本发明专利技术属于数字图像处理技术领域，具体为一种由断点出发可并行实现的边缘连接算法。本发明专利技术通过展开一个边长自适应的搜索框，并在其最外层边框范围内搜索可连接边缘点。从若干个可连接边缘点中筛选出最接近边缘线延长方向的边缘点作为待连接边缘点，最后将断点与待连接边缘点进行互连。整过算法可以在断点之间以并行的方式执行；算法中用到的运算只有加法和减法，没有任何其他复杂运算；可连接边缘点的搜索空间被最大程度地优化缩小；所以本发明专利技术具有其他边缘连接算法无法达到的高效率，使用以并行处理为主的GPU进行执行只需几个毫秒即可完成对512*512大小的图像的边缘连接。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于数字图像处理
，具体为一种由断点出发可并行实现的高速边缘连接算法。
技术介绍
图像的边缘信息在许多图像处理算法中有着广泛的应用，而完整准确的边缘信息可以极大地减小后处理算法的复杂性而同时又保持需要的精度。所以获得一张完整、准确、 清晰的边缘图像一直是图像特征提取领域的重要研究内容。然而由于图像本身的复杂性和多变性，至今没有一种边缘检测算法能对任何图像实现完整的边缘提取，尤其是当一些前景物体因光线或自身纹理等原因而造成边缘线与背景的完全融合，此时任何基于图像颜色梯度变化的边缘检测算法都无法检测出这一部分边缘，从而也就在原边缘图像中造成边缘线断裂。所以很有必要对由边缘检测算法生成的初始边缘图像进行一系列的边缘修复工作，其中就包含了边缘连接处理。现今主流的边缘连接算法可分为三类，分别是膨胀腐蚀法，HOUGH变换法，启发式搜索法[1』。然而膨胀腐蚀法只能应用于间隙较小的断裂边缘，因为过度的膨胀腐蚀会破坏边缘线原有完整性。HOUGH变换法需要预先知道待连接边缘线的解析式，这大大限制了边缘连接的使用场合，同时对于复杂的边缘图像，HOUGH变换的运算代价非常大会造成算法处理速度降低。本专利技术的算法更接近与启发式搜索一类，但不同于常规的启发式搜索法，常规的启发式搜索要求用户指定一个评价函数用以选择最优的连接线，同时这一评价过程并非一次完成而是通过迭代的方式反复调用评价函数，不断保持着最优的选择直到边缘线对接。评价函数一般选用图像中的颜色梯度信息作为评价标准，然而对于一些边缘线完全融合于背景中的情况，用梯度信息作为评价标准的启发式搜索将失去作用，同时反复的迭代方式也会大幅增加算法的计算量。本专利技术以断点所在边缘线的大致延长方向作为对待连接边缘点的挑选的标准，优先选择更接近延长线方向的可连接边缘点，这一方式避免了对原图像梯度信息的依赖，只需要二值边缘图像中的信息即可。同时一次完成连接，避免了迭代造成的大运算量，因此在算法效率方面普遍优于常规算法。参考文献Rafael C. Gonzalez, Richard Ε. Woods. Digital Image Processing (2nd Edition)[M], America: Prentice Hall, 2002.路漫漫，滕奇志。蚁群算法实现的图像边缘连接[J]。计算机应用，2010，3(K4) 932-938。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种操作简单，计算代价小，快速而又准确地连接出现在边缘图像中的断裂边缘，且可并行实现的高速边缘连接算法。本专利技术提出的边缘连接算法，适用于使用标准canny边缘检测后生成的边缘图像，通过对图像进行断点检测找出边缘图像中的断点，并只在断点位置处进行边缘连接算法。通过展开一个边长自适应的搜索框，并在其最外层边框范围内搜索可连接边缘点。从若干个可连接边缘点中筛选出最接近边缘线延长方向的边缘点作为待连接边缘点，最后将断点与待连接边缘点进行互连。整过算法可以在断点之间以并行的方式执行；算法中用到的运算只有加法和减法，没有任何其他复杂运算；算法也没有任何迭代或递归操作，可连接边缘点的搜索空间也被最大程度地优化缩小；所以本专利技术具有其他边缘连接算法无法达到的高效率，若是使用以并行处理为主的GPU进行执行只需几个毫秒即可完成对512*512大小的图像的边缘连接，同时又保证了连接的高成功率。本专利技术方法的具体步骤如下 步骤1，对边缘图像进行断点检测、标记；步骤2，由断点起沿断点所在边缘线逆向追踪标记边缘点2*L次，L为用户指定参数； 步骤3，在断点处展开边长为2*L方形搜索框，在外边框位置搜索被标记点和可连接边缘占.步骤4，根据搜索到被标记点的中心对称点位置，重新安排外边框搜索顺序对可连接边缘点重新搜索，优先搜索靠近中心对称点的可连接边缘点并确定为待连接边缘点； 步骤5，将待连接边缘点和断点进行连接。下面进一步描述各个步骤的具体操作。步骤1中，将边缘图像所有断点分为3类，分别是线断点、三角断点和方形断点；搜索所有边缘点周围8领域范围，确定哪些边缘点为断点并做独一无二的标记；若搜索到周围8领域中均没有边缘点的孤立像素点，则作为噪声去除。步骤2中，以断点为起点搜索周围8领域，将搜索到的所有边缘点都用断点标记色标记；以8领域中最接近边缘线延长方向的边缘点作为下一次搜索的中心点，上一个中心点作为方向点，重复上述操作2*L次；在标记边缘点时，若遇到其他断点标记色，则记录此标记色，同时结束追踪标记操作；若在标记过程中无边缘点可标记时，结束标记操作。步骤3中，以断点为中心展开一个边长为2*L的正方形搜索框，L的初始值为用户定义的最小L值，记为min_L，搜索范围是搜索框外边框的8*L个像素格；搜索出现在外边框至少一个被当前断点标记色或是在步骤2保存的其他断点标记色着色的边缘点，和至少一个除去这两种标记色以外的其他边缘点；如果没有搜到一个除去这两种标记色以外的其他边缘点，则扩大搜索框边长为2* (L+del_L)，del_L为用户指定的L值每次扩大的增量，用户同时还要指定一个最大L值，记为max_L，当L+del_L大于max_L时，结束当前断点的连接算法；扩大搜索框边长的同时也要相应增加反向追踪标记的像素数；重新存储新搜索框外边框像素坐标信息并重复之前的搜索内容；搜索结束后保存对可连接边缘点和被标记点的搜索结果。步骤4中，对于在步骤3中未搜索到被标记点的情况，则将步骤3中搜索到的可连接边缘点作为待连接的边缘点；若在步骤3中搜索到了被标记点，则对被标记点做中心对称操作，根据中心对称点的位置重新安排在外边框像素格的搜索顺序，优先搜索靠近中心对称点的坐标；一旦搜索被到非断点标记色着色的可连接边缘点，则将其确定为待连接边缘点。步骤5中，从断点开始先在水平方向标记着色两个像素点，再竖直方向标记着色一个像素点，当着色点接近待连接边缘点时，则将着色方式改成水平方向着色1个像素点， 再竖直方向着色1个像素点，以此方式逐点接近至最后连接边缘点，并结束当前断点的连接算法。图9为整个算法实现过程图。整个算法流程见图10所示。 附图说明图1为三种断点类型示意图。图2为线断点判断示意图。图3为线断点判断例外情况。图4为三角断点判断示意图。图5为方向断点判断示意图。图6为8领域像素格搜索顺序优化排列示意图。图7为搜索框外边框区域划分和搜索顺序优化排列示意图。图8为边缘连接示意图。图9为整个算法实现过程图。图10为整个算法流程图。图11为边缘连接算法直观评价图。其中，左图为边缘连接前，右图为边缘连接后。 具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步的描述。图10所示为本专利技术中整个算法的具体流程图。步骤1，经过标准经典canny检测生成的二值边缘图像其边缘线为1至2个像素宽，本专利技术中将这一类边缘图中出现的所有断点分为3类分别是“线”断点、“三角”断点和 “方形”断点，如图1所示。图1中每一格代表一个像素点，“横纹”区域表示断点区域。“A” 像素格是“断点”像素，“B”像素格是断点前一个边缘点(B点将在之后的边缘追踪中用于判定追踪方向)，这里将“B”点称为“方向点”。线断点判断过程(1)搜索边缘图像中的所有边缘点。(2)当搜索到边缘点后展开3*3搜索框搜索邻本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．由断点出发可并行实现的高速边缘连接算法，其特征在于具体步骤为：步骤１，对边缘图像进行断点检测、标记；步骤２，由断点起沿断点所在边缘线逆向追踪标记边缘点２＊Ｌ次，Ｌ为用户指定参数；步骤３，在断点处展开边长为２＊Ｌ方形搜索框，在外边框位置搜索被标记点和可连接边缘点；步骤４，根据搜索到被标记点的中心对称点位置，重新安排外边框搜索顺序对可连接边缘点重新搜索，优先搜索靠近中心对称点的可连接边缘点并确定为待连接边缘点；步骤５，将待连接边缘点和断点进行连接。
【技术特征摘要】
1.由断点出发可并行实现的高速边缘连接算法，其特征在于具体步骤为步骤1，对边缘图像进行断点检测、标记；步骤2，由断点起沿断点所在边缘线逆向追踪标记边缘点2*L次，L为用户指定参数；步骤3，在断点处展开边长为2*L方形搜索框，在外边框位置搜索被标记点和可连接边缘占.步骤4，根据搜索到被标记点的中心对称点位置，重新安排外边框搜索顺序对可连接边缘点重新搜索，优先搜索靠近中心对称点的可连接边缘点并确定为待连接边缘点；步骤5，将待连接边缘点和断点进行连接。2.根据权利要求1所述的由断点出发可并行实现的边缘连接算法，其特征在于步骤 1中，将边缘图像所有断点分为3类，分别是线断点、三角断点和方形断点；搜索所有边缘点周围8领域范围，确定哪些边缘点为断点并做独一无二的标记；若搜索到周围8领域中均没有边缘点的孤立像素点，则作为噪声去除。3.根据权利要求2所述的由断点出发可并行实现的边缘连接算法，其特征在于步骤2 中，以断点为起点搜索周围8领域，将搜索到的所有边缘点都用断点标记色标记；以8领域中最接近边缘线延长方向的边缘点作为下一次搜索的中心点，上一个中心点作为方向点， 重复上述操作2*L次；在标记边缘点时，若遇到其他断点标记色，则记录此标记色，同时结束追踪标记操作；若在标记过程中无边缘点可标记时，结束标记操作。4.根据权利要求3所述的由断点出发可并行实现的边缘连接算法，其特征在于步骤 3中，以断点为中心展开一个边长为2*L的正方形搜索框，L的初始值为用户定义的最小L 值，记...
【专利技术属性】
技术研发人员：钮圣虓，陈更生，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31
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