚀的FPGA实现效果进行对比：