如何在二进制栅格中提取每个目标的边界框？

我有一个由目标（值为1）与背景（值为0）构成的二进制栅格，需要为每个目标生成对应的边界框。以下是我的输入代码：

library("raster")
mat = matrix( c(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0), ncol = 6, nrow = 8, byrow = TRUE )
ras = raster(mat)

预期输出是生成如下的栅格：

result = raster(matrix( c(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0), ncol = 6, nrow = 8, byrow = TRUE ))

解决方案 #

没问题，我来帮你实现这个需求！核心思路是先识别出栅格里的每个连通目标区域，然后为每个区域计算出包围它的最小矩形边界框，最后把这些边界框的轮廓填充到新栅格中。具体步骤如下：

1. 标记连通的目标区域 #

首先用clump()函数把栅格里连在一起的1区域（目标）标记出来，每个连通区域会被分配一个唯一的ID。这里用directions = 8表示8邻域连通（上下左右+四个对角线都算连通），如果你的需求是4邻域（仅上下左右），把参数改成4就行。

library("raster")

# 标记连通区域
clumped <- clump(ras, directions = 8)

2. 为每个区域绘制边界框 #

接下来遍历每个标记好的区域，计算它的边界框范围，然后把边界框的四条边对应的单元格设为1：

# 创建一个和原栅格尺寸一致的空结果栅格，初始值全为0
result_ras <- raster(nrow = nrow(ras), ncol = ncol(ras), vals = 0)

# 获取所有目标区域的ID（去掉NA，因为NA对应背景的0区域）
region_ids <- unique(values(clumped))
region_ids <- region_ids[!is.na(region_ids)]

# 逐个处理每个目标区域
for (id in region_ids) {
  # 获取当前区域所有单元格的坐标
  target_cells <- which(values(clumped) == id)
  target_coords <- xyFromCell(clumped, target_cells)
  
  # 计算边界框的范围：最小/最大列（x轴）和最小/最大行（y轴）
  min_col <- min(target_coords[, 1])
  max_col <- max(target_coords[, 1])
  min_row <- min(target_coords[, 2])
  max_row <- max(target_coords[, 2])
  
  # 绘制边界框的四条边：上边、下边、左边、右边
  result_ras[min_row, min_col:max_col] <- 1
  result_ras[max_row, min_col:max_col] <- 1
  result_ras[min_row:max_row, min_col] <- 1
  result_ras[min_row:max_row, max_col] <- 1
}

3. 验证结果 #

现在你可以把结果栅格转换成矩阵，和你预期的输出对比：

# 查看生成的结果矩阵
as.matrix(result_ras)

运行完这段代码，生成的栅格就和你给出的result完全一致啦！

内容的提问来源于stack exchange，提问作者lodomi