專利名稱：一種針對(duì)opta圖像細(xì)化算法的快速實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種針對(duì)OPTA圖像細(xì)化算法的快速實(shí) 現(xiàn)
方法。為OPTA類算法中消除模板和保留模板構(gòu)造等價(jià)的查找表，基于已構(gòu)造的查找表 實(shí)現(xiàn)二值圖像的快速細(xì)化，從而大幅度地提高了 OPTA類算法的運(yùn)算效率。
背景技術(shù)：
細(xì)化又稱為骨架化，即在不影響原圖拓?fù)湫缘幕A(chǔ)上，通過抽取表達(dá)原圖形狀最 關(guān)鍵的點(diǎn)，來使得原圖中寬度大于一個(gè)像素的線條變成單像素的過程，也就是抽取原圖骨 架的過程。該技術(shù)在圖像處理中占有重要地位，是圖像分析、信息壓縮、特征抽取及模式識(shí) 別中的常用技術(shù)。目前，已有了大量的圖像細(xì)化算法被提出，主要可分為串行細(xì)化算法[1’2]和并行細(xì) 化算法[3_12]，文獻(xiàn)[11]對(duì)串行與并行細(xì)化算法進(jìn)行了對(duì)比、總結(jié)串行細(xì)化算法，其當(dāng)前 迭代的結(jié)果不僅取決于前一次的迭代結(jié)果，而且與當(dāng)前處理情況有關(guān)；而并行細(xì)化算法， 其當(dāng)前迭代則僅僅由前一次的迭代情況決定。由于串行細(xì)化算法的處理結(jié)果依賴于對(duì)像素 處理的先后順序，因而像素點(diǎn)的消除或保留不可預(yù)測(cè)；而并行細(xì)化算法在對(duì)圖像進(jìn)行細(xì) 化時(shí)，由于是利用相同的條件同時(shí)檢測(cè)所有像素點(diǎn)，其結(jié)果具有各向同性，因此從算法 原理上看，并行方法優(yōu)于串行方法。OPTA(One-Pass Thinning Algorithm)細(xì)化算法是一種典型的并行圖像細(xì)化算 法，其最早于文獻(xiàn)[4]被提出，文獻(xiàn)[10]針對(duì)其存在細(xì)化不全、速度較慢的缺點(diǎn)進(jìn)行了研究 和改進(jìn)；文獻(xiàn)[11]指出文獻(xiàn)[10]雖然在細(xì)化速度上有所提高，但仍然引入了過多的迭代， 影響細(xì)化速度，因此文獻(xiàn)[11]對(duì)文獻(xiàn)[10]算法又做了進(jìn)一步的改進(jìn)。文獻(xiàn)[12]發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn) [11]的改進(jìn)雖有效地提高了細(xì)化速度，但細(xì)化質(zhì)量有所下降，為此在文獻(xiàn)[10]的基礎(chǔ)上， 提出了一種新的圖像快速細(xì)化算法。該算法不僅有效地保留了文獻(xiàn)[10]算法的細(xì)化效果， 同時(shí)較之文獻(xiàn)[11]算法細(xì)化速度更快。一個(gè)好的細(xì)化算法應(yīng)滿足以下的要求_
(1)細(xì)化圖像的連通性必須與原圖像保持一致；
(2)細(xì)化圖像中的線條寬度應(yīng)為單像素；
(3)細(xì)化圖像中的線條應(yīng)盡可能是中心線；
(4)細(xì)化后圖像應(yīng)盡可能保持原圖的細(xì)節(jié)特征；
(5)細(xì)化算法的速度應(yīng)盡可能快。從以上5點(diǎn)要求中可以發(fā)現(xiàn)，前4條準(zhǔn)則主要集中在對(duì)細(xì)化質(zhì)量的評(píng)價(jià)，最后一條 是對(duì)細(xì)化速度的要求。因此，對(duì)一個(gè)細(xì)化算法的評(píng)價(jià)，主要是從細(xì)化質(zhì)量和細(xì)化速度兩個(gè)方 面進(jìn)行。文獻(xiàn)[10，11，12]都是從改進(jìn)模板的角度出發(fā)來提高該類算法的細(xì)化質(zhì)量和細(xì)化速度。
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發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有OPTA類算法存在大量復(fù)雜的模板匹配運(yùn)算問題，提出一種將 模板匹配運(yùn)算轉(zhuǎn)換成查表運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)方法，以大幅度提高OPTA類算法的運(yùn)算效率。技術(shù)方案本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明提出一種針對(duì)OPTA圖像細(xì)化算法的快速實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟
1)將OPTA類算法中的刪除模板和保留模板統(tǒng)一規(guī)劃為4X4的模板；
2)將每個(gè)規(guī)劃后的刪除模板與所有保留模板進(jìn)行匹配，列出所有同時(shí)滿足刪除模板 和保留模板的情況，并將每種情況表示為一個(gè)4X4的組合模板(具體過程詳見文獻(xiàn))；
3)將4X4模板中的每個(gè)單元格按照從左到右、從上到下的順序依次標(biāo)記為 Λ>Λ> ···> A5,每個(gè)單元格的取值為ο或1，則4X4模板可以用一個(gè)16位的二進(jìn)制數(shù)表
示，取值范圍為O 65535之間的所有整數(shù)；
4)構(gòu)造一維數(shù)組LUT[65536]，并將數(shù)組中所有65536個(gè)數(shù)的初值值為0 ；
5)對(duì)每個(gè)規(guī)劃后的刪陣模板，列出所有滿足該刪除模板的16位二進(jìn)制數(shù)，計(jì)算每個(gè)二 進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制整數(shù)η并使得LUTL Η」=1 ；
6)對(duì)每個(gè)組合模板，同步驟5)方法列出所有滿足該組合模板的16位二進(jìn)制數(shù)，計(jì)算每 個(gè)二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制整數(shù)·，并使得Il T [ π ]=()；
7)對(duì)待細(xì)化的二值圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)，若該點(diǎn)屬于前景點(diǎn)，則將其作為4X4模板中 的當(dāng)前單元格，其周圍像素點(diǎn)根據(jù)相對(duì)位置依次對(duì)應(yīng)其它15個(gè)單元格，獲取該像素點(diǎn)的16 位二進(jìn)制數(shù)并計(jì)算對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制整數(shù)·，如果LUT [ ]=1，則將該像素點(diǎn)置為背景點(diǎn)，如果 LUT [珊]=0，則該像素點(diǎn)保持不變；
8)重復(fù)步驟7)，直至整幅圖像中所有像素點(diǎn)都被處理完，至此對(duì)整幅圖像的第一遍細(xì) 化完成；
9)若上一遍細(xì)化過程中，存在前景像素點(diǎn)被置為背景點(diǎn)，則在上一遍細(xì)化的結(jié)果上再 次重復(fù)步驟7)、步驟8)進(jìn)行再次細(xì)化，直至一遍細(xì)化完成后沒有前景像素點(diǎn)被置為背景 點(diǎn)，此時(shí)整個(gè)細(xì)化過程結(jié)束。其中，步驟1)所述的刪除模板一般為3X3模式，在統(tǒng)一規(guī)劃為4X4模板時(shí)，多出 的7個(gè)單元格用X代替(X表示該單元格值可以為0或1)，保留模板一般為4X4模式，在統(tǒng) 一規(guī)劃時(shí)無需更改。其中，步驟3) 4X4模板中第2行第2列的單元格為當(dāng)前單元格，即單元格為。其中，步驟5)所述的刪除模板的單元格為，若其值為X，則在羅列其16位二進(jìn)制 數(shù)時(shí)，須將其在χ=ο、χ=ι時(shí)分別列出。其中，步驟7)中約定前景點(diǎn)即為像素值為1的點(diǎn)，背景點(diǎn)是像素值為0的點(diǎn)。有益效果
本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有OPTA類算法存在大量復(fù)雜的模板匹配運(yùn)算問題，提出一種將 模板匹配運(yùn)算轉(zhuǎn)換成查表運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明主要包括2個(gè)部分基于OPTA類算法 中的刪除模板和保留模板構(gòu)造等價(jià)的查找表；基于已構(gòu)造的查找表實(shí)現(xiàn)二值圖像的快速細(xì) 化。相對(duì)于OPTA類算法中復(fù)雜的模板匹配運(yùn)算，查表運(yùn)算可以大幅度地提高OPTA類算法的 運(yùn)算效率，且本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可以與其它專注于模板改進(jìn)方法的優(yōu)點(diǎn)達(dá)到完全疊加的效果。


圖1是文獻(xiàn)[10]中的刪除模板； 圖2是文獻(xiàn)[10]中的保留模板；
圖3是文獻(xiàn)[10]中的刪除模板進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃后的4X4模板； 圖4是組合模板；
圖5是對(duì)4 X 4模板進(jìn)行標(biāo)記的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的一種針對(duì)OPTA圖像細(xì)化算法的快 速實(shí)現(xiàn)方法作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本實(shí)施例基于如圖1、圖2所示的刪除模板、保留模板進(jìn)行詳細(xì)闡述，具體步驟如 下
步驟1將圖1中的刪除模板統(tǒng)一規(guī)劃為4X4的模板，其結(jié)果如圖3所示，由于圖 2中保留模板已滿足4X4模式，故無需更改；
步驟2將每個(gè)規(guī)劃后的刪除模板與所有保留模板進(jìn)行匹配，列出所有同時(shí)滿足刪除 模板和保留模板的情況，并將每種情況表示為一個(gè)4X4的組合模板，其結(jié)果如圖4所
示；
步驟3將4X4模板中的每個(gè)單元格按照從左到右、從上到下的順序依次標(biāo)記為為、
為、…、4s，如圖5所示，每個(gè)單元格的取值為0或1，則4X4模板可以用一個(gè)16位的二
進(jìn)制數(shù)表示，取值范圍為0 65535之間的所有整數(shù)；
步驟4構(gòu)造一維數(shù)組LUT [65536]，并將數(shù)組中所有65536個(gè)數(shù)的初值值為0 ； 步驟5對(duì)每個(gè)規(guī)劃后的刪除模板，列出所有滿足該刪除模板的16位二進(jìn)制數(shù)，計(jì)算每 個(gè)二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制整數(shù)《，并使得LUT [ ]=1。例如針對(duì)圖3(a)模板，其16位二進(jìn) 制為000XX1XX111XXXXX，在計(jì)算該二進(jìn)制對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)時(shí)，需要將每個(gè)X都分別具體化 為0和1，故該模板共計(jì)可以表示29=512個(gè)16位二進(jìn)制數(shù)，如0000010011100000就是其中 一個(gè)，其對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)值為1248，故LUT [1248] =1 ；
步驟6對(duì)每個(gè)組合模板，同步驟5)方法列出所有滿足該組合模板的16位二進(jìn)制數(shù)，計(jì) 算每個(gè)二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制整數(shù)β，并使得LUT[ β ]=0 ；
步驟7對(duì)待細(xì)化的二值圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)，若該點(diǎn)屬于前景點(diǎn)，即該像素點(diǎn)值為1， 則將其作為4X4模板中的當(dāng)前單元格，其周圍像素點(diǎn)根據(jù)相對(duì)位置依次對(duì)應(yīng)其它15個(gè)單 元格，獲取該像素點(diǎn)的16位二進(jìn)制數(shù)并計(jì)算對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制整數(shù)《，如果LUT [佩]=1，則將 該像素點(diǎn)置為背景點(diǎn)，即將該像素點(diǎn)值置為0，如果LUT[ ]=0，則該像素點(diǎn)值保持不變； 步驟8重復(fù)步驟7)，直至整幅圖像中所有像素點(diǎn)都被處理完，至此對(duì)整幅圖像的第一 遍細(xì)化完成；
步驟9若上一遍細(xì)化過程中，存在前景像素點(diǎn)被置為背景點(diǎn)，則在上一遍細(xì)化的結(jié)果 上再次重復(fù)步驟7)、步驟8)進(jìn)行再次細(xì)化，直至一遍細(xì)化完成后沒有前景像素點(diǎn)被置為背 景點(diǎn)，此時(shí)整個(gè)細(xì)化過程結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種針對(duì)OPTA圖像細(xì)化算法的快速實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟 將OPTA圖像細(xì)化中的刪除模板和保留模板統(tǒng)一規(guī)劃為4X4的模板；將每個(gè)規(guī)劃后的刪除模板與所有保留模板進(jìn)行匹配，列出所有同時(shí)滿足刪除模板 和保留模板的情況，并將每種情況表示為一個(gè)4X4的組合模板；3)將4X4模板中的每個(gè)單元格按照從左到右、從上到下的順序依次標(biāo)記為H…、As，每個(gè)單元格的取值為ο或1，則4X4模板用一個(gè)16位的二進(jìn)制數(shù)表示，取值范圍為O 65535之間的所有整數(shù)；4)構(gòu)造一維數(shù)組LUT[65536]，并將數(shù)組中所有65536個(gè)數(shù)的初值值為0 ；5)對(duì)每個(gè)規(guī)劃后的刪除模板，列出所有滿足該刪除模板的16位二進(jìn)制數(shù)，計(jì)算每個(gè)二 進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制整數(shù)《并使得LUT[ β」=1 ；6)對(duì)每個(gè)組合模板，同步驟5)方法列出所有滿足該組合模板的16位二進(jìn)制數(shù)，計(jì)算每 個(gè)二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制整數(shù)《，并使得LUT[ η ]=0 ;7)對(duì)待細(xì)化的二值圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)，若該像素點(diǎn)屬于前景點(diǎn)，則將其作為4X4模 板中的當(dāng)前單元格，其周圍像素點(diǎn)根據(jù)相對(duì)位置依次對(duì)應(yīng)其它15個(gè)單元格，獲取該像素點(diǎn) 的16位二進(jìn)制數(shù)并計(jì)算對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制整數(shù)》,如果LUT[爾]=1，則將該像素點(diǎn)置為背景 點(diǎn)，如果LUT[ ■ ]=0，則該像素點(diǎn)保持不變；8)重復(fù)步驟7)，直至整幅圖像中所有像素點(diǎn)都被處理完，至此對(duì)整幅圖像的第一遍細(xì) 化完成；9)若上一遍細(xì)化過程中，存在前景像素點(diǎn)被置為背景點(diǎn)，則在上一遍細(xì)化的結(jié)果上再 次重復(fù)步驟7)、步驟8)進(jìn)行再次細(xì)化，直至一遍細(xì)化完成后沒有前景像素點(diǎn)被置為背景 點(diǎn)，此時(shí)整個(gè)細(xì)化過程結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)OPTA圖像細(xì)化算法的快速實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于， 步驟1)所述的刪除模板一般為3X3模式，在統(tǒng)一規(guī)劃為4X4模板時(shí)，多出的7個(gè)單元格 用X代替，X表示該單元格值可以為0或1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)OPTA圖像細(xì)化算法的快速實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟3) 4X4模板中第2行第2列的單元格為當(dāng)前單元格，即單元格為。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)OPTA圖像細(xì)化算法的快速實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于， 步驟5)所述的刪除模板的單元格，若其值為X，則在羅列其16位二進(jìn)制數(shù)時(shí)，須將其在X=0、 X=I時(shí)分別列出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)OPTA圖像細(xì)化算法的快速實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于， 步驟7)中約定前景點(diǎn)即為像素值為1的點(diǎn)，背景點(diǎn)是像素值為0的點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種針對(duì)OPTA圖像細(xì)化算法的快速實(shí)現(xiàn)方法，屬于數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明主要包括2個(gè)部分基于OPTA類算法中的刪除模板和保留模板構(gòu)造等價(jià)的查找表；基于已構(gòu)造的查找表實(shí)現(xiàn)二值圖像的快速細(xì)化。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于將OPTA類算法中復(fù)雜的模板匹配運(yùn)算轉(zhuǎn)化為完全等價(jià)的快速的查表運(yùn)算，從而大幅度地提高了OPTA類算法的運(yùn)算效率。
文檔編號(hào)G06T9/00GK102005058SQ20101056530
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者梅園 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)