本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及對(duì)目標(biāo)區(qū)域求取最大內(nèi)接矩形的算法及裝置。

背景技術(shù)：

在機(jī)器視覺中，對(duì)目標(biāo)區(qū)域求取最大內(nèi)接矩形在工業(yè)上有越來越廣泛的應(yīng)用，開發(fā)出一種適用性廣，準(zhǔn)確率高的求最大水平內(nèi)接矩形圖像處理算法對(duì)于工業(yè)應(yīng)用意義重大。

現(xiàn)有的算法中，主要針對(duì)規(guī)則形狀求感興趣區(qū)域最大水平內(nèi)接矩，或針對(duì)非規(guī)則形狀求感興趣區(qū)域最大水平內(nèi)接矩。

對(duì)于規(guī)則形狀求水平內(nèi)接矩形比較簡(jiǎn)單，通常有數(shù)學(xué)公式可循，如圓形、十字形等。對(duì)于非規(guī)則的感興趣區(qū)域或者任意形狀感興趣區(qū)域求內(nèi)接矩形則一直是視覺領(lǐng)域一大研究難點(diǎn)，現(xiàn)有算法主要針對(duì)的是凸多邊形求內(nèi)接矩形，對(duì)于凹多邊形并含有孔洞狀態(tài)下的任意多邊形求內(nèi)接矩形算法在國(guó)內(nèi)還很罕見。而工業(yè)應(yīng)用中，對(duì)有孔狀態(tài)下任意多邊形求最大內(nèi)接矩形是十分常見的應(yīng)用，如材料切割等領(lǐng)域。

現(xiàn)有常用的算法包括遍歷法及中心擴(kuò)散法，其中，遍歷法雖然對(duì)噪聲具有很強(qiáng)的魯棒性，但其適用范圍比較窄，對(duì)于凹多邊形以及帶有孔洞的多邊形無法正確求出最大內(nèi)接矩形；中心擴(kuò)散法與遍歷法相比，雖然適用范圍更廣，但其準(zhǔn)確率不高，穩(wěn)定性比較差，同時(shí)，這種算法無法針對(duì)所有的凹凸多邊形，以及帶孔洞的多邊形正確求出最大內(nèi)接矩形。因此研發(fā)針對(duì)有孔狀態(tài)下的任意多邊形求最大水平內(nèi)接矩形算法是非常有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供一種基于行程編碼的任意連通域的水平內(nèi)接矩形算法及裝置，能夠求解帶孔洞的任意多邊形的最大水平內(nèi)接矩形。

本發(fā)明所提供基于行程編碼的任意連通域的水平內(nèi)接矩形算法包括：

獲取圖像的感興趣區(qū)域；

對(duì)圖像感興趣區(qū)域進(jìn)行行程編碼；

求取編碼后感興趣區(qū)域的最大水平內(nèi)接矩形。

進(jìn)一步地，所述行程為同一行或同一列中連續(xù)像素點(diǎn)組成的一段區(qū)域，包括行行程及列行程，所述行行程以行程所在行號(hào)、行程內(nèi)連續(xù)像素點(diǎn)的起始列及終止列標(biāo)示，所述列行程以行程所在列號(hào)、行程內(nèi)連續(xù)像素點(diǎn)的起始行及終止行標(biāo)示。

進(jìn)一步地，所述對(duì)圖像感興趣區(qū)域進(jìn)行行程編碼的步驟包括：自感興趣區(qū)域的最小行最小列像素點(diǎn)開始，逐行逐列取區(qū)域內(nèi)各行程的行號(hào)、起始列及終止列，并對(duì)其進(jìn)行記錄，所述行程按照行順序依次進(jìn)行記錄，每行按照列順序依次進(jìn)行記錄；

或者，自感興趣區(qū)域的最小行最小列像素點(diǎn)開始，逐列逐行取區(qū)域內(nèi)各行程的列號(hào)、起始行及終止行，并對(duì)其進(jìn)行記錄，所述行程按照列順序依次進(jìn)行記錄，每列按照行順序依次進(jìn)行記錄。

進(jìn)一步地，所述遍歷行程，求取編碼后感興趣區(qū)域的最大水平內(nèi)接矩形的步驟包括：

取任意兩個(gè)行行程組成行程對(duì)，在列方向求交，獲得列方向的交集為候選矩形的寬，兩行行程的行差為候選矩形的高；

遍歷該行程對(duì)之間的所有行行程，若候選矩形中間存在孔洞，則修正候選矩形的寬使其避開孔洞，保持候選矩形的高不變，求得修正后候選矩形的面積并保存；

窮盡所有行程對(duì)，對(duì)所獲得候選矩形的面積進(jìn)行對(duì)比，取其中面積最大的一個(gè)為感興趣區(qū)域的最大水平內(nèi)接矩形；

或者：

取任意兩個(gè)列行程組成行程對(duì)，在行方向求交，獲得行方向的交集為候選矩形的高，兩列行程的列差為候選矩形的寬；

遍歷該行程對(duì)之間的所有列行程，若候選矩形中間存在孔洞，則修正候選矩形的高使其避開孔洞，保持候選矩形的寬不變，求得修正后候選矩形的面積并保存；

窮盡所有行程對(duì)，對(duì)所獲得候選矩形的面積進(jìn)行對(duì)比，取其中面積最大的一個(gè)為感興趣區(qū)域的最大水平內(nèi)接矩形。

進(jìn)一步地，該算法還包括步驟：

在計(jì)算機(jī)中開辟一段內(nèi)存用于對(duì)各行程進(jìn)行記錄；

若記錄過程中，所述內(nèi)存容量不夠，則重新開辟一段大于原容量的內(nèi)存；

將原有內(nèi)存中的數(shù)據(jù)復(fù)制至此段內(nèi)存中，釋放原有內(nèi)存。

本發(fā)明所提供的基于行程編碼的任意連通域的水平內(nèi)接矩形裝置，包括：

區(qū)域分割模塊，用于獲取圖像的感興趣區(qū)域；

行程編碼模塊，用于對(duì)圖像感興趣區(qū)域進(jìn)行行程編碼；

內(nèi)接矩形求取模塊，用于遍歷行程，求取編碼后感興趣區(qū)域的最大水平內(nèi)接矩形。

進(jìn)一步地，所述行程為同一行或同一列中連續(xù)像素點(diǎn)組成的一段區(qū)域，包括行行程及列行程，所述行行程以行程所在行號(hào)、行程內(nèi)連續(xù)像素點(diǎn)的起始列及終止列標(biāo)示，所述列行程以行程所在列號(hào)、行程內(nèi)連續(xù)像素點(diǎn)的起始行及終止行標(biāo)示。

進(jìn)一步地，所述行程編碼模塊自感興趣區(qū)域的最小行最小列像素點(diǎn)開始，逐行逐列取區(qū)域內(nèi)各行程的行號(hào)、起始列及終止列，并對(duì)其進(jìn)行記錄，所述行程按照行順序依次進(jìn)行記錄，每行按照列順序依次進(jìn)行記錄；或者，所述行程編碼模塊自感興趣區(qū)域的最小行最小列像素點(diǎn)開始，逐列逐行取區(qū)域內(nèi)各行程的列號(hào)、起始行及終止行，并對(duì)其進(jìn)行記錄，所述行程按照列順序依次進(jìn)行記錄，每列按照行順序依次進(jìn)行記錄。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)接矩形求取模塊包括候選矩形求取模塊、候選矩形修復(fù)模塊及候選矩形對(duì)比模塊，其中：

所述候選矩形求取模塊，用于取任意兩個(gè)行行程組成行程對(duì)，在列方向求交，獲得列方向的交集為候選矩形的寬，兩行行程的行差為候選矩形的高；

所述候選矩形修復(fù)模塊，用于遍歷該行程對(duì)之間的所有行行程，若候選矩形中間存在孔洞，則修正候選矩形的寬使其避開孔洞，保持候選矩形的高不變，求得修正后候選矩形的面積并保存；

所述候選矩形對(duì)比模塊，用于窮盡所有行程對(duì)，對(duì)所獲得候選矩形的面積進(jìn)行對(duì)比，取其中面積最大的一個(gè)為感興趣區(qū)域的最大水平內(nèi)接矩形；

或者：

所述候選矩形求取模塊，用于取任意兩個(gè)列行程組成行程對(duì)，在行方向求交，獲得行方向的交集為候選矩形的高，兩列行程的列差為候選矩形的寬；

所述候選矩形修復(fù)模塊，用于遍歷該行程對(duì)之間的所有列行程，若候選矩形中間存在孔洞，則修正候選矩形的高使其避開孔洞，保持候選矩形的寬不變，求得修正后候選矩形的面積并保存；

所述候選矩形對(duì)比模塊，用于窮盡所有行程對(duì)，對(duì)所獲得候選矩形的面積進(jìn)行對(duì)比，取其中面積最大的一個(gè)為感興趣區(qū)域的最大水平內(nèi)接矩形。

進(jìn)一步地，所述用于對(duì)行程進(jìn)行記錄的存儲(chǔ)空間為計(jì)算機(jī)的內(nèi)存。

本發(fā)明通過對(duì)圖像的感興趣區(qū)域采用行程編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，減少了對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存的占用量、加快了程序運(yùn)行速度；通過對(duì)感興趣區(qū)域取行程對(duì)求交集、并根據(jù)感興趣區(qū)域內(nèi)部是否存在孔洞修正該交集的方式，可以獲取具有凹、凸邊或帶有孔洞的感興趣區(qū)域內(nèi)所有可能存在的內(nèi)接矩形，通過對(duì)上述內(nèi)接矩形的對(duì)比即可獲得感興趣區(qū)域的最大內(nèi)接矩形，在工業(yè)應(yīng)用中更具有實(shí)際意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行行程編碼示意圖；

圖2(a)是本發(fā)明求取候選矩形示意圖；

圖2(b)是本發(fā)明修正候選矩形示意圖；

圖3是本發(fā)明算法流程圖；

圖4是本發(fā)明裝置示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明基于行程編碼的任意連通域的水平內(nèi)接矩形算法包括以下步驟：

獲取圖像的感興趣區(qū)域；

對(duì)圖像感興趣區(qū)域進(jìn)行行程編碼；

遍歷行程，求取編碼后感興趣區(qū)域的最大水平內(nèi)接矩形。

不同灰度值的像素點(diǎn)組合在一起構(gòu)成圖像，由于像素點(diǎn)灰度值的不同使得圖像呈現(xiàn)出不同的圖案。圖像處理中一般先采用閾值分割等方法對(duì)圖像進(jìn)行分割以獲得其感興趣區(qū)域，再對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行描述?，F(xiàn)有算法中對(duì)感興趣區(qū)域通常直接用像素點(diǎn)表示，如開源庫(kù)OpenCV的ROI，以8位深度的灰度圖來說，若一片感興趣區(qū)域含30萬個(gè)像素點(diǎn)，則其內(nèi)存占用量為300000byte，約292KB，因此用像素點(diǎn)表示感興趣區(qū)域存在內(nèi)存占用大的弊端。而采用行程編碼方式，內(nèi)存占用量可能低至3KB，二者相差近一百倍，可見行程編碼圖像對(duì)減少程序資源的占用是非常有效的。

為了減少內(nèi)存的占用量，本發(fā)明采用行程編碼的方式來表示感興趣區(qū)域。如圖1所示，圖中每一個(gè)方格代表一個(gè)像素點(diǎn)，感興趣區(qū)域100的每一行或每一列中連續(xù)像素點(diǎn)組成的一段區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)行程，每一行或每一列均可能包含若干個(gè)行程，行程分為行行程與列行程，例如圖中的111、112分別為第一行行程、第二行行程，121為第一列行程。行行程結(jié)構(gòu)包含行程所在行號(hào)、行程內(nèi)連續(xù)像素點(diǎn)的起始列與終止列；列行程包含行程所在列號(hào)、行程內(nèi)連續(xù)像素點(diǎn)的起始行與終止行。唯一標(biāo)示一個(gè)行程需提供其行號(hào)、起始列與終止列，或列號(hào)、起始行與終止行。一個(gè)行程內(nèi)所包含像素的點(diǎn)數(shù)沒有限制，若上述行號(hào)、列號(hào)等每個(gè)分量分別用兩個(gè)字節(jié)表示，則一個(gè)行程占用6個(gè)字節(jié)，每一片感興趣區(qū)域由有限個(gè)行程組成，行程數(shù)量遠(yuǎn)小于像素點(diǎn)數(shù)，因此，采用行程編碼的方式表示圖像感興趣區(qū)域所占用的內(nèi)存要遠(yuǎn)低于用像素點(diǎn)表示的方式。

對(duì)圖像感興趣區(qū)域進(jìn)行行程編碼的過程，就是將感興趣區(qū)域劃分為多個(gè)行程、并對(duì)各行程予以記錄的過程，感興趣區(qū)域可以劃分為多個(gè)行行程，也可以劃分為多個(gè)列行程。參考圖3，以其劃分為多個(gè)行行程為例，該過程具體包括以下步驟：

在計(jì)算機(jī)中開辟一片內(nèi)存用以對(duì)各行程進(jìn)行記錄；

自感興趣區(qū)域的最小行最小列像素點(diǎn)開始，逐行逐列取區(qū)域內(nèi)各行程的行號(hào)、起始列及終止列，并將其保存在所開辟的內(nèi)存中；

記錄過程中，若所開辟內(nèi)存容量不夠，則重新開辟一段大于原容量的內(nèi)存，將原有內(nèi)存中的數(shù)據(jù)復(fù)制至此段內(nèi)存中，釋放原有內(nèi)存。

其中，所有行程按照行順序依次進(jìn)行記錄，每行的所有行程又按照列順序依次進(jìn)行記錄。

當(dāng)感興趣區(qū)域劃分為多個(gè)列行程時(shí)，則自感興趣區(qū)域的最小行最小列像素點(diǎn)開始，逐列逐行取區(qū)域內(nèi)各行程的列號(hào)、起始行及終止行，并對(duì)其進(jìn)行記錄。其中，所有行程按照列順序依次進(jìn)行記錄，每列行程又按照行順序依次進(jìn)行記錄。

經(jīng)過上述步驟，圖像感興趣區(qū)域被編碼為行程表示方式，接下來就要通過遍歷行程的方式，對(duì)經(jīng)過行程編碼后的感興趣區(qū)域求取最大內(nèi)接矩形。以感興趣區(qū)域被劃分為多個(gè)行行程為例，求取其最大水平內(nèi)接矩形的步驟包括：

如圖2(a)所示，取任意兩個(gè)行行程113、114組成行程對(duì)，對(duì)兩行行程在列方向求交，獲得列方向的交集為候選矩形的寬W1，兩行行程的行差為候選矩形的高H；

遍歷該行程對(duì)之間的所有行行程，若候選矩形中間存在孔洞，則修正候選矩形的寬為W2，如圖2(b)所示，使候選矩形避開孔洞，保持候選矩形的高不變，求得修正后候選矩形的面積并保存；

窮盡所有行程對(duì)，獲得所有可能存在的候選矩形，對(duì)比其面積，取其中面積最大的一個(gè)即為感興趣區(qū)域的最大水平內(nèi)接矩形。

當(dāng)感興趣區(qū)域劃分為多個(gè)列行程時(shí)，則取任意兩個(gè)列行程組成行程對(duì)，對(duì)兩列行程在行方向求交，獲得行方向的交集為候選矩形的高，兩列行程的列差為候選矩形的寬；

遍歷該行程對(duì)之間的所有列行程，若候選矩形中間存在孔洞，則修正候選矩形的高，使候選矩形避開孔洞，保持候選矩形的寬不變，求得修正后候選矩形的面積并保存。

窮盡候選矩形，對(duì)其其面積，最終獲得最大水平內(nèi)接矩形。

如圖4所示，本發(fā)明基于行程編碼的任意連通域的水平內(nèi)接矩形裝置，包括：

區(qū)域分割模塊，用于獲取圖像的感興趣區(qū)域；

行程編碼模塊，用于對(duì)圖像感興趣區(qū)域進(jìn)行行程編碼；

內(nèi)接矩形求取模塊，用于遍歷行程，求取編碼后感興趣區(qū)域的最大水平內(nèi)接矩形。

其中，行程編碼模塊自感興趣區(qū)域的最小行最小列像素點(diǎn)開始，逐行逐列取區(qū)域內(nèi)各行程的行號(hào)、起始列及終止列，并對(duì)其進(jìn)行記錄，行程按照行順序依次進(jìn)行記錄，每行按照列順序依次進(jìn)行記錄；或者，行程編碼模塊自感興趣區(qū)域的最小行最小列像素點(diǎn)開始，逐列逐行取區(qū)域內(nèi)各行程的列號(hào)、起始行及終止行，并對(duì)其進(jìn)行記錄，行程按照列順序依次進(jìn)行記錄，每列按照行順序依次進(jìn)行記錄。

其中，用于對(duì)行程進(jìn)行記錄的存儲(chǔ)空間為計(jì)算機(jī)的內(nèi)存。

內(nèi)接矩形求取模塊包括候選矩形求取模塊、候選矩形修復(fù)模塊及候選矩形對(duì)比模塊，其中：

候選矩形求取模塊，用于取任意兩個(gè)行行程組成行程對(duì)，對(duì)兩行行程在列方向求交，獲得列方向的交集為候選矩形的寬，兩行行程的行差為候選矩形的高；

候選矩形修復(fù)模塊，用于遍歷該行程對(duì)之間的所有行行程，若候選矩形中間存在孔洞，則修正候選矩形的寬，使候選矩形避開孔洞，保持候選矩形的高不變，求得修正后候選矩形的面積并保存；

候選矩形對(duì)比模塊，用于窮盡所有行程對(duì)，獲得所有可能存在的候選矩形，對(duì)比其面積，取其中面積最大的一個(gè)為感興趣區(qū)域的最大水平內(nèi)接矩形。

或者：

候選矩形求取模塊，用于取任意兩個(gè)列行程組成行程對(duì)，對(duì)兩列行程在行方向求交，獲得行方向交集為候選矩形的高，兩列行程的列差為候選矩形的寬；

候選矩形修復(fù)模塊，用于遍歷該行程對(duì)之間的所有列行程，若候選矩形中間存在孔洞，則修正候選矩形的高，使候選矩形避開孔洞，保持候選矩形的寬不變，求得修正后候選矩形的面積并保存；

候選矩形對(duì)比模塊，用于窮盡所有行程對(duì)，獲得所有可能存在的候選矩形，對(duì)比其面積，取其中面積最大的一個(gè)為感興趣區(qū)域的最大水平內(nèi)接矩形。

本發(fā)明中圖像感興趣區(qū)域經(jīng)行程編碼后，表示圖像的最小單位為行程，每個(gè)行程可包含的像素點(diǎn)數(shù)無限制，因此感興趣區(qū)域的行程數(shù)必然比像素點(diǎn)數(shù)目少，與現(xiàn)有技術(shù)通過遍歷所有像素點(diǎn)獲得其最大水平內(nèi)接矩形相比，遍歷行程則變得更簡(jiǎn)單，執(zhí)行算法耗時(shí)也將減少。同時(shí)，如前所述，進(jìn)行行程編碼后，內(nèi)存占用少，使得該算法更適用于對(duì)資源有一定限制的嵌入式平臺(tái)。

本發(fā)明通過對(duì)感興趣區(qū)域取行程對(duì)求交集、并根據(jù)感興趣區(qū)域內(nèi)部是否存在孔洞修正該交集、最終獲得感興趣區(qū)域內(nèi)所有可能存在的內(nèi)接矩形，并對(duì)比得出感興趣區(qū)域的最大水平內(nèi)接矩形，對(duì)于規(guī)則、凸、凹、存在孔洞等任意多邊形均能夠準(zhǔn)確求取最大水平內(nèi)接矩，解決了現(xiàn)有算法無法適用于存在孔洞的任意多邊形內(nèi)接矩形求取，應(yīng)用單一的問題，穩(wěn)定性高，能夠滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種需求，促進(jìn)相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域的智能化發(fā)展。