图像处理——二值填充

作者：追风剑情发布于：2022-4-11 12:23 分类：Algorithms

图像填充是形态学的一种常用操作，它通过膨胀等操作，根据像素边界求出像素区域。若所用的非边界元素均标为 0，下述过程将把这个区域用 1 来填充：设 B 为对称结构元素，在图像4中，从区域边界内的一点 P 开始，将1 赋给 P，X₀=P，按下列迭代程序填充整个区域。

式中，k= 1,2,3,…结束条件为X_k=X_k-1 。集合X_k和A的并集包含被填充的集合和它的边界。

示例：数学形态学填充

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Drawing;
using System.Drawing.Imaging;
using System.Windows.Forms;
using System.Threading;

namespace ImageCorrosion
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
            Image image2 = ComplementaryImage(pictureBox1.Image as Bitmap);
            pictureBox2.Image = image2;
            Image image3 = FillImage(pictureBox1.Image as Bitmap);
            pictureBox3.Image = image3;
        }

        /// <summary>
        /// 数学形态学-填充
        /// 步骤:
        /// (1) 通过原图像A求A的补集图像Ac
        /// (2) (创建一张干净的新图A1)在要填充的区域内任选一点P(对应到新图A1的位置),并将此点置为填充色
        /// (3) 对A1进行膨胀处理
        /// (4) 用膨胀后的A1与Ac求交集（避免超出填充区边界）
        /// (5) 重复(3)和(4)直到图像不再改变
        /// (6) 用不再膨胀的图像A1与原图像A求并集（将填充区域合并到原图中）,得到最终填充后的图像
        /// </summary>
        /// <param name="src_bmp">原始图</param>
        /// <returns></returns>
        private Image FillImage(Bitmap src_bmp)
        {
            //补集图
            Bitmap cpl_bmp = pictureBox2.Image as Bitmap;
            //填充图
            Bitmap dst_bmp = new Bitmap(src_bmp.Width, src_bmp.Height, src_bmp.PixelFormat);

            //定义初始点坐标(选择填充区域内任意一点)
            int orgX = 130;
            int orgY = 145;
            //将初始点设为目标色
            dst_bmp.SetPixel(orgX, orgY, Color.White);

            //迭代膨胀
            while (DilateImage(src_bmp, dst_bmp, cpl_bmp)) ;
            //原图与膨胀后的图求并集
            UnionImage(src_bmp, dst_bmp);

            return dst_bmp;
        }

        //数学形态学-补集图(交换背景与前景色)
        private Image ComplementaryImage(Bitmap src_bmp)
        {
            Rectangle rect = new Rectangle(0, 0, src_bmp.Width, src_bmp.Height);
            Bitmap bmp_clone = src_bmp.Clone(rect, PixelFormat.Format24bppRgb);
            for (int y = 0; y < src_bmp.Height; y++)
            {
                for (int x = 0; x < src_bmp.Width; x++)
                {
                    Color c = src_bmp.GetPixel(x, y);
                    bmp_clone.SetPixel(x, y, (c.R==255) ? Color.Black : Color.White);
                }
            }
            return bmp_clone;
        }

        //数学形态学-求并集图
        private void UnionImage(Bitmap src_bmp, Bitmap dst_bmp)
        {
            for (int i=0; i<src_bmp.Height; i++)
            {
                for (int j=0; j<src_bmp.Width; j++)
                {
                    Color c = src_bmp.GetPixel(j, i);
                    if (c.R == 0)
                        continue;
                    dst_bmp.SetPixel(j, i, Color.White);
                }
            }
        }

        //数学形态学—膨胀图片
        private bool DilateImage(Bitmap src_bmp, Bitmap dst_bmp, Bitmap cpl_bmp)
        {
            //对于八连通图需使用4连通模板进行膨胀
            //对于四连通图需使用8连通模板进行膨胀
            //定义一个3x3的结构模板,原点[1,1]。
            int[,] templet = new int[,] { 
                { 0, 1, 0 }, 
                { 1, 1, 1 },
                { 0, 1, 0 }
            };

            //这里为了简单起见，直接忽略图像边缘
            bool result = false;
            for (int y=1; y<src_bmp.Height-1; y++)
            {
                for (int x=1; x<src_bmp.Width-1; x++)
                {
                    if (IsMatchTemplet(x, y, dst_bmp, templet))
                    {
                        //膨胀(即，腐蚀背景)
                        bool rst = DilateTemplet(x, y, dst_bmp, templet, cpl_bmp);
                        if (rst)
                            result = rst;
                    }
                }
            }
            return result;
        }

        //判断模板原点是否击中目标图像
        //模板中1对应目标图像,0对应背景
        private bool IsMatchTemplet(int x, int y, Bitmap dst_bmp, int[,] templet)
        {
            Color c = dst_bmp.GetPixel(x, y);
            return c.R == 255;
        }

        //对模板覆盖区域进行膨胀处理
        private bool DilateTemplet(int x, int y, Bitmap dst_bmp, int[,] templet, Bitmap cpl_bmp)
        {
            bool result = false;
            int endX = x + 1;
            int endY = y + 1;

            for (int py=y-1,ty=0; py<=endY; py++,ty++)
            {
                for (int px=x-1,tx=0; px<=endX; px++,tx++)
                {
                    //模板为0的位置所覆盖的区域不做处理
                    int tv = templet[tx,ty];
                    if (tv == 0)
                        continue;
                    //判断补集图中的此点像素，
                    //如果为背景色，则做忽略处理，避免膨胀操作超出填充区域边界。
                    Color cpl = cpl_bmp.GetPixel(px, py);
                    if (cpl.R == 0)
                        continue;
                    Color c = dst_bmp.GetPixel(px, py);
                    if (c.R == 0)
                    {
                        dst_bmp.SetPixel(px, py, Color.White);
                        result = true;//图像被膨胀了
                    }
                }
            }
            return result;
        }
    }
}