如何平滑骨架化图像并判断指定点是否位于平滑后的骨架线上

骨架平滑预处理 #

之前筛选最大轮廓无法定位水平段，核心原因是原始骨架带毛刺、杂分支，轮廓包含了所有非水平结构的信息，先做平滑清理：

• 先做二值化校验：确认输入是单像素宽的二值骨架图（骨架为白色前景、背景为黑色），如果骨架宽度大于1像素，先跑一遍Zhang-Suen细化算法，把骨架收敛到单像素宽度，避免后续计算宽度干扰结果。
• 修剪毛刺：遍历所有骨架点，统计每个点8邻域内连通的骨架点数量，邻域连通数为1的点就是骨架端点；从每个端点出发沿连通域遍历，总长度小于设定阈值（参考值10像素，可根据图中毛刺大小调整）的短分支直接置为背景，重复迭代2-3次即可清除所有小毛刺，不会破坏主骨架结构。
• 可选顺滑处理：如果需要骨架线条更流畅，用大小为15像素的滑动窗口逐段对骨架点做2次多项式拟合重采样即可，不要做全局拟合，避免把水平段拉变形。

水平骨架段定位 #

按方向特征筛选，不用依赖轮廓面积：

• 骨架拆段：对修剪完成的骨架跑概率霍夫线变换，参数设置为仅检测长度大于50像素的连续线段，把完整骨架拆分为独立的直线段集合。
• 水平段初筛：对每一条检测出的线段，计算两端点y坐标差和线段总长度的比值，比值小于0.1（对应线段倾斜角小于6度，接近水平）的线段归入水平候选集。
• 目标段锁定：在候选集中找到x方向覆盖范围包含图像水平中心、中点y坐标最接近图像垂直中心的线段，就是你要找的水平面主骨架。

指定点是否在水平线上的判定 #

以判定点(x, y) = (530, 355)为例，两种方法可直接落地：

• 快速判定：提取目标水平段的y值波动范围、左右端点x坐标范围，如果待判定点的y值落在水平段y范围±2像素容差区间内，且x值落在左右端点的x区间内，即可判定点在该水平段上。
• 精准判定：计算待判定点到目标水平段的垂直距离，距离小于2像素（单像素骨架留1-2像素容差抗锯齿）即判定为在线段上；如果需要判断点是否落在骨架任意水平区段，只需遍历所有候选水平段计算点到线段的距离，任意一段满足距离阈值即可判定为真。

之前用最大轮廓方案失效的原因：最大轮廓是整个骨架的外边界，会把斜向分支、垂直分支的信息全部包含在内，没有按线段方向做特征筛选，自然无法单独提取出水平段。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Kimwaga Makono