OpenCV学习(13) 细化算法(1)

程序编码参考经典的细化或者骨架算法文章：

T. Y. Zhang and C. Y. Suen, “A fast parallel algorithm for thinning digital patterns,” Comm. ACM, vol. 27, no. 3, pp. 236-239, 1984.

它的原理也很简单：

      我们对一副二值图像进行骨架提取，就是删除不需要的轮廓点，只保留其骨架点。假设一个像素点，我们定义该点为p1，则它的八邻域点p2->p9位置如下图所示，该算法考虑p1点邻域的实际情况，以便决定是否删除p1点。假设我们处理的为二值图像，背景为黑色，值为0，要细化的前景物体像素值为1。

算法的描述如下。

首先复制源图像到目地图像，然后建立一个临时图像，接着执行下面操作：

1. 把目地图像复制给临时图像，对临时图像进行一次扫描，对于不为0的点，如果满足以下四个条件，则在目地图像中删除该点(就是设置该像素为0)，这里p2，…，p9是对应位置的像素灰度值(其为1或者0)。

   a. 2<= p2+p3+p4+p5+p6+p7+p8+p9<=6

    大于等于2会保证p1点不是端点或孤立点，因为删除端点和孤立点是不合理的，小于等于6保证p1点是一个边界点，而不是一个内部点。等于0时候，周围没有等于1的像素，所以p1为孤立点，等于1的时候，周围只有1个灰度等于1的像素，所以是端点（注：端点是周围有且只能有1个值为1的像素)。

 

   b. p2->p9的排列顺序中，01模式的数量为1，比如下面的图中，有p2p3 => 01, p6p7=>01,所以该像素01模式的数量为2。

     之所以要01模式数量为1，是要保证删除当前像素点后的连通性。比如下面的图中，01模式数量大于1，如果删除当前点p1，则连通性不能保证。

    c. P2*p4*p6 = 0

    d. p4*p6*p8 = 0

      在第一次子迭代中，只是移去东南的边界点，而不考虑西北的边界点，注意p4,p6出现了2次，就是说它们有一个为0，则c，d就满足。

2. 接下来，把目地图像再次复制到临时图像，接着对临时图像进行一次扫描，如果不为0的点它的八邻域满足以下4个条件，则在目地图像中删除该点(就是设置该像素为0)

    a. 2<= p2+p3+p4+p5+p6+p7+p8+p9<=6

    b. p2->p9的排列顺序中，01模式的数量(这里假设二值图非零值为1)为1。

    c. p2*p4*p8 = 0

    d. p2*p6*p8 = 0

第二次迭代则相反，会移去西北的边界点，注意p2,p8出现了2次，就是说它们有一个为0，则c，d就满足。

执行完上面两个步骤后，就完成了一次细化算法，我们可以多次迭代执行上述过程，得到最终的骨架图。

细化算法代码如下：

void gThin::cvThin(cv::Mat& src, cv::Mat& dst, int intera)
    {
    if(src.type()!=CV_8UC1)
        {
        printf("只能处理二值或灰度图像\n");
        return;
        }
    //非原地操作时候，copy src到dst
    if(dst.data!=src.data)
        {
        src.copyTo(dst);
        }

    int i, j, n;
    int width, height;
    width = src.cols -1;
    //之所以减1，是方便处理8邻域，防止越界
    height = src.rows -1;
    int step = src.step;
    int  p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8,p9;
    uchar* img;
    bool ifEnd;
    int A1;
    cv::Mat tmpimg;
    //n表示迭代次数
    for(n = 0; n<intera; n++)
        {
        dst.copyTo(tmpimg);
        ifEnd = false;
        img = tmpimg.data;
        for(i = 1; i < height; i++)
            {
            img += step;
            for(j =1; j<width; j++)
                {
                uchar* p = img + j;
                A1 = 0;
                if( p[0] > 0)
                    {
                    if(p[-step]==0&&p[-step+1]>0) //p2,p3 01模式
                        {
                        A1++;
                        }
                    if(p[-step+1]==0&&p[1]>0) //p3,p4 01模式
                        {
                        A1++;
                        }
                    if(p[1]==0&&p[step+1]>0) //p4,p5 01模式
                        {
                        A1++;
                        }
                    if(p[step+1]==0&&p[step]>0) //p5,p6 01模式
                        {
                        A1++;
                        }
                    if(p[step]==0&&p[step-1]>0) //p6,p7 01模式
                        {
                        A1++;
                        }
                    if(p[step-1]==0&&p[-1]>0) //p7,p8 01模式
                        {
                        A1++;
                        }
                    if(p[-1]==0&&p[-step-1]>0) //p8,p9 01模式
                        {
                        A1++;
                        }
                    if(p[-step-1]==0&&p[-step]>0) //p9,p2 01模式
                        {
                        A1++;
                        }
                    p2 = p[-step]>0?1:0;
                    p3 = p[-step+1]>0?1:0;
                    p4 = p[1]>0?1:0;
                    p5 = p[step+1]>0?1:0;
                    p6 = p[step]>0?1:0;
                    p7 = p[step-1]>0?1:0;
                    p8 = p[-1]>0?1:0;
                    p9 = p[-step-1]>0?1:0;
                    if((p2+p3+p4+p5+p6+p7+p8+p9)>1 && (p2+p3+p4+p5+p6+p7+p8+p9)<7  &&  A1==1)
                        {
                        if((p2==0||p4==0||p6==0)&&(p4==0||p6==0||p8==0)) //p2*p4*p6=0 && p4*p6*p8==0
                            {
                            dst.at<uchar>(i,j) = 0; //满足删除条件，设置当前像素为0
                            ifEnd = true;
                            }
                        }
                    }
                }
            }

        dst.copyTo(tmpimg);
        img = tmpimg.data;
        for(i = 1; i < height; i++)
            {
            img += step;
            for(j =1; j<width; j++)
                {
                A1 = 0;
                uchar* p = img + j;
                if( p[0] > 0)
                    {
                    if(p[-step]==0&&p[-step+1]>0) //p2,p3 01模式
                        {
                        A1++;
                        }
                    if(p[-step+1]==0&&p[1]>0) //p3,p4 01模式
                        {
                        A1++;
                        }
                    if(p[1]==0&&p[step+1]>0) //p4,p5 01模式
                        {
                        A1++;
                        }
                    if(p[step+1]==0&&p[step]>0) //p5,p6 01模式
                        {
                        A1++;
                        }
                    if(p[step]==0&&p[step-1]>0) //p6,p7 01模式
                        {
                        A1++;
                        }
                    if(p[step-1]==0&&p[-1]>0) //p7,p8 01模式
                        {
                        A1++;
                        }
                    if(p[-1]==0&&p[-step-1]>0) //p8,p9 01模式
                        {
                        A1++;
                        }
                    if(p[-step-1]==0&&p[-step]>0) //p9,p2 01模式
                        {
                        A1++;
                        }
                    p2 = p[-step]>0?1:0;
                    p3 = p[-step+1]>0?1:0;
                    p4 = p[1]>0?1:0;
                    p5 = p[step+1]>0?1:0;
                    p6 = p[step]>0?1:0;
                    p7 = p[step-1]>0?1:0;
                    p8 = p[-1]>0?1:0;
                    p9 = p[-step-1]>0?1:0;
                    if((p2+p3+p4+p5+p6+p7+p8+p9)>1 && (p2+p3+p4+p5+p6+p7+p8+p9)<7  &&  A1==1)
                        {
                        if((p2==0||p4==0||p8==0)&&(p2==0||p6==0||p8==0)) //p2*p4*p8=0 && p2*p6*p8==0
                            {
                            dst.at<uchar>(i,j) = 0; //满足删除条件，设置当前像素为0
                            ifEnd = true;
                            }
                        }
                    }
                }
            }

        //如果两个子迭代已经没有可以细化的像素了，则退出迭代
        if(!ifEnd) break;
        }

    }

下面是三次细化的结果，可以看出在垂直方向H变短了，感觉这是不完美的地方。

下面我们对两个汉字进行5次迭代细化，结果如下：

程序代码：工程FirstOpenCV11