[發明專利]二值圖像連通域標記快速識別方法

在審

• 申請號: 201410768038.3
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN104503731A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 余劍;王慧;韋小波;陸曉希;楊潔;巫江
• 申請（專利權）人: 柳州職業技術學院
• 主分類號: G06F9/38
• 分類號: G06F9/38
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司11249
• 代理人: 宋敏

技術領域

本發明涉及圖像處理領域，具體地，涉及一種二值圖像連通域標記快速識別方法。

背景技術

目前，二值圖像（binary?image）是指每個像素不是黑就是白，其灰度值沒有中間過渡的圖像。其優點是占用空間少。缺點是當表示人物、風景的圖像時，二值圖像只能描述其輪廓，不能描述細節?，F有的連通域標記方法有：連通逐點掃描法，該方法需要處理大量重復標記，邏輯復雜，效率較低。

種子填充法，該方法效率較高，但不適合并行化。

以上兩大類方法都是串行設計，不具備對大圖像實時處理的條件。

統一計算設備架構（Compute?Unified?Device?Architecture，CUDA），能夠解決復雜的計算問題。例如，CUDA?能夠加快AMBER這款分子動力學模擬程序的速度，可以實現18倍速度提升，因此，在機電領域CUDA是一個巨大的市場?，F有方法存在效率低、不適合并行化以及不具備對大圖像實時處理的缺陷。

發明內容

本發明的目的在于，針對上述問題，提出一種二值圖像連通域標記快速識別方法，以實現提高效率，適合于并行化以及對大圖像實時處理的優點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種二值圖像連通域標記快速識別方法，包括以下步驟：

S1、CPU和GPU的初始化：

S2、掃描圖像：

S2a、建立獨立的圖像標記緩存和連通關系數組,利用GPU的CUDA架構并行執行掃描，搜索鄰域內最小標號值的像素點對連通域進行標記；

S2b、分配N個線程，每個線程掃描對應行目標像素，并對目標做標記，利用CUDA平臺內置的blockIdx變量跟蹤每個進程的運行，并且每個線程返回該行連通域的個數；

S2c、實現進程block間的同步；

S3、將上述步驟S2掃描結果保存在服務器環境的磁盤中；

S4、對掃描過的結果合并處理；

S5、判斷是否迭代掃描，如果迭代掃描結果是否，則重復步驟S1；

S6、如果迭代掃描結果是是則保存結果處理，結束。

優選的，所述步驟S1中CPU和GPU的初始化具體為：利用服務器環境建立虛擬圖形工作站集群，所述服務器環境包括服務器計算機或服務器集群以及主控服務器，所述服務器計算機或服務器集群上安裝有多塊CUDA架構的GPU顯卡，該服務器計算機或服務器集群作為計算節點，所述的主控服務器負責對所有任務進行調度控制，并負責管理各個節點的計算和對存儲資源進行整合；

優選的，所述虛擬圖形工作站集群為過邏輯組合構成動態虛擬機，各塊GPU顯卡之間通過SLI接口連接。

優選的，所述的CUDA架構平臺的塊大小為256或512。

優選的，在步驟S3中，設定連續地址空間每次的最大執行記錄數PAGESIZE大小為8Kbytes，將掃描結果分割成pixSize/PAGESIZE個頁面，pixSize為單個掃描結果的大?。粚τ诓蛔鉖AGESIZE大小的文本將填充至PAGESIZE；對于一個掃描結果分割成M個PAGESIZE，第i頁的最后maxPatternLength長度的內容和第i+1頁的前面maxPatternLength長度的內容是一樣的，i?=?0,1,2,3…M-1，maxPatternLength為最長樣本的長度；保存每一個掃描結果對應的存儲空間，而且在以固定的緩沖大小傳入GPU之前對文件的標識采用鏈表和數組的形式，即鏈表的每一節點用固定大小的數組記錄固定數量的掃描結果。

優選的，所述步驟S4.對掃描過的結果合并處理包括以下步驟：

S4a.?利用GPU中的全局內存對掃描結果的合并處理；每16個線程合并讀取全局內存中的一頁存儲頁64B到共享內存中進行合并處理；

S4b.匹配完64B再去全局內存取出存放入共享內存，如此循環。

本發明的技術方案具有以下有益效果：

1.適用于對大圖像實時處理：

本發明技術方案利用GPU進行二值圖像連通域標記識別，通過GPU的并行匹配技術的優勢，將圖像掃描與GPU有機結合起來，加速連通域識別算法，不僅可以提高系統整體性能，也為工業裂痕掃描、遙感圖像的路徑提取、生物信息分析、海量信息檢索等領域提供了重要方法和工具，比較適用于對大圖像實時處理。

2.效率高：