基于地址事件表達的二值連通域標(biāo)記方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于二值圖像處理領(lǐng)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(shù)方案是，基于地址事件表達的二值連通域標(biāo)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(biāo)像素點的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，L為自然數(shù)，需大于或等于待處理圖像的目標(biāo)點個數(shù)。本發(fā)明主要應(yīng)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(biāo)記方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于二值圖像處理領(lǐng)域，涉及一種二值圖像標(biāo)記方法，尤其涉及一種基于 地址事件表達的二值連通域標(biāo)記方法。 技術(shù)背景
[0002] 二值圖像的連通域標(biāo)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(yīng)用中對底層像素處理的重要環(huán)節(jié)。連通域標(biāo)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(chǔ)。其具體應(yīng)用十分廣泛，幾乎遍布整個圖像識別領(lǐng)域，例如：工業(yè)檢測、文字 識別、數(shù)字識別、目標(biāo)追蹤、醫(yī)學(xué)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(lǐng)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(lǐng)域，其只關(guān)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(biāo)點）組成的圖像，在二值圖像連通域 標(biāo)記中，很多時候背景像素點數(shù)量巨大而目標(biāo)像素點較少。在標(biāo)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(biāo)記算法往往需要對圖像 矩陣或臨時標(biāo)記矩陣進行多次掃描，這使得不必要的時間消耗尤為嚴(yán)重。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)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(shù)方案是，基于地址事 件表達的二值連通域標(biāo)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(biāo)像素點的 橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，L為自然數(shù)，需大于或等于待處理圖像的目標(biāo)點個數(shù)；橫縱坐標(biāo)的存儲順 序目標(biāo)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(biāo)相互對應(yīng)； 數(shù)組Z用于保存目標(biāo)像素點的區(qū)域標(biāo)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(biāo)記，其下標(biāo)與值構(gòu)成一組等價標(biāo)記；
[0006] 1)、對數(shù)組AX和AY進行遍歷，為所有目標(biāo)點的臨時標(biāo)記賦值：設(shè)目標(biāo)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(biāo)點I (AX (i), AY (i))上方點的性質(zhì)：若AY⑴=1,則目標(biāo)點 I(AX(i)，AY(i))無上方點，無需判斷；若AY⑴關(guān)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(biāo)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(biāo)點I (AX⑴，AY⑴）左側(cè)點的性質(zhì)：若ΑΧ⑴=1，則目標(biāo)點I (AX⑴， AY⑴）無左側(cè)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(jié)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(cè)點為目標(biāo)點，否則其左 側(cè)點為背景點；
[0009] 1. 3賦予臨時標(biāo)記和記錄等價標(biāo)記：如果點I的上方和左側(cè)均不是目標(biāo)點，則為其 在區(qū)域標(biāo)記數(shù)組Z中的對應(yīng)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(biāo)記值，之后可能會對其進行修改，因此稱之為臨時標(biāo)記；賦予臨時標(biāo)記的同時， 需在COMMON中相應(yīng)位置記錄，令COMMON(M) = Μ ;若點I的上方和左側(cè)點中有且只有一個 目標(biāo)點，則將這個點的臨時標(biāo)記賦予Z(i);若點I的上方和左側(cè)點均為目標(biāo)點，則判斷這兩 點的臨時標(biāo)記值關(guān)系，若相等，則將此值賦予Z (i)，若不相等，設(shè)兩值分別為LA、SM，并假設(shè) 1^>51?，則將兩值中的較小值5]\1賦予2(1)，且在0)麗(^中相應(yīng)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(biāo)記
[0011] 對等價標(biāo)記數(shù)組COMMON從頭遍歷并進行重新賦值，按照臨時標(biāo)記值出現(xiàn)的順序 將原有的臨時標(biāo)記值替換成從1，2,3……，使最終得到的標(biāo)記值是連續(xù)的自然數(shù)；
[0012] 3)、修改區(qū)域標(biāo)記數(shù)組Z
[0013] 對區(qū)域標(biāo)記數(shù)組Z進行遍歷，按照等價標(biāo)記數(shù)組COMMON中所保存的等價標(biāo)記對Z 中元素逐一修改。
[0014] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)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(biāo)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(biāo)點，并通過對少量事 件的掃描判斷對目標(biāo)點進行標(biāo)記，因而大大提高了標(biāo)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(biāo)記。
[0019] 圖4最終標(biāo)記。

【具體實施方式】
[0020] 本算法將地址事件表達應(yīng)用于二值圖像連通域標(biāo)記中，只處理數(shù)量較少的目標(biāo) 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(biāo)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(biāo)像素點的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，L 為自然數(shù)，需大于或等于待處理圖像的目標(biāo)點個數(shù)。橫縱坐標(biāo)的存儲順序目標(biāo)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(biāo)相互對應(yīng)。數(shù)組Z用于保存目 標(biāo)像素點的區(qū)域標(biāo)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(biāo)記過程中，可能會出現(xiàn)等價標(biāo)記，即存在同一目標(biāo)點有兩個不同標(biāo)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(biāo)記，其下標(biāo) 與值構(gòu)成一組等價標(biāo)記，例如：設(shè)a、b為自然數(shù)，若COMMON(a) = b，則a、b為等價標(biāo)記。
[0022] 1、對數(shù)組AX和AY進行遍歷，為所有目標(biāo)點的臨時標(biāo)記賦值。設(shè)目標(biāo)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(biāo)點I (AX (i), AY (i))上方點的性質(zhì)。若AY⑴=1,則目標(biāo)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(biāo)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(biāo)點I (AX(i) ,AY(i))左側(cè)點的性質(zhì)。若AX⑴=1,則目標(biāo)點I (AX⑴， AY(i))無左側(cè)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(jié)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(cè)點為目標(biāo)點，否則 其左側(cè)點為背景點。
[0025] 1. 3賦予臨時標(biāo)記和記錄等價標(biāo)記。如果點I的上方和左側(cè)均不是目標(biāo)點，則為 其在區(qū)域標(biāo)記數(shù)組Z中的對應(yīng)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(biāo)記值，之后可能會對其進行修改，因此稱之為臨時標(biāo)記。賦予臨時標(biāo)記的同時，需 在COMMON中相應(yīng)位置記錄，令COMMON(M) = Μ ;若點I的上方和左側(cè)點中有且只有一個目 標(biāo)點，則將這個點的臨時標(biāo)記賦予Z(i);若點I的上方和左側(cè)點均為目標(biāo)點，則判斷這兩 點的臨時標(biāo)記值關(guān)系，若相等，則將此值賦予Z (i)，若不相等，設(shè)兩值分別為LA、SM，并假設(shè) 1^>51?，則將兩值中的較小值5]\1賦予2(1)，且在0)麗(^中相應(yīng)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(biāo)記
[0027] 對等價標(biāo)記數(shù)組COMMON從頭遍歷并進行重新賦值，按照臨時標(biāo)記值出現(xiàn)的順序 將原有的臨時標(biāo)記值替換成從1，2,3……，使最終得到的標(biāo)記值是連續(xù)的自然數(shù)。
[0028] 3、修改區(qū)域標(biāo)記數(shù)組Z
[0029] 對區(qū)域標(biāo)記數(shù)組Z進行遍歷，按照等價標(biāo)記數(shù)組COMMON中所保存的等價標(biāo)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(biāo)記結(jié)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(biāo)點。此圖像的地址事件表達為：橫坐標(biāo)數(shù)組AX = [2, 2, 2, 3, 4, 4, 5, 5, 5, 5, 5, 7, 7]，縱坐標(biāo)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(shè)原始區(qū)域標(biāo)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(biāo)記的 數(shù)組COMMON長度并不確定，可設(shè)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(biāo)點的臨時 標(biāo)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(biāo)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(biāo)記方法用對少量目標(biāo)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(biāo)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(biāo)記方法平均運行時間約 為12ms,而本算法運行時間僅為5ms。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于地址事件表達的二值連通域標(biāo)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(biāo)像素點的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，L為自然 數(shù)，需大于或等于待處理圖像的目標(biāo)點個數(shù)；橫縱坐標(biāo)的存儲順序目標(biāo)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(biāo)相互對應(yīng)；數(shù)組Z用于保存目標(biāo)像素 點的區(qū)域標(biāo)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(biāo)記，其下標(biāo)與值構(gòu)成 一組等價標(biāo)記； 1) 、對數(shù)組AX和AY進行遍歷，為所有目標(biāo)點的臨時標(biāo)記賦值：設(shè)目標(biāo)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(biāo)點I (AX⑴，AY⑴）上方點的性質(zhì)：若AY⑴=1，則目標(biāo)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(biāo)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(biāo)點I(AX(i)，AY(i))左側(cè)點的性質(zhì)：若AX(i) = 1，則目標(biāo)點I(AX(i)， AY(i))無左側(cè)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(jié)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(cè)點為目標(biāo)點，否則其左 側(cè)點為背景點； 1.3賦予臨時標(biāo)記和記錄等價標(biāo)記：如果點I的上方和左側(cè)均不是目標(biāo)點，則為其在 區(qū)域標(biāo)記數(shù)組Z中的對應(yīng)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(biāo)記值，之后可能會對其進行修改，因此稱之為臨時標(biāo)記；賦予臨時標(biāo)記的同時， 需在COMMON中相應(yīng)位置記錄，令COMMON (Μ) = Μ ;若點I的上方和左側(cè)點中有且只有一個 目標(biāo)點，則將這個點的臨時標(biāo)記賦予Z(i);若點I的上方和左側(cè)點均為目標(biāo)點，則判斷這兩 點的臨時標(biāo)記值關(guān)系，若相等，則將此值賦予Z (i)，若不相等，設(shè)兩值分別為LA、SM，并假設(shè) 1^>51?，則將兩值中的較小值5]\1賦予2(1)，且在0)麗(^中相應(yīng)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(biāo)記 對等價標(biāo)記數(shù)組COMMON從頭遍歷并進行重新賦值，按照臨時標(biāo)記值出現(xiàn)的順序?qū)⒃?有的臨時標(biāo)記值替換成從1，2, 3……，使最終得到的標(biāo)記值是連續(xù)的自然數(shù)； 3) 、修改區(qū)域標(biāo)記數(shù)組Z 對區(qū)域標(biāo)記數(shù)組Z進行遍歷，按照等價標(biāo)記數(shù)組COMMON中所保存的等價標(biāo)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(quán)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(xué)