简单图像闭合外缘轮廓提取

特 性 ， 当 障碍 物 存 在 一定 间隙 时 ， 果 间 隙小 到 一 即 如
定 的程 度则 水 流不 会流 人 ， 其原 理如 图 ２所 示 。
界 。由于直 线延 伸是 有 方 向性 的 ， 普 通边 界 提取 后 在
进行延 伸会 导致 边界 混乱 。 文 中采 用方 向性 边界 提 取 ， 即采 用 四方 向直线 边
线 段 交叉 ， 不会 影 响后续 的 处理 。
通 过流水 侵蚀 作用 ，可 以消除 孤立 的线 段 和 点 ， 以及不 能形 成 闭合 区域 的线段 集 。 同时 ， 过表 面 张 通
力 特性 还能 闭 合很 多缺 口。
由于也 要采 用 阈值 进行 边 界判 断 ， 也会 造 成线 段
垄等 ） 后能将 其 侵蚀 掉 ； 后 ， 最 它具 有 一定 的表 面 张力
１ 方 向性 边 界 提 取
通 常 的边 界提 取 是 以 图像 的灰 度 梯度 为 基 础 ， 通 过设定 阈值 得 到边 界 ， 这样 会 导致边 界 不 连续 。在 边
界提取 出来 之后 ， 通过 直 线延 伸等 方 法得 到 闭合 边 再
红 外 与 激 光 工 程
第３ ５卷
不 需要 对 图形 的 内部 特征 进行 处 理 ； 智能 识 别 中也要 通 过 图像 中 的闭 合边 界 来 辨 别 形状 ，从 而 识 别 出对 象 。传 统 的边界 提取 方 法 的性能 并 不理 想 ， 能有 效 不 地 找 到闭合边 界 ， 是找 到 一些 边界 碎 片 和没 有实 际 而 意义 的线段 ， 实 际使用 带 来诸 多 不便 。如梯 度边 界 为
提 取 法 ｉ￣ Ｓ ｂｌＲ ｂ ｒ 、 ａ ｎ ｔ ｌ ｏ ｅ、 ｏｅｔ Ｃ ｎｙ等 ） 提 取 边 界 时 ， ￣（ ｓ 在
不 连 续 的情况 。对 于这 种情 况 ， 用 了方 向性 的数 学 采
形态 学 方法 进行 处理 。 于 四个 方 向 的直线段 分别 采 对
用 相 应 的数 学 形态 学 连接 模 板【 叫进 行 直线 连接 。利
摘要 ： 出了一种在 较 简单 图像 中提取 多个完整 图形 闭合 外边界 的 方法 。利用 方 向边缘检 测 、 提 方 向数 学形 态学 方法 和拟 态流 水侵蚀 法得 到 了较好 的 完整 图形 闭合 外边 界 。通 过 实验 验 证 了该 方法 不
仅适 用 于简单 图像 。 而且适 用于较 复 杂的 图像 。在 一定程 度 上具有 去 除非 闭合 曲线段 及噪 声的 能力 。 同时 ，通过 使 用拟 态流 水侵 蚀 法使 处理 速度 和效 果 明显 优 于常 用的处理 方 法 。实验 结 果证 明 了所提 供 的 算 法在 图像 闭合 区域边界 提 取方 面是有 效 的。
ｗｈ ｌ，ｂ ｉ ｈ ｍｅ ｉ ｔｒ ｏ ｒ ｓｏｎ ｍｅ ｏ ｈ ｅ ｐ ｃ ｓ ｓ ｆ ｓｅ ｄ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｂ ｔ ｒ ｔ ａ ｉｅ ｙ ｕｓ ｎｇ ｔ ｅ ｍｉ ｓｓ ｗａｅ ｉ ｃ ｒｏ ｉ ｔ ｄ，ｔ ｒ ｅ ｓ ｉ ａ ｔｒ ａ ｅ ｕ ｔ ｉ ｅｔ ｎ ｎｇ ｈ ｏ ｎ ｈ ｅ ｈ
过 叠 加 处 理 ， 四 幅方 向边 界 图合 成 一 幅 ， 成 的边 将 合
实 际应用 中都 会涉 及 到很 大 的计 算 量 且算 法 较复 杂 ，
还会 带有 其他 限制条 件 ， 起始 点 、 如 阈值等 ， 时需要 有 实 时 的人 机会话 才 能完 成 。
文 中提 出了基 于边 界提 取 、 学形 态 以及 自然 拟 数
ｃ ｍ ｐｅ ａ ｅ ．Ａｎ ｏ ｓ ｍ ｅ ｘ ｅ ｔ ｔ ｗａ ｃ ｐ ｂｅ ｏ ｅ ｏ ｌｘ ｉ ｇ ｓ ｍ ｄ ｔ ｏ ｅ ｔｎ ，ｉ ｓ ａ ａ ｌ ｆ ｒ ｍｏｖｎｇ ｕ ｃｏ ｅ ｃ ｒ ｅ ｄ ｄｅ ｏ ｓｎ ｉ ｎ ｌ ｓ ｕ ｖ ｓ ａ ｎ ｉｉ ｇ．Ｍ ｅ ｎ。 ｎ ａ
界 图像 上 不存 在边 界模 糊 的情况 ， 故而效 果 较好 。
２ 拟 态 流 水 法 闭 合 边 界提 取
从 前一 步 骤得 到 的复合 边界 图 像 中 ， 然 有较 多 仍 的边 界不 连续 ， 而且 潜 在 闭合 区域 内部 的边 界 是没 有
意义 的 ， 当去 除 。 应
从 这 四个 方 向采 用 四方 向的索 贝尔 ［ Ｓｂ １梯 度 ６ ｏｅ） １ （
黑 色 方格所 示 。假设 流 水 的张力 宽度 为 １ 方格 ） （ 。
检测 算子 对 图像分 别 进行 单一 方 向直 线段 检测 ， 得到 的边 界 直线是 基 于各个 方 向的 ． 会 和其 他 方 向的直 不
从 图 ２中可 以看到 ， （） 的缺 口较 大 ， 被全 图 ａ中 故
图 ｌ 点 像 素 方 向 图
Ｆｇ． Ｍ ａ ｆａ ｐ ｘ ｌｓ４ ｄｒｃｉｎ ｉ １ ｐ ｏ ｉｅ ’ ｉｅｔｏ ｓ
部 侵 蚀掉 了 （ ｂ ） 而 图（） 的缺 口很小 ， 最 终 的 图（） ； Ｃ中 在 结 果 中不 但 被 保 留且 其 缺 口也 被 填 上 了 ， 图 （） 如 ｄ 中
关键 词 ： 闭合 边界 ； 方 向 ； 边缘提 取 ； 数 学形 态 学； 拟 态流 水侵蚀 法 中图分类 号 ： Ｐ ９ Ｔ ３１ 文 献标识 码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ７ ２ ７ （０ ６０ — ３ ７ ０ １０ — ２ ６２ ０ ）３ ０ ６ — ４
Ｍ ｅ ｈ ｄ ｏ ｂｔ ｉ ｉ ｌ ｓ ｘ ｅ ｉ ｒ ｏ ｔｉ ｓ ｏ ｉ ｐｌ ｍ ａ ｅ ｔ ｏ ｆｏ ａ ｎ ｎｇ ｃｏ ｅ ｅ ｔ ｒｏ ｕ ｌ ｎｅ ｆｓｍ ｅ ｉ ｇ ｓ
ＺＨＡＮＧ ｎ－ｕ ，ＪＡ Ｌｉ ｒ ｉ Ｉ Ｙｕ－ ｎ，ＣＨＥＮＧ ｌ ｉ Ｋｅ
（ ｅ ｉ ｕｈｎ ｒｌ ｓ ｃｄｍ ， ｅｉｇ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ Ｂ ｉ ｇ Ｈ ａａ ｇＷｉ ｅ ａ ｅ ｙ Ｂ ｉｎ １０ １ ， ｈ ） ｊ ｎ ｅ ｓＡ ｊ ｎ
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界提 取 。 图像 中间一个 像素 点 的周 围共有 八个 相邻 的 像素 点 ， 即可 以有 四个方 向 ，。 ４ 。 ９ 。 １ ５ ， 图 ０ 、５ 、０ 和 ３ 。 如
１所 示 。
豳 蘑 豳 豳
（ ａ） （） ｂ （） Ｃ （ ｄ）
图 ２ 流 水 侵 蚀 原 理
Ｆｉ ２ ｇ． Ｍ ａ ｆ ｔ ｈ ｏ ｙ ｏ ｍ ｅｉ ｔｒ ｇ ｃ ｒｏ ｉｎ ｍ ｅｈｏ ｐｏ ｈｅ ｔ ｅ ｒ ｆｍｉ ｓｓｗａｅｉ ｏｒ ｓｏ ｔ ｄ ｎ
Ｏ 引 言
目前 在 图像理 解 和跟 踪 等 图像 处 理分 析 中 ， 常 经
需要得 到有 效 的图形 外 边界 轮廓 。例 如 ， 形心 跟踪 在 中经常用 图像 中 目标外 边界 的形 心 作为 跟踪 点 ， 图 而
像理 解也 要首 先把 图像 分 隔成 为不 同 的 、 不 重叠 的 互 独立 区 域 。 图像 中可 识别 的独立 图形 是进 行处 理 的核 心， 也是 信息 主要 存在 的地方 。如 在对 空 中飞 机 目标
用 相应 方 向性 的模 板来 处理 相应 的方 向直 线段 ， 能得
到 在该 方 向上 的较佳 线 段集 。
通过 方 向梯 度 边界 和 方 向数学 形 态学 处理 后 ， 每
个 方 向 图都 只 包含 了该 方 向上 的直线 段集 ；此 时 ， 通
有 时产 生 伪边 界 ： 而一 些 较 高 级 的算 法 ， 如边 缘 生 长 算 法［、 ４ 灰度 聚合 算 法 、 ］ 遗传 算法 【以及 降水 算 法等 在 剐
Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： ｏ ｅ ｅ ｇ ｓ； Ｄｉｅ ｔｏ ａ ； Ｃｌ ｓ ｄ ｅ ｒ ｃ ｎ ｌ ｉ
Ｅｄｇ ｉｋ－ｐ； Ｍ ａ ｅ ｔｃ ｌｍｏ ｐ ｏ ｏ ｉａ ｔｏ ｅｐｃ ｕ ｈ ｔ ｍａ ａ ｒ ｈ ｌ ｇ ｃ ｌｍｅ ｄ； ｉ ｈ
Ｍ ｉ ｅ ｉ ｔｒｎｇ ｃ ｒｏｓｏ ｅ ｏ ｍ ｓｓ ｗａ ｉ ｏ ｅ ｉｎ ｍ ｔ ｄ ｈ
第３ ５卷 第 ３期
Ｖ０ ． ５ Ｎｏ ３ １ ． ３
红 外 与 激 光 工 程
Ｉ ｆ ｒ ｄａ ｄＬａ ｅ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ａ ｅ ｎ ｓｒＥ ｇｎ ｅｉｇ ｒ
２０ ０ ６年 ６月
Ｊｎ ２Hale Waihona Puke Baidu ｕ ．０６
简 单 图像 闭合 外 边 缘 轮 廓提 取
张麟瑞 ， 贾玉 林 ， 科 程 （ 京 华 航 无 线 电 研 究 院 ，北 京 １０ １ ） 北 ０ ０ ３
的跟踪 与识别 中 ， 多地 依靠 提取 出来 的外 边 界 区分 较 云层、 鸟和 飞机 ； 而在 形心 跟踪 中则 主要依靠 边 界 ， 并
收 穑 日 期 ：０ ５ ０ — ９； 修 订 日期 ： ０ ５ ０ １ ２０ —８ ２ ２０ －１ — ０ 作 者 简 介 ： 麟 瑞 （９ ７ ） ， 龙 江 常 市 人 ，工 程 师 ， 要 研 究 方 向 为 图 像 处 理 。 张 １７ 一 ， 黑 男 主
态等 简单 方法 的组 合 方法 。 到 了较 有效 的可识 别 图 得
形 的完 整 闭合 外 边界 。实 验 结果 表 明 ， 方 法 可 以有 该
效 地 提 取 出一 幅 图像 中 的所 有 可 识 别 图形 的 完 整 闭 合 外边 界 ， 为后续 的处 理 打下 良好 的基础 。
提 出一 种模 仿流 水 特性 的外 边界 闭合算 法 。 水 流 的特 性 首先 是从 高处 流 向低 处 ， 到 障碍物 时 会改 变 遇 方向； 其次 具有 侵蚀 作用 ， 当流水 包 围了 障碍物 （ 土 如
ｃ ｍ ｍ ｏ ｌ ｕ ｅ ｏ ｅ ． Ｔｈ ｃ ｎ ｌ ｓｏ ｉ ｄ ａ ｎ ｈ ａ ｔｅ ｏ ｎｙ ｓ ｄ ｎ ｓ ｅ ｏ ｃ ｕ ｉ ｎ ｓ ｒ ｗ ｔ ｔ ｈ ｍｅ ｏ ｉ ｅ ｅ ｔｖ ｉ ｏ ｔｉ ｎｇ ｌ ｅ ｕ ｄ ｈ ｔ ｄ ｓ ｆｃ ｅｎ ｉ ｂ ａｎｉ ｃｏｓ ｏ ￣ｉｅ ｏ ｎ ａ ｙ． ｂ ｕ ｄｒ