摘  要： 提出了一種基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的細(xì)化方法，該方法使用結(jié)構(gòu)模板的方式對(duì)字符圖像進(jìn)行細(xì)化,，并針對(duì)原有細(xì)化方法產(chǎn)生的細(xì)化不徹底現(xiàn)象，對(duì)原結(jié)構(gòu)模板進(jìn)行了改進(jìn),。在常用細(xì)化結(jié)構(gòu)模板的基礎(chǔ)上,，新增了幾個(gè)結(jié)構(gòu)模板，較好地解決了細(xì)化不徹底的現(xiàn)象,。實(shí)驗(yàn)證明，細(xì)化后的圖像保持了原圖像的連通性并達(dá)到了很好的細(xì)化效果,。
關(guān)鍵詞： 手寫體漢字特征；字符細(xì)化,；數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)

    隨著光標(biāo)字符識(shí)別（OCR）技術(shù)的不斷發(fā)展和改進(jìn)，手寫體漢字的識(shí)別已成為當(dāng)前研究的重點(diǎn),。由于漢字結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和書寫的隨意性，手寫體漢字的分割和識(shí)別一直是研究中的熱點(diǎn)和難點(diǎn),，而手寫體漢字的細(xì)化則是分割和識(shí)別的前提和基礎(chǔ)。
    由于個(gè)人在書寫時(shí)所用的力度和工具不同,，導(dǎo)致手寫體漢字的筆劃不均勻，對(duì)漢字結(jié)構(gòu)特征的提取和識(shí)別造成了一定的難度,。為了消除這個(gè)問(wèn)題，需要在分割和識(shí)別之前,，對(duì)字符圖像進(jìn)行細(xì)化處理。所謂漢字細(xì)化,，主要是指通過(guò)一定的處理算法將漢字圖像中那些不影響漢字特征和漢字拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的像素剔除,，直至圖像漢字的中心骨架形成為止,，即細(xì)化為單像素寬度的圖像[1]。
    在字符細(xì)化過(guò)程中,，要保持字符的結(jié)構(gòu)信息不發(fā)生改變，這就要求細(xì)化后的字符圖像既要保持字符圖像筆劃的連續(xù)性,，又要確保字符骨架盡量接近原圖像筆劃的中心線，無(wú)嚴(yán)重的畸變產(chǎn)生,?；跀?shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的圖像細(xì)化,，能同時(shí)探測(cè)到圖像的外部和內(nèi)部信息，是一種應(yīng)用較為廣泛的圖像細(xì)化方法,。
1 字符細(xì)化的研究現(xiàn)狀
    字符細(xì)化有助于突出字符的結(jié)構(gòu)特征，減少冗余的信息量,，有利于字符的筆劃提取和字符識(shí)別。常用的字符細(xì)化方法主要有：
    （1）迭代算法[2-4],。該算法是在早期字符細(xì)化時(shí)最常使用的一種算法，主要是通過(guò)對(duì)筆劃邊緣像素的迭代剝除來(lái)完成的,。參考文獻(xiàn)[4]中使用的是模板迭代去除算法，主要是通過(guò)設(shè)計(jì)一些去除模板和保留模板,，將符合去除模板又不符合保留模板的像素點(diǎn)去掉，這樣反復(fù)執(zhí)行迭代過(guò)程,，直到不發(fā)生變化為止。該算法的缺點(diǎn)是在細(xì)化過(guò)程中只考慮了字符的局部信息,，容易造成筆劃在拐角處的分叉和短筆劃的縮進(jìn)甚至消失。
    （2）基于筆劃類型的細(xì)化算法[1],。該算法與中軸變換算法[2]具有相類似的特點(diǎn),，可以說(shuō)是結(jié)合了筆劃類型和中軸變換的一種方法,。該算法在進(jìn)行字符細(xì)化時(shí),，先判斷出筆劃的類型，再根據(jù)中軸變換算法求取該筆劃的中心線作為細(xì)化后的骨架,，從而避免了細(xì)化過(guò)程中造成的字型畸變。該方法需要事先提取漢字的筆劃寬度,，由于手寫體漢字的特殊性,，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中較為復(fù)雜。
    （3）基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的細(xì)化算法[5-6],。近年來(lái)，基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的細(xì)化算法在字符細(xì)化過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用,。該方法主要是采用結(jié)構(gòu)元素模板的方式對(duì)字符結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化，其中,，模板的選取對(duì)形態(tài)學(xué)方法的影響較大,。參考文獻(xiàn)[6]主要使用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的腐蝕方法對(duì)字符進(jìn)行腐蝕操作，直至細(xì)化為單像素為止,。參考文獻(xiàn)[5]主要使用形態(tài)學(xué)方法中的擊中與擊不中變換,，結(jié)合印刷體漢字橫平豎直的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)原有的結(jié)構(gòu)模板進(jìn)行了一定的改進(jìn),。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能同時(shí)探測(cè)到字符圖像的內(nèi)部和外部，缺點(diǎn)是在細(xì)化過(guò)程中容易產(chǎn)生“毛刺”,，并出現(xiàn)細(xì)化不徹底的現(xiàn)象,。
    由于字符結(jié)構(gòu)等特性，在進(jìn)行字符細(xì)化過(guò)程中容易產(chǎn)生各種問(wèn)題,，其中最常出現(xiàn)的有：（1）細(xì)化過(guò)程中容易產(chǎn)生“毛刺”,，影響字符結(jié)構(gòu)特征的提取,；（2）耗時(shí)較長(zhǎng),，算法復(fù)雜度高,；（3）細(xì)化后漢字筆劃的扭曲和歪斜,；（4）容易出現(xiàn)細(xì)化不徹底的現(xiàn)象,。
    本文在分析手寫體漢字的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和其結(jié)構(gòu)特性的基礎(chǔ)上,，采用基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的方法，對(duì)手寫體漢字進(jìn)行細(xì)化,。并針對(duì)細(xì)化過(guò)程中容易出現(xiàn)的細(xì)化不徹底現(xiàn)象,，對(duì)原有的細(xì)化模板進(jìn)行了一定的改進(jìn)，使細(xì)化結(jié)果有了更進(jìn)一步的改善,。
2 基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的手寫體漢字細(xì)化
    近年來(lái),，基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的細(xì)化算法在圖像細(xì)化中得到廣泛應(yīng)用。本文采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的擊中或擊不中變換對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行細(xì)化,，該細(xì)化方法能夠同時(shí)探測(cè)到圖像的內(nèi)部和外部,。

2.1 圖像預(yù)處理
    為了能更好地處理圖像的細(xì)節(jié)部分,，減少干擾因素，在進(jìn)行細(xì)化之前,，需要對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理。首先將一幅手寫筆跡圖像通過(guò)掃描儀輸入計(jì)算機(jī)中,，并將其轉(zhuǎn)化為灰度圖像,；然后根據(jù)需要對(duì)圖像進(jìn)行去噪,、濾波處理,，并對(duì)該圖像進(jìn)行二值化處理；最后再對(duì)圖像進(jìn)行反色變換,，即將圖像中字符像素部分變?yōu)?，背景點(diǎn)部分變?yōu)?,，這樣做的好處是將圖像中被處理部分變?yōu)?，細(xì)化過(guò)程即簡(jiǎn)化為消除圖像中多余的“1”像素點(diǎn),。圖像的預(yù)處理結(jié)果如圖1所示。

2.2 結(jié)構(gòu)元素模板
    在基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的細(xì)化算法中,，模板的選取對(duì)細(xì)化結(jié)果影響很大，常用于圖像細(xì)化的結(jié)構(gòu)元素模板序列如圖2所示,。

    其中,，結(jié)構(gòu)元素模板中“1”表示字符筆劃像素點(diǎn)，“0”表示背景像素點(diǎn),，“*”表示既可以是字符筆劃像素點(diǎn)，也可以是背景像素點(diǎn),。
    通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，僅僅使用上述結(jié)構(gòu)元素模板序列容易造成細(xì)化不徹底的現(xiàn)象,。本文根據(jù)手寫體漢字字符圖像的結(jié)構(gòu)特征，利用改進(jìn)的結(jié)構(gòu)元素模板對(duì)細(xì)化后的字符圖像再進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化,，降低了細(xì)化不徹底現(xiàn)象的發(fā)生,。改進(jìn)的幾個(gè)結(jié)構(gòu)元素模板如圖3所示。

3 實(shí)驗(yàn)
    本文使用Matlab進(jìn)行實(shí)驗(yàn),，首先輸入一幅手寫體漢字圖像，并對(duì)原圖像進(jìn)行預(yù)處理,，然后對(duì)圖像進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的閉運(yùn)算處理,，即對(duì)圖像先膨脹后腐蝕,，目的是填充原始圖像筆劃中存在的孔洞，使圖像筆劃變得平滑,，有利于下一步的細(xì)化操作。手寫體漢字的細(xì)化主要是通過(guò)擊中或擊不中變換算法,，使用結(jié)構(gòu)元素模板對(duì)圖像進(jìn)行細(xì)化處理。在本實(shí)驗(yàn)中,，首先采用常用的結(jié)構(gòu)模板對(duì)原圖像進(jìn)行細(xì)化操作，再使用本文中改進(jìn)的模板進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化處理,，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

    從以上手寫體漢字的細(xì)化結(jié)果可以看出,，基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的細(xì)化方法很好地保持了字符圖像筆劃的連續(xù)性,，很好地改善了原模板中細(xì)化不徹底的現(xiàn)象，細(xì)化后的骨架比較接近圖像筆劃的中心線,，并保持了字符圖像的拓?fù)湫浴?br />     同時(shí)，本文算法仍有需要改進(jìn)的地方,，細(xì)化后的漢字筆劃上有“毛刺”現(xiàn)象產(chǎn)生,，由于手寫體漢字筆劃的結(jié)構(gòu)特征等特性，在進(jìn)行去“毛刺”處理時(shí)，易造成某些較短筆劃的丟失,。
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