[发明专利]一种立方体粒计算的图像分割方法

权利要求书

1.一种立方体粒计算的图像分割方法，其特征在于，首先提取彩色待分割图像的像素点RGB值，再根据待分割彩色图像的RGB值，构造原子立方体粒集，构建立方体粒之间的合并算子和立方体粒模板，将待分割图像每个像素点的RGB值表示为立方体粒，并将其与立方体粒模板进行匹配，并确定分割后图像每个像素点的RGB值，最后保存分割彩色图像，从而实现立方体粒计算的图像分割，具体包括以下步骤：

(1)、提取彩色待分割图像的像素点RGB值：

提取彩色待分割图像的像素点RGB值，R为红色值，G为绿色值，B为蓝色值，(i,j)为像素点的坐标，色彩是由R、G、B组成，R、G、B的取值范围为[0,255]；

(2)、根据待分割彩色图像的RGB值，构造原子立方体粒集：

将待分割彩色图像每个像素点的RGB值表示为立方体粒，立方体粒具有g＝(C,r)的形式，其中C＝(R,G,B)为立方体粒的中心，r为立方体粒的边长，表示立方体粒的大小，称为立方体粒的粒度；当r＝0时，立方体粒最小且不能再分割，称为原子立方体粒，对高为N1、宽为N2的图像，其像素数为N＝N1×N2，构造由N个立方体粒构成的粒集GS，像素点的坐标(i,j)对应的立方体粒为第N₁×(j-1)+1个立方体粒；

(3)、构建立方体粒之间的合并算子和立方体粒模板，方法是：

两立方体粒g₁＝(C1,r1)，其中C1＝(R₁,G₁,B₁)为g1的中心，r1为g1的粒度，g₂＝(C2,r2)，其中C2＝(R₂,G₂,B₂)为g2的中心，r2为g2的粒度，合并立方体粒的中心和粒度，由g1和g2的中心，根据式1、式2、式3，计算立方体粒的中心(Ru,Gu,Bu)：

Ru＝0.5(max{R1+0.5r1,R2+0.5r2}+min{R1-0.5r1,R2-0.5r2}) 式1

Gu＝0.5(max{G1+0.5r1,G2+0.5r2}+min{G1-0.5r1,G2-0.5r2}) 式2

Bu＝0.5(max{B1+0.5r1,B2+0.5r2}+min{B1-0.5r1,B2-0.5r2}) 式3

由g1和g2的中心和粒度，根据式4，合并立方体粒的中心，ru为合并立方体粒的粒度：

gu＝g₁∨g₂＝(Cu,ru) 式4；

其中Cu＝(Ru,Gu,Bu)为合并立方体粒的中心；

根据下式：

ru＝max{max{R1+0.5r1,R2+0.5r2}-min{R1-0.5r1,R2-0.5r2}，max{G1+0.5r1,G2+0.5r2}-min{G1-0.5r1,G2-0.5r2},max{B1+0.5r1,B2+0.5r2}-min{B1-0.5r1,B2-0.5r2}} 式5

得到合并立方体粒；

设置粒度阈值ρ，构建立方体粒模板，该模板是一个集合，用GB表示，立方体粒模板中的立方体粒用gb＝(Cb,rb)表示，其中Cb＝(Rb,Gb,Bb)为模板立方体粒的中心，rb为模板立方体粒的粒度；将立方体粒集GS第一个立方体粒加入立方体粒模板中，并在立方体粒集GS删去第一个立方体粒，同样用式1至式5计算立方体粒集GS中的所有立方体粒与立方体粒模板GB中所有立方体粒之间的合并立方体粒gu；当立方体粒gu的粒度小于或等于粒度阈值ρ时，gb＝gu，并且在立方体粒集GS中删去参与合并的立方体粒，当立方体粒gu的粒度大于粒度阈值ρ时，选取立方体粒集GS的第一个立方体粒加入立方体粒模板GB，并且在立方体粒集GS中删去第一个立方体粒，直到立方体粒集GS中所有的立方体粒全部被删去，这样立方体粒模板GB中的元素不断增加，而立方体粒集GS中的元素不断减少直至为空集，即构造了含有n个立方体粒的立方体粒模板GB＝{gb1,gb2,...,gbn)；

(4)、将待分割图像每个像素点的RGB值表示为立方体粒集GS，并将其与立方体粒模板进行匹配，匹配公式为：

D(i,j)＝max{|Rj-Rbi|,|Gj-Gbi|,|Bj-Bbi|} 式6

其中(Rbi,Gbi,Bbi)立方体粒模板中第i个立方体粒的中心,(Rj,Gj,Bj)为立方体粒集GS第j个立方体粒的中心；

根据式6计算立方体粒集GS第j个立方体粒与立方体粒模板GB第i个立方体粒之间的距离；

(5)、确定待分割彩色图像像素点分割后的RGB值：

根据待分割图像像素点的RGB值对应的立方体粒gj与立方体粒模板GB立方体粒gbi之间的距离D(i,j)，找出最小的距离所对应的立方体粒模板中的立方体粒的编号id＝argminD(i,j),其中1<i<n，立方体粒模板中第id个立方体粒的中心即为该像素点分割后的RGB值；

(6)、保存分割彩色图像，将分割后的彩色图像以JPG格式保存到计算机相应的文件夹中，从而实现立方体粒计算的图像分割。

2.根据权利要求1所述的立方体粒计算的图像分割方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、提取待分割彩色图像像素点的RGB值，3×4的彩色图像，其像素点(2,1)的RGB值为(10,13,34)；

第二步、根据待分割彩色图像的RGB值，构造立方体粒集，将RGB值表示为原子立方体粒，其立方体粒集为GS＝{g₁,g₂,g₃,g₄,g₅,g₆,g₇,g₈,g₉,g₁₀,g₁₁,g₁₂},其中

g₁＝(0,0,0,0),g₂＝(10,13,34,0),g₃＝(35,20,15,0),g₄＝(21,38,12,0),

g₅＝(151,151,155,0) g₆＝(101,155,98,0) g₇＝(155,100,95,0) g₈＝(102,99,155,0)

g₉＝(255,198,197,0) g₁₀＝(195,199,255,0) g₁₁＝(199,255,200,0) g₁₂＝(255,255,255,0)

第三步、合并立方体粒，构造立方体粒模板，两立方体粒g₁＝(0,0,0,0)和g₂＝(10,13,34,0)，通过式1、式2、式3、式4和式5，计算合并立方体粒为gu＝g₁∨g₂＝(5,6.5,17,34)；

设置粒度阈值ρ，构造立方体粒模板，将立方体粒集GS第一个立方体粒加入立方体粒模板GB中，删去粒集GS的第一个立方体粒，第二个立方体粒成为第一个立方体粒，将第一个立方体粒分别于立方体粒模板GB中的立方体粒合并，当合并立方体粒的粒度小于或等于ρ时，合并立方体粒代替立方体粒模板GB的立方体粒，重复这一过程，直至GS不含任何立方体粒，设粒度阈值为ρ＝200，以3×4彩色图像说明立方体粒模板的生成过程：

RGB形成的立方体粒集为GS＝{g₁,g₂,g₃,g₄,g₅,g₆,g₇,g₈,g₉,g₁₀,g₁₁,g₁₂}，首先将g₁加入立方体粒模板GB中，从GS中删去g₁，立方体粒模板GB有1个立方体粒GB＝{gb₁},且gb₁＝g₁，对于GS的第一个立方体粒g₂，根据式2和式3，g₂与gb₁合并后的立方体粒为gu＝g₂∨gb₁＝(5,6.5,17,34),由于其粒度为34小于ρ，gb1＝gu，即gb1＝(5,6.5,17,34),此时立方体粒模板有1个立方体粒，即GB＝{gb₁}；

gu＝g₃∨gb₁＝(11.5,9.425,16.5667,47)，由于其粒度为47小于ρ，gb1＝gu，

gu＝g₄∨gb₁＝(12.3436,11.9625,16.1611,52.075)，由于其粒度小于ρ，gb1＝gu，

gu＝g₅∨gb₁＝(68.6887,68.4625,72.5804,165.075)，由于其粒度小于ρ，gb1＝gu，

gu＝g6∨gb₁＝(69.4355,70.4625,73.1679,169.075)，由于其粒度小于ρ，gb1＝gu，

gu＝g₇∨gb₁＝(69.9490,70.6398,73.2989,170.102)，由于其粒度小于ρ，gb1＝gu，

gu＝g₈∨gb₁＝(69.9490,70.6398,73.2989,170.102)，由于其粒度小于ρ，gb1＝gu，

gu＝g₉∨gb₁＝(119.9490,105.0520,106.7224,270.102)，由于其粒度大于ρ，gb2＝g9，

gu＝g₁₀∨gb₁＝(123.2963,109.2421,113.3357,283.3286)，由于其粒度大于ρ，但是gu＝g₁₀∨gb₂＝(225,198.5,226,60)，由于其粒度小于ρ，gb2＝gu，

gu＝g₁₁∨gb₁＝(123.8758,112.5005,111.3559,285)，由于其粒度大于ρ，但是gu＝g₁₁∨gb₂＝(218.9027,211.75,219.9027,86.5)，由于其粒度小于ρ，gb2＝gu，

gu＝g₁₂∨gb₁＝(126.6575,112.5005,114.0880 285)，由于其粒度为255大于ρ，但是gu＝g₁₂∨gb₂＝(218.9027,211.75,219.9027,86.5)，由于其粒度小于ρ，gb2＝gu，

得到的立方体粒模板为GB＝{gb₁，gb₂}；

第四步、提取待分割彩色图像像素点的RGB值，3×4待分割彩色图像其RGB值依次为：

RGB(1,1)＝(0,0,0) RGB(2,1)＝(10,13,34) RGB(3,1)＝(35,20,15)

RGB(1,2)＝(21,38,12) RGB(2,2)＝(151,151,155) RGB(3,2)＝(101,155,98)

RGB(1,3)＝(155,100,95) RGB(2,3)＝(102,99,155) RGB(3,3)＝(255,198,197)

RGB(1,4)＝(195,199,255) RGB(2,4)＝(199,255,200) RGB(3,4)＝(255,255,255)

其对应的粒集为GS，其与立方体粒模板GB之间的匹配距离为：

D(1,1)＝73.2989, D(1,2)＝59.9490, D(1,3)＝58.2989, D(1,4)＝61.2989, D(1,5)＝81.7011, D(1,6)＝84.3602, D(1,7)＝85.0510, D(1,8)＝81.7011, D(1,9)＝185.0510, D(1,10)＝181.7011, D(1,11)＝184.3602, D(1,12)＝185.0510

D(2,1)＝219.9027 D(2,2)＝208.9027 D(2,3)＝204.9027 D(2,4)＝207.9027 D(2,5)＝67.9027 D(2,6)＝121.9027 D(2,7)＝124.9027 D(2,8)＝116.9027 D(2,9)＝36.0973 D(2,10)＝35.0973 D(2,11)＝43.2500 D(2,12)＝43.2500；

第五步、确定距GS中每个立方体粒最近的立方体粒模板GB中立方体粒的编号，距12立方体粒最近的立方体粒模板GB的立方体粒的编号为1,1,1,1,2,1,1,1,2,2,2,2，分割后的像素点的RGB值为：

RGB(1,1)＝(70,71,73) RGB(2,1)＝(70,71,73) RGB(3,1)＝(70,71,73)

RGB(1,2)＝(70,71,73) RGB(2,2)＝(219,222,220) RGB(3,2)＝(70,71,73)

RGB(1,3)＝(70,71,73) RGB(2,3)＝(70,71,73) RGB(3,3)＝(219,222,220)

RGB(1,4)＝(219,222,220) RGB(2,4)＝(219,222,220) RGB(3,4)＝(219,222,220)；

第六步、保存分割后的图像，将分割后的彩色图像以JPG格式保存到计算机相应的文件夹中，从而实现立方体粒计算的图像分割。