一种数字图像轮廓提取方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103035010A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN103035010A(43)申请公布日2013.04.10(21)申请号201210571961.9(22)申请日2012.12.24(71)申请人厦门大学地址361005福建省厦门市思明南路422号(72)发明人周剑扬张树群蔡艺军(74)专利代理机构厦门南强之路专利事务所35200代理人马应森(51)Int.Cl.G06T7/00(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书55页页附图附图22页(54)发明名称一种数字图像轮廓提取方法(57)摘要一种数字图像轮廓提取方法，涉及一种数字图像处理技术。1）观察被分割图像，初始化曲线；2）初始化速度演化函数，得到速度演化图像V；3）对步骤1）得到的初始化二值图像A进行膨胀操作，得到图像E，E是膨胀所得的图像，B为3×3的结构元素，该结构元素的值；4）更新水平集函数，即更新二值图像A；5）返回步骤3）继续操作。针对FPGA的特点，提出基于形态水平集的轮廓提取算法，不需浮点运算且对每个像素采用并行方式计算；采用Handel-C语言，比传统硬件描述语言快速高效；图像处理子模块中的Dilation和Erosion子模块，采用改进结构的电路，使得只要扫描图像一遍就能得到整个模板操作的图像效果。CN1035ACN103035010A权利要求书1/1页1.一种数字图像轮廓提取方法，其特征在于包括以下步骤：1）观察被分割图像，初始化一个长为long个像素，宽为width个像素的曲线，long和width是一个整数，该曲线称为C，其中long和width可以根据被分割图像来进行设定，设定的原则为该曲线完全在目标图像内部，在图像上，初始化水平集函数，得到初始化二值图像A；所述初始化水平集函数依据的公式如下：（公式1）其中x表示像素点所在位置，t表示时间变量；2）初始化速度演化函数，得到速度演化图像V，令（公式2）其中F为速度演化函数，初始化演化函数依据的公式如下：（公式3）3）对步骤1）得到的初始化二值图像A进行膨胀操作，得到图像E，E是膨胀所得的图像，B为3×3的结构元素，该结构元素的值，可根据具体图像的形状和尺寸来设定，（公式4）其中的膨胀操作定义如下：（公式5）其中a表示A中的一个像素，b表示B中的一个像素，c表示该操作后新图像的一个像素；4）更新水平集函数，即更新二值图像A：（公式6）其中的腐蚀操作定义如下：AΘB＝{c|c+b∈A,b∈B}（公式7）其中a,b,c的含义同公式5；5）返回步骤3）继续操作；图像轮廓的提取过程是一迭代过程，通过膨胀与腐蚀操作得到目标轮廓，当迭代满足以下两个条件之一时，停止迭代，图像轮廓提取结束：（a）连续的两次目标轮廓图像一样；（b）迭代次数达到设定的最大值。2CN103035010A说明书1/5页一种数字图像轮廓提取方法技术领域[0001]本发明涉及一种数字图像处理技术，特别是涉及适合于在FPGA上并行实现的基于形态水平集的一种数字图像轮廓提取方法。背景技术[0002]数字图像的轮廓提取通常需要进行大量的数据计算。尽管目前CPU的计算速度越来越快，在面对复杂的处理算法或高分辨率的图像时往往还是效率低下。[0003]在现代数字电路设计中，FPGA发挥着越来越重要的作用。包括简单的接口电路设计，状态机以及SoC的设计，FPGA扮演的角色已经不容忽视。FPGA作为目前电子设计自动化工具设计中广泛应用的一种器件，在图像处理系统中已经得到广泛的应用。[0004]在众多图像轮廓提取算法中，基于能量泛函的分割方法或者活动轮廓模型是当前的研究热点，它包括以Snake模型为代表的参数活动轮廓模型和基于水平集方法的几何活动轮廓模型。例如M.Kass,A.Witkins,D.Terzopoulos在1988年发表的论文“Snakes:activecontourmodels”就属于前者，而N.Paragios,R.Deriche在2000年发表的论文“Geodesicactivecontoursandlevelsetsforthedetectionandtrackingofmovingobjects”则属于后者。活动轮廓模型的基本思想是使用连续曲线来表达目标轮廓，并定义一个能量泛函使得其自变量包括曲线，将分割过程转变为求解能量泛函的最小值的过程，再通过求解函数对应的欧拉方程得到数值。但是求解欧拉方程通常较为复杂，需要耗费相当长的时间进行计算，而且传统的方法也不利于采用并行方式进行计算，而对于需要用到浮点数操作的算法更不利于在FPGA上实现加速并行。本发明所采用的基于形态水平集的图像轮廓提取算法既能实现并行计算，而且计算简单，不需要进行浮点数运算，因而适合在FPGA上