专利名称：一种栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法及系统。
背景技术：
在图像处理中，彩色图像边界检测技术有着极其广阔的应用前景，在图像识别、匹配、三维重建、图像检索、图像分割等诸多热点领域都有着重要的作用。
边界检测算法很多，但在边界候补像素点生成后，边界链表追踪算法上效果较好的有边缝追踪算法(四邻域追踪)及八邻域追踪算法两种。边缝追踪算法(四邻域追踪) 一般采用直接计算水平、竖直方向上的边缝梯度来追踪边界，定位较为精确，但是由于只有四个邻域方向，且边缝梯度具有不稳定性，生成的边缝边界极易断裂；八邻域追踪算法一般采用计算像素点梯度幅度，在八个方向上追踪梯度幅度来追踪边界，具有较好的连续性，可是定位精度只能达到像素级，不够精确。发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法及系统，使生成的边界具有更准确的定位精度、更好的连续性及更丰富的边界信息。
本发明提供一种栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，该方法包括如下步骤
Sl 选定栅格图像，通过梯度幅度图的计算，进行边界检测计算，得到所述图像的边界点；
S2 选取步骤Sl中一个边界点，根据像素点梯度幅度进行邻域追踪，得到下一个边界点；
S 3 所述下一个边界点结合前一个边界点参照水平、竖直方向的边缝梯度转化为边缝路径；
S4 针对所有边界点，重复步骤S2 S3，直至完成整幅栅格图像的边缝路径。
进一步，如上所述的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，该方法还包括，记录步骤S2 S4中边缝路径信息，以及交叉点的信息，生成边缝拓扑结构，其中边缝拓扑结构由边界信息组及交叉点信息组组成。
进一步，如上所述的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，边界信息组包括边界链表、边界起始交叉点位置及边界终止交叉点位置三部分；交叉点信息组包括交叉点坐标位置及交叉点连接的边界指针两个部分。
进一步，如上所述的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，步骤(Si) 中，对栅格图像的两个方向梯度进行融合，得到所述图像的梯度幅度图，再通过非最大抑制算法和磁滞算法，得到边界点候补图像。
进一步，如上所述的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，步骤(S2) 中，在根据边界点对照像素点梯度幅度进行邻域追踪时，遇到一个边界点的四个或八个相邻方向上存在三个或三个以上不相邻边界点的情况，本条边界结束，记录交叉点信息，在本条边界外剩余方向生成新的边界继续追踪。
进一步，如上所述的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，步骤(S3) 中，转化边缝路径包括
(I)边缝起点位置的选取；
(II)边缝路径的转化；
(III)重复步骤(II)直至遇到下一个交叉点，或整条边缝路径结束。
进一步，如上所述的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，步骤(I)中， 边缝起点位置的选取包括
(a)第一个边界点不为交叉点的边缝起点位置为与第二边界点不共有的最大边缝梯度的以第一个边界点为中心，最大边缝梯度边缝中心的逆时针方向上的边缝点为边缝起占.^ \\\
(b)第一个边界点为交叉点的边缝起点位置为与第二边界点共有的边缝上两个点中，除共有边缝外另一个边缝梯度较大的点。
进一步，如上所述的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，步骤(II) 中，边缝路径的转化包括
(a)计算从边缝起点围绕像素中心沿顺时针与逆时针两个方向进行旋转，遇到与第二边界点共有的边缝点就停止；
(b)寻找两条路径中未被标记走过的路径，若都未标记走过，选择路径平均边缝强度较大的路径；
(c)交叉点上路径外的走过的路径标记为走过。
进一步，如上所述的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，该方法还包括，图像边缝路径生成后，遍历交叉点，修正交叉点处边缝交点位置及边缝路径，交叉点会有如下两种情况
①交叉点为孤立点时，舍弃四个边缝梯度中最弱的一个边界路径，即将该点分配到与其颜色最相近的区域，不能从该边连接边缝路径；
②交叉点为粘连点时，沿交叉点外轮廓连接边缝路径，舍弃一条最弱边缝梯度的边界路径。
进一步，如上所述的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，交叉点为孤立点时，还包括
(a)边缝路径分支数为三时，按照连接时路径不重复规则选择其中一个分支顶点作为边缝交点；
(b)边缝路径分支数为四时，选择梯度最弱的边缝的对边的两个顶点作为边缝交点，修正交叉点位置并增加一个交叉点，按照连接时路径不重复规则将剩余两条边缝路径各自延长到一个顶点，以两个交叉点为起始点，增加一条连接边缝路径。
一种栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成系统，包括
图像边界点生成装置，用于通过梯度幅度图的计算，进行边界检测计算，得到所述图像的边界点；边缝路径生成装置，用于选取一个边界点，根据边界点像素点梯度幅度进行邻域追踪，得到第二个边界点，再结合前一个边界点参照水平、竖直方向的边缝梯度转化为边缝路径；交叉点修正装置，用于遍历交叉点，修正交叉点处边缝交点位置，；边缝拓扑结构生成装置，用于记录边缝路径生成装置中的边缝路径信息，以及交叉点修正装置中的交叉点信息，生成边缝拓扑结构。本发明的有益效果如下利用本发明所述的方法及系统生成的边界具有更准确的定位精度、更好的连续性及更丰富的边界信息，从而能够适应目前图像处理各热点领域对边界检测越来越高的精度与越来越好的连续性上的应用要求。也就是说，通过该方法生成的边界链表可以在保证边界连续性的基础上，将边界精确的定位到边缝精度；同时，所生成的边缝拓扑结构具有丰富的边界信息，可以在边界与交叉点之间实现快速查询，从而能够实现任意位置边界的快速跟踪与寻找。
图1为本发明实施例中一种栅格图像边缝路径的生成方法流程图；图加为本发明实施例中一个彩色原图，图2b为图加通过梯度幅度图的计算进行边界检测计算得到的所述图像的边界点；图3a为本发明实施例中像素转边缝示意图，图北为三边交叉边界修正图，图3c 为多交叉点粘连边界修正图；图4为本发明实施例中一个边缝拓扑结构；图如为本发明实施例中的一个彩色原图，图恥为像素级边界追踪结果示意图，图 5c为边界追踪边缝路径结果示意图；图6为本发明实施例中的一幅完整栅格图像中的边界信息；图7为本发明实施例中一种栅格图像边缝拓扑结构的生成系统结构图。
具体实施例方式下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式
进行详细说明。如图7所示，本发明提供了一种栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成系统， 包括图像边界点生成装置1，用于通过梯度幅度图的计算，进行边界检测计算，得到所述图像的边界点；边缝路径生成装置2，用于选取一个边界点，根据边界点像素点梯度幅度进行邻域追踪，得到第二个边界点，再结合前一个边界点参照水平、竖直方向的边缝梯度转化为边缝路径；交叉点修正装置3，用于遍历交叉点，修正交叉点处边缝交点位置，；边缝拓扑结构生成装置4，用于记录边缝路径生成装置2中的边缝路径信息，以及交叉点修正装置3中的交叉点信息，生成边缝拓扑结构。上述系统所实现的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法如图1所示，该方法包括如下步骤Sl 选定栅格图像，通过梯度幅度图的计算，进行边界检测计算，得到所述图像的边界点；本发明实施例中，对栅格图像的两个方向梯度进行融合，得到所述图像的梯度幅度图，再通过非最大抑制算法和磁滞算法，得到边界点候补图像。S2 选取步骤Sl中一个边界点，根据像素点梯度幅度进行邻域追踪，得到下一个边界点；本发明实施例中，在根据边界点对照像素点梯度幅度进行邻域追踪时，遇到一个边界点的四个或八个相邻方向上存在三个或三个以上不相邻边界点的情况，本条边界结束，记录交叉点信息，在本条边界外剩余方向生成新的边界继续追踪。S3:所述下一个边界点结合前一个边界点参照水平、竖直方向的边缝梯度转化为边缝路径；本发明实施例中，转化边缝路径还包括(1)边缝起点位置的选取，包括a)第一个边界点不为交叉点的边缝起点位置为与第二边界点不共有的最大边缝梯度的以第一个边界点为中心，最大边缝梯度边锋中心的逆时针方向上的边缝点为边缝起占.
^ \\\ b)第一个边界点为交叉点的边缝起点位置为与第二边界点共有的边缝上两个点中，除共有边缝外另一个边缝梯度较大的点。(2)边缝路径的转化，包括a)计算从边缝起点围绕像素中心沿顺时针与逆时针两个方向进行旋转，遇到与第二边界点共有的边缝点就停止；b)寻找两条路径中未被标记走过的路径，若都未标记走过，选择路径平均边缝强度较大的路径；c)交叉点上路径外的走过的路径标记为走过。(3)重复步骤( 直至遇到下一个交叉点，或整条边缝路径结束。S4 重复步骤S2 S3，直至完成整幅栅格图像的边缝路径。本发明实施例中，该方法还包括，记录步骤S2 S4中边缝路径信息，以及交叉点的信息，生成边缝拓扑结构，其中边缝拓扑结构由边界信息组及交叉点信息组组成。本发明实施例中，边界信息组包括边界链表、边界起始交叉点位置及边界终止交叉点位置三部分；交叉点信息组包括交叉点坐标位置及交叉点连接的边界指针两个部分。本发明实施例中，该方法还包括，图像边缝路径生成后，遍历交叉点，修正交叉点处边缝交点位置及边缝路径，交叉点会有如下两种情况(1)交叉点为孤立点时，舍弃四个边缝梯度中最弱的一个边界路径，即将该点分配到与其颜色最相近的区域，不能从该边连接边缝路径；(2)交叉点为粘连点时，沿交叉点外轮廓连接边缝路径，舍弃一条最弱边缝梯度的边界路径。本发明实施例中，交叉点为孤立点时，还包括(a)边缝路径分支数为三时，按照连接时路径不重复规则选择其中一个分支顶点作为边缝交点；(b)边缝路径分支数为四时，选择梯度最弱的边缝的对边的两个顶点作为边缝交点，修正交叉点位置并增加一个交叉点，按照连接时路径不重复规则将剩余两条边缝路径各自延长到一个顶点，以两个交叉点为起始点，增加一条连接边缝路径。下面为本发明具体的实施例描述，以详细说明在生成栅格图像边缝拓扑结构时的具体技术细节。图加为本发明实施例中一个栅格图像，图2b为图加通过梯度幅度图的计算进行边界检测计算得到的所述图像的边界点。本实施例中的栅格图像选用CMYK色彩模式，共有 C、M、Y、K四个色彩通道，但本发明的应用范围并不局限于CMYK色彩模式的栅格图像，其它色彩模式(如RGB等)的栅格图像同样适用于本方法。针对图2选定的栅格图像，分别计算各个通道的水平与垂直两个方向梯度，采用梯度最大值融合法或多通道梯度融合法，再经过非最大抑制算法后、同向增强、细化算法和磁滞算法，得到图像的边界点。图3a为本发明实施例中像素转边缝示意图，图北为三边交叉边界修正图，图3c 为多交叉点粘连边界修正图。边缝边界是指边界点位于相邻像素的中间位置，边缝边界追踪过程为选取图像中的一个边界点，根据像素点梯度幅度进行邻域追踪，得到第二个边界点；第二个边界点结合第一个边界点参照水平、竖直方向的边缝梯度转化为边缝路径。所谓像素级边界就如图 5b所示；边缝边界就如图5c所示。在边界进行邻域追踪时，遇到一个边界点的四个或八个相邻方向上存在三个或三个以上不相邻边界点时，本条边界结束，记录交叉点信息，将本条边界外剩余方向生成新的边界继续追踪。本发明实施例中，转化边缝路径还包括头边界点边缝起点位置的选取，头边界点不为交叉点的边缝起点位置为与第二边界点不共有的最大边缝梯度的以头边界点为中心，最大边缝梯度边缝中心的逆时针方向上的边缝点为边缝起点；头边界点为交叉点的边缝起点位置为与第二边界点共有的边缝上两个点中，除共有边缝外另一个边缝梯度较大的点。从追踪到第二个边界点时，每个点都结合前一个边界点转为边缝路径，计算从边缝起点围绕像素中心沿顺时针与逆时针两个方向进行旋转，遇到与第二边界点共有的边缝点就停止；寻找两条路径中未被标记走过的路径，若都未标记走过，选择路径平均边缝强度较大的路径；交叉点上路径外的走过的路径标记为走过。图3a所示，两个非交叉点边界点路径转为边缝点路径的方法是遇到与下一像素点共有的边缝点就停止，实例如下图所示设左上角的顶点为上一边缝点位置，XO为当前边界点，Xl为下一边界点位置，那么，从左上角的边界点到Xl点的路径就有顺时针的(0,-1)与逆时针的(-1,0),(0,1)两种可能，在两个路径中，计算其边缝幅度均值MeanMag，N为走过的边缝个数，Mag为边缝幅度
_4] Meanliiag = Σ'=。，7
N图像边缝路径生成后，遍历交叉点，修正交叉点处边缝交点位置及边缝路径交叉点为孤立点时，舍弃四个边缝幅度中最弱的一个边界路径(即将该点分配到与其颜色最相近的区域，不能从该边连接边缝路径)。图北所示，若边缝路径分支数为三， 按照连接时路径不重复规则选择其中一个分支顶点作为边缝交点，图北中三个分支顶点都可作为边缝交点，所以舍弃该像素点四个边中幅度最弱的一个边界路径，例如就是该像素点的上边(虚线)，将这边舍弃(意味着不能从该边连接边缝路径)，那么三个方向的边缝路径就只能聚合在该像素点的左下分支顶点了 ；若分支数为四，选择打开边缝对边的两个顶点作为边缝交点，修正交叉点位置并增加一个交叉点，按照连接时路径不重复规则将剩余两条边缝路径各自延长到一个顶点，以两个交叉点为起始点，增加一条连接边缝路径。图3c所示，交叉点为粘连点，五个边缝路径分支顶点沿交叉点外轮廓连接边缝路径，交叉点的内边自动舍弃，然后计算外轮廓中幅度最弱的一个，例如就是最左边的垂直边，将这边舍弃。图4为本发明实施例中一个边缝拓扑结构，其中包括边界信息组和交叉点信息组。边界信息组包括边界链表、边界起始交叉点位置及边界终止交叉点位置三部分；交叉点信息组包括交叉点坐标位置及交叉点连接的边界指针两个部分。图如为本发明实施例中的一个彩色原图，图恥为像素级边界追踪结果示意图，图 5c为边界追踪边缝路径结果示意图。由图可以看出，像素级边界可以满足对边界定位精度要求不太高的需求，优点是边界连续，缺点是定位不够准确；边缝边界是指边界点位于相邻像素的中间位置，比像素级边界准确，采用本发明的方法，可以兼顾像素级边界的连续性及边缝路径的准确性。图6为本发明实施例中的一幅完整栅格图像中的边界信息。图中包含了 η组边缝拓扑结构，每组边缝拓扑结构都由边界信息组及交叉点信息组组成。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，包括如下步骤51选定栅格图像，通过梯度幅度图的计算，进行边界检测计算，得到所述图像的边界占.52选取步骤Sl中一个边界点，根据像素点梯度幅度进行邻域追踪，得到下一个边界占.53所述下一个边界点结合前一个边界点参照水平、竖直方向的边缝梯度转化为边缝路径；54针对所有边界点，重复步骤S2 S3，直至完成整幅栅格图像的边缝路径。
2.如权利要求1所述的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，其特征在于， 该方法还包括，记录步骤S2 S4中边缝路径信息，以及交叉点的信息，生成边缝拓扑结构， 其中边缝拓扑结构由边界信息组及交叉点信息组组成。
3.如权利要求2所述的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，其特征在于， 边界信息组包括边界链表、边界起始交叉点位置及边界终止交叉点位置三部分；交叉点信息组包括交叉点坐标位置及交叉点连接的边界指针两个部分。
4.如权利要求1所述的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，其特征在于， 步骤(Si)中，对栅格图像的两个方向梯度进行融合，得到所述图像的梯度幅度图，再通过非最大抑制算法和磁滞算法，得到边界点候补图像。
5.如权利要求1所述的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，其特征在于， 步骤(S》中，在根据边界点对照像素点梯度幅度进行邻域追踪时，遇到一个边界点的八个相邻方向上存在三个或三个以上不相邻边界点的情况，本条边界结束，记录交叉点信息，在本条边界外剩余方向生成新的边界继续追踪。
6.如权利要求1所述的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，其特征在于， 步骤(S； )中，转化边缝路径包括(I)边缝起点位置的选取；(II)边缝路径的转化；(III)重复步骤(II)直至遇到下一个交叉点，或整条边缝路径结束。
7.如权利要求6所述的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，其特征在于， 步骤(I)中，边缝起点位置的选取包括(a)第一个边界点不为交叉点的边缝起点位置为与第二边界点不共有的最大边缝梯度的以第一个边界点为中心，最大边缝梯度边缝中心的逆时针方向上的边缝点为边缝起点；(b)第一个边界点为交叉点的边缝起点位置为与第二边界点共有的边缝上两个点中， 除共有边缝外另一个边缝梯度较大的点。
8.如权利要求6所述的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，其特征在于， 步骤(II)中，边缝路径的转化包括(a)计算从边缝起点围绕像素中心沿顺时针与逆时针两个方向进行旋转，遇到与第二边界点共有的边缝点就停止；(b)寻找两条路径中未被标记走过的路径，若都未标记走过，选择路径平均边缝强度较大的路径；(c)交叉点上路径外的走过的路径标记为走过。
9.如权利要求1所述的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，其特征在于， 该方法还包括，图像边缝路径生成后，遍历交叉点，修正交叉点处边缝交点位置及边缝路径，交叉点会有如下两种情况①交叉点为孤立点时，舍弃四个边缝梯度中最弱的一个边界路径，即将该点分配到与其颜色最相近的区域，不能从该边连接边缝路径；②交叉点为粘连点时，沿交叉点外轮廓连接边缝路径，舍弃一条最弱边缝梯度的边界路径。
10.如权利要求9所述的栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法，其特征在于， 交叉点为孤立点时，还包括(a)边缝路径分支数为三时，按照连接时路径不重复规则选择其中一个分支顶点作为边缝交点；(b)边缝路径分支数为四时，选择梯度最弱的边缝的对边的两个顶点作为边缝交点，修正交叉点位置并增加一个交叉点，按照连接时路径不重复规则将剩余两条边缝路径各自延长到一个顶点，以两个交叉点为起始点，增加一条连接边缝路径。
11.一种栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成系统，包括图像边界点生成装置(1)，用于通过梯度幅度图的计算，进行边界检测计算，得到所述图像的边界点；边缝路径生成装置O)，用于选取一个边界点，根据边界点像素点梯度幅度进行邻域追踪，得到第二个边界点，再结合前一个边界点参照水平、竖直方向的边缝梯度转化为边缝路径；交叉点修正装置(3)，用于遍历交叉点，修正交叉点处边缝交点位置，；边缝拓扑结构生成装置G)，用于记录边缝路径生成装置O)中的边缝路径信息，以及交叉点修正装置(3)中的交叉点信息，生成边缝拓扑结构。
全文摘要
本发明公开了一种栅格图像边缝路径及边缝拓扑结构的生成方法及系统，属于图像边界检测技术领域。该方法包括选定栅格图像，通过梯度幅度图的计算，进行边界检测计算，得到所述图像的边界点；选取步骤S1中一个边界点，根据像素点梯度幅度进行邻域追踪，得到下一个边界点；第二个边界点结合第一个边界点参照水平、竖直方向的边缝梯度转化为边缝路径；重复以上步骤，直至完成整幅栅格图像的边缝路径；记录边缝路径信息，以及交叉点的信息，生成边缝拓扑结构。本发明生成的边界具有更准确的定位精度、更好的连续性及更丰富的边界信息，能够适应目前图像处理各热点领域对边界检测的应用要求。
文档编号G06T5/00GK102542555SQ20101060912
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者张宏志, 李平立, 薛涛, 袁梦尤 申请人:北京大学, 方正国际软件(北京)有限公司