專利名稱：一種均值漂移圖像分割算法的并行化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像分割技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種均值漂移圖像分割算法的并行化方法。
背景技術(shù)：
圖像分割算法是圖像處理技術(shù)應(yīng)用的重要內(nèi)容之一，而均值漂移分割算法是目前 實(shí)際應(yīng)用較多、比較成熟的圖像分割算法之一。此外由于均值漂移分割算法在運(yùn)行中需要 將圖像數(shù)據(jù)一次性全部讀入內(nèi)存，同時(shí)需要保存圖像的濾波、聚類等中間結(jié)果，在此過(guò)程中 需要占用大量的內(nèi)存資源。另外，由于此算法需要通過(guò)迭代查找樣本點(diǎn)中的局部密度極大 值點(diǎn)，計(jì)算量巨大，影響了算法在實(shí)用中的效率?？朔@兩種困難的一個(gè)手段就是對(duì)均值漂 移分割算法以并行計(jì)算方式實(shí)現(xiàn)。參考文獻(xiàn)1提供了一個(gè)實(shí)例來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)均值漂移分割算法 以并行計(jì)算方式。但是，由于均值漂移分割中是通過(guò)迭代的方式查找局部密度極大值點(diǎn)直到收斂， 最后找到的收斂點(diǎn)可能遠(yuǎn)離查找的起始點(diǎn)。如果像通常并行化圖像處理算法時(shí)那樣并行 化均值漂移分割算法，簡(jiǎn)單的將圖像分成數(shù)塊后對(duì)每一塊分別處理并在最后將處理結(jié)果合 并，會(huì)造成分割區(qū)域的不完整。參考文獻(xiàn)1 吳煒，沈占鋒等.《均值漂移高分辨率遙感影像多尺度分割的集群實(shí) 現(xiàn)》[J]·計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2009. 45 (034) :ρ· 7-9

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種均值漂移圖像分割算法的并 行化方法，以解決直接對(duì)圖像分塊后進(jìn)行均值漂移分割后再合并結(jié)果的并行化計(jì)算方式造 成的分割結(jié)果不正確的技術(shù)問(wèn)題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案①根據(jù)圖像的大小自動(dòng)或手動(dòng)劃分成N個(gè)子區(qū)域，其中N > 2 ；②分別對(duì)劃分得到的所述子區(qū)域內(nèi)的像素逐個(gè)進(jìn)行均值漂移濾波處理，記錄每個(gè) 像素的收斂模態(tài)點(diǎn)坐標(biāo)位置；③將步驟②得到的結(jié)果合并為一個(gè)表結(jié)構(gòu)，其中表的關(guān)鍵字為像素的坐標(biāo)位置， 數(shù)據(jù)項(xiàng)為像素的收斂模態(tài)點(diǎn)的坐標(biāo)位置；④建立一個(gè)空的記錄R，在第3步得到的表結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)圖像上的一個(gè)像素 點(diǎn)，以其坐標(biāo)位置P1,在表中查找其收斂模態(tài)點(diǎn)的坐標(biāo)位置P2,記錄下P1的值到R中，將P2 的值賦給P1,并重復(fù)查找與記錄過(guò)程，直至查找到的像素點(diǎn)的坐標(biāo)位置和其收斂模態(tài)點(diǎn)的 坐標(biāo)位置相等，記這個(gè)坐標(biāo)位置的值為PEnd ；⑤更新表中的數(shù)據(jù)，將表中所有關(guān)鍵字在R中的記錄項(xiàng)的收斂模態(tài)點(diǎn)坐標(biāo)位置賦 予值PEnd ；⑥對(duì)圖像上所有像素都進(jìn)行第④、⑤步操作；
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⑦使用區(qū)域生長(zhǎng)算法將具有相同收斂模態(tài)點(diǎn)的像素合并為區(qū)域，完成分割。所述步驟①劃分之后得到的子區(qū)域之間沒(méi)有交集，所有子區(qū)域的并集等于圖像的 區(qū)域。所述步驟②中的均值漂移濾波處理，通過(guò)緩沖區(qū)方式讀取圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。所述緩沖區(qū)方式讀取圖像數(shù)據(jù)包括以下子步驟A.申請(qǐng)一塊內(nèi)存作為內(nèi)存緩沖區(qū)，用于讀取一定范圍的圖像數(shù)據(jù)將范圍的長(zhǎng) 寬分別記為BufferWi dth和BufferHe i ght，圖像的波段數(shù)記為BandNum，像素的一個(gè)波 段的值占用的字節(jié)數(shù)為ByteNum ；那么申請(qǐng)的內(nèi)存的大小就為BufferSize個(gè)字節(jié)，其中 BufferSize = BufferffidthXBufferHeight XBandNumXByteNum ；B.將圖像區(qū)域的寬度、高度分別記為imgWidth和imgHeight，當(dāng)前均值漂移濾波 所要處理的數(shù)據(jù)點(diǎn)或模態(tài)點(diǎn)的位置坐標(biāo)為(Px，Py)，在均值漂移濾波的過(guò)程中根據(jù)當(dāng)前查 找局部密度極大值點(diǎn)所需要讀入的像素范圍調(diào)整緩沖區(qū)中讀入的圖像數(shù)據(jù)。所述步驟B進(jìn)一步包括以下子步驟-記均值漂移分割算法中空間帶寬的大小為SpaBandWid，判斷當(dāng)前查找密度極大 值點(diǎn)所需讀取的像素的覆蓋范圍SpatialExtent 若Px-SpaBandffid/2 彡 0，記 Left = Px-SpaBandffid/2,否則記 Left = 0 ；若Px+SpaBandWid/2 彡 imgffidth,記 Right = Px+SpaBandffid/2,否則記 Right = imgWidth ；若Py-SpaBandWid/2 彡 0，記 Top = Py-SpaBandffid/2,否則記 Top = 0 ；^Py+SpaBandffid/2 ( imgHeight, id Bottom = Py+SpaBandffid/2, ^PJid Bottom =imgHeight ；其中Left，Right, Top, Bottom分別是像素覆蓋范圍的左、右、上、下邊界；-判斷圖像上在范圍SpatialExtent內(nèi)的數(shù)據(jù)是否已被讀入緩沖區(qū)中如果數(shù)據(jù)已經(jīng)讀入，則不做處理，如果數(shù)據(jù)不在緩沖區(qū)中，則以坐標(biāo)(Px，Py)為中 心讀入圖像上BufferWidthXBufferHeight大小的矩形范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。所述步驟⑦進(jìn)一步包括以下子步驟(a)新建一個(gè)與圖像大小相同的標(biāo)記圖像用于記錄合并后的區(qū)域，首先將所有的 像素標(biāo)記為未處理；(b)在標(biāo)記圖像上按由左向右，由上之下的順序查找像素的標(biāo)記值，記錄找到的第 一個(gè)標(biāo)記為未處理的像素，將此像素標(biāo)記為一個(gè)新的區(qū)域索引值，記為RegIndx ；(c)由這個(gè)像素開(kāi)始查找其領(lǐng)域像素，記錄下收斂模態(tài)點(diǎn)與此像素的收斂模態(tài)點(diǎn) 相同的領(lǐng)域像素；(d)對(duì)步驟(c)中記錄下的領(lǐng)域像素都標(biāo)記為Reglndx，而后對(duì)這些像素重復(fù)步驟 (c)；(e)重復(fù)步驟(c)、(d)，直到找不到具有相同模態(tài)點(diǎn)的領(lǐng)域像素為止；(f)如果標(biāo)記圖像上仍然存在標(biāo)記為未處理的像素，則返回步驟(b)；否則，結(jié)束。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果1)使均值漂移分割算法適用于并行環(huán)境，提高了結(jié)果的正確性；2)方法簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易均值漂移分割算法的并行化；
3)增強(qiáng)了處理效率，降低了對(duì)運(yùn)行所需硬件設(shè)備的要求，提高了算法的實(shí)用性。


圖1是本發(fā)明提供的均值漂移圖像分割算法的并行化方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式均值漂移方法是一種基于密度梯度上升的非參數(shù)統(tǒng)計(jì)迭代方法，它使數(shù)據(jù)空間內(nèi) 的每一個(gè)點(diǎn)“漂移”到密度函數(shù)的局部極大值點(diǎn)，通過(guò)不斷迭代這個(gè)漂移的過(guò)程找到密度函 數(shù)的最大值點(diǎn)。本發(fā)明提供的均值漂移圖像分割算法的并行化方法，包括以下步驟，參見(jiàn)圖1所 示1、根據(jù)圖像的大小自動(dòng)或手動(dòng)劃分為N個(gè)子區(qū)域，N彡2 ；該步驟劃分之后得到的子區(qū)域之間沒(méi)有交集，所有子區(qū)域的并集等于圖像的區(qū) 域。2、利用緩沖區(qū)方式讀取圖像數(shù)據(jù)，分別對(duì)劃分得到的每一個(gè)子區(qū)域內(nèi)的像素逐個(gè) 進(jìn)行均值漂移濾波處理，記錄每個(gè)像素的收斂模態(tài)點(diǎn)坐標(biāo)位置，此處進(jìn)行并行計(jì)算處理，每 一個(gè)子任務(wù)處理一個(gè)子區(qū)域內(nèi)的像素。收斂模態(tài)點(diǎn)也即數(shù)據(jù)空間內(nèi)密度函數(shù)的最大值點(diǎn)。將數(shù)據(jù)點(diǎn)的坐標(biāo)也作為數(shù)據(jù)空 間的兩個(gè)維度，分別記為H、V維；通過(guò)不斷迭代均值漂移過(guò)程直至收斂就得到了收斂模態(tài) 點(diǎn)，收斂模態(tài)點(diǎn)在H、V維上的數(shù)值就是收斂模態(tài)點(diǎn)的坐標(biāo)。子任務(wù)獲取圖像數(shù)據(jù)的方式采用緩沖區(qū)讀取，具體步驟如下(1)申請(qǐng)一塊內(nèi)存作為內(nèi)存緩沖區(qū)，用于讀取一定范圍的圖像數(shù)據(jù)這個(gè)范圍可以自己定義，將范圍的長(zhǎng)寬分別記為BufferWidth和BufferHeight， 圖像的波段數(shù)記為BandNum，像素的一個(gè)波段的值占用的字節(jié)數(shù)為ByteNum ；那么申請(qǐng)的內(nèi) 存的大小就為 BufferSize 個(gè)字節(jié)，其中 BufferSize = BufferffidthXBufferHeight XBan dNumXByteNum ；(2)將圖像區(qū)域的寬度、高度分別記為imgWidth和imgHeight，當(dāng)前均值漂移濾波 所要處理的數(shù)據(jù)點(diǎn)或模態(tài)點(diǎn)的位置坐標(biāo)為(Px，Py)，在均值漂移濾波的過(guò)程中根據(jù)當(dāng)前查 找局部密度極大值點(diǎn)所需要讀入的像素范圍調(diào)整緩沖區(qū)中讀入的圖像數(shù)據(jù)。該步驟進(jìn)一步 包括以下子步驟①記均值漂移分割算法中空間帶寬的大小為SpaBandWid，判斷當(dāng)前查找密度極大 值點(diǎn)所需讀取的像素的覆蓋范圍SpatialExtent 若Px-SpaBandffid/2 彡 0，記 Left = Px-SpaBandffid/2,否則記 Left = 0 ；若Px+SpaBandWid/2 彡 imgffidth,記 Right = Px+SpaBandffid/2,否則記 Right = imgWidth ；若Py-SpaBandWid/2 彡 0，記 Top = Py-SpaBandffid/2,否則記 Top = 0 ；^Py+SpaBandffid/2 ( imgHeight, id Bottom = Py+SpaBandffid/2, ^PJid Bottom =imgHeight ；其中Left，Right, Top, Bottom分別表示像素覆蓋范圍的左、右、上、下邊界。
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②判斷圖像上在范圍SpatialExtent內(nèi)的數(shù)據(jù)是否已被讀入緩沖區(qū)中如果數(shù)據(jù)已經(jīng)讀入，則不做處理，如果數(shù)據(jù)不在緩沖區(qū)中，則以坐標(biāo)(Px，Py)為中 心讀入圖像上BufferWidthXBufferHeight大小的矩形范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。3、將第2步得到的結(jié)果合并為一個(gè)表結(jié)構(gòu)，其中表的關(guān)鍵字為像素的坐標(biāo)位置， 數(shù)據(jù)項(xiàng)為像素的收斂模態(tài)點(diǎn)的坐標(biāo)位置；4、建立一個(gè)空的記錄R，在第3步得到的表結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)圖像上的一個(gè)像素 點(diǎn)，以其坐標(biāo)位置P1,在表中查找其收斂模態(tài)點(diǎn)的坐標(biāo)位置P2,記錄下P1的值到R中，將P2 的值賦給P1,并重復(fù)查找與記錄過(guò)程，直至查找到的像素點(diǎn)的坐標(biāo)位置和其收斂模態(tài)點(diǎn)的 坐標(biāo)位置相等，記這個(gè)坐標(biāo)位置的值為PEnd ；5、更新表中的數(shù)據(jù)，將表中所有關(guān)鍵字在R中的記錄項(xiàng)的收斂模態(tài)點(diǎn)坐標(biāo)位置賦 予值PEnd;6、對(duì)圖像上所有像素都進(jìn)行第4、5步操作；7、使用區(qū)域生長(zhǎng)算法將具有相同收斂模態(tài)點(diǎn)的像素合并為區(qū)域，完成分割。區(qū)域生長(zhǎng)算法的基本思想是將具有相同性質(zhì)的像素集合起來(lái)構(gòu)成區(qū)域。此步驟中 用區(qū)域生長(zhǎng)算法將具有相同收斂模態(tài)點(diǎn)的像素合并為區(qū)域，具體步驟為①新建一個(gè)與圖像大小相同的標(biāo)記圖像用于記錄合并后的區(qū)域，首先將所有的像 素標(biāo)記為未處理；②在標(biāo)記圖像上按由左向右，由上之下的順序查找像素的標(biāo)記值，記錄找到的第 一個(gè)標(biāo)記為未處理的像素，將此像素標(biāo)記為一個(gè)新的區(qū)域索引值，記為RegIndx ；③由這個(gè)像素開(kāi)始查找其領(lǐng)域像素，記錄下收斂模態(tài)點(diǎn)與此像素的收斂模態(tài)點(diǎn)相 同的領(lǐng)域像素；④對(duì)步驟③中記錄下的領(lǐng)域像素都標(biāo)記為Reglndx，而后對(duì)這些像素重復(fù)步驟 ③；⑤重復(fù)步驟③、④直到找不到具有相同模態(tài)點(diǎn)的領(lǐng)域像素為止；⑥步驟②后依次執(zhí)行其后步驟，直至標(biāo)記圖像上不存在標(biāo)記為未處理的像素為止。上述實(shí)例用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán) 利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出任何的修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種均值漂移圖像分割算法的并行化方法，其特征在于，包括以下步驟①根據(jù)圖像的大小自動(dòng)或手動(dòng)劃分成N個(gè)子區(qū)域，其中N≥2；②分別對(duì)劃分得到的所述子區(qū)域內(nèi)的像素逐個(gè)進(jìn)行均值漂移濾波處理，記錄每個(gè)像素的收斂模態(tài)點(diǎn)坐標(biāo)位置；③將步驟②得到的結(jié)果合并為一個(gè)表結(jié)構(gòu)，其中表的關(guān)鍵字為像素的坐標(biāo)位置，數(shù)據(jù)項(xiàng)為像素的收斂模態(tài)點(diǎn)的坐標(biāo)位置；④建立一個(gè)空的記錄R，在第3步得到的表結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)圖像上的一個(gè)像素點(diǎn)，以其坐標(biāo)位置P1，在表中查找其收斂模態(tài)點(diǎn)的坐標(biāo)位置P2，記錄下P1的值到R中，將P2的值賦給P1，并重復(fù)查找與記錄過(guò)程，直至查找到的像素點(diǎn)的坐標(biāo)位置和其收斂模態(tài)點(diǎn)的坐標(biāo)位置相等，記這個(gè)坐標(biāo)位置的值為PEnd；⑤更新表中的數(shù)據(jù)，將表中所有關(guān)鍵字在R中的記錄項(xiàng)的收斂模態(tài)點(diǎn)坐標(biāo)位置賦予值PEnd；⑥對(duì)圖像上所有像素都進(jìn)行第④、⑤步操作；⑦使用區(qū)域生長(zhǎng)算法將具有相同收斂模態(tài)點(diǎn)的像素合并為區(qū)域，完成分割。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均值漂移圖像分割算法的并行化方法，其特征在于 所述步驟①劃分之后得到的子區(qū)域之間沒(méi)有交集，所有子區(qū)域的并集等于圖像的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均值漂移圖像分割算法的并行化方法，其特征在于 所述步驟②中的均值漂移濾波處理，通過(guò)緩沖區(qū)方式讀取圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的均值漂移圖像分割算法的并行化方法，其特征在于 所述緩沖區(qū)方式讀取圖像數(shù)據(jù)包括以下子步驟A.申請(qǐng)一塊內(nèi)存作為內(nèi)存緩沖區(qū)，用于讀取一定范圍的圖像數(shù)據(jù)將范圍的長(zhǎng)寬分別 記為BufferWidth和BufferHeight，圖像的波段數(shù)記為BandNum，像素的一個(gè)波段的值占用 的字節(jié)數(shù)為ByteNum;那么申請(qǐng)的內(nèi)存的大小就為BufferSize個(gè)字節(jié)，其中BufferSize = BufferffidthXBufferHeightXBandNumXByteNum ；B.將圖像區(qū)域的寬度、高度分別記為imgWidth和imgHeight，當(dāng)前均值漂移濾波所要 處理的數(shù)據(jù)點(diǎn)或模態(tài)點(diǎn)的位置坐標(biāo)為(Px，Py)，在均值漂移濾波的過(guò)程中根據(jù)當(dāng)前查找局 部密度極大值點(diǎn)所需要讀入的像素范圍調(diào)整緩沖區(qū)中讀入的圖像數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的均值漂移圖像分割算法的并行化方法，其特征在于 所述步驟B進(jìn)一步包括以下子步驟-記均值漂移分割算法中空間帶寬的大小為SpaBandWid，判斷當(dāng)前查找密度極大值點(diǎn) 所需讀取的像素的覆蓋范圍SpatialExtent 若 Px-SpaBandWid/2 彡 0，記 Left = Px-SpaBandWid/2，否則記 Left = 0 ； 若 Px+SpaBandffid/2 ( imgffidth,記 Right = Px+SpaBandffid/2,否則記 Right = imgWidth ；若 Py-SpaBandWid/2 彡 0，記 Top = Py-SpaBandWid/2，否則記 Top = 0 ； ^f Py+SpaBandffid/2 ( imgHeight, i己 Bottom = Py+SpaBandffid/2, ^pJid Bottom = imgHeight ；其中Left，Right, Top, Bottom分別是像素覆蓋范圍的左、右、上、下邊界；-判斷圖像上在范圍SpatialExtent內(nèi)的數(shù)據(jù)是否已被讀入緩沖區(qū)中 如果數(shù)據(jù)已經(jīng)讀入，則不做處理，如果數(shù)據(jù)不在緩沖區(qū)中，則以坐標(biāo)(Px，Py)為中心讀 入圖像上BufferWidthXBufferHeight大小的矩形范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均值漂移圖像分割算法的并行化方法，其特征在于 所述步驟⑦進(jìn)一步包括以下子步驟(a)新建一個(gè)與圖像大小相同的標(biāo)記圖像用于記錄合并后的區(qū)域，首先將所有的像素 標(biāo)記為未處理；(b)在標(biāo)記圖像上按由左向右，由上之下的順序查找像素的標(biāo)記值，記錄找到的第一個(gè) 標(biāo)記為未處理的像素，將此像素標(biāo)記為一個(gè)新的區(qū)域索引值，記為RegIndx ；(c)由這個(gè)像素開(kāi)始查找其領(lǐng)域像素，記錄下收斂模態(tài)點(diǎn)與此像素的收斂模態(tài)點(diǎn)相同 的領(lǐng)域像素；(d)對(duì)步驟(c)中記錄下的領(lǐng)域像素都標(biāo)記為Reglndx，而后對(duì)這些像素重復(fù)步驟(c)；(e)重復(fù)步驟(c)、(d)，直到找不到具有相同模態(tài)點(diǎn)的領(lǐng)域像素為止；(f)如果標(biāo)記圖像上仍然存在標(biāo)記為未處理的像素，則返回步驟(b)；否則，結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明涉及圖像分割技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種均值漂移圖像分割算法的并行化方法。本發(fā)明包括將圖像的區(qū)域自動(dòng)或手動(dòng)劃分成多個(gè)子區(qū)域，通過(guò)緩沖區(qū)存取數(shù)據(jù)分別對(duì)每個(gè)子區(qū)域內(nèi)的像素進(jìn)行均值漂移濾波，記錄每個(gè)像素的收斂模態(tài)點(diǎn)坐標(biāo)位置，對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)P1根據(jù)其收斂模態(tài)點(diǎn)坐標(biāo)位置查找位于此坐標(biāo)位置上的像素點(diǎn)P2并記錄下P1，而后從P2開(kāi)始重復(fù)查找和記錄過(guò)程，直至查找到的像素點(diǎn)的坐標(biāo)位置和其收斂模態(tài)點(diǎn)的位置相等，將這個(gè)位置的值賦給所有記錄下的像素點(diǎn)，使用區(qū)域生長(zhǎng)與合并算法得到最終的圖像分割結(jié)果。本發(fā)明對(duì)均值漂移分割算法進(jìn)行并行化處理，增強(qiáng)了處理效率，降低了對(duì)運(yùn)行所需硬件設(shè)備的要求，提高了算法的實(shí)用性。
文檔編號(hào)G06T5/00GK101916432SQ20101024197
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者姚璜, 江萬(wàn)壽 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)