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Python實現(xiàn)連通域標記算法

 更新時間:2023年12月13日 09:04:12   作者:微小冷  
如果把圖像分為前景和背景兩部分,那么連通域就是連通在一起的前景,這種關(guān)系對于二值圖像來說比較明顯,下面我們就來了解一下連通域標記算法原理及其Python實現(xiàn)吧

問題引入

通俗地說,如果把圖像分為前景和背景兩部分,那么連通域就是連通在一起的前景,這種關(guān)系對于二值圖像來說比較明顯。

以下面的硬幣圖像,在二值化之后,可以很明顯看到,圖像被分為黑色和白色兩個部分,若以白色為背景,則黑色被白色隔開,彼此之間并不聯(lián)通。連通域標記的目的,就是為不連通的這些黑色區(qū)域,標上不同的序號。

其繪圖代碼如下,其中climb是此前實現(xiàn)的自動ostu閾值算法,參考這篇:OTSU算法及其Python實現(xiàn)

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
path = r"coin.png"
img = plt.imread(path).astype(float)
img = np.mean(img, axis=2)
th = 0.513    # climb(img, 0.1, 0, 0.01)
b = img>th

def drawImg(im1, im2, c1='gray', c2='gray'):
    fig = plt.figure()
    ax = fig.add_subplot(121)
    plt.imshow(im1, cmap=c1)
    plt.axis('off')
    ax = fig.add_subplot(122)
    plt.imshow(im2, cmap=c2)
    plt.axis('off')
    plt.show()

drawImg(img, b)

實現(xiàn)

常用的連通域標記算法是Two-Pass算法,顧名思義,就是迭代兩次,第一次用于記錄相鄰像素的連通域關(guān)系,第二次則把相連通的區(qū)域置以相同的標簽。

在遍歷之前,先初始化一個編號矩陣,考慮到Python提供了字典這種數(shù)據(jù)類型,所以第一次遍歷,將關(guān)聯(lián)相鄰像素的編號。比如,點P12的編號是3,點P22的編號是4,而且二者均為目標,則將產(chǎn)生一組鍵值對{3:4}。

下面就是這個字典的創(chuàng)建過程,由于在遍歷過程中,每個像素點要和它左側(cè)和上方的像素點進行比較,所以這個字典的值應(yīng)該是一個列表。

from itertools import product
def getIndDct(img):
    # 元素個數(shù)
    m,n = img.shape
    # 編號矩陣
    indMat = np.arange(m*n).reshape([m,n])
    dct = {}
    for i,j in product(range(m), range(n)):
        if img[i,j] == 0:
            continue
        ind = indMat[i,j]
        dct[ind] = []
        if i>1 and img[i-1,j]!=0:
            dct[ind].append(indMat[i-1,j])
        if i+1<m and img[i+1, j]!=0:
            dct[ind].append(indMat[i+1,j])
        if j > 1 and img[i,j-1]!=0:
            dct[ind].append(indMat[i, j-1])
        if j+1 < n and img[i, j+1] != 0:
            dct[ind].append(indMat[i, j+1])
    return dct

在得到編號映射字典之后,需要將其歸一化,就是把類似a:[b,c]和]c:[d,e]合并為a:[b,c,d,e]。當(dāng)所有編號都已經(jīng)歸類之后,還可以繼續(xù)將其變?yōu)閇a,b,c,d,e]實現(xiàn)如下

from copy import deepcopy
def mergeKey(dct, key):
    keys = [key]
    st, ed = 0, 1
    while len(keys)>0:
        for i in range(st, ed):
            k = keys[i]
            if k in dct:
                keys += dct[k]
                del dct[k]
        if ed == len(keys):
            break
        st, ed = ed, len(keys)
    return keys

def uniqueDct(dct):
    uDct = deepcopy(dct)
    for k in dct:
        if k in uDct:
            uDct[k] = list(set(mergeKey(uDct, k)))
    return [list(set([k]+v)) for k,v in uDct.items()]

最后,將其重新賦值,由于編號矩陣是按照自然數(shù)列的順序創(chuàng)建的,故而只需先把圖像展平,就可以通過編號矩陣的索引直接對圖像的某些區(qū)域重新賦值。

def cds(img):
    dct = getIndDct(img)
    lst = uniqueDct(dct)
    arr = img.reshape(-1)*0
    for i,L in enumerate(lst, 1):
        arr[L] = i
    return arr.reshape(img.shape)

測試

接下來,將這個連通域算法應(yīng)用到硬幣圖像上,由于上面的硬幣圖案有很多噪聲,會影響連通域計算結(jié)果,所以先對其進行預(yù)處理

from scipy.ndimage import binary_erosion

b = img>0.4
bb = binary_erosion(b, np.ones([5,5]))
c = cds(bb)
drawImg(img, c, 'gray', 'jet')

效果如下

到此這篇關(guān)于Python實現(xiàn)連通域標記算法的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python連通域標記內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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