一种基于水平扩散的复合材料图像阴影检测方法

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，具体涉及一种复合材料图像阴影检测方法。

背景技术

在复合材料工业领域中，复合材料图像是指在复合材料生产流程中，使用X光或者其他拍照设备对复合材料的外形进行拍摄，得到的材料外观的灰度图像。而在复合材料图像中，阴影是一种比较常见的特征。一般情况下，阴影表现为图像拍摄过程中的背景区域、部件结构因素(如环形部件)等情况造成的暗色区域。

对于阴影区域的识别，在复合材料的生产流程参数分析、复合材料有无缺陷判定等方面有很大的辅助作用。阴影区域是否分布正常能够帮助完成复合材料部件的质量分析等。因此，如何完成复合材料图像的阴影检测，成为了一个重要的问题。

现有的技术方案主要是通过阈值分割的方法对阴影区进行检测，其主要原理是通过对一副复合材料灰度图像的像素值总体进行分析，确定若干个固定的阈值，然后通过阈值逐步判断图像每一个像素点的像素值，判断是否满足阴影区域的条件，最后将所有判断为是阴影的点和不是阴影的点分开，输出二值图像来可视化阴影检测的结果。

由于现有的方法只是针对像素而不是针对像素的区域块进行判断，发生误判的概率较高。且现有的阈值分割算法只能通过确定阈值，对每一个像素进行分析，忽略了像素之间的联系，不能很好的契合阴影的区域性。导致不属于阴影区的且像素值较小的点被误检测出来，被判断出来的区域比较多且杂。针对不同特征的图像还需要调整计算阈值的方法，导致判断的准确度不统一，差异较大。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于水平扩散的复合材料图像阴影检测方法，首先获取目标图像并转换为灰度图像；然后将灰度图像中小于灰度阈值的像素点标记为扩散点；再从扩散点中随机选择一点作为起始扩散点；计算起始扩散点在不同方向的梯度值，确定扩散方向，直到得到扩散完成点，将扩散完成点标记为阴影点，其它点标记为非阴影点；所有阴影点组成阴影区域，所有非阴影点组成非阴影区域，将阴影区域与非阴影区域二值化，生成二值图像，完成阴影检测。本发明解决了常用阈值分割算法判断阴影区域杂而不准的缺陷，降低阴影检测中的误判率，使其适用于检测不同特征的阴影图像。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

步骤1：获取目标图像并转换为灰度图像；

步骤2：预设灰度阈值，将灰度图像中小于灰度阈值的像素点标记为扩散点，所有扩散点构成扩散点集合；

步骤3：从扩散点集合中随机选择扩散点作为起始扩散点；

步骤4：计算起始扩散点上下左右四个方向的梯度值，将四个方向的梯度值中小于设定梯度阈值的方向作为起始扩散点的扩散方向，如果有多个扩散方向则对每个扩散方向都进行扩散，并将该方向与起始扩散点相邻的点标记为初始正在扩散点；如果起始扩散点上下左右四个方向的梯度值都大于等于设定梯度阈值，则不进行扩散，从扩散点集合中去掉该起始扩散点，并返回步骤3；

步骤5：计算初始正在扩散点上下左右四个方向中未与其它扩散点相邻的方向的梯度值；将计算出的梯度值中小于设定梯度阈值的方向作为初始正在扩散点的扩散方向，并将此方向与初始正在扩散点相邻的点标记为第二正在扩散点；

步骤6：将第二正在扩散点作为新的初始正在扩散点，重复步骤5，直到计算出的梯度值均大于等于设定梯度阈值，则结束扩散，将新的初始正在扩散点标记为扩散完成点；

步骤7：从扩散点集合中去除从起始扩散点到扩散完成点路径上的所有扩散点，返回步骤3，若步骤3为空，则进行步骤8；

步骤8：将扩散完成点标记为阴影点，没有被标记为扩散完成点的其它点标记为非阴影点；

检测阴影点上下左右四个方向是否存在相邻的其它阴影点，若不存在，则将被检测阴影点设定为孤立阴影点，再将孤立阴影点标记为非阴影点；

所有阴影点组成阴影区域，所有非阴影点组成非阴影区域，将阴影区域与非阴影区域二值化，生成二值图像，完成阴影检测。

进一步地，所述灰度阈值的设定方法为：

统计目标图像中每个像素点的灰度值出现的频率，生成频率分布图，将出现频率最高的灰度值记为M，从出现频率最低的灰度值开始从低到高依次取N个灰度值低于M的灰度值，将这N个灰度值中的最大值设定为灰度阈值。

进一步地，所述步骤7中的二值图像中阴影区为黑色，非阴影区为白色。

本发明的有益效果如下：

本发明提出的一种基于水平扩散的图像阴影检测方法，通过模拟水滴水平方向扩散的思想，模拟阴影区域在图像中的扩散，根据扩散区分阴影区和非阴影区，生成二值图像，完成阴影检测，本发明解决了常用阈值分割算法判断阴影区域杂而不准的缺陷，降低阴影检测中的误判率，使其适用于检测不同特征的阴影图像。

附图说明

图1为本发明方法流程示意图。

图2为本发明实施例提供的梯度算子示意图。

图3为本发明实施例梯度计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

在工业领域的复合材料图像处理中，阴影检测对复合材料的分析有重大的辅助作用，参照图1，本发明提供了一种基于水平扩散的复合材料图像阴影检测方法，包括以下步骤：

步骤1：获取目标图像并转换为灰度图像；

步骤2：统计目标图像中每个像素点的灰度值出现的频率，生成频率分布图，将出现频率最高的灰度值记为M，从出现频率最低的灰度值开始从低到高依次取N个灰度值低于M的灰度值，将这N个灰度值中的最大值设定为灰度阈值。

将灰度图像中小于灰度阈值的像素点标记为扩散点；

步骤3：从扩散点集合中随机选择扩散点作为起始扩散点；

步骤4：计算起始扩散点上下左右四个方向的梯度值，将四个方向的梯度值中小于设定梯度阈值的方向作为起始扩散点的扩散方向，如果有多个扩散方向则对每个扩散方向都进行扩散，并将该方向与起始扩散点相邻的点标记为初始正在扩散点；如果起始扩散点上下左右四个方向的梯度值都大于等于设定梯度阈值，则不进行扩散，从扩散点集合中去掉该起始扩散点，并返回步骤3；

步骤5：计算初始正在扩散点上下左右四个方向中未与其它扩散点相邻的方向的梯度值；将计算出的梯度值中小于设定梯度阈值的方向作为初始正在扩散点的扩散方向，并将此方向与初始正在扩散点相邻的点标记为第二正在扩散点；

步骤6：将第二正在扩散点作为新的初始正在扩散点，重复步骤5，直到计算出的梯度值均大于等于设定梯度阈值，则结束扩散，将新的初始正在扩散点标记为扩散完成点；

步骤7：从扩散点集合中去除从起始扩散点到扩散完成点路径上的所有扩散点，返回步骤3，若步骤3为空，则进行步骤8；

步骤8：将扩散完成点标记为阴影点，没有被标记为扩散完成点的其它点标记为非阴影点；

检测阴影点上下左右四个方向是否存在相邻的其它阴影点，若不存在，则将被检测阴影点设定为孤立阴影点，再将孤立阴影点标记为非阴影点；

所有阴影点组成阴影区域，所有非阴影点组成非阴影区域，将阴影区域与非阴影区域二值化，阴影区为黑色，非阴影区为白色，生成二值图像，完成阴影检测。

本发明中梯度值的计算与判断：

梯度的算子有很多种，在本方法的判断中主要关注像素点的上下左右四个方向，因此梯度的算子如图2所示。

在3*3的方格中，中间位置为需要计算梯度的像素点的位置，其余位置上的数代表计算的权值，通过所述梯度算子计算得到像素点在一个方向上的梯度值，对比梯度值与梯度阈值，判断该方向是否发生扩散。

如图3所示，为在图像中以中间像素值为8的某个像素，计算水平向右方向的梯度算子，直到得到水平向右方向的梯度值。