專利名稱：N維特征空間連通性計算方法
技術領域：
本發(fā)明涉及N維特征空間連通性計算方法，尤其是一種在圖像處理中利用圖像特征值進行圖像分割的技術。
背景技術：
將特征空間視為空域和值域點的集合，空間上相連值相等的點歸在一起形成連通區(qū)。常用的連通性計算方法有1)用無向圖鄰接矩陣做高次乘法來實現(xiàn)；2)直接鄰域跟蹤。但是，方法一不僅計算量大，而且無法判斷圖像可以分為幾個連通區(qū)及每個連通區(qū)點的坐標，方法二常常因為需要遞歸計算，單機計算資源需求巨大
發(fā)明內容

鑒于以上內容，有必要提出在云計算平臺上可以輸出連通區(qū)的個數(shù)及每個連通區(qū)內點的坐標集合的連通性計算方法。一種N維特征空間連通性的計算方法，使用“數(shù)據(jù)提升、建標簽陣、數(shù)據(jù)分塊、分塊跟蹤、標簽提升、塊間合并、輸出集合”的步驟完成特征空間連通性在云計算平臺的計算。本發(fā)明所提供的連通性計算方法可以將特征空間分割成不同的連通區(qū)，并根據(jù)分割結果輸出連通區(qū)的個數(shù)及每個連通區(qū)內點的坐標集合。


圖I為本發(fā)明優(yōu)選實施方式下在圖像分割技術中進行連通性計算的方法流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明所提供的連通性計算方法將特征空間分割成不同的連通區(qū)，并根據(jù)分割結果輸出連通區(qū)的個數(shù)及每個連通區(qū)內點的坐標集合，可應用在2D/3D圖像分割、目標提取及目標識別中，用于判斷任意兩點間的連通性；計算連通區(qū)域面積、及區(qū)域密度估計概率；進行數(shù)據(jù)分類(類數(shù)、中心)、數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)壓縮(構造邊界矢量完成數(shù)據(jù)壓縮)；網(wǎng)絡鄰域發(fā)現(xiàn)；防火墻漏洞檢測；及災害預報、水利防護或城市規(guī)劃中。為使本發(fā)明易于理解，結合圖1，本案以在圖像處理中利用圖像特征值進行圖像分割的技術為例，以圖像特征矩陣為基礎描述，方法可推廣到對N維特征空間進行連通性的計算。圖I為本發(fā)明優(yōu)選實施方式下進行連通性計算的方法流程圖。步驟Sll中，從外部接收一圖像，將其從RGB轉換到CIE-Luv空間，以10為單位量化L/u/v，量化后以Sqrt(L2+U2+v2)為特征值形成特征矩陣a，此處sqrt表示開平根。步驟S 12中，掃描矩陣a，并比較矩陣a中的最大值(MAX)與最小值(MIN)，如果二者相等(MAX = MIN)，則矩陣a中所有值相同，是全連通矩陣，無需計算；否則，對所有值同減(MIN-1)，以保證所有數(shù)據(jù)大于O，用于在跟蹤算法中記錄位置信息。步驟S13中，創(chuàng)建與矩陣a行列數(shù)相同的標簽矩陣b，矩陣b的初始值均為0，以記錄跟蹤結果。步驟S14中，將矩陣a分成若干行列數(shù)相同的小塊，塊大小無強制要求，推薦128x128,256x256,512x512。將矩陣a分塊可以降低塊內連通跟蹤的復雜性，減少計算資源需求，提高塊內搜索的速度，是分布到不同計算機上進行連通 性跟蹤計算及標簽提升的基礎。步驟S15中，藉由一預設的跟蹤算法將該若干小塊中的每一小塊分別送入不同的處理器進行運算，其中，每一小塊運算后的結果分別存入該標簽矩陣b中的相應位置，從而使每一小塊內的不同連通區(qū)對應不同的標簽值。常見的預設的跟蹤算法為二維8鄰域跟蹤或三維26鄰域跟蹤等。如果某一點被跟蹤過，將其值翻轉，即如原值為X，跟蹤過后，則變成-X，其目的是避免重復跟蹤。經過跟蹤后，標簽矩陣b中每一小塊內不同連通區(qū)的標簽值不同，但標簽矩陣b中不同小塊間的標簽值可能重復。步驟S16中，藉由一預設的標簽提升算法使該標簽矩陣b中的每一個標簽值無重復。其中，該標簽提升算法包括分塊提升及整體提升兩個部分。分塊提升為比較每一小塊經運算后的若干標簽值中的最大標簽值(A)與最小標簽值(a)，將每一小塊中的全部標簽值減去(a-1)。整體提升為從第二小塊開始，每一小塊中的標簽值都加上前一小塊的最大標簽值，直到最后一塊。標簽提升的目的就是確保全部標簽值整體無重復。步驟S17中，進行合并及連通。其中，合并包括行合并及列合并兩種。行合并為檢測左右相鄰塊間的邊界點在該標簽矩陣b中的位置，并判斷在矩陣a中相同位置上特征值是否相等；若相等，則用左塊的標簽值替換右塊的標簽值。列合并為檢測上下相鄰塊間的邊界點在該標簽矩陣b中的位置，并判斷在矩陣a中相同位置上特征值是否相等；若相等，則用上塊的標簽值替換下塊的標簽值。將替換后標簽值相等的區(qū)域進行連通，即標簽值相等的點歸在一起則形成連通區(qū)。步驟S18中，對標簽矩陣b按(i，j，v)形式組織，按V快速排序，分類輸出(i，j)。其中i為行，j為列，V為標簽值。由此，根據(jù)V的數(shù)值的不同可以確定連通區(qū)的個數(shù)，并根據(jù)i、j值可對應得到相同連通區(qū)內點的坐標集合。綜上，本發(fā)明使用“數(shù)據(jù)提升、建標簽陣、數(shù)據(jù)分塊、分塊跟蹤、標簽提升、塊間合并、輸出集合”方法完成特征空間連通性在云計算平臺的計算。具體步驟為1)數(shù)據(jù)提升接收一特征矩陣，掃描該矩陣，計算所有特征值中的最大值(MAX)與最小值(MIN)，在該最大值與該最小值不相等時，將所有特征值同時減去(MIN-I) ；2)建標簽陣創(chuàng)建一標簽矩陣，該標簽矩陣的行列數(shù)與該特征矩陣的行列數(shù)相同且其初始值全部標為0 ;3)數(shù)據(jù)分塊將該特征矩陣分成若干行列數(shù)相同的小塊；4)分塊跟蹤將該若干小塊中的每一小塊分別送入云平臺上不同的計算機或處理器，根據(jù)連通性要求進行鄰域跟蹤運算，每一小塊運算后的結果分別存入該標簽矩陣b中的相應位置，從而使每一小塊內的不同連通區(qū)對應不同的標簽值；5)標簽提升藉由一預設的標簽提升算法使該標簽矩陣中的每一個標簽值無重復；6)塊間合并檢測左右相鄰塊間的邊界點在該標簽矩陣中的位置，并判斷在該特征矩陣中相同位置上特征值是否相等；若相等，則用左塊的標簽值替換右塊的標簽值；檢測上下相鄰塊間的邊界點在該標簽矩陣中的位置，并判斷在該特征矩陣中相同位置上特征值是否相等；若相等，則用上塊的標簽值替換下塊的標簽值；替換后標 簽值相等的區(qū)域是同一連通區(qū)；及7)輸出集合對標簽矩陣按(s，v)形式組織，按V快速排序，分類輸出(S)，其中S為空間坐標，V為標簽值。
權利要求
1.一種N維特征空間連通性的計算方法，其特征在于，該方法使用“數(shù)據(jù)提升、建標簽陣、數(shù)據(jù)分塊、分塊跟蹤、標簽提升、塊間合并、輸出集合”的步驟完成特征空間連通性在云計算平臺的計算。
2.如權利要求I所述的連通性的計算方法，其特征在于，所述“數(shù)據(jù)提升、建標簽陣、數(shù)據(jù)分塊、分塊跟蹤、標簽提升、塊間合并、輸出集合”的步驟具體為 1)數(shù)據(jù)提升接收一特征矩陣，掃描該矩陣，計算所有特征值中的最大值(MAX)與最小值(MIN);在該最大值與該最小值不相等時，將所有特征值同時減去(MIN-I)； 2)建標簽陣創(chuàng)建一標簽矩陣，該標簽矩陣的行列數(shù)與該特征矩陣的行列數(shù)相同且其初始值全部標為O ; 3)數(shù)據(jù)分塊將該特征矩陣分成若干行列數(shù)相同的小塊； 4)分塊跟蹤將該若干小塊中的每一小塊分別送入云平臺上不同的計算機或處理器，根據(jù)連通性要求進行鄰域跟蹤運算，每一小塊運算后的結果分別存入該標簽矩陣b中的相應位置，從而使每一小塊內的不同連通區(qū)對應不同的標簽值； 5)標簽提升藉由一預設的標簽提升算法使該標簽矩陣中的每一個標簽值無重復； 6)塊間合并檢測左右相鄰塊間的邊界點在該標簽矩陣中的位置，并判斷在該特征矩陣中相同位置上特征值是否相等；若相等，則用左塊的標簽值替換右塊的標簽值；檢測上下相鄰塊間的邊界點在該標簽矩陣中的位置，并判斷在該特征矩陣中相同位置上特征值是否相等；若相等，則用上塊的標簽值替換下塊的標簽值；替換后標簽值相等的區(qū)域是同一連通區(qū) '及 7)輸出集合對標簽矩陣按(s，v)形式組織，按V快速排序，分類輸出(S)，其中s為空間坐標，V為標簽值。
3.如權利要求2所述的連通性的計算方法，其特征在于，在所述數(shù)據(jù)分塊及分塊跟蹤步驟中，所述預設的跟蹤算法為二維8鄰域跟蹤及三維26鄰域跟蹤。
4.如權利要求3所述的連通性的計算方法，其特征在于，在所述預設的跟蹤算法中，如果某一點被跟蹤過，將其值翻轉，即如原值為X，跟蹤過后，則變成-X，用于避免重復跟蹤。
5.如權利要求2所述的連通性的計算方法，其特征在于，所述預設的標簽提升算法包括比較每一小塊經運算后的若干標簽值中的最大標簽值(A)與最小標簽值(a)，將每一小塊中的標簽值減去(a_l)，以及從第二小塊開啟每一小塊中的標簽值都加上前一小塊的最大標簽值，直至最后一塊。
6.如權利要求2所述的連通性的計算方法，其特征在于，所述N維特征空間為二維特征空間時，對標簽矩陣按(i，j，v)形式組織，按v快速排序，分類輸出(i，j)，其中i為行，j為列，V為標簽值。
7.如權利要求2所述的連通性的計算方法，其特征在于，所述連通性的計算方法用于圖像分割時還包括步驟從外部接收一圖像，將其從RGB轉換到CIE-Luv空間，以10為單位量化L/u/v，量化后以Sqrt(L2+U2+v2)為特征值形成特征矩陣，其中，sqrt表示開平根。
全文摘要
本發(fā)明提供一種N維特征空間連通性在云計算平臺上的計算方法，使用“數(shù)據(jù)提升、建標簽陣、數(shù)據(jù)分塊、分塊跟蹤、標簽提升、塊間合并、輸出集合”的步驟完成特征空間連通性在云計算平臺的計算。本發(fā)明所提供的連通性計算方法可以將特征空間分割成不同的連通區(qū)，并根據(jù)分割結果輸出連通區(qū)的個數(shù)及每個連通區(qū)點的坐標集合。
文檔編號G06T5/00GK102800050SQ20111013769
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權日2011年5月25日
發(fā)明者杜耀宏 申請人:國基電子(上海)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司