СПОСОБ ЗАМЫКАНИЯ КОНТУРОВ ОБЪЕКТОВ НА МАТРИЦЕ ПОЛУТОНОВОГО РАСТРОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
METHOD OF CLOSING OBJECT CONTOURS ON MESH HALFTONE MATRIX

Изобретение относится к системам технического зрения и может быть использовано в качестве процесса предварительной обработки изображения для устранения разрывов контуров объектов на матрицах полутоновых растровых изображений видеокамер при распознавании объектов.
Реальные растровые изображения, получаемые с ПЗС-матриц видеокамер, могут содержать затененные и засвеченные участки. Поэтому при оконтуривании объектов в контурах могут возникать разрывы различного размера.
Известен способ устранения разрывов контуров изображения объектов, основанный на приеме дилатации, включающий последовательное перемещение заранее заданного структурообразующего элемента по исходному контуру путем скольжения этого элемента по границе контура объекта и замыкание разрывов контура объекта перекрытием их мостиками. При этом в качестве структурообразующего элемента можно использовать круг размера, сопоставимого с размерами разрывов (Гонсалес, Р.Вудс. Цифровая Обработка Изображений. / Перевод с английского под редакцией П.А.Чочиа. - М.: Техносфера, 2005. - С.753).
Основной недостаток способа устранения разрывов контура на основе операции дилатации заключается в недостаточной точности, так как он приводит к расширению границ объекта, в результате чего контур замыкают не по исходной линии, а по контуру утолщенной границы, что не соответствует действительности.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу (прототипом) является способ замыкания контуров изображения объектов, основанный на совокупности последовательного применения к изображению приемов дилатации и эрозии, включающий последовательное перемещение заранее заданного структурообразующего элемента по исходному контуру. Этот способ замыкания устраняет основной недостаток вышеописанного способа, основанного на дилатации. Он проявляет тенденцию к сглаживанию участков контуров применительно к матрице полутонового растрового изображения, при этом ликвидирует небольшие разрывы. Структурообразующий элемент используют произвольного размера и формы. Последовательное перемещение заранее заданного структурообразующего элемента по исходному контуру изображения заключается в первоначальном скольжении структурообразующего элемента для устранения разрывов контура изображения, с применением дилатации, при расширении границ контура и последующее скольжение того же структурообразующего элемента в том же или обратном направлении, с применением эрозии, для сужения границ контура изображения, что позволяет вернуть положение границ контура на первоначальное место. В результате применения способа замыкания создают сглаженный замкнутый контур изображения объекта (Гонсалес, Р.Вудс. Цифровая Обработка Изображений. / Перевод с английского под редакцией П.А.Чочиа. - М.: Техносфера, 2005. - С.759-760).
Однако быстродействие данного процесса замыкания контуров изображения объектов является недостаточным из-за длительности времени обработки, обусловленного, во-первых, необходимостью применения ресурсоемких приемов операций дилатации и эрозии, требующих проведения вычислений по всей области структурообразующего элемента в каждой точке контура, во-вторых, необходимостью подбора размера структурообразующего элемента многократным повторением процесса замыкания при стремлении сохранить мелкие детали, так как разрыв, размер которого больше, чем размер выбранного заранее и используемого при выполнении способа структурообразующего элемента, не устраняется, а все мелкие детали на контуре изображения, размер которых не превышает размер структурообразующего элемента, теряются из-за сглаживания контура в результате выполнения процесса замыкания.
В основе изобретения лежит задача повышения быстродействия процесса замыкания контуров изображения объектов, во-первых, путем обеспечения возможности устранения разрывов произвольных размеров контуров изображения объектов при минимальных затратах времени обработки и, во-вторых, путем обеспечения сохранности детализации и местоположения исходных фрагментов контуров изображения объектов также при минимальных затратах времени обработки без необходимости повторения замыкания контура с разными размерами структурообразующего элемента.
Решение данной задачи достигается тем, что в способе замыкания контуров на матрице полутонового растрового изображения путем последовательного перемещения заранее заданного структурообразующего элемента по исходному контуру, согласно изобретению размер структурообразующего элемента выбирают равным одному элементу матрицы полутонового растрового изображения, в концевых точках фрагментов исходного контура этот размер увеличивают до тех пор, пока область структурообразующего элемента не захватит концевую точку близлежащего фрагмента исходного контура, после чего эти концевые точки соединяют между собой прямой линией. Снова размер структурообразующего элемента устанавливают равным одному элементу матрицы полутонового растрового изображения и перемещают в концевую точку очередного фрагмента исходного контура, продолжая процесс до обработки всех фрагментов исходного контура.
Устранение разрывов произвольных размеров контуров изображения объектов обусловлено тем, что размер структурообразующего элемента увеличивают до нужной величины во время осуществления процесса замыкания.
Сохранность детализации и местоположения исходных фрагментов контуров изображения объектов обусловлена тем, что размер структурообразующего элемента при его перемещении вдоль непрерывных участков контура минимален и равен одному элементу изображения на матрице полутонового растрового изображения, и не требуется последовательное применение ресурсоемких приемов дилатации и эрозии.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан пример исходного разорванного контура изображения, а на фи.2 - результат замыкания этого контура предлагаемым способом.
Способ замыкания контуров объектов на матрице полутонового растрового изображения заключается в выборе размера структурообразующего элемента равным одному элементу матрицы полутонового растрового изображения, осуществлении последовательного перемещения структурообразующего элемента по исходному контуру, увеличении размера структурообразующего элемента до тех пор, пока область последнего не захватит концевую точку близлежащего фрагмента исходного контура, соединении этих концевых точек между собой прямой линией, последующем установлении размера структурообразующего элемента равным одному элементу матрицы полутонового растрового изображения и перемещении в концевую точку очередного фрагмента исходного контура, продолжая процесс до обработки всех фрагментов исходного контура.
Способ замыкания контуров объектов на матрице полутонового растрового изображения осуществляется следующим образом.
Изначально на матрице полутонового растрового изображения на множестве разорванных фрагментов исходного контура (фиг.1) выбирают произвольную точку. Поскольку начальная произвольная точка может оказаться не концевой, положим, что перемещение структурообразующего элемента выполняют по часовой стрелке. Размер структурообразующего элемента задают равным одному элементу матрицы полутонового растрового изображения, то есть одному пикселю.
Осуществляют последовательное перемещение заранее заданного структурообразующего элемента, который, в отличие от прототипа, изначально вырожден в одну точку, по исходному контуру. В процессе такого перемещения отмечают все пройденные точки, продолжая процесс до тех пор, пока структурообразующий элемент не достигнет концевой точки. Если ширина разрыва контура составляет один элемент изображения, разрыв устраняют путем перемещения структурообразующего элемента в такую точку относительно текущей, в которой она будет одновременно касаться концевых точек уже пройденного и очередного фрагмента контура. Затем этот элемент перемещают в конечную точку очередного фрагмента контура и процесс замыкания продолжают. Таким образом, пока разрывы контура не превышают по ширине одного элемента изображения, линия замкнутого контура в точности повторяет линии исходных фрагментов, сохраняя все их детали. При этом время замыкания является минимальным, поскольку для замыкания малых разрывов и перемещения по контуру достаточно на каждом шаге тестировать на изображении контура не более семи точек, смежных с текущей.
Если структурообразующий элемент перемещают до разрыва, размер которого превышает один элемент изображения, запоминают значение координаты концевой точки начала такого разрыва. Далее из этой точки фрагмента исходного контура производят локацию, то есть поиск, путем увеличения размера структурообразующего элемента до тех пор, пока не обнаружат попадание в его область концевой точки близлежащего очередного фрагмента исходного контура. Форму увеличивающегося в размерах структурообразующего элемента устанавливают в общем случае произвольной, в частности, имеющей вид сектора с центром в концевой точке, центральный угол которого определяют предполагаемой формой контура. Если информация о форме контура отсутствует, увеличивающийся в размерах структурообразующий элемент может иметь вид круга с центром в концевой точке. После попадания в область локации концевой точки другого фрагмента контура, концевую точку фрагмента исходного контура соединяют с найденной концевой точкой близлежащего очередного фрагмента исходного контура прямой линией.
Далее структурообразующий элемент переносят в найденную концевую точку очередного фрагмента исходного контура изображения, его размер снова задают равным одному пикселю и продолжают операцию перемещения вдоль контура, начиная с найденной концевой точки очередного фрагмента. Таким образом устраняют все обнаруженные разрывы на каждом фрагменте исходного контура объекта на матрице полутонового растрового изображения. Процесс продолжают до тех пор, пока не останется ни одной не обработанной концевой точки, к которой бы не было применено замыкание и пока структурообразующий элемент не вернется в исходную точку. Таким образом, исходный контур замыкают во всех местах обнаруженных разрывов (фиг.2).
Использование предлагаемого метода позволяет обеспечить качественное и эффективное устранение разрывов контуров на матрице полутонового растрового изображения при наименьшей трудоемкости и без потери детализации на имеющихся фрагментах контура исходного объекта, что позволяет наиболее точно распознавать объекты на матрице полутонового растрового изображения видеокамеры. Очевидно, как следует из вышеприведенного описания, такие контуры должны представлять собой неветвящиеся структуры, соответствовать выпуклым объектам и иметь толщину линии в один пиксель.