[發明專利]一種數字圖像掩模的快速填充方法

有效

• 申請號: 201910975590.2
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110766625B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 羅一涵;陳科;祁小平;張涯輝;趙志強;謝宗良;曹雷
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種數字圖像掩模的快速填充方法，針對現有掩模填充方法對邊緣區域填充效果不佳、不能一次性填充所有掩模區域且計算速度慢的問題，提供一種快速掩模填充方法，可利用無效像素周圍有效像素的加權和實現對掩模的快速填充。其有益效果在于：可以將權值計算和填充計算分離，只要掩模不變就無需重新計算權值；可以一次性填充所有掩模區域，不用區分邊緣區域和連通區域；無需解方程，且無效像素的數量對計算量影響不大，計算速度快。

技術領域

本發明屬于圖像處理領域，具體涉及一種數字圖像掩模的快速填充方法。

背景技術

在數字圖像處理中，許多情況下都需要將圖像中的某些區域設置為無效區域，進而在后續處理過程中不處理這些無效區域。這時就會使用圖像的“掩模”，即一幅與圖像大小一樣的二值圖，其0值域則表示這些無效區域。比如圖像中有幾個物體，但只有一個物體需要進行后續處理，而圖像又不能任意裁剪，就需要用掩模將其它物體去除。

然而，掩模的使用又使后續處理變得困難，比如濾波時如何處理掩模邊界，就是一個比掩模本身更加復雜的問題。為了便于掩模的后續處理，我們常常需要對掩模進行填充，就是用掩模周圍的像素將掩模內的無效像素填充為有一定意義的有效值。目前最常用的掩模填充方法是拉普拉斯法，即用掩模區域的包絡像素求解拉普拉斯方程來估計掩模內的像素值。但是，拉普拉斯法存在幾個缺點：

1)不能填充邊緣掩模區域。當掩模區域位于邊緣時，拉普拉斯法仍然需要將最邊緣的像素作為包絡才能求解。如果邊緣是無效像素時就會將這些無效值代入方程中，導致填充效果不理想。

2)每次求解方程只能有效填充一個連通區域。如果圖像中有多個無效區域，則需要分別求解每個連通區域，計算量成倍增加。

3)方程數量與無效像素數正相關，計算速度較慢。如果掩模中無效像素較多，則解方程時的求逆過程計算量會急劇增加，嚴重降低速度。

4)每次圖像變化都需要重新求解拉普拉斯方程。在處理實時圖像序列時，每幀圖像都需要重新解方程，執行效率較低，不便于實時應用。

因此，亟待一種能實現任意掩模填充且計算速度快的掩模填充方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：針對現有掩模填充方法對邊緣區域填充效果不佳、不能一次性填充所有掩模區域且計算速度慢的問題，提供一種快速掩模填充方法，可以將權值計算和填充計算分離，并用較小的計算代價一次性填充所有掩模區域。

本發明采用的技術方案為：一種數字圖像掩模的快速填充方法，利用無效像素周圍有效像素的加權和實現對掩模的快速填充，并且將權值計算和填充計算分離，在掩模不變時無需重復計算權值。由于某些無效像素周圍不存在任何有效像素(如兩條無效直線交匯處)，因此將掩模的填充分為兩個階段：首先填充周圍存在有效像素的無效像素，首次填充后剩余無效像素的周圍則必然存在有效像素，因此只需再次進行填充，即可將整個掩模填充完畢。具體實現步驟為：

步驟(1)、建立一個“無效像素索引表”和“鄰近有效像素索引表”，并搜索掩模中的無效像素及其周圍距離最近的有效像素，如果無效像素周圍存在任一有效像素，則將該無效像素加入上述無效像素索引表，并將其周圍有效像素的索引添加到上述鄰近有效像素索引表中；

步驟(2)、根據上述鄰近有效像素索引表中有效像素和無效像素之間的距離，計算各個有效像素的權值，得到一個“鄰近有效像素權值表”；

步驟(3)、將掩模中已添加到上述無效像素索引表的位置全部變為有效像素，得到首次填充掩模，如果該掩模中仍然存在無效像素，則重復步驟(1)和步驟(2)，得到第二個“無效像素索引表”、“鄰近有效像素索引表”和“鄰近有效像素權值表”；

步驟(4)、利用上述兩個“無效像素索引表”、“鄰近有效像素索引表”和“鄰近有效像素權值表”，對需要填充的圖像進行填充；