基于移动正方形的图像边界提取方法

摘要

本发明公开了一种基于移动正方形的图像边界提取方法，包括以下步骤：1）将图像转换到Lab颜色空间，针对L分量将颜色数值范围划分成n个区域，并赋予每个区域相应的编号，将图像的各像素数值转化为该像素原颜色数值所对应区域的编号；2）针对所述L分量，将所有相互毗邻的四个像素构建为正方形，利用划分线段分割每个正方形，使正方形中编号相同的顶点处在同一区域，且所述划分线段的端点处在正方形侧边的中点；3）对任意两个相连通正方形，将有交点的划分线段相互连接形成分割线，该分割线与图像的外边缘共同构成所述的图像边界。本发明一次性完成图像的边界提取，效率更高，速度更快。

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图像处理技术领域，尤其涉及图像边界提取中的一 种基于移动正方形的图像边界提取方法。

背景技术

物体的边缘指图像中发生光强度突变的部分，即物体边缘象素与相邻 区域象素在灰度级上相比具有跳跃的特性，这是一般的边缘检测算法的依 据。边界是图像的基本特征，包含着图像绝大多数的有用信息。数字图像 的边缘检测是图像分割、目标区域识别、区域形状提取等图像分析领域的 基础，通常图像理解和分析首先是边缘检测，目前数字图像的边缘检测已 成为机器视觉研究领域最活跃的课题之一。

所谓图像边界，是指图像中对象的边界，一般图像亮度信息变化比较 明显的地方被认为是图像对象的边界，边界信息在图像处理领域有十分重 要，在包括图像分割、图像矢量化、图像抽象化等领域都有着重要的意义， 决定着其处理的结果的准确性。

图像中目标物特征参数诊断的方法之一是提取图像的边界，由边界数 据再确定待测目标的形状、面积、平均半径和质心坐标等。边界的提取一 般分为两步：第一步，采用边缘检测算子获得边缘图像；第二步，对边缘 图像中的目标物边缘进行边界跟踪。在边缘特征较为复杂并且存在其它边 缘交叉干扰的情况下，边界的自动提取往往很困难。

图像的边缘是指图像局部区域亮度变化显著的部分，该区域的灰度剖 面一般可以看作是一个阶跃，既从一个灰度值在很小的缓冲区域内急剧变 化到另一个灰度相差较大的灰度值。图像的边缘部分集中了图像的大部分 信息，图像边缘的确定与提取对于整个图像场景的识别与理解是非常重要 的，同时也是图像分割所依赖的重要特征，边缘检测主要是图像的灰度变 化的度量、检测和定位，自从1959提出边缘检测以来，经过五十多年的 发展，已有许多中不同的边缘检测方法。

目前，已经提出的各种各样的边界提取技术，例如基于Canny边缘检 测的边界提取方法等，考虑将图像亮度变化较明显的位置作为图像边缘， 然后连接相邻的边缘点作为边界，但并不考虑图像边界是否封闭。该类算 法只考虑边缘的信息定位而不考虑边界所代表的对象的整体性；另外，基 于传统的移动正方形算法的边界提取只能针对黑白图像，一次根据一个分 界阈值进行划分等值线，不能一次性对多阶灰度进行提取。

发明内容

本发明提供了一种基于移动正方形的图像边界提取方法，该方法用于 对多灰度图像的边界进行提取，在一次性完成提取的同时保证图像边界的 封闭与连续。

一种基于移动正方形的图像边界提取方法，包括以下步骤：

1）将图像转换到Lab颜色空间，针对L分量将颜色数值范围划分成n 个区域，并赋予每个区域相应的编号，将图像的各像素数值转化为该像素 原颜色数值所对应区域的编号；

2）针对所述L分量，将所有相互毗邻的四个像素构建为正方形，利 用划分线段分割每个正方形，使正方形中编号相同的顶点处在同一区域， 且所述划分线段的端点处在正方形侧边的中点；

3）对任意两个相连通正方形，将有交点的划分线段相互连接形成分 割线，该分割线与图像的外边缘共同构成所述的图像边界。

作为优选的，所述的n为2～256的自然数，各区域编号从0到（n-1）， 每个区域的跨度为256/n。像素数值为0-255，而n为1时又无意义，n=2时图 像变成二值图像，256为上限。

进一步优选的，所述的n为16～64，这是一个经验数值，依据是不能太 小因为太小了颜色信息量化后很少，边界少了不能很好地反映图像，太大 了边界太多数据量太冗余。

作为优选的，还包括将步骤3）中的分割线进行光滑处理，而后得到 所述的图像边界。光滑处理的优点在于图像的封闭边界整体更加光滑，一 般物体的边界都是光滑的，甚至是连续曲线形的，光滑之后可以理解为更 加靠近图像对象的实际边界。

进一步优选的，所述的所述光滑处理为：

确定分割线与各个正方形侧边的交点，若该交点两侧的划分线段在各 自的正方形内均无交叉点，则移动该交点，使该交点两侧的划分线段之间 的夹角增大。

首先确定分割线与各个正方形侧边的交点，再判断该交点两侧的划分 线段在各自的正方形内有无交叉点，该交叉点为同一正方形内划分线段的 交点，若交叉点存在，保持当前分割线与各个正方形侧边的交点位置不变， 若无相应的交叉点，侧移动当前的交点，使该交点两侧的划分线段之间的 夹角增大，即完成对分割线的光滑处理。

进一步优选的，移动所述的交点时，沿该交点所在的正方形侧边进行 移动。边界交点一定要在侧边上，不能超出侧边范围，偏移的思想是连线 的折角尽量小，折线角度小意味着更加光滑。

进一步优选的，所述交点的移动距离与正方形边长的比例为0～1:2。 由于每个划分线段的端点处在正方形侧边的中点，即分割线与各个正方形 侧边的交点处于正方形侧边的中点，在交点移动的过程中，交点的位置不 能偏移整个正方形，因为交点就是在像素所围成的正方形之间，偏离正方 形的边界就意味着跑到另一个像素外，不能包围当前想要包围的像素点。

本发明具有以下两点有益效果：

1、本发明针对抽象化图像提取图像边界，并通过调整局部的边界线 端点的位置使得边界变得平滑，所提取的边界具有封闭性，整张图像将被 这些边界分割成不同的区域；

2、本发明的边界提取方法可以一次性将图像的边界提取出来，而不 像传统的移动正方形算法只能针对一种阈值提取出等直线，效率更高，速 度更快。

附图说明

图1为本发明基于移动正方形的图像边界提取方法的流程示意图。

图2为本发明的正方形内划分线段的位置示意图。

图3为本发明光滑处理时交点调整的示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于移动正方形的图像边界提取方法，实施步骤如 下：

（1）将图像转换到Lab颜色空间，针对L分量将颜色数值范围划分 成16个区域，并赋予每个区域相应的编号，各区域编号从0到15，每个 区域的跨度为16，然后将图像的各像素数值转化为该像素原颜色数值所对 应区域的编号，即图像的各像素数值转化为0～15中的数值。

（2）针对L分量，将所有相互毗邻的四个像素构建为正方形，利用 划分线段分割每个正方形，使正方形中编号相同的顶点处在同一区域，且 划分线段的端点处在正方形侧边的中点。

四个像素构建为正方形中，当正方形中存在不同的颜色时，其中两种 颜色的交界线即为划分线段。

如图2所示，将所有相互毗邻的四个像素构建为正方形，当四个像素 均为同一种颜色时（见a图），这个四个像素构建成的正方形中，只存在 一种颜色，说明该正方形不处于图像的边界上，因此，这个正方形内不存 在划分线段。

如图2中b图所示，b图中有八个正方形，每个正方形内存在有两个 颜色，划分线段位于这两个颜色的交界线上。

如图2中c图所示，c图中有六个正方形，每个正方形内有三种不同 颜色，划分线段位于任一两种颜色的交界线上，在部分正方形内，任一两 种颜色之间的划分线段在该正方形内存在交叉点。

如图2中d图所示，d图中的正方形内有四种颜色，划分线段为四种 颜色的交界线，且划分线段在正方形内存在交叉点。

图中2中划分线段将正方形中编号相同的顶点划分在同一区域，且每 条划分线段的端点处在正方形侧边的中点。

（3）对任意两个相连通正方形，将有交点的划分线段相互连接形成 分割线，该分割线与图像的外边缘共同构成图像边界。

将有交点的划分线段相互连接得到分割线后，还需对分割线进行光滑 处理，光滑处理的方法为：首先确定分割线与各个正方形侧边的交点，再 判断该交点两侧的划分线段在各自的正方形内有无交叉点，该交叉点为同 一正方形内划分线段的交点，若交叉点存在，保持当前分割线与各个正方 形侧边的交点位置不变，若无相应的交叉点，侧沿该交点所在的正方形侧 边移动当前的交点，且交点的移动距离与正方形边长的比例为0～1:2，使 该交点两侧的划分线段之间的夹角增大。

如图3所示，图中3为九个正方形连通后的图像，其中每个正方形内 带箭头的线为划分线段，分别为划分线段ab、划分线段bc和划分线段cd， 上述三条划分线段连成分割线abcd，对分割线abcd光滑处理的目的是增 大划分线段ab和划分线段cd之间的夹角。在a点和c点之间构建一条虚 线ac，虚线ac与正方形侧边相交得到e点，e点即为b点沿正方形侧边横 向移动后的点，同理，在b点和d点之间一条虚线bd，虚线bd与正方形 侧边相交得到f点，f点为c点沿正方形侧边纵向移动后的点，连接aefd 得到的分割线，即为光滑处理后的图像边界。