一种改进的种子填充算法
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２１４０２１ ）
（ 无锡市广播电视大学 ， 江苏 无锡
摘
要 ： 在对种子填充算法进行分析和讨论的基础上 ， 提出了一种改进的种子填 充算法 ， 该改进的 种 子
填充算法无论是时间还是空间效率都优于传统算法。 关键词 ： 种子填充算法 ； 区域填充 ； 栈 中图分类号 ： ＴＰ３９１ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １００７－ ４２６０ （ ２００６ ） ０１－ ００５５－ ０２
１ 问题的提出
区域填充是 计算机图形 学的基本问 题之一 ， 种子 填充算法是 区域填充 的一种重要 算法 ， 它 广 泛 应 用于交互式绘图系统和数字图像处理中。递归种子填充算法是从填充区域内部的一点开始 ， 并由此出 发找到区域内的所有像素。算法从给定种子 （ｘ，ｙ）开始 ， 先检测该点的颜色 ， 如果它与边界色和填充色都 不相同 ， 就用填充色来填充该点 ， 然后检测相邻位置 ， 以确定它们是否是边界色 和填充色 ， 若 不是 ， 就采 用递归算法填充该相邻点。这个过程运行到检测完区域边界范围内的所有像素为止。有两种方法检测 ， 本文采用四向连通区域填充。 相邻像素 ： 四向连通区域填充和八向连通区域填充 递归种子填 充算法的优 点是算法简 单 ， 易 于 实 现 ， 也 可 以 填 充 带 有内孔的平 面区域。但是 这种算法需 要很大的存 储 空 间 以 实 现 栈 结 构 ， 这是因为当 某一像素出 栈时 ， 其周围 的所有 ４ 个像 素 不 管 是 否 已 被填充 ， 都必须入栈。这样会导致一个像素要入栈多次。如图 １ 所示 ， 像素 ⑤ 周围有 ８ 个像素 ， 当像素 ② 出栈时 ， 按照四连通填充算法 ， 要将 同理 ， 当像素 ④ ， ⑥ ， ⑧ 出栈时也分别要把 ⑤ 压入堆栈 ， 不 ⑤ 压入堆栈。 管它是否已在堆栈中 ， 不管它是否已被填充 ， 也不管它是否是边界 ， 这 也就意味着入栈总数是所有像素个数总和的 ４ 倍。 由于栈中有如此多 的“ 冗余” 信息 ， 所以采用这种算法进行填充时 ， 所需要的栈空间很大 ， 而且对同一个像素如此反复入栈和出栈 ， 所花费的时间也很多。
２００６ 年 ２ 月
第 １２ 卷第 １ 期
安庆师范学院学报 （
自然科学版 ）
Ｆｅｂ．２００６ Ｖｏｌ．１２ Ｎｏ．１
Ｊ ｏｕｒｎａ ｌ ｏｆ Ａｎｑｉｎｇ Ｔｅ ａ ｃｈｅ ｒｓ Ｃｏｌｌｅ ｇｅ （ Ｎａ ｔｕｒａ ｌ Ｓ ｃｉｅ ｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ ）
一种改进的种子填充算法
胡 云１ ， 李盘荣 ２
为了验证以上改进算法在栈所用空间大小和进出栈次数方面的改进 ， 我们在微机上进行了实验 ， 该 实验是在 Ｐｅｎｔｉｕｍ４ １．４ＧＨｚ／２５６ＭＢ／Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００／ＶＣ＋＋６．０ 的环境下完成的。具体实验数据见表 １ ， 由此 可以看出 ： （ １ ） 在栈所用空间大小上 ， 改进算法的栈空间大小大概是传统种子填充算法的栈空间大小的 这说明改进算 ２０％ 左右 ； （ ２ ） 从进出栈的次数来看 ， 传统种子填充算法的进出栈次数是改进算法的 ２ 倍。 法无论在时间还是在空间上都优于原算法。 在改进的算法中 ， 能够节约空间 ， 尽量减少了像素点的检测 次数和入栈的总次数 ， 同时可以加快填充速度 ， 当填充区域很大时这种差别更明显。
Ｏｎｅ Ｉｍｐｒ ｏｖｅｄ Ｓｅｅｄ－ ｆｉｌｌｉｎｇ Ａｌｇｏｒ ｉｔｈｍ
ＨＵ Ｙｕｎ， ＬＩ Ｐａｎ－ ｒｏｎｇ
（Ｗｕｘｉ Ｒａｄｉｏ ＆ ＴＶ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ ２１４０２１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｄｉｔｉｏｎａｌ ｓｅｅｄ－ ｆｉｌｌｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｌｍｓ，ｔｈａ ａｕｔｈｏｒｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗｏｒｄ ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｅｅｄ － ｆｉｌｌｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｌｍ ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｔｏ ｔｈｅ ｏｌｄ ｏｎｅｓ ｉｎ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｉｍｅ ｏｒ ｓｐａｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｓｅｅｄ ｆｉｌｌｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ； ｒｅｇｉｏｎ ｆｉｌｌｉｎｇ；ｓｔａｃｋ
收稿日期 ： ２００５－ ０７－ １２ 作者简介 ： 胡云（ １９７８－ ） ， 男 ， 江苏盐城人 ， 无锡市广播电视大学教师 ， 主要研究算法设计与数据库技术。
・ ５６ ・
安庆师范学院学报 （ 自然科学版 ）
２００６ 年
子是给定的 ， 另外一个是根据给定的种子产生的。 如图 ２ ， 假定像素 ① 是给定的种子 ， 则另外一个种子可 以取像素 ② 、 ③、 ④、 ⑤ 中的任何一个 ， 当然要保证其在填充区域之内。 （ ３ ） 传统的四向连通区域填充取上、 下、 左、 右四个方向 ， 而本文四向连通区域填充取左上、 左下、 右 上、 右下四个方向 ， 如图 ３ 所示 ， 种子 ① 填充 ○ 标识区域 ， 种子 ② 填充 ● 标识区域。
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２ Байду номын сангаас法的实现思想
传统种子填充算法不足之处主要有两点 ： （ １ ） 像素存在重复入栈 ， （ ２ ） 栈所占空间很大。 其中像素的重复 入栈也是栈空间所占空间很大的一个重要原因。本文针对上述两点对算法进行改进。 （ １ ） 在递归种子填充算法中 ， 采用的是先入栈 ， 出栈后再填充 ， 即当 填充某点 时 ， 不管它的 四连通点 是否已被填充 ， 都要进入堆栈 ， 这会导致很多的冗余像素点入栈。而本文算法采用的是先填充再入栈 ， 在入栈之前要判断像素点是否已被填充 ， 若已被填充才入栈 ， 否则不予考虑。 这样将会减少入栈的冗余 像素 ， 即每一个像素点只入栈一次。 （ ２ ） 传统种子填充算法采用的是用一个种子进行填充 ， 而本文算法采用两个种子进行填充。 其中一个种
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表１
!"#$% !"#$ !"#$ 7651 1588 31015 6327 70088 14329 124843 25469 !"#$% !"#$ !"#$ 30978 15690 124866 62834 281522 141362 500914 251258
３ 算法描述
改进算法的算法语言描述 （采用类 Ｃ 语言描述 ）如下 ：
ｓｅｅｄ（ｘ１，ｙ１）是最初给定的种子像素点，ｐｏｉｎｔ 表示一个像素点 ， 由 ｘ１，ｙ１ 坐标组成 ； ｓｅｅｄ（ｘ２，ｙ２）是由种子 ｓｅｅｄ（ｘ１，ｙ１）产生的种子 ， 由 ｘ２，ｙ２ 坐标组成 ； ＩｎｉｔＳｔａｃｋ（）初始化栈 ， 并使它为空 ； Ｐｕｓｈ（）是将一个像素点入栈 ； Ｐｏｐ（）是出栈 ， 返回类型为像素点 ； ＳｔａｃｋＥｍｐｔｙ（）是栈的判空函数 ； ｇｅｔｐｉｘｅｌ（）返回指定像素点的颜色值； ｐｕｔｐｉｘｅｌ（）设定指定像素点的颜色值为给定的颜色值； ／／ 程序从下面开始 ＩｎｉｔＳｔａｃｋ（）； ｐｕｔｐｉｘｅｌ（ｓｅｅｄ（ｘ１，ｙ１）） ； ｐｕｔｐｉｘｅｌ（ｓｅｅｄ（ｘ２，ｙ２）） ； Ｐｕｓｈ （ｓｅｅｄ（ｘ１，ｙ１）） ； Ｐｕｓｈ （ｓｅｅｄ（ｘ２，ｙ２）） ； ｗｈｉｌｅ（！ ＳｔａｃｋＥｍｐｔｙ（）） ｛ ｐｏｉｎｔ＝Ｐｏｐ（）； ｉｆ（ｐｏｉｎｔ 的左上一点不为填充色也不为边界色） ｛ ｐｕｔｐｉｘｅｌ（ｐｏｉｎｔ 的左上一点 ）；Ｐｕｓｈ（ｐｏｉｎｔ 的左上一点 ）；｝ ｉｆ（ｐｏｉｎｔ 的左下一点不为填充色也不为边界色） ｛ ｐｕｔｐｉｘｅｌ（ｐｏｉｎｔ 的左下一点 ）； Ｐｕｓｈ （ｐｏｉｎｔ 的左下一点 ）；｝ !"# !" ｉｆ（ｐｏｉｎｔ 的右上一点不为填充色也不为边界色） 50 ｛ ｐｕｔｐｉｘｅｌ（ｐｏｉｎｔ 的右上一点 ）； Ｐｕｓｈ （ｐｏｉｎｔ 的右上一点 ）；｝ 100 150 ｉｆ（ｐｏｉｎｔ 的右下一点不为填充色也不为边界色） 200 ｛ ｐｕｔｐｉｘｅｌ（ｐｏｉｎｔ 的右下一点 ）； Ｐｕｓｈ （ｐｏｉｎｔ 的右下一点 ）；｝ ｝ ４ 算法比较
［参考文献 ］
［１］
陈元琰 ， 陈洪波 ． 一种基于链队列的种子填充法 ［Ｊ］． 广西师范大学学报 ： 自然科学版 ， ２００３ ， ２１ （ ３ ） ： ３０－ ３３． 计算机图形学的算法基础 （第 ２ 版 ）［Ｍ］﹒ 北京 ： 机械工业出版社 ， ２００２ ： ﹒ ［２］ （美 ）Ｄａｖｉｄ Ｆ．Ｒｏｇｅｒｓ． ﹒ ９９－ １０５．
（ 无锡市广播电视大学 ， 江苏 无锡
摘
要 ： 在对种子填充算法进行分析和讨论的基础上 ， 提出了一种改进的种子填 充算法 ， 该改进的 种 子
填充算法无论是时间还是空间效率都优于传统算法。 关键词 ： 种子填充算法 ； 区域填充 ； 栈 中图分类号 ： ＴＰ３９１ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １００７－ ４２６０ （ ２００６ ） ０１－ ００５５－ ０２
１ 问题的提出
区域填充是 计算机图形 学的基本问 题之一 ， 种子 填充算法是 区域填充 的一种重要 算法 ， 它 广 泛 应 用于交互式绘图系统和数字图像处理中。递归种子填充算法是从填充区域内部的一点开始 ， 并由此出 发找到区域内的所有像素。算法从给定种子 （ｘ，ｙ）开始 ， 先检测该点的颜色 ， 如果它与边界色和填充色都 不相同 ， 就用填充色来填充该点 ， 然后检测相邻位置 ， 以确定它们是否是边界色 和填充色 ， 若 不是 ， 就采 用递归算法填充该相邻点。这个过程运行到检测完区域边界范围内的所有像素为止。有两种方法检测 ， 本文采用四向连通区域填充。 相邻像素 ： 四向连通区域填充和八向连通区域填充 递归种子填 充算法的优 点是算法简 单 ， 易 于 实 现 ， 也 可 以 填 充 带 有内孔的平 面区域。但是 这种算法需 要很大的存 储 空 间 以 实 现 栈 结 构 ， 这是因为当 某一像素出 栈时 ， 其周围 的所有 ４ 个像 素 不 管 是 否 已 被填充 ， 都必须入栈。这样会导致一个像素要入栈多次。如图 １ 所示 ， 像素 ⑤ 周围有 ８ 个像素 ， 当像素 ② 出栈时 ， 按照四连通填充算法 ， 要将 同理 ， 当像素 ④ ， ⑥ ， ⑧ 出栈时也分别要把 ⑤ 压入堆栈 ， 不 ⑤ 压入堆栈。 管它是否已在堆栈中 ， 不管它是否已被填充 ， 也不管它是否是边界 ， 这 也就意味着入栈总数是所有像素个数总和的 ４ 倍。 由于栈中有如此多 的“ 冗余” 信息 ， 所以采用这种算法进行填充时 ， 所需要的栈空间很大 ， 而且对同一个像素如此反复入栈和出栈 ， 所花费的时间也很多。
２００６ 年 ２ 月
第 １２ 卷第 １ 期
安庆师范学院学报 （
自然科学版 ）
Ｆｅｂ．２００６ Ｖｏｌ．１２ Ｎｏ．１
Ｊ ｏｕｒｎａ ｌ ｏｆ Ａｎｑｉｎｇ Ｔｅ ａ ｃｈｅ ｒｓ Ｃｏｌｌｅ ｇｅ （ Ｎａ ｔｕｒａ ｌ Ｓ ｃｉｅ ｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ ）
一种改进的种子填充算法
胡 云１ ， 李盘荣 ２
为了验证以上改进算法在栈所用空间大小和进出栈次数方面的改进 ， 我们在微机上进行了实验 ， 该 实验是在 Ｐｅｎｔｉｕｍ４ １．４ＧＨｚ／２５６ＭＢ／Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００／ＶＣ＋＋６．０ 的环境下完成的。具体实验数据见表 １ ， 由此 可以看出 ： （ １ ） 在栈所用空间大小上 ， 改进算法的栈空间大小大概是传统种子填充算法的栈空间大小的 这说明改进算 ２０％ 左右 ； （ ２ ） 从进出栈的次数来看 ， 传统种子填充算法的进出栈次数是改进算法的 ２ 倍。 法无论在时间还是在空间上都优于原算法。 在改进的算法中 ， 能够节约空间 ， 尽量减少了像素点的检测 次数和入栈的总次数 ， 同时可以加快填充速度 ， 当填充区域很大时这种差别更明显。
Ｏｎｅ Ｉｍｐｒ ｏｖｅｄ Ｓｅｅｄ－ ｆｉｌｌｉｎｇ Ａｌｇｏｒ ｉｔｈｍ
ＨＵ Ｙｕｎ， ＬＩ Ｐａｎ－ ｒｏｎｇ
（Ｗｕｘｉ Ｒａｄｉｏ ＆ ＴＶ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ ２１４０２１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｄｉｔｉｏｎａｌ ｓｅｅｄ－ ｆｉｌｌｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｌｍｓ，ｔｈａ ａｕｔｈｏｒｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗｏｒｄ ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｅｅｄ － ｆｉｌｌｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｌｍ ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｔｏ ｔｈｅ ｏｌｄ ｏｎｅｓ ｉｎ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｉｍｅ ｏｒ ｓｐａｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｓｅｅｄ ｆｉｌｌｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ； ｒｅｇｉｏｎ ｆｉｌｌｉｎｇ；ｓｔａｃｋ
收稿日期 ： ２００５－ ０７－ １２ 作者简介 ： 胡云（ １９７８－ ） ， 男 ， 江苏盐城人 ， 无锡市广播电视大学教师 ， 主要研究算法设计与数据库技术。
・ ５６ ・
安庆师范学院学报 （ 自然科学版 ）
２００６ 年
子是给定的 ， 另外一个是根据给定的种子产生的。 如图 ２ ， 假定像素 ① 是给定的种子 ， 则另外一个种子可 以取像素 ② 、 ③、 ④、 ⑤ 中的任何一个 ， 当然要保证其在填充区域之内。 （ ３ ） 传统的四向连通区域填充取上、 下、 左、 右四个方向 ， 而本文四向连通区域填充取左上、 左下、 右 上、 右下四个方向 ， 如图 ３ 所示 ， 种子 ① 填充 ○ 标识区域 ， 种子 ② 填充 ● 标识区域。
! 1 !"#$%&’()*
２ Байду номын сангаас法的实现思想
传统种子填充算法不足之处主要有两点 ： （ １ ） 像素存在重复入栈 ， （ ２ ） 栈所占空间很大。 其中像素的重复 入栈也是栈空间所占空间很大的一个重要原因。本文针对上述两点对算法进行改进。 （ １ ） 在递归种子填充算法中 ， 采用的是先入栈 ， 出栈后再填充 ， 即当 填充某点 时 ， 不管它的 四连通点 是否已被填充 ， 都要进入堆栈 ， 这会导致很多的冗余像素点入栈。而本文算法采用的是先填充再入栈 ， 在入栈之前要判断像素点是否已被填充 ， 若已被填充才入栈 ， 否则不予考虑。 这样将会减少入栈的冗余 像素 ， 即每一个像素点只入栈一次。 （ ２ ） 传统种子填充算法采用的是用一个种子进行填充 ， 而本文算法采用两个种子进行填充。 其中一个种
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表１
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３ 算法描述
改进算法的算法语言描述 （采用类 Ｃ 语言描述 ）如下 ：
ｓｅｅｄ（ｘ１，ｙ１）是最初给定的种子像素点，ｐｏｉｎｔ 表示一个像素点 ， 由 ｘ１，ｙ１ 坐标组成 ； ｓｅｅｄ（ｘ２，ｙ２）是由种子 ｓｅｅｄ（ｘ１，ｙ１）产生的种子 ， 由 ｘ２，ｙ２ 坐标组成 ； ＩｎｉｔＳｔａｃｋ（）初始化栈 ， 并使它为空 ； Ｐｕｓｈ（）是将一个像素点入栈 ； Ｐｏｐ（）是出栈 ， 返回类型为像素点 ； ＳｔａｃｋＥｍｐｔｙ（）是栈的判空函数 ； ｇｅｔｐｉｘｅｌ（）返回指定像素点的颜色值； ｐｕｔｐｉｘｅｌ（）设定指定像素点的颜色值为给定的颜色值； ／／ 程序从下面开始 ＩｎｉｔＳｔａｃｋ（）； ｐｕｔｐｉｘｅｌ（ｓｅｅｄ（ｘ１，ｙ１）） ； ｐｕｔｐｉｘｅｌ（ｓｅｅｄ（ｘ２，ｙ２）） ； Ｐｕｓｈ （ｓｅｅｄ（ｘ１，ｙ１）） ； Ｐｕｓｈ （ｓｅｅｄ（ｘ２，ｙ２）） ； ｗｈｉｌｅ（！ ＳｔａｃｋＥｍｐｔｙ（）） ｛ ｐｏｉｎｔ＝Ｐｏｐ（）； ｉｆ（ｐｏｉｎｔ 的左上一点不为填充色也不为边界色） ｛ ｐｕｔｐｉｘｅｌ（ｐｏｉｎｔ 的左上一点 ）；Ｐｕｓｈ（ｐｏｉｎｔ 的左上一点 ）；｝ ｉｆ（ｐｏｉｎｔ 的左下一点不为填充色也不为边界色） ｛ ｐｕｔｐｉｘｅｌ（ｐｏｉｎｔ 的左下一点 ）； Ｐｕｓｈ （ｐｏｉｎｔ 的左下一点 ）；｝ !"# !" ｉｆ（ｐｏｉｎｔ 的右上一点不为填充色也不为边界色） 50 ｛ ｐｕｔｐｉｘｅｌ（ｐｏｉｎｔ 的右上一点 ）； Ｐｕｓｈ （ｐｏｉｎｔ 的右上一点 ）；｝ 100 150 ｉｆ（ｐｏｉｎｔ 的右下一点不为填充色也不为边界色） 200 ｛ ｐｕｔｐｉｘｅｌ（ｐｏｉｎｔ 的右下一点 ）； Ｐｕｓｈ （ｐｏｉｎｔ 的右下一点 ）；｝ ｝ ４ 算法比较
［参考文献 ］
［１］
陈元琰 ， 陈洪波 ． 一种基于链队列的种子填充法 ［Ｊ］． 广西师范大学学报 ： 自然科学版 ， ２００３ ， ２１ （ ３ ） ： ３０－ ３３． 计算机图形学的算法基础 （第 ２ 版 ）［Ｍ］﹒ 北京 ： 机械工业出版社 ， ２００２ ： ﹒ ［２］ （美 ）Ｄａｖｉｄ Ｆ．Ｒｏｇｅｒｓ． ﹒ ９９－ １０５．