[发明专利]时空高效的二值图像二元逻辑运算方法

说明书

本发明公开了一种基于游程编码的、时空高效的二值图像基本二元逻辑运算方法，能用更少的空间和时间开销完成二值图像的或、与、异或和逻辑差等四种基本逻辑运算及其组合。参与运算的二值图像经游程编码被表达为等价的游程树结构；定义了两个游程间的多种位置关系，并按不同的位置关系确定了相应的游程操作规则，可等价地完成游程对应二值图像的基本逻辑运算；将复杂逻辑运算分解为若干基本二元逻辑运算，并应用相应的游程操作规则得到运算结果二值图像的游程树；最后由游程树重建出结果二值图像。本发明通过游程编码，压缩了表示二值图像的空间开销，并将多个串行的像素逻辑操作压缩为一个简单的游程操作，从而显著减少了方法的空间和时间开销。

技术领域

本发明涉及图像处理、图像压缩、工业检测、农业生产与管理、交通、公共安全等应用领域，具体是一种时间和空间性能高效的二值图像二元逻辑运算方法。

背景技术

二值图像的逻辑运算是一种十分常见的图像操作，被广泛用于图像处理、图像压缩以及工农业生产检测、交通与公共安全检测等广泛领域的对象识别和图像理解任务之中。例如在图像处理中，可以利用二值图像构成不同的图像掩膜，然后通过这些掩膜的操作来控制不同的感兴趣区域；或者结合二值图像区域的骨架，通过每个骨架点不同程度的膨胀之后求并来重构原区域；等等。

一般情况下，二值图像的逻辑运算可通过逐像素进行同样的逻辑操作来完成，实现十分简单，速度快，空间性能也可接受。但是，如果需要进行的逻辑运算次数很多，参与的图像数量大，且每幅图像本身的尺寸也很大时，上述方法从时间和空间性能上而言便都存在问题。例如现有的多种二值图像区域骨架去毛刺的方法，对于简化区域骨架结构，准确提取区域拓扑特征而言具有重要意义，而这些方法中往往涉及不同骨架片段的多次重构及重构后的二值图像的逻辑运算。此时，单纯地采用逐像素操作的方法，便会使得去毛刺过程变得十分耗时，而且空间开销庞大。此外，很多二值图像往往采用类似游程编码的方法进行了压缩，如果能够在不进行解压的情况下完成有关逻辑运算，也将带来时间和空间性能上的好处。

因此，有必要找到一种改进的二值图像二元逻辑运算的方法，能够达到速度更快、空间开销更节约的效果，从而使得涉及大量大尺寸二值图像的多次逻辑运算得以高效完成。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对大量大尺寸二值图像，提供一种能够快速完成多次二值图像逻辑运算的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：利用游程来压缩地表示参与运算的二值图像及结果图像，利用游程之间的操作来等价地替代二值图像之间的逻辑运算，从而实现空间开销更节约、执行速度更快的时空高效二值图像逻辑操作。具体包括以下步骤：

i.以逐行或逐列的方式扫描参与运算的二值图像，这些二值图像应具有相同的高度H和宽度W；在本发明中，按逐列扫描的方式进行说明如下：对一幅二值图像，由左至右扫描它的各列；对第i列，由上至下扫描各个像素点；如果第i列中不存在逻辑值为1的点(白色点)，则继续扫描下一列；否则，找出该列中所有的白色点构成的游程(即由若干个连续的白色点构成的白色线段)run，run为游程结构体，包括Start、End和IsEmpty等三个字段，每个游程的Start字段设为该游程起始像素的行号(图像最顶部一行的行号为0)，End字段设为该游程终止像素的行号+1，IsEmpty设为FALSE；将第i列中的所有游程按从上至小(即按游程的Start字段的值由小至大)的顺序加入列表L_i中，称列表L_i为游程列表；将列号i和该列的游程列表L_i组织为列结构体col，包括Index和RunList等两个字段，其中Index＝i，RunList＝L_i；当图像扫描完毕后，将所有存在白色点的列的列结构体按从左至右(即列号从小至大)的顺序加入列表F中，称列表F为该幅二值图像对应的游程树；

ii.给定两个游程r_A和r_B，定义两个游程之间的关系如下：