CN110766625B - 一种数字图像掩模的快速填充方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字图像掩模的快速填充方法，针对现有掩模填充方法对边缘区域填充效果不佳、不能一次性填充所有掩模区域且计算速度慢的问题，提供一种快速掩模填充方法，可利用无效像素周围有效像素的加权和实现对掩模的快速填充。其有益效果在于：可以将权值计算和填充计算分离，只要掩模不变就无需重新计算权值；可以一次性填充所有掩模区域，不用区分边缘区域和连通区域；无需解方程，且无效像素的数量对计算量影响不大，计算速度快。

Description

一种数字图像掩模的快速填充方法

技术领域

本发明属于图像处理领域，具体涉及一种数字图像掩模的快速填充方法。

背景技术

在数字图像处理中，许多情况下都需要将图像中的某些区域设置为无效区域，进而在后续处理过程中不处理这些无效区域。这时就会使用图像的“掩模”，即一幅与图像大小一样的二值图，其0值域则表示这些无效区域。比如图像中有几个物体，但只有一个物体需要进行后续处理，而图像又不能任意裁剪，就需要用掩模将其它物体去除。

然而，掩模的使用又使后续处理变得困难，比如滤波时如何处理掩模边界，就是一个比掩模本身更加复杂的问题。为了便于掩模的后续处理，我们常常需要对掩模进行填充，就是用掩模周围的像素将掩模内的无效像素填充为有一定意义的有效值。目前最常用的掩模填充方法是拉普拉斯法，即用掩模区域的包络像素求解拉普拉斯方程来估计掩模内的像素值。但是，拉普拉斯法存在几个缺点：

1)不能填充边缘掩模区域。当掩模区域位于边缘时，拉普拉斯法仍然需要将最边缘的像素作为包络才能求解。如果边缘是无效像素时就会将这些无效值代入方程中，导致填充效果不理想。

2)每次求解方程只能有效填充一个连通区域。如果图像中有多个无效区域，则需要分别求解每个连通区域，计算量成倍增加。

3)方程数量与无效像素数正相关，计算速度较慢。如果掩模中无效像素较多，则解方程时的求逆过程计算量会急剧增加，严重降低速度。

4)每次图像变化都需要重新求解拉普拉斯方程。在处理实时图像序列时，每帧图像都需要重新解方程，执行效率较低，不便于实时应用。

因此，亟待一种能实现任意掩模填充且计算速度快的掩模填充方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：针对现有掩模填充方法对边缘区域填充效果不佳、不能一次性填充所有掩模区域且计算速度慢的问题，提供一种快速掩模填充方法，可以将权值计算和填充计算分离，并用较小的计算代价一次性填充所有掩模区域。

本发明采用的技术方案为：一种数字图像掩模的快速填充方法，利用无效像素周围有效像素的加权和实现对掩模的快速填充，并且将权值计算和填充计算分离，在掩模不变时无需重复计算权值。由于某些无效像素周围不存在任何有效像素(如两条无效直线交汇处)，因此将掩模的填充分为两个阶段：首先填充周围存在有效像素的无效像素，首次填充后剩余无效像素的周围则必然存在有效像素，因此只需再次进行填充，即可将整个掩模填充完毕。具体实现步骤为：

步骤(1)、建立一个“无效像素索引表”和“邻近有效像素索引表”，并搜索掩模中的无效像素及其周围距离最近的有效像素，如果无效像素周围存在任一有效像素，则将该无效像素加入上述无效像素索引表，并将其周围有效像素的索引添加到上述邻近有效像素索引表中；

步骤(2)、根据上述邻近有效像素索引表中有效像素和无效像素之间的距离，计算各个有效像素的权值，得到一个“邻近有效像素权值表”；

步骤(3)、将掩模中已添加到上述无效像素索引表的位置全部变为有效像素，得到首次填充掩模，如果该掩模中仍然存在无效像素，则重复步骤(1)和步骤(2)，得到第二个“无效像素索引表”、“邻近有效像素索引表”和“邻近有效像素权值表”；

步骤(4)、利用上述两个“无效像素索引表”、“邻近有效像素索引表”和“邻近有效像素权值表”，对需要填充的图像进行填充；

步骤(5)、如果需要填充其它图像且掩模未发生改变，则只需重复步骤(4)；如果掩模发生改变，则重新执行步骤(1)～步骤(4)。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

(1)本发明方法可以将权值计算和填充计算分离。也就是说，可以事先将填充时需要的权值计算好，只要掩模不变就无需重新计算权值。在图像序列实时填充时只需计算像素的加权和即可，从而大幅度提升填充的实时性。

(2)本发明方法可以一次性填充所有掩模区域。不用区分边缘区域和连通区域，只要掩模中有一个以上的有效像素，就可以推算整个掩模区域的权值，一次性完成填充。

(3)本发明方法无需解方程，且无效像素的数量对计算量影响不大，计算速度快。

附图说明

图1是本发明一种数字图像掩模的快速填充方法的流程图；

图2是实施例中待填充的掩模；

图3是实施例中的上、下、左、右四副边界二值图；

图4是实施例中的上、下、左、右四副填充索引图；

图5是实施例中的首次填充掩模；

图6是实施例中需要填充的原始图像；

图7是实施例中的首次填充图像；

图8是实施例中的最终填充图像。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施办法。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例对该领域的技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。

如图1所示，本发明一种数字图像掩模的快速填充方法，具体包括如下步骤：

步骤(1)、建立一个“无效像素索引表”和“邻近有效像素索引表”，并搜索掩模中的无效像素及其周围距离最近的有效像素，如果无效像素周围存在任一有效像素，则将该无效像素加入上述无效像素索引表，并将其周围有效像素的索引添加到上述邻近有效像素索引表中。为了便于说明，本实施例中只考虑上、下、左、右四个方向的邻近有效像素，具体实现方法如下：

1)搜索掩模中纵向由1变0、纵向由0变1、横向由1变0、横向由0变1的像素位置，得到上、下、左、右四副边界二值图。以如图2所示待填充的掩模为例，其维度为256×256，得到的四副边界二值图分别如图3所示。

2)建立上、下、左、右四副填充索引图，将四副边界二值图中边界与边界之间的部分，分别填充为各自上、下、左、右边界像素的索引。本实施例得到的四副填充索引图如图4所示。

3)搜索掩模中的所有无效像素，并获取各个无效像素在四副填充索引图中同位置的填充索引值，只要四个填充索引值中任一有效，则将该无效像素加入无效像素索引表，并将四个填充索引值添加到邻近有效像素索引表中。本实施例中一共有10227个无效像素，其中有10241个无效像素存在有效填充索引值，因此建立的邻近有效像素索引表维度为4×10241，其中第1至4列分别是上、下、左、右的填充索引值。

步骤(2)、根据上述邻近有效像素索引表中有效像素和无效像素之间的距离，计算各个有效像素的权值，得到一个“邻近有效像素权值表”。

本实施例使用距离倒数作为权值，即计算无效像素和对应邻近有效像素距离的倒数，再进行归一化后作为权值。本实施例中的邻近有效像素权值表维度同样为4×10241。

步骤(3)、将掩模中已添加到上述无效像素索引表的位置全部变为有效像素，得到首次填充掩模，如果该掩模中仍然存在无效像素，则重复步骤(1)和步骤(2)，得到第二个“无效像素索引表”、“邻近有效像素索引表”和“邻近有效像素权值表”。

本实施例中得到的首次填充掩模如图5所示，可见在角落上仍然存在无效像素。因此，重复步骤(1)和步骤(2)后，得到第二个“无效像素索引表”、“邻近有效像素索引表”和“邻近有效像素权值表”，维度分别为1×36、4×36和4×36。

步骤(4)、利用上述两个“无效像素索引表”、“邻近有效像素索引表”和“邻近有效像素权值表”，对需要填充的图像进行填充。该步骤的具体实现方法如下：

1)将图像在第一个邻近有效像素索引表中的像素，按照第一个邻近有效像素权值表中的权值计算加权和，并替换图像中对应的无效像素，得到首次填充图像。本实施例中需要填充的原始图像如图6所示，得到的首次填充图像如图7所示，可见图像中的一些瑕疵点已经被填补。

2)如果存在第二个“无效像素索引表”、“邻近有效像素索引表”和“邻近有效像素权值表”，则再用首次填充图像计算加权和，并替换剩余的无效像素，得到最终填充图像。本实施例中得到的最终填充图像如图8所示。

步骤(5)、如果需要填充其它图像且掩模未发生改变，则只需重复步骤(4)；如果掩模发生改变，则重新执行步骤(1)～步骤(4)。

Claims (3)

1.一种数字图像掩模的快速填充方法，其特征在于，实现步骤如下：

步骤(1)、建立一个“无效像素索引表”和“邻近有效像素索引表”，并搜索掩模中的无效像素及其周围距离最近的有效像素，如果无效像素周围存在任一有效像素，则将该无效像素加入上述无效像素索引表，并将其周围有效像素的索引添加到上述邻近有效像素索引表中；

步骤(2)、根据上述邻近有效像素索引表中有效像素和无效像素之间的距离，计算各个有效像素的权值，得到一个“邻近有效像素权值表”；

步骤(3)、将掩模中已添加到上述无效像素索引表的位置全部变为有效像素，得到首次填充掩模，如果该掩模中仍然存在无效像素，则重复步骤(1)和步骤(2)，得到第二个“无效像素索引表”、“邻近有效像素索引表”和“邻近有效像素权值表”；

步骤(4)、利用上述两个“无效像素索引表”、“邻近有效像素索引表”和“邻近有效像素权值表”，对需要填充的图像进行填充；

步骤(5)、如果需要填充其它图像且掩模未发生改变，则只需重复步骤(4)；如果掩模发生改变，则重新执行步骤(1)～步骤(4)。

2.根据权利要求1所述的一种数字图像掩模的快速填充方法，其特征在于：所述步骤(1)的实现方法为：

11)搜索掩模中纵向由1变0、纵向由0变1、横向由1变0、横向由0变1的像素位置，得到上、下、左、右四副边界二值图；

12)建立上、下、左、右四副填充索引图，将四副边界二值图中边界与边界之间的部分，分别填充为各自上、下、左、右边界像素的索引；

13)搜索掩模中的所有无效像素，并获取各个无效像素在四副填充索引图中同位置的填充索引值，只要四个填充索引值中任一有效，则将该无效像素加入无效像素索引表，并将四个填充索引值添加到邻近有效像素索引表中。

3.根据权利要求1所述的一种数字图像掩模的快速填充方法，其特征在于：所述步骤(4)的实现方法为：

41)将图像在第一个邻近有效像素索引表中的像素，按照第一个邻近有效像素权值表中的权值计算加权和，并替换图像中对应的无效像素，得到首次填充图像；

42)如果存在第二个“无效像素索引表”、“邻近有效像素索引表”和“邻近有效像素权值表”，则再用首次填充图像计算加权和，并替换剩余的无效像素，得到最终填充图像。

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