用于在任何 alpha 透明图像周围绘制轮廓或描边的算法

Question

不确定我目前正在开发的这个算法是否有任何名称 - “生长邻域算法”听起来是一个合适的名称。那我的问题是什么？

我想在 alpha 透明图像周围画一个笔触来勾勒它的轮廓。笔画的大小应该是用户可定义的。

我有一个由 0 和 1 填充的数组，将数组中的每个项目视为一个单元格，就像在 Game of Life 中一样。 0为空的item（透明像素），1的item为第一代cell（非透明像素），代数由周围笔划的大小定义。

这个例子描绘了一个被 alpha 值包围的矩形：

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 1 1 1 1 0 0 0
0 0 0 1 1 1 1 0 0 0
0 0 0 1 1 1 1 0 0 0
0 0 0 1 1 1 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

然后我想让那些通过围绕每一个0代摩尔邻居来成长新一代。这是第二代（笔划为 1px） - 因此数组看起来如下增长：

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 2 2 2 2 2 2 0 0
0 0 2 1 1 1 1 2 0 0
0 0 2 1 1 1 1 2 0 0
0 0 2 1 1 1 1 2 0 0
0 0 2 1 1 1 1 2 0 0
0 0 2 2 2 2 2 2 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

第 3 代和第 4 代（3px 笔划）：

4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
4 3 3 3 3 3 3 3 3 4
4 3 2 2 2 2 2 2 3 4
4 3 2 1 1 1 1 2 3 4
4 3 2 1 1 1 1 2 3 4
4 3 2 1 1 1 1 2 3 4
4 3 2 1 1 1 1 2 3 4
4 3 2 2 2 2 2 2 3 4
4 3 3 3 3 3 3 3 3 4
4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

到目前为止一切顺利。我通过以下代码 sn-p 来完成这个简单的任务：

for (int gen = 1; gen <= 4; gen++)
{
    for (int x = 1; x < arrayWidth - 1; x++)
    {
        for (int y = 1; y < arrayHeight - 1; y++)
        {
            // See if this cell is in the current generation.
            if (_generation[x + arrayWidth * y] == gen)
            {
                // Generate next generation.
                for (int i = x - 1; i <= x + 1; i++)
                {
                    for (int j = y - 1; j <= y + 1; j++)
                    {
                        if (_generation[i + arrayWidth * j] == 0 || _generation[i + arrayWidth * j] > gen)
                        {
                            _generation[i + arrayWidth * j] = gen + 1;
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
}

这种方法非常适用于简单的形状，例如矩形。但是我怎样才能为椭圆做到这一点？一旦我们在单元格中有一种楼梯模式，我就会得到混乱的结果：

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0
0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0
0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0
0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0
0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 0 0 0 0
0 0 0 2 2 1 1 1 1 2 2 0 0 0
0 0 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 0 0
0 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 0
0 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 0
0 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 0
0 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 0
0 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 0
0 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 0
0 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 0 0
0 0 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 0 0
0 0 0 2 2 1 1 1 1 2 2 0 0 0
0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 3 3 3 3 3 3 3 3 0 0 0
0 0 3 3 2 2 2 2 2 2 3 3 0 0
0 3 3 2 2 1 1 1 1 2 2 3 3 0
3 3 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 3 3
3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 3
3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3
3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3
3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3
3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3
3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3
3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 3
3 3 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 3 3
0 3 3 2 2 1 1 1 1 2 2 3 3 0
0 0 3 3 2 2 2 2 2 2 3 3 0 0
0 0 0 3 3 3 3 3 3 3 3 0 0 0

将此算法应用于椭圆时，由于此问题，轮廓看起来有点奇怪（左：算法结果，右：请求的结果）：

这里的问题是我不希望每次我有这种“楼梯”模式时都会出现那些 2 2 和 3 3 重复块：

1 0 0 0 0 0 0 1
0 1 0 0 0 0 1 0
0 0 1 0 0 1 0 0
0 0 0 1 1 0 0 0

我希望上面的第 2 代和第 3 代计算看起来像这样：

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 2 2 2 2 0 0 0 0 0
0 0 0 0 2 1 1 1 1 2 0 0 0 0
0 0 0 2 1 1 1 1 1 1 2 0 0 0
0 0 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 0 0
0 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 0
0 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 0
0 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 0
0 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 0
0 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 0
0 0 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 0 0
0 0 0 2 1 1 1 1 1 1 2 0 0 0
0 0 0 0 2 1 1 1 1 2 0 0 0 0
0 0 0 0 0 2 2 2 2 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 3 3 3 3 0 0 0 0 0
0 0 0 0 3 2 2 2 2 2 3 0 0 0
0 0 0 3 2 1 1 1 1 2 3 0 0 0
0 0 3 2 1 1 1 1 1 1 2 3 0 0
0 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 0
3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3
3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3
3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3
3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3
3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3
0 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 0
0 0 3 2 1 1 1 1 1 1 2 3 0 0
0 0 0 3 2 1 1 1 1 2 3 0 0 0
0 0 0 3 2 2 2 2 2 2 3 0 0 0
0 0 0 0 3 3 3 3 3 3 0 0 0 0

我尝试了很多方法来过滤掉那些重复的单元格块，但我找不到解决问题的简单通用的解决方案。

任何想法如何获得像我从 Photoshop 或 Paint.NET 中获得的笔触/轮廓？

谢谢！

干杯 P

Answer 1

正确的名称是dilation，查看形态学运算。您应该尝试使用圆形元素进行膨胀，这将为您提供所需的结果。

这是一个 Matlab 代码，显示了它是如何完成的：

im = imcircle(70);
im = padarray(im,[20,20]);
figure;imshow(im);
im2 = imdilate(im,strel('disk',8));
figure;imshow(im2);