图像外轮廓跟踪，特征轮廓提取，轮廓内部填充
参考：http://blog.csdn.net/fengbingchun/article/details/6199563
7.3
轮廓提取
实例如图7.9、图7.10所示。
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图7.9 原图 |
图7.10 轮廓提取 |
轮廓提取的算法非常简单，就是掏空内部点：如果原图中有一点为黑，且它的8个相邻点都是黑色时(此时该点是内部点)，则将该点删除。要注意的是，我们处理的虽然是二值图，但实际上是256级灰度图，不过只用到了0和255两种颜色。源程序如下：
BOOL Outline(HWND hWnd)
{
DWORD OffBits,BufSize;
LPBITMAPINFOHEADER lpImgData;
LPSTR lpPtr;
HLOCAL hTempImgData;
LPBITMAPINFOHEADER lpTempImgData;
LPSTR lpTempPtr;
HDC hDc;
HFILE hf;
LONG x,y;
int num;
int nw,n,ne,w,e,sw,s,se;
//我们处理的实际上是256级灰度图，不过只用到了0和255两种颜色。
if( NumColors!=256){
MessageBox(hWnd,"Must be a mono bitmap with grayscale palette!",
"Error Message",MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);
return FALSE;
}
OffBits=bf.bfOffBits-sizeof(BITMAPFILEHEADER);
//BufSize为缓冲区大小
BufSize=OffBits+bi.biHeight*LineBytes;
//为新图缓冲区分配内存
if((hTempImgData=LocalAlloc(LHND,BufSize))==NULL)
{
MessageBox(hWnd,"Error alloc memory!","Error Message",MB_OK|
MB_ICONEXCLAMATION);
return FALSE;
}
lpImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)GlobalLock(hImgData);
lpTempImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)LocalLock(hTempImgData);
//拷贝头信息和位图数据
memcpy(lpTempImgData,lpImgData,BufSize);
for (y=1;y
//lpPtr指向原图数据，lpTempPtr指向新图数据
lpPtr=(char *)lpImgData+(BufSize-LineBytes-y*LineBytes);
lpTempPtr=(char *)lpTempImgData+(BufSize-LineBytes-y*LineBytes);
for (x=1;x if(*(lpPtr+x)==0){ //是个黑点 //查找八个相邻点 nw=(unsigned char)*(lpPtr+x+LineBytes-1); n=(unsigned char)*(lpPtr+x+LineBytes); ne=(unsigned char)*(lpPtr+x+LineBytes+1); w=(unsigned char)*(lpPtr+x-1); e=(unsigned char)*(lpPtr+x+1); sw=(unsigned char)*(lpPtr+x-LineBytes-1); s=(unsigned char)*(lpPtr+x-LineBytes); se=(unsigned char)*(lpPtr+x-LineBytes+1); num=nw+n+ne+w+e+sw+s+se; if(num==0) //说明都是黑点 *(lpTempPtr+x)=(unsigned char)255; //删除该黑点 } } } if(hBitmap!=NULL) DeleteObject(hBitmap); hDc=GetDC(hWnd); //创立一个新的位图 hBitmap=CreateDIBitmap(hDc,(LPBITMAPINFOHEADER)lpTempImgData, (LONG)CBM_INIT, (LPSTR)lpTempImgData+ sizeof(BITMAPINFOHEADER)+ NumColors*sizeof(RGBQUAD), (LPBITMAPINFO)lpTempImgData, DIB_RGB_COLORS); hf=_lcreat("c://outline.bmp",0); _lwrite(hf,(LPSTR)&bf,sizeof(BITMAPFILEHEADER)); _lwrite(hf,(LPSTR)lpTempImgData,BufSize); _lclose(hf); //释放内存和资源 ReleaseDC(hWnd,hDc); LocalUnlock(hTempImgData); LocalFree(hTempImgData); GlobalUnlock(hImgData); return TRUE; } 种子填充 种子填充算法用来在封闭曲线形成的环中填充某中颜色，在这里我们只填充黑色。 种子填充其实上是图形学中的算法，其原理是：准备一个堆栈，先将要填充的点push进堆栈中；以后，每pop出一个点，将该点涂成黑色，然后按左上右下的顺序查看它的四个相邻点，若为白(表示还没有填充)，则将该邻点push进栈。一直循环，直到堆栈为空。此时，区域内所有的点都被涂成了黑色。 这里，我们自己定义了一些堆栈的数据结构和操作，实现了堆栈的初始化、push、pop、判断是否为空、及析构。 //堆栈结构 typedef struct{ HGLOBAL hMem; //堆栈全局内存句柄 POINT *lpMyStack; //指向该句柄的指针 LONG ElementsNum; //堆栈的大小 LONG ptr; //指向栈顶的指针 }MYSTACK; //初始化堆栈的操作，第二个参数指定堆栈的大小 BOOL InitStack(HWND hWnd,LONG StackLen) { SeedFillStack.ElementsNum=StackLen; //将堆栈的大小赋值 if((SeedFillStack.hMem=GlobalAlloc(GHND,SeedFillStack.ElementsNum* sizeof(POINT)))==NULL) { //内存分配错误，返回FALSE; MessageBox(hWnd,"Error alloc memory!","ErrorMessage",MB_OK| MB_ICONEXCLAMATION); return FALSE; } SeedFillStack.lpMyStack=(POINT *)GlobalLock(SeedFillStack.hMem); //缓冲区全部清零 memset(SeedFillStack.lpMyStack,0,SeedFillStack.ElementsNum* sizeof(POINT)); //堆顶指针为零 SeedFillStack.ptr=0; //成功，返回TRUE return TRUE; } //析构函数 void DeInitStack() { //释放内存，重置堆栈大小及栈顶指针。 GlobalUnlock(SeedFillStack.hMem); GlobalFree(SeedFillStack.hMem); SeedFillStack.ElementsNum=0; SeedFillStack.ptr=0; } //push操作 BOOL MyPush(POINT p) { POINT *TempPtr; if(SeedFillStack.ptr>=SeedFillStack.ElementsNum) return FALSE; //栈已满，返回FALSE //进栈，栈顶指针加1 TempPtr=(POINT *)(SeedFillStack.lpMyStack+SeedFillStack.ptr++); (*TempPtr).x=p.x; (*TempPtr).y=p.y; return TRUE; } //pop操作 POINT MyPop() { POINT InvalidP; InvalidP.x=-1; InvalidP.y=-1; if(SeedFillStack.ptr<=0) return InvalidP; //栈为空，返回无效点 SeedFillStack.ptr--; //栈顶指针减1 //返回栈顶点 return *(SeedFillStack.lpMyStack+SeedFillStack.ptr); } //判断堆栈是否为空 BOOL IsStackEmpty() { return (SeedFillStack.ptr==0)?TRUE:FALSE; } 如果读者对堆栈的概念还不清楚，请参阅有关数据结构方面的书籍，这里就不详述了。 要注意的是：(1)要填充的区域是封闭的；(2)我们处理的虽然是二值图，但实际上是256级灰度图，不过只用到了0和255两种颜色；(3)在菜单中选择种子填充命令时，提示用户用鼠标点取一个要填充区域中的点，处理是在WM_LBUTTONDOWN中。 MYSTACK SeedFillStack; BOOL SeedFill(HWND hWnd) { DWORD OffBits,BufSize; LPBITMAPINFOHEADER lpImgData; HLOCAL hTempImgData; LPBITMAPINFOHEADER lpTempImgData; LPSTR lpTempPtr,lpTempPtr1; HDC hDc; HFILE hf; POINT CurP,NeighborP; //我们处理的实际上是256级灰度图，不过只用到了0和255两种颜色。 if( NumColors!=256){ MessageBox(hWnd,"Must be a mono bitmap with grayscale palette!", "Error Message",MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION); return FALSE; } OffBits=bf.bfOffBits-sizeof(BITMAPFILEHEADER); //BufSize为缓冲区大小 BufSize=OffBits+bi.biHeight*LineBytes; //为新图缓冲区分配内存 if((hTempImgData=LocalAlloc(LHND,BufSize))==NULL) { MessageBox(hWnd,"Error alloc memory!","Error Message",MB_OK| MB_ICONEXCLAMATION); return FALSE; } lpImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)GlobalLock(hImgData); lpTempImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)LocalLock(hTempImgData); //拷贝头信息和位图数据 memcpy(lpTempImgData,lpImgData,BufSize); if(!InitStack(hWnd,(LONG)bi.biHeight*bi.biWidth)){ //初始化堆栈 //若失败，释放内存，返回 LocalUnlock(hTempImgData); LocalFree(hTempImgData); GlobalUnlock(hImgData); return FALSE; } lpTempPtr=(char*)lpTempImgData+ (BufSize-LineBytes-SeedPoint.y*LineBytes)+SeedPoint.x; if(*lpTempPtr==0){ //鼠标点到了黑点上，提示用户不能选择边界上的点，返回FALSE MessageBox(hWnd,"The point you select is a contour point!", "Error Message",MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION); LocalUnlock(hTempImgData); LocalFree(hTempImgData); GlobalUnlock(hImgData); DeInitStack(); return FALSE; } //push该点(用户用鼠标选择的，处理是在WM_LBUTTONDOWN中 MyPush(SeedPoint); while(!IsStackEmpty()) //堆栈不空则一直处理 { CurP=MyPop(); //pop栈顶的点 lpTempPtr=(char*)lpTempImgData+ (BufSize-LineBytes-CurP.y*LineBytes)+CurP.x; //将该点涂黑 *lpTempPtr=(unsigned char)0; //左邻点 if(CurP.x>0) //注意判断边界 { NeighborP.x=CurP.x-1; NeighborP.y=CurP.y; lpTempPtr1=lpTempPtr-1; if(*lpTempPtr1!=0) //如果为白，表示还没有填，进栈 MyPush(NeighborP); } //上邻点 if(CurP.y>0) //注意判断边界 { NeighborP.x=CurP.x; NeighborP.y=CurP.y-1; lpTempPtr1=lpTempPtr+LineBytes; if(*lpTempPtr1!=0) //如果为白，表示还没有填，进栈 MyPush(NeighborP); } //右邻点 if(CurP.x { NeighborP.x=CurP.x+1; NeighborP.y=CurP.y; lpTempPtr1=lpTempPtr+1; if(*lpTempPtr1!=0) //如果为白，表示还没有填，进栈 MyPush(NeighborP); } //下邻点 if(CurP.y { NeighborP.x=CurP.x; NeighborP.y=CurP.y+1; lpTempPtr1=lpTempPtr-LineBytes; if(*lpTempPtr1!=0) //如果为白，表示还没有填，进栈 MyPush(NeighborP); } } //析构堆栈，释放内存 DeInitStack(); if(hBitmap!=NULL) DeleteObject(hBitmap); hDc=GetDC(hWnd); //创建新的位图 hBitmap=CreateDIBitmap(hDc,(LPBITMAPINFOHEADER)lpTempImgData, (LONG)CBM_INIT, (LPSTR)lpTempImgData+ sizeof(BITMAPINFOHEADER)+ NumColors*sizeof(RGBQUAD), (LPBITMAPINFO)lpTempImgData, DIB_RGB_COLORS); hf=_lcreat("c://seed.bmp",0); _lwrite(hf,(LPSTR)&bf,sizeof(BITMAPFILEHEADER)); _lwrite(hf,(LPSTR)lpTempImgData,BufSize); _lclose(hf); //释放内存和资源 ReleaseDC(hWnd,hDc); LocalUnlock(hTempImgData); LocalFree(hTempImgData); GlobalUnlock(hImgData); return TRUE; } 外轮廓跟踪 轮廓跟踪，顾名思义就是通过顺序找出边缘点来跟踪出边界。图7.9经轮廓跟踪后得到的结果如图7.11所示。
图7.11 图7.9轮廓跟踪后的结果 一个简单二值图象闭合边界的轮廓跟踪算法很简单：首先按从上到下，从左到右的顺序搜索，找到的第一个黑点一定是最左上方的边界点，记为A。它的右，右下，下，左下四个邻点中至少有一个是边界点，记为B。从开始B找起，按右，右下，下，左下，左，左上，上，右上的顺序找相邻点中的边界点C。如果C就是A点，则表明已经转了一圈，程序结束；否则从C点继续找，直到找到A为止。判断是不是边界点很容易：如果它的上下左右四个邻居都是黑点则不是边界点，否则是边界点。源程序如下，其中函数IsContourP用来判断某点是不是边界点。 BOOL Contour(HWND hWnd) { DWORD OffBits，BufSize; LPBITMAPINFOHEADER lpImgData; LPSTR lpPtr; HLOCAL hTempImgData; LPBITMAPINFOHEADER lpTempImgData; LPSTR lpTempPtr; HDC hDc; HFILE hf; LONG x,y; POINT StartP,CurP; BOOL found; int i; int direct[8][2]={{1,0},{1,1},{0,1},{-1,1},{-1,0},{-1,-1},{0,-1},{1,-1}}; //我们处理的实际上是256级灰度图，不过只用到了0和255两种颜色。 if( NumColors!=256){ MessageBox(hWnd,"Must be a mono bitmap with grayscale palette!", "Error Message",MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION); return FALSE; } //到位图数据的偏移值 OffBits=bf.bfOffBits-sizeof(BITMAPFILEHEADER); //缓冲区大小 BufSize=OffBits+bi.biHeight*LineBytes; //为新图缓冲区分配内存 if((hTempImgData=LocalAlloc(LHND,BufSize))==NULL) { MessageBox(hWnd,"Error alloc memory!","Error Message", MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION); return FALSE; } lpImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)GlobalLock(hImgData); lpTempImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)LocalLock(hTempImgData); //新图缓冲区初始化为255 memset(lpTempImgData,(BYTE)255,BufSize); //拷贝头信息 memcpy(lpTempImgData,lpImgData,OffBits); //找到标志置为假 found=FALSE; for (y=0;y lpPtr=(char *)lpImgData+(BufSize-LineBytes-y*LineBytes); for (x=0;x if (*(lpPtr++) ==0) found=TRUE; //找到了最左上的黑点，一定是个边界点 } if(found){ //如果找到了，才做处理 //从循环退出时，x，y坐标都做了加1的操作。在这里把它们减1，得到 //起始点坐标StartP StartP.x=x-1; StartP.y=y-1; lpTempPtr=(char*)lpTempImgData+ (BufSize-LineBytes-StartP.y*LineBytes)+StartP.x; *lpTempPtr=(unsigned char)0; //起始点涂黑 //右邻点 CurP.x=StartP.x+1; CurP.y=StartP.y; lpPtr=(char *)lpImgData+(BufSize-LineBytes-CurP.y*LineBytes)+CurP.x; if(*lpPtr!=0){ //若右邻点为白，则找右下邻点 CurP.x=StartP.x+1; CurP.y=StartP.y+1; lpPtr=(char*)lpImgData+ (BufSize-LineBytes-CurP.y*LineBytes)+CurP.x; if(*lpPtr!=0){ //若仍为白，则找下邻点 CurP.x=StartP.x; CurP.y=StartP.y+1; } else{ //若仍为白，则找左下邻点 CurP.x=StartP.x-1; CurP.y=StartP.y+1; } } while (! ( (CurP.x==StartP.x) &&(CurP.y==StartP.y))){ //知道找到起始点， //循环才结束 lpTempPtr=(char*)lpTempImgData+ (BufSize-LineBytes-CurP.y*LineBytes)+CurP.x; *lpTempPtr=(unsigned char)0; for(i=0;i<8;i++){ //按右，右上，上，左上，左，左下，下，右下的顺序找相邻点 //direct[i]中存放的是该方向x,y的偏移值 x=CurP.x+direct[i][0]; y=CurP.y+direct[i][1]; //lpPtr指向原图数据，lpTempPtr指向新图数据 lpTempPtr=(char*)lpTempImgData+ (BufSize-LineBytes-y*LineBytes)+x; lpPtr=(char *)lpImgData+(BufSize-LineBytes-y*LineBytes)+x; if(((*lpPtr==0)&&(*lpTempPtr!=0))|| ((x==StartP.x)&&(y==StartP.y))) //原图中为黑点，且新图中为白点(表示还没搜索过)时才处理 //另一种可能是找到了起始点 if(IsContourP(x,y,lpPtr)){ //若是个边界点 //记住当前点的位置 CurP.x=x; CurP.y=y; break; } } } } if(hBitmap!=NULL) DeleteObject(hBitmap); hDc=GetDC(hWnd); //创立一个新的位图 hBitmap=CreateDIBitmap(hDc,(LPBITMAPINFOHEADER)lpTempImgData, (LONG)CBM_INIT, (LPSTR)lpTempImgData+ sizeof(BITMAPINFOHEADER)+ NumColors*sizeof(RGBQUAD), (LPBITMAPINFO)lpTempImgData, DIB_RGB_COLORS); hf=_lcreat("c://contour.bmp",0); _lwrite(hf,(LPSTR)&bf,sizeof(BITMAPFILEHEADER)); _lwrite(hf,(LPSTR)lpTempImgData,BufSize); _lclose(hf); //释放内存和资源 ReleaseDC(hWnd,hDc); LocalUnlock(hTempImgData); LocalFree(hTempImgData); GlobalUnlock(hImgData); return TRUE; } //判断某点是不是边界点，参数x,y 为该点坐标，lpPtr为指向原数据的指针 BOOL IsContourP(LONG x,LONG y, char *lpPtr) { int num,n,w,e,s; n=(unsigned char)*(lpPtr+LineBytes); //上邻点 w=(unsigned char)*(lpPtr-1); //左邻点 e=(unsigned char)*(lpPtr+1); //右邻点 s=(unsigned char)*(lpPtr-LineBytes); //下邻点 num=n+w+e+s; if(num==0) //全是黑点，说明是个内部点而不是边界点 return FALSE; return TRUE;
}7.4 种子填充
7.5 轮廓跟踪