[发明专利]一种球面距离快速变换方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种球面距离快速变换方法，属于图像处理技术领域。

背景技术

在二维空间中，假设图像是由边界像素和非边界像素构成，距离变换（距离场）是指将每一个像素映射成以距离函数定义的从该像素到最近边界像素的距离值。球面距离变换是指定义在球面上的球面测地距离变换。球面距离变换在球面网格剖分、气象建模等领域有着重要的应用。

直接的球面距离变换方法是通过比较球面上任一非边界点到所有边界点的距离进行的，这种方法的原理和实现简单，但是时间复杂度却非常高，因此几乎无法实际应用。采用基于顺序向量扩散的方法一定程度上缓解了球面距离变换的时间消耗（相关技术可参考Michikawa T, Suzuki H. Spherical Distance Transforms[C]，Proceedings of the 2008 International Conference on Computational Sciences and Its Applications，p 405--412），但是由于该方法采用了扩散的方法，因此只能单线程执行球面距离变换，效率仍然受限。在二维图像空间中，有一种独立扫描算法（Rosenfeld A, Pfaltz J L. Sequential Operations in Digital Picture Processing[J]. J. ACM. 1966, 13(4): 471-494）充分利用了二维距离变换过程中行、列之间的局部特性，使得距离变换能够并行执行。然而球面距离是指球面上两点之间的测地距离，与一般的欧氏距离存在本质上的区别，因此二维距离变换的算法无法被直接应用到球面距离变换。

发明内容

本发明的目的是提供一种球面距离快速变换方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

（1）在经度-纬度参数域上，将球面参数化成二维网格；其中所述二维网格的行表示纬线，列表示经线；

（2）根据球面上边界点的分布要求，在所述二维网格中将与球面上边界点对应的网格像素标注为边界像素，其余网格像素标注为非边界像素；

（3）先并行地对所述二维网格的每一行从行首向行尾做第一次扫描，当扫描至行尾后，再从行首向行尾继续扫描，在该继续扫描过程中，若在不超过行的长度的一半时遇到边界像素，则结束第一次扫描，否则在达到行的长度的一半时结束第一次扫描；并且，在整个第一次扫描过程中跟踪每个边界像素并将每个边界像素的有效索引保存到在相应边界像素之后被扫描到的网格像素内；如果某一行中不存在边界像素，则在第一次扫描过程之后该行的所有网格像素保存无效索引；

当第一次扫描结束后，再并行地对所述二维网格的每一行从行尾到行首做第二次扫描，当扫描至行首后，再从行尾向行首继续扫描，在该继续扫描过程中，若在不超过行的长度的一半时遇到边界像素，则结束第二次扫描，否则在达到行的长度的一半时结束第二次扫描；并且，在整个第二次扫描过程中跟踪每个边界像素并将每个边界像素到当前网格像素的距离与第一次扫描过程中当前网格像素所保存的有效索引所指向的边界像素到当前网格像素的距离进行比较：如果在第二次扫描过程中跟踪的边界像素到当前网格像素的距离小于第一次扫描过程中当前网格像素所保存的有效索引所指向的边界像素到当前网格像素的距离，则将第二次扫描过程中所跟踪的边界像素的有效索引保存到当前网格像素内；

（4）对所述二维网格的每一列分别构造一个用于保存边界像素的先进后出的候选队列，且只能在所述候选队列的尾端插入或取出元素；接着并行地对所述二维网格的每一列从头到尾进行扫描，在该扫描过程中，依次将各列中的网格像素所保存的有效索引指向的边界像素从所在列的候选队列的尾端插入到该候选队列中，并且当出现候选队列中的边界像素的数量≥3时，按以下步骤进行：