一种图像连通域双次扫描双重标记方法技术

本发明专利技术涉及一种图像连通域双次扫描双重标记方法，其属于图像分析与识别领域。该方法首先对图像进行虚拟边界填补；然后对图像进行顺序扫描，扫描过程中通过前邻像素点的标记状态确定每一个像素点的两重标记；进而对双重标记序列进行等价解析；最后再次对图像进行顺序扫描，在此过程中通过两重标记的等价关系确定各目标像素点的最终标记状态，从而完成连通域的识别。该方法通过对目标像素点分配两重相互关联的标记来实现图像复杂连通域的标定，方法快速准确，可用于模式识别、计算机视觉和人工智能等领域中大规模图像的连通域实时标记。

【技术实现步骤摘要】
一种图像连通域双次扫描双重标记方法
本专利技术属于图像分析与识别
，涉及一种图像标记方法，尤其是一种图像连通域双次扫描双重标记方法。
技术介绍
图像连通域标记是模式识别、计算机视觉和人工智能等领域中最基本的操作。通过标记运算，图像中相互连通的像素点被赋予相同的标记，从而实现图像中目标对象的识别。在指纹识别、字符识别、人脸识别、自动检测、医学图像分析和计算机辅助诊断等通过计算机自动识别图像目标对象的工程应用中，连通域标记都是必不可少的重要过程。由于连通域标记是图像像素级的处理，其运算较为耗时，这不利于实际工程应用，故提高标记效率是各种标记方法致力于解决的关键问题。在交通拥堵监测、自动监视和目标跟踪等实时应用中，连通域高效标记算法的需求更为明显。因此，人们以提高标记速度为目标，对图像连通域标记开展了较为广泛的研究，提出了各种标记算法，但这些方法存在逻辑复杂、程序实现困难等共性问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种图像连通域双次扫描双重标记方法，用以快速地标定图像中的连通域，该方法通过对目标像素点分配两重相互关联的标记来实现图像复杂连通域的标定，具有原理简单、程序实现容易的优点。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：这种图像连通域双次扫描双重标记方法，包括以下步骤：1)确定连通域标记的前邻域Fs(i,j)，并对图像进行虚拟边界填补，以避免前邻像素点访问地址的溢出；2)首次扫描图像，通过最优访问路径法判断当前像素点和前邻像素点的状态，确定当前目标像素点的临时标记P(i,j)＝l，并通过二重标记序列U(P(i,j))建立临时标记之间的连通关系；3)等价解析双重标记序列，将所有连通的临时标记指向相同的连续二重标记；4)再次扫描图像，重置各像素点的标记。进一步的，上述步骤1)具体按照以下进行：用P(i,j)表示大小为W×H的图像中像素点(i,j)的值，若P(i,j)＝1，则该像素点(i,j)为需要标记的目标，而若P(i,j)＝0，则无需对像素点(i,j)进行标记；采用8像素点邻域形式，像素点(i,j)的前邻域Fs(i,j)记为：Fs(i,j)＝{(i-1,j-1),(i,j-1),(i+1,j-1),(i-1,j)}(1)将图像沿i正负方向分别填补一列非目标像素点，同时沿j正负方向分别填补一行非目标像素点，从而将图像扩展为含虚拟边界的大小为(W+2)×(H+2)的图像；填补之后，扫描过程中只访问原始图像像素点，即访问填补之后图像中[2,W+1]×[2,H+1]的像素点区域。进一步的，上述步骤2)按照以下方法进行：采用自下向上，从左到右的光栅扫描方式对图像进行顺序遍历，若当前像素点(i,j)的值P(i,j)＝0，则该像素点为无需标记的非目标像素点，忽略该像素点并继续访问下一个像素点；若P(i,j)＝1，则按照最优访问路径判断前邻像素点的标记状态，并根据以下三种情形进行相应的操作：(1)前邻像素点中无目标像素点，则将该像素点的值分配为临时标记l，并将该临时标记的二重标记U(l)置为临时标记，即：式中，l为自然数，其初始值为1，采用l为某像素点分配临时标记之后，其值由增量Δl＝1进行更新；(2)前邻像素点中含有目标像素点，且不存在连通子域在当前像素点处的合并，则当前像素点的值取首次访问到的前邻目标像素点的值，即：P(i,j)＝P(s,t)(s,t)∈Fs(i,j)(3)(3)前邻像素点中含有目标像素点，且连通子域在当前像素点处合并，则将首次访问到的前邻目标像素点的值赋给当前像素点的值P(i,j)；然后在待合并的临时标记ls不等于其二重标记U(ls)，即U(ls)≠ls的条件下令U(ls)＝U(U(ls))，ls＝U(ls)以获取两个连通子域的最小临时标记L1和L2，其中最小临时标记L1和L2的是分别由待合并的两个临时标记迭代得到的，同时缩减等价序列的长度；最后将L1和L2中较大临时标记的二重标记置为较小的临时标记，从而将两个连通子域合并，其运算为：U(Max(L1,L2))＝Min(L1,L2)(4)；在首次遍历结束后，各目标像素点均获得了临时标记l，且生成了建立临时标记连通关系的二重标记序列U(l)。进一步，上述步骤3)按照以下方法进行：首次扫描过程中建立的二重标记序列不断地向各连通域的最小临时标记逼近，这种层层取小的递推关系按照临时标记由小到大的顺序由下式来进行解析：U(t)＝U(U(t))t∈{1,2,…,L}(5)式中，L为最大临时标记；为了对连通域分配连续的编号，对等价解析之后的二重标记序列按照临时标记由小到大的顺序进行遍历，在遍历过程中采取以下操作：式中，k为自然数，其初始值为1，采用k为某像素点分配临时标记之后，其值由增量Δk＝1进行更新。进一步，上述步骤4)按照以下方法进行：令非目标像素点临时标记为l＝0，且令其二重标记U(0)＝0，对图像进行第二次扫描，在扫描过程中，当前像素点(i,j)的值由下式确定：P(i,j)＝U(P(i,j))(7)。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的图像连通域双次扫描双重标记方法通过对目标像素点分配两重相互关联的标记来实现图像复杂连通域的标定，能够快速准确地为图像中相互连通的像素点分配相同的标记；为不同的连通域赋予连续的标记，便于统计连通域数目；通过虚拟边界填补、最佳路径分析和等价序列缩减等操作，极大地提高了标记效率。附图说明图1本专利技术的流程图；图2像素点邻域形式；图3前邻像素点最佳访问路径；图4待标记的典型图像；图5虚拟边界填补之后的图像形式；图6首次遍历之后的临时标记形式和二重标记序列；图7等价解析之后的二重标记序列和再次遍历之后的标记形式；图8标记时间与图像像素点数目之间的关系曲线。具体实施方式本专利技术图像连通域双次扫描双重标记方法首先对图像进行虚拟边界填补，以避免前邻像素点访问地址的溢出；然后对图像进行顺序扫描，在访问每一个像素点时，通过前邻像素点的标记状态确定当前像素点的两重标记；进而对双重标记序列进行等价解析，使得所有属于相同连通域的临时标记的二重标记相等；最后再次对图像进行顺序扫描，在此过程中通过两重标记的等价关系确定各目标像素点的最终标记状态，从而完成连通域的识别。该方法的具体实施流程如图1所示，下面根据该流程详细地描述具体技术问题。虚拟边界填补对于一个宽高为W×H的图像(W和H分别为图像的宽高尺寸)，其像素点(i,j)的值用P(i,j)表示，其中1≤i≤W，1≤j≤H。若P(i,j)＝1，则该像素点(i,j)为需要标记的目标；而若P(i,j)＝0，则无需对像素点(i,j)进行标记。本专利技术采用如图2所示的8像素点邻域形式，在自下向上，从左到右的光栅扫描方式下，当前像素点(i,j)的前邻域由图2中灰色填充的像素点组成，记为：Fs(i,j)＝{(i-1,j-1),(i,j-1),(i+1,j-1),(i-1,j)}(1)由于在访问边界像素点的过程中，边界像素点的前邻域中存在溢出图像的像素点，即按照图2所示的8像素点邻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像连通域双次扫描双重标记方法，其特征在于，包括以下步骤：1）对图像进行虚拟边界填补，以避免前邻像素点访问地址的溢出；2）首次扫描图像，判断当前像素点和前邻像素点的状态，确定当前像素点的临时标记，并通过二重标记建立临时标记之间的连通关系；3）等价解析双重标记序列，将所有连通的临时标记指向相同的二重标记；4）再次扫描图像，重置各像素点的标记。

【技术特征摘要】
1.一种图像连通域双次扫描双重标记方法，其特征在于，包括以下步骤：1)确定连通域标记的前邻域Fs(i,j)，并对图像进行虚拟边界填补，以避免前邻像素点访问地址的溢出；2)首次扫描图像，通过最优访问路径法判断当前像素点和前邻像素点的状态，确定当前目标像素点的临时标记P(i,j)＝l，并通过二重标记序列U(P(i,j))建立临时标记之间的连通关系；具体按照以下方法进行：采用自下向上，从左到右的光栅扫描方式对图像进行顺序遍历，若当前像素点(i,j)的值P(i,j)＝0，则该像素点为无需标记的非目标像素点，忽略该像素点并继续访问下一个像素点；若P(i,j)＝1，则按照最优访问路径判断前邻像素点的标记状态，并根据以下三种情形进行相应的操作：(1)前邻像素点中无目标像素点，则将该像素点的值分配为临时标记l，并将该临时标记的二重标记U(l)置为临时标记，即：式中，l为自然数，其初始值为1，采用l为某像素点分配临时标记之后，其值由增量Δl＝1进行更新；(2)前邻像素点中含有目标像素点，且不存在连通子域在当前像素点处的合并，则当前像素点的值取首次访问到的前邻目标像素点的值，即：P(i,j)＝P(s,t)(s,t)∈Fs(i,j)(3)(3)前邻像素点中含有目标像素点，且连通子域在当前像素点处合并，则将首次访问到的前邻目标像素点的值赋给当前像素点的值P(i,j)；然后在待合并的临时标记ls不等于其二重标记U(ls)，即U(ls)≠ls的条件下令U(ls)＝U(U(ls))，ls＝U(ls)以获取两个连通子域的最小临时标记L1和L2，其中最小临时标记L1和L2的是分别由待合并的两个临时标记迭代得到的，同时缩减等价序列的长度；最后将L1和L2中较大临时标记的二重标记置为较小的临时标记，从而将两个连通子域合并，其运算为：U(Max(L1,L2))＝Min(L1,L2)(4)；在首次遍历结束后，各目标像素点均获得了临时标记l，且生成了建立临时标记连通关系的二重标记序列...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄明，李跃明，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：