基于地址事件表達的二值連通域標記方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于二值圖像處理領域，為避免對數(shù)量巨大的背景像素的掃描和判斷，從而大大節(jié)省算法的運行時間，提高程序的執(zhí)行效率。為此，本發(fā)明采取的技術方案是，基于地址事件表達的二值連通域標記方法，包括下列步驟：大小為h個水平方向像素×w個豎直方向像素的二值圖像以地址事件表達(AER)的方法進行保存，其中，h、w均為正整數(shù)，分別與待處理圖像的長寬像素數(shù)量相等；定義數(shù)組AX和AY，其元素個數(shù)均為L，每個元素是位數(shù)分別為對log2w和log2h上取整得到的整數(shù)；數(shù)組AX、AY分別用于存儲二值圖像中目標像素點的橫坐標和縱坐標，L為自然數(shù)，需大于或等于待處理圖像的目標點個數(shù)。本發(fā)明主要應用于二值圖像處理。
【專利說明】基于地址事件表達的二值連通域標記方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于二值圖像處理領域，涉及一種二值圖像標記方法，尤其涉及一種基于 地址事件表達的二值連通域標記方法。 技術背景
[0002] 二值圖像的連通域標記是計算機圖像處理中一個重要而基本的操作。是圖像識別 應用中對底層像素處理的重要環(huán)節(jié)。連通域標記將像素信息轉(zhuǎn)化為區(qū)域信息，為之后的模 式識別打下基礎。其具體應用十分廣泛，幾乎遍布整個圖像識別領域，例如：工業(yè)檢測、文字 識別、數(shù)字識別、目標追蹤、醫(yī)學圖像處理、遙感圖像處理等。
[0003] 地址事件表達（AER)是近年來剛剛出現(xiàn)在圖像領域的一種新型的圖像信息存儲 和處理方法。AER最初出現(xiàn)在圖像傳感器領域，其只關注光強變化，保存光強發(fā)生變化的像 素地址和光強變化值，從而大大降低了數(shù)據(jù)冗余。
[0004] 二值圖像是由黑色（背景點）和白色（目標點）組成的圖像，在二值圖像連通域 標記中，很多時候背景像素點數(shù)量巨大而目標像素點較少。在標記過程中，對大量背景像素 點的掃描、判斷往往要消耗大量時間。而現(xiàn)有的二值圖像連通域標記算法往往需要對圖像 矩陣或臨時標記矩陣進行多次掃描，這使得不必要的時間消耗尤為嚴重。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術的不足，避免對數(shù)量巨大的背景像素的掃描和判斷，從而大大 節(jié)省算法的運行時間，提高程序的執(zhí)行效率。為此，本發(fā)明采取的技術方案是，基于地址事 件表達的二值連通域標記方法，包括下列步驟：大小為h個水平方向像素 Xw個堅直方向像 素的二值圖像以地址事件表達（AER)的方法進行保存，其中，h、w均為正整數(shù)，分別與待處 理圖像的長寬像素數(shù)量相等；定義數(shù)組AX和AY，其元素個數(shù)均為L，每個元素是位數(shù)分別為 對log2w和log2h上取整得到的整數(shù)；數(shù)組ΑΧ、AY分別用于存儲二值圖像中目標像素點的 橫坐標和縱坐標，L為自然數(shù)，需大于或等于待處理圖像的目標點個數(shù)；橫縱坐標的存儲順 序目標點在二值圖像中的位置按照從上到下，從左到右的順序排列，且橫縱坐標相互對應； 數(shù)組Z用于保存目標像素點的區(qū)域標記，Z的長度為L，元素位數(shù)取log2w和log2h上取整 數(shù)中較大者；用長度為L、位數(shù)為log2w和log2h上取整數(shù)中較大者的數(shù)組COMMON來保存 等價標記，其下標與值構成一組等價標記；
[0006] 1)、對數(shù)組AX和AY進行遍歷，為所有目標點的臨時標記賦值：設目標點為 1撕(1)，八￥(1))，其中1為小于等于1^的自然數(shù)，
[0007] 1. 1判斷目標點I (AX (i), AY (i))上方點的性質(zhì)：若AY⑴=1,則目標點 I(AX(i)，AY(i))無上方點，無需判斷；若AY⑴關1，則判斷是否有AX(i-l) = AX⑴，且 是否有AY(i-l) = AY(i)-l，若兩等式皆成立，則判定目標點I(AX(i)，AY(i))與其上方點 (AX(i-l)，AY(i-l))相連通，屬于同一連通域；否則，則判斷點I(AX(i)，AY(i))上方點為背 景點。
[0008] 1. 2判斷目標點I (AX⑴，AY⑴）左側點的性質(zhì)：若ΑΧ⑴=1，則目標點I (AX⑴， AY⑴）無左側點，無需判斷；若ΑΧ⑴尹1，需從i-1處對數(shù)組ΑΧ、ΑΥ分別進行倒序遍歷，搜 索是否存在點1撕(]_)4￥(]_))滿足六父(]_)=六父(1)-1且六￥(]_)=六￥(1)，其中，]_為小于1 的自然數(shù)；遍歷最多至點Ν(ΑΧ(η)，ΑΥ(η))結束，其中，點Ν滿足ΑΥ(η)〈ΑΥ⑴-1，η為小于 i的自然數(shù)；若存在符合條件的點J，則判斷點I (AX(i)，AY(i))左側點為目標點，否則其左 側點為背景點；
[0009] 1. 3賦予臨時標記和記錄等價標記：如果點I的上方和左側均不是目標點，則為其 在區(qū)域標記數(shù)組Z中的對應位置Z (i)按自然數(shù)遞增加1的規(guī)律賦予新值M，M為自然數(shù)，只 是暫時的標記值，之后可能會對其進行修改，因此稱之為臨時標記；賦予臨時標記的同時， 需在COMMON中相應位置記錄，令COMMON(M) = Μ ;若點I的上方和左側點中有且只有一個 目標點，則將這個點的臨時標記賦予Z(i);若點I的上方和左側點均為目標點，則判斷這兩 點的臨時標記值關系，若相等，則將此值賦予Z (i)，若不相等，設兩值分別為LA、SM，并假設 1^>51?，則將兩值中的較小值5]\1賦予2(1)，且在0)麗(^中相應位置記錄，令0)麗(^(1^)= SM ;同時，從第LA個元素 COMMON(LA)為起點倒序遍歷所有COMMON元素，找出其中值為LA 的元素，并將其值全部替換為SM ;
[0010] 2)、修改等價標記
[0011] 對等價標記數(shù)組COMMON從頭遍歷并進行重新賦值，按照臨時標記值出現(xiàn)的順序 將原有的臨時標記值替換成從1，2,3……，使最終得到的標記值是連續(xù)的自然數(shù)；
[0012] 3)、修改區(qū)域標記數(shù)組Z
[0013] 對區(qū)域標記數(shù)組Z進行遍歷，按照等價標記數(shù)組COMMON中所保存的等價標記對Z 中元素逐一修改。
[0014] 與已有技術相比，本發(fā)明的技術特點與效果：
[0015] 本發(fā)明的基于地址事件表達的二值圖連通域標記方法不需要對完整的原始圖像 進行掃描，無須執(zhí)行對大量背景點的掃描、判定，而能夠直接找到目標點，并通過對少量事 件的掃描判斷對目標點進行標記，因而大大提高了標記效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1本發(fā)明的方法流程框圖。
[0017] 圖2原始二值圖。
[0018] 圖3臨時標記。
[0019] 圖4最終標記。

【具體實施方式】
[0020] 本算法將地址事件表達應用于二值圖像連通域標記中，只處理數(shù)量較少的目標 點，而無須掃描和判斷數(shù)量較大的背景點，從而大大提高了二值圖像連通域標記算法的執(zhí) 行效率。
[0021] 大小為h (水平方向像素）Xw (堅直方向像素）的二值圖像以地址事件表達（AER) 的方法進行保存。定義數(shù)組AX和AY,其元素個數(shù)均為L,每個元素是位數(shù)分別為log2w和 log2h的二進制數(shù)。數(shù)組AX、AY分別用于存儲二值圖像中目標像素點的橫坐標和縱坐標，L 為自然數(shù)，需大于或等于待處理圖像的目標點個數(shù)。橫縱坐標的存儲順序目標點在二值圖 像中的位置按照從上到下，從左到右的順序排列，且橫縱坐標相互對應。數(shù)組Z用于保存目 標像素點的區(qū)域標記，Z的長度為L，元素位數(shù)取log2w和log2h上取整數(shù)中較大者。在二 值圖標記過程中，可能會出現(xiàn)等價標記，即存在同一目標點有兩個不同標號的情況，用長度 為L、位數(shù)為log2w和log2h上取整數(shù)中較大者的數(shù)組COMMON來保存這些等價標記，其下標 與值構成一組等價標記，例如：設a、b為自然數(shù)，若COMMON(a) = b，則a、b為等價標記。
[0022] 1、對數(shù)組AX和AY進行遍歷，為所有目標點的臨時標記賦值。設目標點為I (AX(i)， AY⑴），其中i為小于等于L的自然數(shù)
[0023] 1. 1判斷目標點I (AX (i), AY (i))上方點的性質(zhì)。若AY⑴=1,則目標點 I(AX(i)，AY(i))無上方點，無需判斷。若AY⑴尹1，則判斷是否有AX(i-l) = AX(i)，且 是否有AY(i-l) = AY(i)-l，若兩等式皆成立，則判定目標點I(AX(i)，AY(i))與其上方點 (AX(i-l)，AY(i-l))相連通，屬于同一連通域。否則，則判斷點I(AX(i)，AY(i))上方點為 背景點。
[0024] 1. 2判斷目標點I (AX(i) ,AY(i))左側點的性質(zhì)。若AX⑴=1,則目標點I (AX⑴， AY(i))無左側點，無需判斷。若AX⑴尹1，需從i-Ι處對數(shù)組AX、AY分別進行倒序遍歷， 搜索是否存在點J(AX(j)，AY(j))滿足AX(j)=AX⑴-l且AY(j)=AY(i)，其中，j為小于 i的自然數(shù)。遍歷最多至點N(AX(n)，AY(n))結束，其中，點N滿足AY(n)〈AY(i)-l，η為小 于i的自然數(shù)。若存在符合條件的點J，則判斷點I(AX(i)，AY(i))左側點為目標點，否則 其左側點為背景點。
[0025] 1. 3賦予臨時標記和記錄等價標記。如果點I的上方和左側均不是目標點，則為 其在區(qū)域標記數(shù)組Z中的對應位置Z (i)按自然數(shù)遞增加1的規(guī)律賦予新值M，這個值只是 暫時的標記值，之后可能會對其進行修改，因此稱之為臨時標記。賦予臨時標記的同時，需 在COMMON中相應位置記錄，令COMMON(M) = Μ ;若點I的上方和左側點中有且只有一個目 標點，則將這個點的臨時標記賦予Z(i);若點I的上方和左側點均為目標點，則判斷這兩 點的臨時標記值關系，若相等，則將此值賦予Z (i)，若不相等，設兩值分別為LA、SM，并假設 1^>51?，則將兩值中的較小值5]\1賦予2(1)，且在0)麗(^中相應位置記錄，令0)麗(^(1^)= SM。同時，從第LA個元素 COMMON(LA)為起點倒序遍歷所有COMMON元素，找出其中值為LA 的元素，并將其值全部替換為SM。
[0026] 2、修改等價標記
[0027] 對等價標記數(shù)組COMMON從頭遍歷并進行重新賦值，按照臨時標記值出現(xiàn)的順序 將原有的臨時標記值替換成從1，2,3……，使最終得到的標記值是連續(xù)的自然數(shù)。
[0028] 3、修改區(qū)域標記數(shù)組Z
[0029] 對區(qū)域標記數(shù)組Z進行遍歷，按照等價標記數(shù)組COMMON中所保存的等價標記對Z 中元素逐一修改。例如：a、b為自然數(shù)，若COMMON (a) =b，則將Z中所有等于a的值替換為 b。最終的區(qū)域標記結果仍然以AER協(xié)議的保存方式保存在三個數(shù)組AX、AY、Z中。
[0030] 以一個6X8的二值圖為例對本算法進行說明，原始圖如圖2所示，其 中深色為背景點，白色為目標點。此圖像的地址事件表達為：橫坐標數(shù)組AX = [2, 2, 2, 3, 4, 4, 5, 5, 5, 5, 5, 7, 7]，縱坐標數(shù)組 AY = [3, 4, 5, 5, 2, 5, 1，2, 3, 4, 5, 3, 4]，事件總 數(shù)為13,設原始區(qū)域標記數(shù)組Z = [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]。用于保存等價標記的 數(shù)組COMMON長度并不確定，可設COMMON = [0, 0, 0, 0, 0]。
[0031] 1、首先對數(shù)組AX和AY以從左向右的順序進行遍歷，計算得到所有目標點的臨時 標記。有2=[1，1，1，1，2，1，3,2,2,2，1，4,4]，如圖3所示，此時〇)麗(^=[1，1，1，4,0]。
[0032] 2、對 COMMON 進行重新賦值，得到 COMMON = [1，1，1，2, 0]。
[0033] 3、修改區(qū)域標記數(shù)組 Z = [1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，2, 2]，如圖 4 所示。
[0034] 基于地址事件表達的二值連通域標記方法用對少量目標點的地址遍歷來代替對 大量背景點的遍歷，在背景點數(shù)目較多的二值圖像連通域處理中，可以大大提高處理速度。 對于300X400的圖像，事件數(shù)（即目標點數(shù)）為1554。采用matlab為本算法進行軟件 開發(fā)，在處理器為Pentium(R)Dual-Core E58003. 20GHz+3· 20GHz，內(nèi)存為2GB，操作系統(tǒng)為 Wind〇ws7的計算機上運行該程序100次，類似思路的傳統(tǒng)連通域標記方法平均運行時間約 為12ms,而本算法運行時間僅為5ms。
【權利要求】
1. 一種基于地址事件表達的二值連通域標記方法，其特征是，包括如下步驟： 包括下列步驟：大小為h個水平方向像素 Xw個堅直方向像素的二值圖像以地址事件 表達（AER)的方法進行保存，其中，h、w均為正整數(shù)，分別與待處理圖像的長寬像素數(shù)量相 等；定義數(shù)組AX和AY，其元素個數(shù)均為L，每個元素是位數(shù)分別為對log2w和log2h上取整 得到的整數(shù)；數(shù)組AX、AY分別用于存儲二值圖像中目標像素點的橫坐標和縱坐標，L為自然 數(shù)，需大于或等于待處理圖像的目標點個數(shù)；橫縱坐標的存儲順序目標點在二值圖像中的 位置按照從上到下，從左到右的順序排列，且橫縱坐標相互對應；數(shù)組Z用于保存目標像素 點的區(qū)域標記，Z的長度為L，元素位數(shù)取log2w和log2h上取整數(shù)中較大者；用長度為L、 位數(shù)為l〇g2w和log2h上取整數(shù)中較大者的數(shù)組COMMON來保存等價標記，其下標與值構成 一組等價標記； 1) 、對數(shù)組AX和AY進行遍歷，為所有目標點的臨時標記賦值：設目標點為I (AX⑴， AY⑴），其中i為小于等于L的自然數(shù)， 1. 1判斷目標點I (AX⑴，AY⑴）上方點的性質(zhì)：若AY⑴=1，則目標點I (AX⑴， AY(i))無上方點，無需判斷；若AY⑴尹1，則判斷是否有AX(i-l) = AX(i)，且是否 有AY(i-l) = AY(i)-l，若兩等式皆成立，則判定目標點I(AX(i)，AY(i))與其上方點 (AX(i-l)，AY(i-l))相連通，屬于同一連通域；否則，則判斷點I(AX(i)，AY(i))上方點為背 景點。 1.2判斷目標點I(AX(i)，AY(i))左側點的性質(zhì)：若AX(i) = 1，則目標點I(AX(i)， AY(i))無左側點，無需判斷；若ΑΧ⑴尹1，需從i-1處對數(shù)組AX、AY分別進行倒序遍歷，搜 索是否存在點J(AX(j)，AY(j))滿足AX(j) = AX(i)-l且AY(j) =AY(i)，其中，j為小于i 的自然數(shù)；遍歷最多至點N(AX(n)，AY(n))結束，其中，點N滿足AY(n)〈AY⑴-1，η為小于 i的自然數(shù)；若存在符合條件的點J，則判斷點I (AX(i)，AY(i))左側點為目標點，否則其左 側點為背景點； 1.3賦予臨時標記和記錄等價標記：如果點I的上方和左側均不是目標點，則為其在 區(qū)域標記數(shù)組Z中的對應位置Z(i)按自然數(shù)遞增加1的規(guī)律賦予新值M，Μ為自然數(shù)，只 是暫時的標記值，之后可能會對其進行修改，因此稱之為臨時標記；賦予臨時標記的同時， 需在COMMON中相應位置記錄，令COMMON (Μ) = Μ ;若點I的上方和左側點中有且只有一個 目標點，則將這個點的臨時標記賦予Z(i);若點I的上方和左側點均為目標點，則判斷這兩 點的臨時標記值關系，若相等，則將此值賦予Z (i)，若不相等，設兩值分別為LA、SM，并假設 1^>51?，則將兩值中的較小值5]\1賦予2(1)，且在0)麗(^中相應位置記錄，令0)麗(^(1^)= SM ;同時，從第LA個元素 COMMON(LA)為起點倒序遍歷所有COMMON元素，找出其中值為LA 的元素，并將其值全部替換為SM ; 2) 、修改等價標記 對等價標記數(shù)組COMMON從頭遍歷并進行重新賦值，按照臨時標記值出現(xiàn)的順序?qū)⒃?有的臨時標記值替換成從1，2, 3……，使最終得到的標記值是連續(xù)的自然數(shù)； 3) 、修改區(qū)域標記數(shù)組Z 對區(qū)域標記數(shù)組Z進行遍歷，按照等價標記數(shù)組COMMON中所保存的等價標記對Z中元 素逐一修改。
【文檔編號】G06K9/38GK104143096SQ201410349770
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權日:2014年7月22日
【發(fā)明者】徐江濤, 張夢醒, 史再峰, 姚素英, 高靜, 聶凱明, 高志遠 申請人:天津大學