[发明专利]一种基于游程的单次扫描连通域标记方法及其硬件结构

说明书

本发明涉及一种基于游程的单次扫描通域标记方法及其硬件结构，①对输入二值图像的相邻两行同时扫描，同时记录两行之间的等价游程；②扫描完成后更新等价游程表；③检测已结束连通域，并将已结束连通域的游程写入外部存储器；④若当前行为最后一行，则将该行及游程缓存器中所有游程均写入外存储器，否则，重复执行所有步骤。

技术领域

本发明属于嵌入式图像处理专用硬件加速器领域，主要涉及基于游程的单次扫描二值图像连通域标记算法及硬件实现结构。本发明能够减少片上存储资源的需求，并且实时处理较高分辨率的二值图像，适合应用于嵌入式图像处理系统。

背景技术

连通域标记主要针对二值图像进行，二值图像的像素值仅由“0”和“1”两个值，“1”代表前景像素，“0”代表背景像素。在二值图像当中，由前景像素组成的图像子集S，若其中任何两个像素点P和R，均存在从P到R的一条通路，那么就称P和R在S中连通，图像子集S成为一个连通域。根据实现连通域标记所基于的平台不同，可分为软件连通域标记和硬件连通域标记，软件标记算法主要基于CPU等通用计算平台实现，硬件连通域标记采用硬件描述语言建模并基于FPGA平台或者以ASIC的形式实现。

软件连通域标记算法根据对图像的扫描次数可以分为两次扫描、单次扫描和多次扫描三大类：①经典的两次扫描算法由Rosenfeld于1966年提出(Sequential Operationsin Digital Picture Processing)，图像第一遍扫描时对前景像素预标记同时记录等价的标记对，扫描完成后，合并等价标记，第二遍图像扫描时，根据等价标记对确定前景像素的最终标记值。2008年，He提出了一种基于游程的两次扫描连通域标记算法(ARun-BasedTwo-Scan Labeling Algorithm)，该算法将图像当中每个游程作为整体进行标记和等价标记合并，同时采用三个一维数组实现新生成标记值的记录以及等价标记值链表的合并。BBDT由Grana在2010年提出(Optimized block-based connected components labelingwith decision trees)，是目前能够取得最好性能的软件连通域标记算法。BBDT算法采用模板对像素进行逐行扫描，在对目标像素进行标记时，基于决策表进行相应的操作；②单次扫描连通域标记算法主要指基于轮廓跟踪的方法，其主要思想是通过寻找连通区域的外部轮廓和内部轮廓，将不同的连通区域区分开来，连通区域边界以及内部的像素被赋予同一个特定的标记值，相关算法例如“A component-labeling algorithm using contourtracing technique”；③多次扫描算法最初由Haralick在1981年提出(Some neighborhoodoperations)，这种算法并不使用等价标记表，而是通过局部的邻域信息来处理等价标记对，扫描次数与图像矩阵的大小和几何复杂程度相关，后续基于Haralick算法又有了一系列改进工作，例如“Optimizing connected component labeling algorithms”等。