如何基于面积阈值移除4连通区域（岛屿）？

需求说明 #

移除所有面积小于指定阈值的4连通区域（岛屿），其中岛屿定义为4连通结构——仅上下左右四个方向相邻的1构成同一岛屿。

输入示例 #

输入数组代码实现：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

array = np.array(
    [[1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 0],
     [0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1],
     [0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1],
     [1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 0],
     [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
     [1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1],
     [0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0],
     [1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 1],
     [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1],
     [1, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1]])

plt.matshow(array)

输入可视化效果：背景为黑色（值为0），分布多个大小不一的白色岛屿（值为1的区域）。

预期输出（阈值设为5） #

阈值设为5时，所有面积小于5的岛屿需被置为0，预期输出数组代码：

expected = np.array(
    [[1, 1, 1, 1, 0, 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],
     [1, 1, 0, 1, 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, 0],
     [1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 1],
     [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1],
     [1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1]])
plt.matshow(expected)

预期输出可视化效果：仅保留面积≥5的大型白色岛屿，小型岛屿全部转为黑色（值为0）。

解决方案实现 #

借助scipy.ndimage工具包快速实现区域标记与面积过滤：

import numpy as np
from scipy.ndimage import label, sum as ndi_sum

def remove_small_islands(arr, threshold, connectivity=1):
    # 标记4连通区域（connectivity=1对应上下左右四方向）
    labeled_arr, num_features = label(arr, structure=np.ones((3,3)) * connectivity)
    # 统计每个标记区域的面积（即区域内1的数量）
    area = ndi_sum(arr, labeled_arr, range(num_features + 1))
    # 生成掩码：仅保留面积≥阈值的区域
    mask = np.isin(labeled_arr, np.where(area >= threshold)[0])
    # 应用掩码，将小型岛屿置为0
    return arr * mask

# 测试验证
result = remove_small_islands(array, threshold=5)
print(np.array_equal(result, expected))  # 输出True

# 可视化处理结果
plt.matshow(result)
plt.show()

代码说明 #

• label函数：对数组中的4连通区域进行标记，每个岛屿分配唯一的标签值。
• ndi_sum：按标签统计每个区域的面积，即区域内值为1的单元格总数。
• 掩码生成：通过np.isin筛选出符合面积要求的区域标签，生成布尔掩码后与原数组相乘，直接过滤掉小型岛屿。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者AMA