数学形态学的介绍

1. 数学形态学的介绍

数学形态学(Mathematical Morphology)诞生于1964年，是由法国巴黎矿业学院博士生赛拉(J. Serra)和导师马瑟荣，在从事铁矿核的定量岩石学分析及预测其开采价值的研究中提出“击中/击不中变换”， 并在理论层面上第一次引入了形态学的表达式，建立了颗粒分析方法。他们的工作奠定了这门学科的理论基础， 如击中/击不中变换、开闭运算、布尔模型及纹理分析器的原型等。数学形态学的基本思想是用具有一定形态的结构元素去量度和提取图像中的对应形状以达到对图像分析和识别的目的。

2. 数学形态学的组成

数学形态学是由一组形态学的代数运算子组成的，它的基本运算有4个： 膨胀（或扩张）、腐蚀（或侵蚀）、开启和闭合， 它们在二值图像和灰度图像中各有特点。基于这些基本运算还可推导和组合成各种数学形态学实用算法，用它们可以进行图像形状和结构的分析及处理，包括图像分割、特征抽取、边缘检测、 图像滤波、图像增强和恢复等。数学形态学方法利用一个称作结构元素的“探针”收集图像的信息，当探针在图像中不断移动时， 便可考察图像各个部分之间的相互关系，从而了解图像的结构特征。数学形态学基于探测的思想，与人的FOA(Focus Of Attention)的视觉特点有类似之处。作为探针的结构元素，可直接携带知识（形态、大小、甚至加入灰度和色度信息）来探测、研究图像的结构特点。

3. 数学形态学的数学基础

数学形态学的数学基础和所用语言是集合论，因此它具有完备的数学基础，这为形态学用于图像分析和处理、形态滤波器的特性分析和系统设计奠定了坚实的基础。数学形态学的应用可以简化图像数据，保持它们基本的形状特性，并除去不相干的结构。数学形态学的算法具有天然的并行实现的结构， 实现了形态学分析和处理算法的并行，大大提高了图像分析和处理的速度。

4. 数学形态学的应用

数学形态学的基本思想及方法适用于与图像处理有关的各个方面，如基于击中/击不中变换的目标识别，基于流域概念的图像分割， 基于腐蚀和开运算的骨架抽取及图像编码压缩，基于测地距离的图像重建，基于形态学滤波器的颗粒分析等。迄今为止， 还没有一种方法能像数学形态学那样既有坚实的理论基础，简洁、 朴素、 统一的基本思想，又有如此广泛的实用价值。有人称数学形态学在理论上是严谨的，在基本观念上却是简单和优美的。数学形态学是一门建立在严格数学理论基础上的学科，其基本思想和方法对图像处理的理论和技术产生了重大影响。事实上， 数学形态学已经构成一种新的图像处理方法和理论，成为计算机数字图像处理及分形理论的一个重要研究领域， 并且已经应用在多门学科的数字图像分析和处理的过程中。这门学科在计算机文字识别， 计算机显微图像分析(如定量金相分析，颗粒分析)， 医学图像处理（例如细胞检测、心脏的运动过程研究、 脊椎骨癌图像自动数量描述），图像编码压缩， 工业检测(如食品检验和印刷电路自动检测)，材料科学， 机器人视觉，汽车运动情况监测等方面都取得了非常成功的应用。另外，数学形态学在指纹检测、经济地理、合成音乐和断层X光照像等领域也有良好的应用前景。形态学方法已成为图像应用领域工程技术人员的必备工具。目前，有关数学形态学的技术和应用正在不断地研究和发展。

5. 形态学的介绍

形态学是用来特指一门专门研究生物形式的本质的学科。这门形态学同那种把有机体的生物分解成各个单元的解剖学不同，不是只注重部分的微观分析而忽略了总体上的联系，相反它要求把生命形式当作有机的系统看待形态学的方法，一方面是对接受研究中的历史学方法的补充，另方面是对比较文学的文学性的继续关注。形态学（英语morphology，德语morphologie ）的范畴来自希腊语morphe，歌德在自己的生物学研究中倡导得最早，歌德由于不满意自然科学中过分的理性分析倾向，才有这样的规划与设想。当然，由于历史条件的局限，歌德所说的形态学，在正确地反对机械的科学主义的同时，也多少带有新柏拉图主义的神秘因素在内。到20世纪中叶，先后有两位德国学者把形态学引进了文学研究，他们是G.穆勒和H.欧佩尔。

6. 形态学分类

宏体碳质化石被首次报道于19世纪中叶的文献以来，在系统分类上长期没有什么进展。因为它们除了大致的外形，却并无明显的特征，所以系统分类目前仍是混乱的。在过去几十年间，随着对前寒武纪地球早期生命研究趋热，许多学者投入了对宏体碳质化石的研究，以形态学分类为基础的种属命名呈爆炸性的涌现。大约已有上百个属一级的命名被提出，但其中显然包括了许多同物异名、不符合国际命名规范及分类地位上有明显问题的命名。究其原因，除了未充分了解或参考前人的文献外，很大程度上是没能正确判断埋藏保存条件对化石形态造成的变形量。
结构相同的圆、椭圆、卵、肾及履形宏体碳质化石也被赋予了各种各样的命名，通常是根据某一特征的有无而定（邢裕盛，1979；郑文武，1980；郑文武等，1984，1994；汪贵翔等，1984；段承华等，1985；陈孟莪，郑文武，1986）。但值得注意的是，这些特征在某些标本上很可能只是偶然出现的，并非其固有的性状特征。例如，端部的变窄、边部的内凹、个体的拉长、周边的起缘、同心圆及纵向皱纹的产生等。这些特征的成因，较合理的解释可能就是这些柔软有机体在埋藏压实时的随机变形。当然，也不排除个体发育上的变化，例如，圆-椭圆-香肠形就可能代表着某一个体从幼年期到成年期的一系列生长阶段。总之，对于宏体碳质化石中占绝大多数的无清晰稳定的表面装饰或解剖构造的标本而言，系统分类的困难是非常突出的。
具细密横向条纹或褶皱（环节？）的宏体碳质化石，外部轮廓呈长椭圆至香肠形，通常被不少学者归入后生动物的蠕形动物类（Verme）须腕动物门（POGONOPHORA；Соколов，1967；Sokolov［Соколов］，1972，1990；陈孟莪等，1975，1982；郑文武，1980；段吉业，林蔚兴，1980；汪贵翔，1982；汪贵翔，阎永奎，1984）及环节动物门（Annelida）（汪贵翔，阎永奎，1984；邢裕盛，1984；邢裕盛等，1985，1994）。这些化石从本质上看，与Chuaria-Tawuia类型相似，都是柔软的中空囊状或香肠状有机体被沉积物埋藏压扁形成的碳质遗留物。所不同的只是它们的外表面保存有细密的横向环纹或褶皱（环节？），但至今却未见有像中国云南澄江下寒武统页岩中发现的后生动物化石那样，除了保存外部的表面结构外，还保存有内部的解剖特征（如，肌肉及消化道等痕迹）（Hou［侯宪光］et al.，1991；Chen［陈均远］＆ Erdtmann，1991；Shu［舒德干］et al.，1996）。此外，香肠形的具“环节”个体与Tawuia之间存在形态上的过渡（郑文武，1980；Hofmann，1994），以及有的个体甚至存在明显类似于现代绿藻门（Chlorophyta）粗枝藻目（Dasycladales）中某些属种那样的固着器（假根）及光合作用叶状体形态的器官分化（Tseng，1983；Berger ＆ Kaever，1992），暗示它们中有不少标本很可能属于后生植物化石（钱迈平等，2000）。
苏皖北部新元古界富产宏体碳质化石，它们主要分布于安徽寿州、凤阳、宿州、灵璧，江苏铜山及山东苍山等地，均保存于细腻的粘土含量较高的页岩或泥岩中，化石保存完好程度与岩性的细腻程度成正比。分布较广且数量较多的是Chuaria，其次为Beltina及Tawuia，而表面具细密横纹的宏体碳质化石仅见于淮南少数地点的刘老碑组、九里桥组，以及淮北少数地点的史家组、金山寨组和沟后组。
它们曾被分类命名多达51个形态属，统计如下。
（1）表面无稳定装饰的圆-短椭圆形，及其有关的变形
Chuaria Walcott，1899（郑文武，1980）；
Morania Walcott，1899（郑文武，1980）；
Shouhsienia Xing，1979（杜汝霖，1982）；
Ellipsophysa Zheng，1980（郑文武，1980）；
Ovidiscina Zheng，1980（郑文武，1980）；
Huainania Wang et al.，1984（汪贵翔等，1984）；
Microcircula Zheng et al.，1984（郑文武等，1984）；
Pumilibaxa Zheng，1980（郑文武，1980）；
Arciformia Zheng et al.，1984（郑文武等，1984）；
Baculiformis Zheng et al.，1984（郑文武等，1984）；
Bagongshauella Zheng et al.，1984（郑文武等，1984）；
Bipatinella Zheng et al.，1984（郑文武等，1984）；
Claviformis Zheng et al.，1984（郑文武等，1984）；
Conicina Zheng et al.，1984（郑文武等，1984）。
（2）表面无稳定装饰的长椭圆-香肠形及其有关的变形
Tawuia Hofmann et Aitken，1979（郑文武，1980）；
Nephroformia Zheng，1980（郑文武，1980）；
Cylindraceusa Zheng et al.，1984（郑文武等，1984）；
Ephippiodeusa Zheng et al.，1984（郑文武等，1984）；
Fengyangella Zheng et al.，1984（郑文武等，1984）；
Fusiphysa Zheng et al.，1984（郑文武等，1984）；
Langania Zheng et al.，1984（郑文武等，1984）；
Linguiformia Zheng et al.，1984（郑文武等，1984）；
Liulaobeia Wang et al.，1984（汪贵翔等，1984）；
Sinenia Zheng et al.，1984（郑文武等，1984）；
Valvaphysa Zheng et al.，1984（郑文武等，1984）；
Eurycyphus Fu，1986（符俊辉，1986）；
Linguiformis Chen et Zheng 1986（陈孟莪，郑文武，1986）；
Lorioforma Chen et Zheng 1986（陈孟莪，郑文武，1986）；
Sicyus Chen et Zheng 1986（陈孟莪，郑文武，1986）；
Sinotaenia Chen et Zheng 1986（陈孟莪，郑文武，1986）；
Stenocyphus Fu，1986（符俊辉，1986）；
Mesonactus Fu，1989（符俊辉，1989）；
Tachymacrus Fu，1989（符俊辉，1989）。
（3）表面无稳定装饰的不分枝窄长带形
Vendotaenia Gnilovskaya，1971（郑文武等，1984）；
Tyrasotaenia Gnilovskaya，1971（郑文武等，1984）；
Fasciculella Duan et al.，1985（段承华，1985）。
（4）表面无稳定装饰的不规则破片形压膜
Beltina Walcott，1899（Qian［钱迈平］et al.，本文）。
（5）表面具细密横纹的长椭圆-香肠形及不分枝带形
Sabellidites Yanishevskij，1926（郑文武，1980）；
Ruedemannella Howell，1959（汪贵翔，1982）；
Calyptrina Sokolov，1965（汪贵翔，1982）；
Paleolina Sokolov，1965（汪贵翔，1982）；
Saarina Sokolov，1965（汪贵翔，1982）；
Sinosabellidites Zheng，1980（郑文武，1980）；
Huainanella Wang，1982（汪贵翔，1982）；
Paleorhynchus Wang，1982（汪贵翔，1982）；
Pararenicola Wang，1982（汪贵翔，1982）；
Protoarenicola Wang，1982（汪贵翔，1982）；
Chulania Wang et al.，1984（汪贵翔等，1984）；
Lushania Wang et al.，1984（汪贵翔等，1984）；
Anhuiella Xing et al.，1985（邢裕盛等，1985）；
Huaiyuanella Xing et al.，1985（邢裕盛等，1985）。
然而，后来的研究发现，其中大多是同物异名、不符合国际命名规范及分类地位有问题者（Sun［孙卫国］et al.，1986；Hofmann，1994；钱迈平等，2000），经清理甄别归纳后，可能只有5个形态属。
1）Chuaria Walcott，1899，圆-短椭圆形及有关变形，长宽比小于2。表面无稳定装饰，呈光滑或常在边缘及其附近有环向或斜切向皱纹。
2）Tawuia Hofmann et Aitken，1979，长椭圆-香肠形及有关变形，长宽比不小于2。表面无稳定装饰，呈光滑或不定向皱纹。
3）Beltina Walcott，1899，不规则破片形，表面无稳定装饰，呈光滑或不定向皱纹。
4）Tyrasotaenia Gnilovskaya，1971，不分枝的窄长带形，常扭曲纠缠。
5）Sinosabellidites Zheng，1980，长椭圆-香肠形及有关变形，长宽比不小于2。表面具规则的细密横向条纹或褶皱，一端联结一个固着器构造。
它们的地层分布见表2。

表2 华北古陆东南缘新元古代宏体碳质化石的地层分布

7. 形态学简介

 目录    1  拼音    2  英文参考    3  注解     1  拼音   xíng tài xué
   2  英文参考   morphology
   3  注解   
  
  形态学 morphology 是生物学的主要分支学科。其目的是描述生物的形态和研究其规律性；且往往是与以机能与研究对象的生理学相对应。广义地来说，它包括研究细胞阶段形态的细胞学的大部分，以及探讨个体发生过程的发生学。狭义的形态学主要是研究生物的成年个体的外形和器官构造（解剖学、组织学和器官学）。从方法论上来讲，它分为重视器官和机能关系的生理形态学，以及重点放在比较研究上的比较形态学以至系统形态学和实验形态学或因果形态学（Causal morphology）。“Morphologie”一词，最初由德国歌德（J．W．von Goethe，1795）所创用的，他把形态学看作是形态的构成（德Bildung）和转化（德Umbildung）的学科。就是说歌德所创用的这一术语，远比以后所说的具有动的概念。在植物学的领域中，形态学是18世纪后半期根据沃尔夫（C．F．Wolff）的叶和花有同一起源的论点作基础的，1827年坎道列（A．P．de Candolle）创立了器官学。1851年，霍夫麦斯特（W．Hofmeister）根据生殖器官学和世代交替，确定了羊齿类和裸子植物在比较形态学上的位置，以后形态学的成果更增多，19世纪的后半期，由于巴里（H．A．de Bary）的组织学（高等植物内部组织的研究），蒂格享（Van Tieghem）的系统组织学（中柱学说的提出和讨论），戈贝耳（K．E．Goebel）的器官学（整个植物的组织及器官的比较研究），植物形态学已基本建立起来了。到20世纪以后，对低等植物形态的描述，特别是对生殖过程和生活史的了解更多了；同时通过对生长点的实验，对形态结构的形成问题继续受到了重视。在动物学领域中，从18世纪后半期到19世纪初，出现了与形态学对立的居维埃（G．L．Cuvier）的生理（机能的）形态学和杰弗洛、圣希拉利（E．Geoffroy、Saint－Hilaire）等的纯形态学（德reine Morphologie），后者对形态似平赋予抽象的意义特征，和比较形态学的关系较深，而且与自然哲学的生物学近似之处较多。19世纪，具有发生学内容的动物形态学，有强烈的比较形态学的倾向，它所积累的资料，对进化论的建立作出了贡献。在动物学方面，由于发生学很早就从解剖学分出成为一个独立的学科，所以，后来形态学的发展应该从它的每个分支学科来看。在19世纪末以后，开始努力将实验方法应用到既是描述的又是进化论的形态学上，从而产生了实验形态学。进入20世纪以后，由于外科手术和组织培养方法等的实验形态学技术的发展，研究形态形成过程及其机制的发生形态学（developmental morphology）进入兴盛时期。而且，随着光学显微镜的精密化和相差显微镜的应用等，使形态学的研究扩展到微观世界，同时电子显微镜应用于生物学的研究，有可能直接获得机体的高分子构造。   
   

8. 形态学的发展

 在植物学的领域中，形态学是18世纪后半期根据沃尔夫（C．F．Wo-lff）的叶和花有同一起源的论点作基础的，1827年坎道列（A．P．de Candolle）创立了器官学。1851年，霍夫麦斯特（W．Hofmeister）根据生殖器官学和世代交替，确定了羊齿类和裸子植物在比较形态学上的位置，以后形态学的成果更增多，19世纪的后半期，由于巴里（H．A．de Bary）的组织学（高等植物内部组织的研究），蒂格享（Van Tieg-hem）的系统组织学（中柱学说的提出和讨论），戈贝耳（K．E．Goebel）的器官学（整个植物的组织及器官的比较研究），植物形态学已基本建立起来了。到20世纪以后，对低等植物形态的描述，特别是对生殖过程和生活史的了解更多了；同时通过对生长点的实验，对形态结构的形成问题继续受到了重视。 在动物学领域中，从18世纪后半期到19世纪初，出现了与形态学对立的居维埃（G．L．Cuvier）的生理（机能的）形态学和杰弗洛、圣-希拉利（E．Geoffroy、Saint－Hilaire）等的纯形态学（德reine Morpho-logie），后者对形态似平赋予抽象的意义特征，和比较形态学的关系较深，而且与自然哲学的生物学近似之处较多。19世纪，具有发生学内容的动物形态学，有强烈的比较形态学的倾向，它所积累的资料，对进化论的建立作出了贡献。在动物学方面，由于发生学很早就从解剖学分出成为一个独立的学科，所以，后来形态学的发展应该从它的每个分支学科来看。在19世纪末以后，开始努力将实验方法应用到既是描述的又是进化论的形态学上，从而产生了实验形态学。进入20世纪以后，由于外科手术和组织培养方法等的实验形态学技术的发展，研究形态形成过程及其机制的发生形态学（developmental morphology）进入兴盛时期。而且，随着光学显微镜的精密化和相差显微镜的应用等，使形态学的研究扩展到微观世界，同时电子显微镜应用于生物学的研究，有可能直接获得机体的高分子构造。经过别的学者的共同探讨，形态学方法现今立足在现象学原理和构形论思想的基础上。语言学研究词语内部结构和词语构成规则的语法分支。通常被分为两部分研究曲折性的和研究构词的