提取 numpy 数组的边界

Question

令 A 为表示掩码的 numpy 数组。我想提取与此掩码对应的边界，即除边界外的所有内容都为零。

例如：

In [22]: A
array([[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, 1, 1, 0, 0],
       [0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0],
       [0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0],
       [0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0],
       [0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0],
       [0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0],
       [0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]], dtype=int32)

要求的输出是：

array([[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, 1, 1, 0, 0],
       [0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0],
       [0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0],
       [0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0],
       [0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0],
       [0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0],
       [0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]], dtype=int32)

此外，A 中的掩码也可能是非线性的。

所以，我的问题是，获得此边界的最有效方法是什么？

编辑 1：我所说的非线性是什么意思？考虑其中有一个人的图像。这个人对应的mask是非线性的

Answer 1

获得等高线的一个技巧是使用二元扩张，将 3x3 数组作为否定掩码上的内核，并寻找它与输入之间的共同点。对于 4-connected 边界，它将是全数组，对于 8-connected 是加号数组 -

from scipy.ndimage.morphology import binary_dilation

k = np.ones((3,3),dtype=int) # for 4-connected
k = np.zeros((3,3),dtype=int); k[1] = 1; k[:,1] = 1 # for 8-connected
out = binary_dilation(a==0, k) & a

样本运行-

输入数组：

In [384]: a
Out[384]: 
array([[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, 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, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]])

In [385]: from scipy.ndimage.morphology import binary_dilation

解决 4-连接 :

In [386]: k = np.ones((3,3),dtype=int)

In [390]: binary_dilation(a==0, k) & a
Out[390]: 
array([[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, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]])

解决 8-连接 :

In [411]: k = np.zeros((3,3),dtype=int); k[1] = 1; k[:,1] = 1

In [412]: k
Out[412]: 
array([[0, 1, 0],
       [1, 1, 1],
       [0, 1, 0]])

In [413]: binary_dilation(a==0, k) & a
Out[413]: 
array([[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, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]])

我们也可以使用 binary_erosion :

from scipy.ndimage.morphology import binary_erosion
out = a-binary_erosion(a,k)

提取 numpy 数组的边界

Extracting boundary of a numpy array

numpy

mask