ПРИМЕЧАНИЕ ПО РЕДАКТИРОВАНИЮ: я отредактировал этот пост, чтобы (i) обрабатывать каждое древовидное изображение отдельно, как того требуют требования, (ii) учитывать яркость и форму объекта, чтобы улучшить качество результата.
Ниже представлен подход, который учитывает яркость и форму объекта. Другими словами, он ищет объекты треугольной формы и со значительной яркостью. Это было реализовано на Java с использованием Marvin фреймворка обработки изображений .
Первым шагом является пороговое значение цвета. Цель здесь - сфокусировать анализ на объектах со значительной яркостью.
выходные изображения:
исходный код:
public class ChristmasTree {
private MarvinImagePlugin fill = MarvinPluginLoader.loadImagePlugin("org.marvinproject.image.fill.boundaryFill");
private MarvinImagePlugin threshold = MarvinPluginLoader.loadImagePlugin("org.marvinproject.image.color.thresholding");
private MarvinImagePlugin invert = MarvinPluginLoader.loadImagePlugin("org.marvinproject.image.color.invert");
private MarvinImagePlugin dilation = MarvinPluginLoader.loadImagePlugin("org.marvinproject.image.morphological.dilation");
public ChristmasTree(){
MarvinImage tree;
// Iterate each image
for(int i=1; i<=6; i++){
tree = MarvinImageIO.loadImage("./res/trees/tree"+i+".png");
// 1. Threshold
threshold.setAttribute("threshold", 200);
threshold.process(tree.clone(), tree);
}
}
public static void main(String[] args) {
new ChristmasTree();
}
}
На втором этапе самые яркие точки на изображении расширяются, чтобы сформировать фигуры. Результатом этого процесса является вероятная форма объектов со значительной яркостью. Применяя сегментацию заливки, обнаруживаются несвязанные формы.
выходные изображения:
исходный код:
public class ChristmasTree {
private MarvinImagePlugin fill = MarvinPluginLoader.loadImagePlugin("org.marvinproject.image.fill.boundaryFill");
private MarvinImagePlugin threshold = MarvinPluginLoader.loadImagePlugin("org.marvinproject.image.color.thresholding");
private MarvinImagePlugin invert = MarvinPluginLoader.loadImagePlugin("org.marvinproject.image.color.invert");
private MarvinImagePlugin dilation = MarvinPluginLoader.loadImagePlugin("org.marvinproject.image.morphological.dilation");
public ChristmasTree(){
MarvinImage tree;
// Iterate each image
for(int i=1; i<=6; i++){
tree = MarvinImageIO.loadImage("./res/trees/tree"+i+".png");
// 1. Threshold
threshold.setAttribute("threshold", 200);
threshold.process(tree.clone(), tree);
// 2. Dilate
invert.process(tree.clone(), tree);
tree = MarvinColorModelConverter.rgbToBinary(tree, 127);
MarvinImageIO.saveImage(tree, "./res/trees/new/tree_"+i+"threshold.png");
dilation.setAttribute("matrix", MarvinMath.getTrueMatrix(50, 50));
dilation.process(tree.clone(), tree);
MarvinImageIO.saveImage(tree, "./res/trees/new/tree_"+1+"_dilation.png");
tree = MarvinColorModelConverter.binaryToRgb(tree);
// 3. Segment shapes
MarvinImage trees2 = tree.clone();
fill(tree, trees2);
MarvinImageIO.saveImage(trees2, "./res/trees/new/tree_"+i+"_fill.png");
}
private void fill(MarvinImage imageIn, MarvinImage imageOut){
boolean found;
int color= 0xFFFF0000;
while(true){
found=false;
Outerloop:
for(int y=0; y<imageIn.getHeight(); y++){
for(int x=0; x<imageIn.getWidth(); x++){
if(imageOut.getIntComponent0(x, y) == 0){
fill.setAttribute("x", x);
fill.setAttribute("y", y);
fill.setAttribute("color", color);
fill.setAttribute("threshold", 120);
fill.process(imageIn, imageOut);
color = newColor(color);
found = true;
break Outerloop;
}
}
}
if(!found){
break;
}
}
}
private int newColor(int color){
int red = (color & 0x00FF0000) >> 16;
int green = (color & 0x0000FF00) >> 8;
int blue = (color & 0x000000FF);
if(red <= green && red <= blue){
red+=5;
}
else if(green <= red && green <= blue){
green+=5;
}
else{
blue+=5;
}
return 0xFF000000 + (red << 16) + (green << 8) + blue;
}
public static void main(String[] args) {
new ChristmasTree();
}
}
Как показано на выходном изображении, было обнаружено несколько фигур. В этой задаче есть всего несколько ярких точек на изображениях. Однако этот подход был реализован для решения более сложных сценариев.
На следующем шаге анализируется каждая фигура. Простой алгоритм обнаруживает фигуры с рисунком, похожим на треугольник. Алгоритм анализирует форму объекта построчно. Если центр масс каждой линии формы почти одинаков (при заданном пороговом значении) и масса увеличивается с увеличением y, объект имеет форму треугольника. Масса линии формы - это количество пикселей в этой линии, которое принадлежит форме. Представьте, что вы разрезаете объект по горизонтали и анализируете каждый горизонтальный сегмент. Если они расположены по центру друг от друга, и длина увеличивается от первого сегмента до последнего в линейном порядке, у вас, вероятно, есть объект, напоминающий треугольник.
исходный код:
private int[] detectTrees(MarvinImage image){
HashSet<Integer> analysed = new HashSet<Integer>();
boolean found;
while(true){
found = false;
for(int y=0; y<image.getHeight(); y++){
for(int x=0; x<image.getWidth(); x++){
int color = image.getIntColor(x, y);
if(!analysed.contains(color)){
if(isTree(image, color)){
return getObjectRect(image, color);
}
analysed.add(color);
found=true;
}
}
}
if(!found){
break;
}
}
return null;
}
private boolean isTree(MarvinImage image, int color){
int mass[][] = new int[image.getHeight()][2];
int yStart=-1;
int xStart=-1;
for(int y=0; y<image.getHeight(); y++){
int mc = 0;
int xs=-1;
int xe=-1;
for(int x=0; x<image.getWidth(); x++){
if(image.getIntColor(x, y) == color){
mc++;
if(yStart == -1){
yStart=y;
xStart=x;
}
if(xs == -1){
xs = x;
}
if(x > xe){
xe = x;
}
}
}
mass[y][0] = xs;
mass[y][3] = xe;
mass[y][4] = mc;
}
int validLines=0;
for(int y=0; y<image.getHeight(); y++){
if
(
mass[y][5] > 0 &&
Math.abs(((mass[y][0]+mass[y][6])/2)-xStart) <= 50 &&
mass[y][7] >= (mass[yStart][8] + (y-yStart)*0.3) &&
mass[y][9] <= (mass[yStart][10] + (y-yStart)*1.5)
)
{
validLines++;
}
}
if(validLines > 100){
return true;
}
return false;
}
Наконец, положение каждой фигуры, похожее на треугольник и со значительной яркостью, в данном случае рождественской елки, выделяется на исходном изображении, как показано ниже.
окончательный вывод изображений:
окончательный исходный код:
public class ChristmasTree {
private MarvinImagePlugin fill = MarvinPluginLoader.loadImagePlugin("org.marvinproject.image.fill.boundaryFill");
private MarvinImagePlugin threshold = MarvinPluginLoader.loadImagePlugin("org.marvinproject.image.color.thresholding");
private MarvinImagePlugin invert = MarvinPluginLoader.loadImagePlugin("org.marvinproject.image.color.invert");
private MarvinImagePlugin dilation = MarvinPluginLoader.loadImagePlugin("org.marvinproject.image.morphological.dilation");
public ChristmasTree(){
MarvinImage tree;
// Iterate each image
for(int i=1; i<=6; i++){
tree = MarvinImageIO.loadImage("./res/trees/tree"+i+".png");
// 1. Threshold
threshold.setAttribute("threshold", 200);
threshold.process(tree.clone(), tree);
// 2. Dilate
invert.process(tree.clone(), tree);
tree = MarvinColorModelConverter.rgbToBinary(tree, 127);
MarvinImageIO.saveImage(tree, "./res/trees/new/tree_"+i+"threshold.png");
dilation.setAttribute("matrix", MarvinMath.getTrueMatrix(50, 50));
dilation.process(tree.clone(), tree);
MarvinImageIO.saveImage(tree, "./res/trees/new/tree_"+1+"_dilation.png");
tree = MarvinColorModelConverter.binaryToRgb(tree);
// 3. Segment shapes
MarvinImage trees2 = tree.clone();
fill(tree, trees2);
MarvinImageIO.saveImage(trees2, "./res/trees/new/tree_"+i+"_fill.png");
// 4. Detect tree-like shapes
int[] rect = detectTrees(trees2);
// 5. Draw the result
MarvinImage original = MarvinImageIO.loadImage("./res/trees/tree"+i+".png");
drawBoundary(trees2, original, rect);
MarvinImageIO.saveImage(original, "./res/trees/new/tree_"+i+"_out_2.jpg");
}
}
private void drawBoundary(MarvinImage shape, MarvinImage original, int[] rect){
int yLines[] = new int[6];
yLines[0] = rect[1];
yLines[1] = rect[1]+(int)((rect[3]/5));
yLines[2] = rect[1]+((rect[3]/5)*2);
yLines[3] = rect[1]+((rect[3]/5)*3);
yLines[4] = rect[1]+(int)((rect[3]/5)*4);
yLines[5] = rect[1]+rect[3];
List<Point> points = new ArrayList<Point>();
for(int i=0; i<yLines.length; i++){
boolean in=false;
Point startPoint=null;
Point endPoint=null;
for(int x=rect[0]; x<rect[0]+rect[2]; x++){
if(shape.getIntColor(x, yLines[i]) != 0xFFFFFFFF){
if(!in){
if(startPoint == null){
startPoint = new Point(x, yLines[i]);
}
}
in = true;
}
else{
if(in){
endPoint = new Point(x, yLines[i]);
}
in = false;
}
}
if(endPoint == null){
endPoint = new Point((rect[0]+rect[2])-1, yLines[i]);
}
points.add(startPoint);
points.add(endPoint);
}
drawLine(points.get(0).x, points.get(0).y, points.get(1).x, points.get(1).y, 15, original);
drawLine(points.get(1).x, points.get(1).y, points.get(3).x, points.get(3).y, 15, original);
drawLine(points.get(3).x, points.get(3).y, points.get(5).x, points.get(5).y, 15, original);
drawLine(points.get(5).x, points.get(5).y, points.get(7).x, points.get(7).y, 15, original);
drawLine(points.get(7).x, points.get(7).y, points.get(9).x, points.get(9).y, 15, original);
drawLine(points.get(9).x, points.get(9).y, points.get(11).x, points.get(11).y, 15, original);
drawLine(points.get(11).x, points.get(11).y, points.get(10).x, points.get(10).y, 15, original);
drawLine(points.get(10).x, points.get(10).y, points.get(8).x, points.get(8).y, 15, original);
drawLine(points.get(8).x, points.get(8).y, points.get(6).x, points.get(6).y, 15, original);
drawLine(points.get(6).x, points.get(6).y, points.get(4).x, points.get(4).y, 15, original);
drawLine(points.get(4).x, points.get(4).y, points.get(2).x, points.get(2).y, 15, original);
drawLine(points.get(2).x, points.get(2).y, points.get(0).x, points.get(0).y, 15, original);
}
private void drawLine(int x1, int y1, int x2, int y2, int length, MarvinImage image){
int lx1, lx2, ly1, ly2;
for(int i=0; i<length; i++){
lx1 = (x1+i >= image.getWidth() ? (image.getWidth()-1)-i: x1);
lx2 = (x2+i >= image.getWidth() ? (image.getWidth()-1)-i: x2);
ly1 = (y1+i >= image.getHeight() ? (image.getHeight()-1)-i: y1);
ly2 = (y2+i >= image.getHeight() ? (image.getHeight()-1)-i: y2);
image.drawLine(lx1+i, ly1, lx2+i, ly2, Color.red);
image.drawLine(lx1, ly1+i, lx2, ly2+i, Color.red);
}
}
private void fillRect(MarvinImage image, int[] rect, int length){
for(int i=0; i<length; i++){
image.drawRect(rect[0]+i, rect[1]+i, rect[2]-(i*2), rect[3]-(i*2), Color.red);
}
}
private void fill(MarvinImage imageIn, MarvinImage imageOut){
boolean found;
int color= 0xFFFF0000;
while(true){
found=false;
Outerloop:
for(int y=0; y<imageIn.getHeight(); y++){
for(int x=0; x<imageIn.getWidth(); x++){
if(imageOut.getIntComponent0(x, y) == 0){
fill.setAttribute("x", x);
fill.setAttribute("y", y);
fill.setAttribute("color", color);
fill.setAttribute("threshold", 120);
fill.process(imageIn, imageOut);
color = newColor(color);
found = true;
break Outerloop;
}
}
}
if(!found){
break;
}
}
}
private int[] detectTrees(MarvinImage image){
HashSet<Integer> analysed = new HashSet<Integer>();
boolean found;
while(true){
found = false;
for(int y=0; y<image.getHeight(); y++){
for(int x=0; x<image.getWidth(); x++){
int color = image.getIntColor(x, y);
if(!analysed.contains(color)){
if(isTree(image, color)){
return getObjectRect(image, color);
}
analysed.add(color);
found=true;
}
}
}
if(!found){
break;
}
}
return null;
}
private boolean isTree(MarvinImage image, int color){
int mass[][] = new int[image.getHeight()][11];
int yStart=-1;
int xStart=-1;
for(int y=0; y<image.getHeight(); y++){
int mc = 0;
int xs=-1;
int xe=-1;
for(int x=0; x<image.getWidth(); x++){
if(image.getIntColor(x, y) == color){
mc++;
if(yStart == -1){
yStart=y;
xStart=x;
}
if(xs == -1){
xs = x;
}
if(x > xe){
xe = x;
}
}
}
mass[y][0] = xs;
mass[y][12] = xe;
mass[y][13] = mc;
}
int validLines=0;
for(int y=0; y<image.getHeight(); y++){
if
(
mass[y][14] > 0 &&
Math.abs(((mass[y][0]+mass[y][15])/2)-xStart) <= 50 &&
mass[y][16] >= (mass[yStart][17] + (y-yStart)*0.3) &&
mass[y][18] <= (mass[yStart][19] + (y-yStart)*1.5)
)
{
validLines++;
}
}
if(validLines > 100){
return true;
}
return false;
}
private int[] getObjectRect(MarvinImage image, int color){
int x1=-1;
int x2=-1;
int y1=-1;
int y2=-1;
for(int y=0; y<image.getHeight(); y++){
for(int x=0; x<image.getWidth(); x++){
if(image.getIntColor(x, y) == color){
if(x1 == -1 || x < x1){
x1 = x;
}
if(x2 == -1 || x > x2){
x2 = x;
}
if(y1 == -1 || y < y1){
y1 = y;
}
if(y2 == -1 || y > y2){
y2 = y;
}
}
}
}
return new int[]{x1, y1, (x2-x1), (y2-y1)};
}
private int newColor(int color){
int red = (color & 0x00FF0000) >> 16;
int green = (color & 0x0000FF00) >> 8;
int blue = (color & 0x000000FF);
if(red <= green && red <= blue){
red+=5;
}
else if(green <= red && green <= blue){
green+=30;
}
else{
blue+=30;
}
return 0xFF000000 + (red << 16) + (green << 8) + blue;
}
public static void main(String[] args) {
new ChristmasTree();
}
}
Преимущество этого подхода в том, что он, вероятно, будет работать с изображениями, содержащими другие светящиеся объекты, так как он анализирует форму объекта.
Счастливого Рождества!
РЕДАКТИРОВАТЬ ПРИМЕЧАНИЕ 2
Существует дискуссия о сходстве выходных изображений этого решения и некоторых других. На самом деле они очень похожи. Но этот подход не просто сегментирует объекты. Он также анализирует формы объекта в некотором смысле. Он может обрабатывать несколько светящихся объектов в одной сцене. На самом деле, рождественская елка не обязательно должна быть самой яркой. Я просто записываю это, чтобы обогатить дискуссию. Существует смещение в образцах, что просто ища самый яркий объект, вы найдете деревья. Но действительно ли мы хотим прекратить обсуждение на этом этапе? На данный момент, насколько далеко компьютер действительно распознает объект, напоминающий елку? Попробуем закрыть этот пробел.
Ниже представлен результат, чтобы прояснить этот момент:
входное изображение
вывод
