專利名稱：圖像連通元快速標(biāo)記的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像分析與識別技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種二值圖像的連通元目標(biāo)的快速標(biāo)記方法。
背景技術(shù)：
在大多數(shù)的圖像分析和識別系統(tǒng)中，連通元標(biāo)記是一個基本的操作，是后續(xù)處理的基礎(chǔ)。標(biāo)記連通元的目的，是為了將二值圖像轉(zhuǎn)換成符號圖像，即給每個連通元分配一個標(biāo)簽將它們區(qū)分開來。
在現(xiàn)有技術(shù)中，最常用的方法是將圖像按順序進行處理，并且建立等價類表來保存等價類的相關(guān)信息。在第一次掃描中基于相鄰象素的值給每個前景(目標(biāo))象素分配一個臨時標(biāo)記。如果發(fā)生兩個相鄰的前景象素?fù)碛胁煌臉?biāo)記的情況，那么這兩個標(biāo)記視為等價類，并記錄到等價類表中。在第二次掃描中，將圖像中屬于同一等價類的象素用相同的標(biāo)記表示。
由于連通元標(biāo)記是圖像象素級的處理，相對比較費時，而且需要占用大量內(nèi)存。隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，雖然存儲空間問題已不再突出，但是，如何以更快的速度對圖像進行處理，正是人們期待的。
為此，人們一直致力于連通元標(biāo)記方法的研究，以提高處理速度和減少存儲空間。

發(fā)明內(nèi)容
對大多數(shù)的圖像識別系統(tǒng)而言，連通元的標(biāo)記是最耗時的過程之一，尤其是對較大尺寸的圖像更是如此。為了減少連通元的標(biāo)記時間，提高連通元的標(biāo)記速度，本發(fā)明提出了以下技術(shù)方案。
1.一種圖像連通元的標(biāo)記方法，包括以下步驟；a.進行初始化工作，即把行標(biāo)j指向起始行、總游程數(shù)K置為0；b.掃描圖像第j行數(shù)據(jù)，得到Zj個游程，并記錄為Rk(j)(k＝K+1，K+2，…，K+Zj)；c.檢查Zj是否為0，如果檢查結(jié)果為是，則跳過步驟d、e，進行步驟f；d.如果步驟c檢查結(jié)果為否，則記錄第j行的每個游程、并將它們標(biāo)記到對應(yīng)的樹上；e.總游程數(shù)量增加Zj個，即由原來的K個總游程數(shù)量變?yōu)镵+Zj個總游程數(shù)量；f.行標(biāo)號j增加1，即由原來的行標(biāo)號j變?yōu)樾袠?biāo)號j+1；g.檢查行標(biāo)號是否超出圖像高度范圍，如果檢查結(jié)果為否，則返回步驟b；h.如果步驟g檢查結(jié)果為是，則輸出游程和樹結(jié)構(gòu)信息。
2.所述的記錄第j行的每個游程、并將它們標(biāo)記到對應(yīng)的樹上，其方法包括以下步驟；a.置當(dāng)前處理的游程標(biāo)號k為K+1；b.對游程Rk(j)，尋找上一行與其相連接的游程；c.檢查是否存在步驟b中所述的相連接的情況，如果檢查結(jié)果為是，則先進行步驟d后、再跳過步驟e直接進行步驟f；如果檢查結(jié)果為否，則跳過步驟d后，直接進行步驟e；d.確定并記錄與游程Rk(j)相連的上一行的某一個游程為Rk(j)的父游程；e.生成一個新的樹，游程Rk(j)作為其根節(jié)點；f.將k增加1；g.檢查k是否大于K+Zj，如果檢查結(jié)果為否，則返回步驟b；h.如果步驟g檢查結(jié)果為是，則轉(zhuǎn)入其它相連的后續(xù)步驟。
3.所述的確定并記錄與游程Rk(j)相連的上一行的某一個游程為Rk(j)的父游程，其方法包括以下步驟；a.上一行與游程Rk(j)相連的游程，按從左到右順序記為Rl(j-1)、Rl+1(j-1)、….、Rr(j-1)；b.檢查上一行是否只有一個相連的游程，即檢查Rl(j-1)是否等于Rr(j-1)；如果檢查結(jié)果為是，則跳過步驟c，直接進行步驟d；c.如果步驟b檢查結(jié)果為否，設(shè)置Rm(j-1)(m＝l+1，…，r)的根節(jié)點的父游程Rl(j-1)對應(yīng)的樹根；所述的Rm(j-1)(m＝l+1，…，r)，Rm(j-1)和Rl(j-1)屬于不同的樹；d.確定并記錄Rl(j-1)為Rk(j)的父游程；e.轉(zhuǎn)入其它相連的后續(xù)步驟。
本發(fā)明的有益效果是只用一次掃描就能獲得數(shù)字圖像的外接矩形和象素面積等特性，由于大大地提高了連通元的標(biāo)記速度，所以對圖像處理速度、尤其是對大尺寸的圖像處理速度，能明顯的得到提高。


附圖1是輸入輸出示意圖。
附圖2是本發(fā)明方法的主流程圖，也是權(quán)利要求1的流程圖。
附圖3是第j行游程標(biāo)記到樹上的方法流程圖，也是權(quán)利要求2的流程圖。
附圖4是確定記錄游程Rk(j)的父游程的方法流程圖，也是權(quán)利要求3的流程圖。
附圖5是游程之間的連接類型示意圖；其中x是各種一對一的連接類型；y是一對多的連接類型；z是多對一的連接類型。
附圖6是實施例的示意圖，以一個連通元為例，說明如何對游程進行處理的；圖中的A、B、C、D、E、F、G都是游程；j、j+1、j+2、j+3是依順序連續(xù)的行。
附圖7是樹結(jié)構(gòu)示意圖，圖中的雙線圓圈代表根節(jié)點、單線圈代表內(nèi)部節(jié)點或葉節(jié)點。
附圖7中a部分的樹結(jié)構(gòu)，即j部分的樹結(jié)構(gòu)，與附圖6中的j行掃描相對應(yīng)；附圖7中b部分的樹結(jié)構(gòu)，即j+1部分的樹結(jié)構(gòu)，與附圖6中的j+1行掃描相對應(yīng)；附圖7中c部分的樹結(jié)構(gòu)，即j+2部分的樹結(jié)構(gòu)，與附圖6中的j+2行掃描相對應(yīng)；附圖7d中部分的樹結(jié)構(gòu)，即j+3部分的樹結(jié)構(gòu)，與附圖6中的j+3行掃描相對應(yīng)。
附圖6和附圖7應(yīng)該一一對應(yīng)起來進行理解。
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式
標(biāo)記連通元的目的是為了將二值圖像轉(zhuǎn)換成符號圖像，即給每個連通元分配一個標(biāo)簽將它們區(qū)分開來。在現(xiàn)有技術(shù)中，最常用的方法是將圖像按順序進行處理，并且建立等價類表來保存等價類的相關(guān)信息。在第一次掃描中基于相鄰象素的值給每個前景(目標(biāo))象素分配一個臨時標(biāo)記。如果發(fā)生兩個相鄰的前景象素?fù)碛胁煌臉?biāo)記的情況，那么這兩個標(biāo)記視為等價類，并記錄到等價類表中。在第二次掃描中，將圖像中屬于同一等價類的象素用相同的標(biāo)記表示。
本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)一種基于游程并以樹結(jié)構(gòu)表示的快速標(biāo)記連通元的方法。首先，從圖像中逐行提取游程，并把它們的位置間關(guān)系信息存儲下來。用樹來表示當(dāng)前行的游程與上一行游程間的位置關(guān)系，每棵樹就對應(yīng)一個連通元，圖1是本方法的輸入輸出示意圖。該方法只需一次掃描就可以獲得連通元的外接矩形框和象素總數(shù)等有用信息。
下面，結(jié)合圖進行描述。
首先對圖像，按從上到下和從左到右的順序進行掃描，在每一行中，尋找且記錄每個游程。
游程定義為同一行中左右連續(xù)相鄰的前景(也稱目標(biāo))象素點的集合。我們用一個五元組(k，yk，sk，tk，pk)來表示一個游程Rk(y)k表示游程在圖像中的序列號；yk 表示游程的行坐標(biāo)；sk 表示游程起始點的列坐標(biāo)；tk 表示游程終止點的列坐標(biāo)；pk 該游程在上一行的父游程。
每個連通元內(nèi)的游程之間的關(guān)系用樹結(jié)構(gòu)來表示。每個游程對應(yīng)著樹中的一個節(jié)點，如果當(dāng)前行的一個游程與上一行的一個游程相連通，那么這兩個游程在樹中對應(yīng)的節(jié)點相連。游程間的連通關(guān)系定義如下定義假設(shè)Rk(y)是第y行的一個游程。Rm(y-1)是第y-1行的游程，如果它們滿足下列條件中的任意一個，那么我們稱Rk(y)與Rm(y-1)是連通的。
(1)sk-n≤sm≤tk(2)sk≤tm≤tk+n(3)sm-n≤sk≤tm(4)sm≤tk≤tm+n對于8連通的情況n＝1；而4連通的情況n＝0。
如果Rk(y)與Rm(y-1)是連通的，則稱Rm(y-1)是Rk(y)的父游程，或稱Rk(y)是Rm(y-1)的子游程。
當(dāng)一個新的游程產(chǎn)生時，將它的起始點和終止點坐標(biāo)與上一行的游程相比較，判斷是否與上一行的游程相連通。兩個相鄰行(當(dāng)前行與上一行)游程之間的關(guān)系可以總結(jié)為三種類型，即一對一，一對多和多對一共三種類型，如圖5中的上圖、中圖、下圖所示。在一對一的類型中，當(dāng)前行有一個游程與上一行的一個游程相連通；在一對多的類型中，當(dāng)前行有多個游程與上一行的一個游程相連通；在多對一的類型中，當(dāng)前行有一個游程與上一行的多個游程相連通。
如果一個游程在上一行中沒有找到與之相連通的游程，那么這個游程就作為樹的根節(jié)點。這棵樹對應(yīng)一個新的連通元。如果一個游程在上一行中找到與之相連通的游程，這個游程就作為上一行中與之相連通的游程的子節(jié)點。在一對一類型中，當(dāng)前游程是上一行中相連游程的唯一子節(jié)點，而在一對多的類型中，上一行的對應(yīng)游程在當(dāng)前行有多個相連通的游程，所以有多個子節(jié)點。
如果多對一的類型出現(xiàn)，也即上一行中有多個游程與當(dāng)前一個游程相連，那么必須做特別的處理。我們首先觀察上一行中與之相連通的所有游程是否屬于不同的樹。如果是，應(yīng)將這些不同的樹合并。本方法中，這種處理非常簡單，只需把包含最左邊節(jié)點的樹的根節(jié)點予以保留，而其他樹的根節(jié)點合并為保留的根節(jié)點的子節(jié)點?；谏鲜鎏幚?，每棵樹只對應(yīng)于圖像中的一個連通元。
為了更好的理解這個方法，在以下實施例中進行更詳細的描述。
實施例一。
現(xiàn)結(jié)合圖6、圖7，進行進一步的說明。圖6和圖7的內(nèi)容，應(yīng)該一一對照起來看。
當(dāng)掃描進行到第j行時，找到了游程A，這個游程是一棵新樹的根節(jié)點，如圖7中的(a)部分所示。
當(dāng)掃描到第j+1行時，找到了游程B和C，如圖7中的(b)部分所示，B與A連接，所以A是B的父節(jié)點，而C是另一棵新樹的根節(jié)點。繼續(xù)掃描至第j+2行時，如圖7中的(c)部分所示，找到游程D、E和F，D和E與B連接。因此，它們是B的子節(jié)點，F(xiàn)與C相連接，所以F是C的子節(jié)點。當(dāng)掃描至第j+3行時，找到游程G，因為E和F都與G連接，G作為最左邊游程E的子節(jié)點。此外，我們必須檢查E和F是否屬于同一棵樹。如果他們屬于不同的樹，那么必須把他們合并起來。在這里，A是E的根，C是F的根。因此，這兩棵樹需合并起來。其中一棵樹的根節(jié)點變?yōu)閮?nèi)部節(jié)點，成為另一棵樹的子節(jié)點。如圖7中的(d)部分所示，游程C為A的子節(jié)點。
當(dāng)整幅圖像掃描完畢后，所有的游程都記錄下來了，每棵樹對應(yīng)一個連通元。根據(jù)一棵樹，我們可以得到對應(yīng)的那個連通元的所有信息，如連通元外接矩形的寬、高和連通元的象素總數(shù)等。
對于一個連通元Cn，所有屬于Cn的游程的序號用集合Ψn表示。Cn的外接矩形的左上角坐標(biāo)和右下角坐標(biāo)分別用(xn(l)，yn(t))和(xn(r)，yn(b))表示，它們的坐標(biāo)值可由下面的計算得到xn(l)=mini∈Ψnsi]]>yn(t)=mini∈Ψnyi]]>xn(r)=maxi∈Ψnti]]>yn(b)=maxi∈Ψnyi]]>其中min表示求最小值，max表示求最大值。該連通元外接矩形的寬和高分別為寬xn(r)-xn(l)高yn(b)-yn(t)該連通元中的象素總數(shù)可以由下式直接計算得到Σi∈Ψn(ti-si+1)]]>
權(quán)利要求
1.一種圖像連通元的標(biāo)記方法，包括以下步驟；a.進行初始化工作，即把行標(biāo)j指向起始行、總游程數(shù)K置為0；b.掃描圖像第j行數(shù)據(jù)，得到Zj個游程，并記錄為Rk(j)(k＝K+1，K+2，…，K+Zj)；c.檢查Zj是否為0，如果檢查結(jié)果為是，則跳過步驟d、e，進行步驟f；d.如果步驟c檢查結(jié)果為否，則記錄第j行的每個游程、并將它們標(biāo)記到對應(yīng)的樹上；e.總游程數(shù)量增加Zj個，即由原來的K個總游程數(shù)量變?yōu)镵+Zj個總游程數(shù)量；f.行標(biāo)號j增加1，即由原來的行標(biāo)號j變?yōu)樾袠?biāo)號j+1；g.檢查行標(biāo)號是否超出圖像高度范圍，如果檢查結(jié)果為否，則返回步驟b；h.如果步驟g檢查結(jié)果為是，則輸出游程和樹結(jié)構(gòu)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圖像連通元的標(biāo)記方法，所述的記錄第j行的每個游程、并將它們標(biāo)記到對應(yīng)的樹上，其方法包括以下步驟；a.置當(dāng)前處理的游程標(biāo)號k為K+1；b.對游程Rk(j)，尋找上一行與其相連接的游程；c.檢查是否存在步驟b中所述的相連接的情況，如果檢查結(jié)果為是，則先進行步驟d后、再跳過步驟e直接進行步驟f；如果檢查結(jié)果為否，則跳過步驟d后，直接進行步驟e；d.確定并記錄與游程Rk(j)相連的上一行的某一個游程為Rk(j)的父游程；e.生成一個新的樹，游程Rk(j)作為其根節(jié)點；f.將k增加1；g.檢查k是否大于K+Zj，如果檢查結(jié)果為否，則返回步驟b；h.如果步驟g檢查結(jié)果為是，則轉(zhuǎn)入其它相連的后續(xù)步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種圖像連通元的標(biāo)記方法，所述的確定并記錄與游程Rk(j)相連的上一行的某一個游程為Rk(j)的父游程，其方法包括以下步驟；a.上一行與游程Rk(j)相連的游程，按從左到右順序記為Rl(j-1)、Rl+1(j-1)、….、Rr(j-1)；b.檢查上一行是否只有一個相連的游程，即檢查Rl(j-1)是否等于Rr(j-1)；如果檢查結(jié)果為是，則跳過步驟c，直接進行步驟d；c.如果步驟b檢查結(jié)果為否，設(shè)置Rm(j-1)(m＝l+1，…，r)的根節(jié)點的父游程為Rl(j-1)對應(yīng)的樹根；所述的Rm(j-1)(m＝l+1，…，r)，Rm(j-1)和Rl(j-1)屬于不同的樹；d.確定并記錄Rl(j-1)為Rk(j)的父游程；e.轉(zhuǎn)入其它相連的后續(xù)步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及圖像技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種二值圖像的連通元目標(biāo)的快速標(biāo)記方法。步驟是a.進行初始化工作，即把行標(biāo)j指向起始行、總游程數(shù)K置為0；b.掃描圖像第j行數(shù)據(jù)，得到Zj個游程，并記錄；c.檢查Zj是否為0，如果為是，則跳過步驟d、e，進行步驟f；d.如果步驟c檢查為否，則記錄第j行的每個游程、并標(biāo)記到對應(yīng)的樹上；e.總游程數(shù)量增加Zj個；f.行標(biāo)號j增加1；g.檢查行標(biāo)號是否超出圖像高度范圍，結(jié)果為否，則返回步驟b；h.如果步驟g檢查結(jié)果為是，則輸出游程和樹結(jié)構(gòu)信息。有益效果是由于只用一次掃描就能獲得數(shù)字圖像的外接矩形和象素面積等特性，大大地提高了連通元的標(biāo)記速度，所以對圖像處理速度能明顯的得到提高。
文檔編號G06K9/20GK101042734SQ200710039540
公開日2007年9月26日 申請日期2007年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月17日
發(fā)明者呂岳 申請人:華東師范大學(xué)