【图像处理】邻域、邻接性、连通性、区域和边界

千里之行,始于足下,要想学好数字图像处理,打好基础是必要的,今天我将对图像像素间的基本关系进行详细讲解。

邻域

  • 4邻域
    位于坐标(x,y)处的像素p有4个水平和垂直的相邻像素,这组像素称为p的4邻域,用N4(p)表示。
4邻域
  • 对角邻域
    位于坐标(x,y)处的像素p有4个对角相邻像素,这组像素称为p的4邻域,用N4(p)表示。
对角邻域
  • 8邻域
    坐标(x,y)处像素p的4邻域加上对角邻域,即为8邻域,用N8(p)表示。
8邻域

邻接性

我们先引入V,令V是用于定义邻接性的灰度值集合(比较拗口,很难理解,没关系看下面~~)。
比如在二值图像中,如果我们把具有1值的像素归诸于邻接像素,则V={1};当然了,在灰度图像中,也是一样的,只不过灰度图像中的V可能包含更多的元素,它可能是0-255范围的任意一个子集。

  • 4邻接
    如果q在集合N4(p)中,则具有V中数值的两个像素p和q是4邻接的。
p与q为4邻接
  • 对角邻接
    如果q在集合ND(p)中,则具有V中数值的两个像素p和q是对角邻接的。
p与q为对角邻接
  • 8邻接
    如果q在集合N8(p)中,则具有V中数值的两个像素p和q是8邻接的。
p与q为8邻接

显然:
若p和q是8邻接,则他们不一定是4邻接;若p和q是4邻接,则他们一定是8邻接。
若p和q是8邻接,则他们不一定是对角邻接;若p和q是对角邻接,则他们一定是8 邻接。

  • m邻接
    如下两个条件,满足其中之一的即为m邻接:
    1)如果q在N4(p)中;
    2)如果q在ND(p)中,且集合N4(p)∩N4(q)中没有来自V中的像素。

    m邻接是8邻接的改进,其引入是为了消除采用8邻接时产生的二义性。


    图a. 8邻接像素
图b. m邻接像素

可以看出,在图a中采用8邻接来表示像素点间的关系,则从p到q有两条路径,造成了二义性;在图b中采用m邻接来表示像素点间的关系,由于q在ND(p)中,且集合N4(p)∩N4(q)中有来自V中的像素,所以p和q不是m邻接,这样一来从p到q就只有一条路径了,消除了二义性。

连通性

  • 通路
    从具有坐标(x,y)的像素p到具有坐标(s,t)的像素q的特定像素序列称为通路,像素序列的坐标为:
    (x0,y0),(x1,y1),……(xn,yn)
    其中(x0,y0)=(x,y),(xn,yn)=(s,t),且像素(xi,yi)和(xi-1,yi-1)对于1≤i≤n是邻接的。

1)4通路
在下图中,从p到q为4通路。

2)8通路
在下图中,从p到q为8通路。

3)m通路
在下图中,从p到q为m通路。

  • 连通
    令S是图像中的一个像素子集,若S的全部像素之间存在一个通路,则可以说S中的两个像素p和q在S中是连通的。
  • 连通分量
    对于S中的任何像素p,S中连通到该像素的像素集称为连通分量。
  • 连通集
    若S只有一个连通分量,则集合S称为连通集。

区域

  • 区域:令R是图像的一个像素子集,如果R为连通集,则称R为一个区域。
  • 邻接区域:两个区域,如果它们联合形成一个连通集,则区域Ri和Rj称为邻接区域。

在谈到区域时,必须指定邻接的类型,比如是4邻接还是8邻接。

边界

  • 内边界
    该区域中和其背景相邻接的点的集合。
  • 外边界
    对应于背景边界。

在上图中,1值区域的内边界就是区域本身,而外边界是围绕该区域的闭合通路。

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