一种用于标记二值图像的多像素并行标记方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于标记二值图像的多像素并行标记方法和系统，系统包括：数据模块，用于将图像逐行以水平相邻的2*N个像素为一个单位像素，一个单位像素包含水平相邻的N组像素；新临时标记值生成模块，用于根据N组像素及其相邻已标记像素并行为每组像素生成新临时标记值；临时标记模块，用于根据N组像素及其相邻像素的像素值并行赋予N组像素临时标记值，如果当前组像素与其相邻已标记像素不连通，将新临时标记值赋予当前组像素，否则将相邻已标记像素的临时标记值赋予当前组像素；等价对判断模块，用于判断具有不同临时标记值的2个像素是否连通，如果连通则这两个临时标记值为等价对。本发明专利技术减小了关键路径延迟，数据通过率高，耗时短。

【技术实现步骤摘要】
一种用于标记二值图像的多像素并行标记方法和系统
本专利技术属于图像处理领域，更具体地，涉及一种用于标记二值图像的多像素并行标记方法和系统。
技术介绍
二值图像在图像处理领域中有着举足轻重的地位，因为其模式简单，对像素在空间上的关系有着极强的表现力。在实际应用中，很多图像的分析最终都转换为二值图像的分析，比如：医学图像分析、前景检测、字符识别，形状识别。二值化+数学形态学能解决很多计算机识别工程中目标提取的问题。二值图像分析最重要的方法就是连通区域标记，它是所有二值图像分析的基础，它通过对二值图像中白色像素(目标)的标记，让每个单独的连通区域形成一个被标识的块，进一步的就可以获取这些块的轮廓、外接矩形、质心、不变矩等几何参数。由于连通区域标记过程具有很强的数据相关性，很难实现并行操作，随着要处理的图像面积越来越大，标记过程变得十分耗时。目前已经提出的适用于硬件实现的连通域标记算法有很多，根据在第一遍扫描时产生临时标记的和等价对的方式，可以将连通域标记算法分为3类：逐像素标记，基于游程编码标记，基于像素块标记。除此之外，适用于软件实现的连通域标记算法有：区域生长法和跟踪算法等。逐像素标记算法：图像像素按照逐行逐列扫描的顺序，以流水线的方式输入，按照8连通规则，检测当前像素与其相邻已标记像素的连通性，赋予当前像素已有的临时标记值或新临时标记值，同时找出具有等价关系的临时标记值，记录在等价表中，在一帧图像采集传输结束后，得到图像的初步标记结果以及临时标记值之间的连通关系，然后整理等价表，最后根据等价表进行标号的归并。基于游程编码标记算法：先对图像进行一次扫描，进行游程编码；然后将得到的图像编码数据按照逐行逐列扫描的顺序，以流水线的方式输入，检测当前编码段与上一行中的编码段的连通关系，赋予当前编码段已有的临时标记值或新临时标记值，同时找出具有等价关系的临时标记值，记录在等价表中，在一帧图像采集传输结束后，得到图像的临时标记结果以及临时标记值之间的连通关系，然后整理等价表，最后根据等价表进行标号的归并。基于像素块标记算法：将多个像素看做一个单位块输入，检测当前单位块与其相邻已标记像素的连通关系，赋予单位块内像素已有的临时标记值或新临时标记值，同时找出具有等价关系的临时标记值，记录在等价表中，在一帧图像采集传输结束后，得到图像的临时标记结果以及临时标记值之间的连通关系，然后整理等价表，最后根据等价表进行标号的归并。区域生长法：首先对图像进行逐行(列)扫描，每遇到一个未标记的“1”像素点，就分配其一个未使用过的临时标记值，然后对其邻域进行检测，如有未标记过的“1”像素，则赋予相同的临时标记值，反复进行这一操作，直到不存在可以传播当前临时标记值的“1”像素；然后继续图像行(列)扫描，如检测到未标记的“1”像素则赋予其新临时标记值，并进行与以上相同的处理；整个图像扫描结束，算法也就终止。这种方法可准确地检测出各种类型的连通体，但处理时间也较长，因为要逐一检测每一个“1”像素的邻域，且出现“1”像素的重复扫描。跟踪算法：二值图像中每个取值为“1”的像素被赋予一个与其坐标相关的临时标记值，如由n(行坐标)，m(列坐标)构成的数；然后扫描初步标记后的图像，并将每个像素的临时标记值改为其邻域内的最小临时标记值；反复执行这个过程，直到不需要作临时标记值更改为止。用这种方法处理小而凸的目标时，收敛速度较慢。区域生长法和跟踪算法需要经过不断的迭代得到最后的标记图像，随着要处理图像面积的增大和图像连通区域复杂度增加，将会变得十分耗时；同时由于对图像数据的读取也是随机的，所以很难用硬件实现。目前在硬件实现方面，逐像素标记算法被广泛应用，但是随着需要处理的图像面积越来越大，标记过程变得十分耗时。基于游程编码的标记算法，需要首先对图像进行1次扫描生成游程编码，然后开始标记，虽然游程编码可以压缩图像，但是随着图像连通域的复杂度增加，利用游程编码对图像压缩变得并不明显，要完成一幅图像的标记依旧需要花费大量时间。基于像素块标记算法，能够并行对多个像素标记，但是由于与其相邻的已标记像素可能存在复杂的连通性，等价对的判断是一个有待进一步研究的问题。由此可见，现有技术存在数据通过率低、耗时长，多级加法器级联、关键路径延迟大的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于标记二值图像的多像素并行标记方法和系统，由此解决现有技术存在数据通过率低、耗时长，多级加法器级联、关键路径延迟大的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于标记二值图像的多像素并行标记系统，包括：数据模块，用于将图像逐行以水平相邻的2*N个像素为一个单位像素，一个单位像素中相邻的2个像素为一组像素，一个单位像素包含水平相邻的N组像素；新临时标记值生成模块，用于根据N组像素及其相邻已标记像素的像素值，并行为每组像素生成新临时标记值；临时标记模块，用于根据N组像素及其相邻像素的像素值，并行赋予N组像素临时标记值，如果当前组像素与其相邻已标记像素不连通，将新临时标记值赋予当前组像素，否则将相邻已标记像素的临时标记值赋予当前组像素；等价对判断模块，用于判断具有不同临时标记值的2个像素是否连通，如果连通，则这两个临时标记值为等价对。进一步地，新临时标记值生成模块包括：新临时标记值计算子模块，用于计算N组像素的初始新临时标记值Lnum_Nr，Lnum_Nr+1，……Lnum_Nr+N，其中Lnum_Nr为上一个单位像素中第N组像素的新临时标记值；新临时标记值判断子模块，用于根据N组像素的像素值判断每组像素是否出现新的临时标记值，当第n组像素出现新的临时标记值，new_n＝1，否则，new_n＝0，进而得到new_1～new_N；新临时标记值选择子模块，用于根据new_1～new_N，从N组像素的初始新临时标记值中选择每组像素的新临时标记值。进一步地，新临时标记值计算子模块和新的临时标记判断子模块并行执行，延时相互隐藏。进一步地，新临时标记值生成模块和临时标记模块并行执行。进一步地，等价对判断模块包括：根据第n组像素及其相邻已标记像素(c2n-1，c2n，c2n-2，t2n-2，t2n-1，t2n，t2n+1)的像素值，判断具有不同临时标记值的2个像素是否连通，如果连通，则这两个临时标记值为等价对，第n组像素及其相邻已标记像素的像素值为(1，x，1，x，0，1，x)时，L_c2n-2与L_t2n等价；第n组像素及其相邻已标记像素的像素值为(1，1，1，x，x，0，1)时，L_c2n-2与L_t2n+1等价；第n组像素及其相邻已标记像素的像素值为(1，x，0，1，0，1，x)时，L_t2n-2与L_t2n等价；第n组像素及其相邻已标记像素的像素值为(1，1，0，1，x，0，1)时，L_t2n-2与L_t2n+1等价；第n组像素及其相邻已标记像素的像素值为(0，1，x，x，1，0，1)或(1，1，0，0，1，0，1)时，L_t2n-1与L_t2n+1等价；其中，(c2n-1，c2n)表示第n组像素，c2n-2表示(c2n-1，c2n)左侧的像素，t2n-2表示(c2n-1，c2n)左上方的像素，(t2n-1，t2n)表示(c2n-1，c2n)正上方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于标记二值图像的多像素并行标记系统，其特征在于，包括：数据模块，用于将图像逐行以水平相邻的2*N个像素为一个单位像素，一个单位像素中相邻的2个像素为一组像素，一个单位像素包含水平相邻的N组像素；新临时标记值生成模块，用于根据N组像素及其相邻已标记像素的像素值，并行为每组像素生成新临时标记值；临时标记模块，用于根据N组像素及其相邻像素的像素值，并行赋予N组像素临时标记值，如果当前组像素与其相邻已标记像素不连通，将新临时标记值赋予当前组像素，否则将相邻已标记像素的临时标记值赋予当前组像素；等价对判断模块，用于判断具有不同临时标记值的2个像素是否连通，如果连通，则这两个临时标记值为等价对。

【技术特征摘要】
1.一种用于标记二值图像的多像素并行标记系统，其特征在于，包括：数据模块，用于将图像逐行以水平相邻的2*N个像素为一个单位像素，一个单位像素中相邻的2个像素为一组像素，一个单位像素包含水平相邻的N组像素；新临时标记值生成模块，用于根据N组像素及其相邻已标记像素的像素值，并行为每组像素生成新临时标记值；临时标记模块，用于根据N组像素及其相邻像素的像素值，并行赋予N组像素临时标记值，如果当前组像素与其相邻已标记像素不连通，将新临时标记值赋予当前组像素，否则将相邻已标记像素的临时标记值赋予当前组像素；等价对判断模块，用于判断具有不同临时标记值的2个像素是否连通，如果连通，则这两个临时标记值为等价对。2.如权利要求1所述的多像素并行标记系统，其特征在于，所述新临时标记值生成模块包括：新临时标记值计算子模块，用于计算N组像素的初始新临时标记值；新临时标记值判断子模块，用于根据N组像素的像素值判断每组像素是否出现新的临时标记值，当第n组像素出现新的临时标记值，new_n＝1，否则，new_n＝0，进而得到new_1～new_N；新临时标记值选择子模块，用于根据new_1～new_N，从N组像素的初始新临时标记值中选择每组像素的新临时标记值。3.如权利要求2所述的多像素并行标记系统，其特征在于，所述新临时标记值计算子模块和新的临时标记判断子模块并行执行，延时相互隐藏。4.如权利要求1所述的多像素并行标记系统，其特征在于，所述新临时标记值生成模块和临时标记模块并行执行。5.如权利要求1所述的多像素并行标记系统，其特征在于，所述等价对判断模块包括：根据第n组像素及其相邻已标记像素(c2n-1，c2n，c2n-2，t2n-2，t2n-1，t2n，t2n+1)的像素值，判断具有不同临时标记值的2个像素是否连通，如果连通，则这两个临时标记值为等价对，第n组像素及其相邻已标记像素的像素值为(1，x，1，x，0，1，x)时，L_c2n-2与L_t2n等价；第n组像素及其相邻已标记像素的像素值为(1，1，1，x，x，0，1)时，L_c2n-2与L_t2n+1等价；第n组像素及其相邻已标记像素的像素值为(1，x，0，1，0，1，x)时，L_t2n-2与L_t2n等价；第n组像素及其相邻已标记像素的像素值为(1，1，0，1，x，0，1)时，L_t2n-2与L_t2n+1等价；第n组像素及其相邻已标记像素的像素值为(0，1，x，x，1，0，1)或(1，1，0，0，1，0，1)时，L_t2n-1与L_t2n+1等价；其中，(c2n-1，c2n)表示第n组像素，c2n-2表示(c2n-1，c2n)左侧的像素，t2n-2表示(c2n-1，c2n)左上方的像素，(t2n-1，t2n)表示(c2n-1，c2n)正上方的像素，t2n+1表示(c2n-1，c2n)右上方的像素，x为0或1，L_c2n-2表示c2n-2的临时标记值，L_t2n表示t2n的临时标记值，L_t2...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑红石，常诚，李玉涛，高万苏维，姜庆峰，李强，胡鹏，姜鹏，付宏明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42