用C++，opencv，openmp，实现连通区域标记的二遍扫描算法

这里提供一个简单的基于C和OpenCV的连通区域标记的二遍扫描算法的实现，使用OpenMP进行并行化处理。

首先，我们需要读入一张图像并进行二值化处理。这里使用OpenCV中的cvThreshold函数来实现二值化操作。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <omp.h>

using namespace cv;

int main(int argc, char** argv)
{
    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage: ./connected_components <image>\n");
        return -1;
    }

    // Read input image
    Mat img = imread(argv[1], CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE);

    if (!img.data)
    {
        printf("Could not read image: %s\n", argv[1]);
        return -1;
    }

    // Threshold image
    Mat bw;
    threshold(img, bw, 128, 255, THRESH_BINARY);

    // ...

接下来，我们需要实现第一遍扫描。在这一步中，我们将为每个连通区域分配一个唯一的标记，并记录每个像素所属的连通区域的标记。这里使用一个二维数组来存储标记信息。

    // First pass
    int width = bw.cols;
    int height = bw.rows;
    int labels[height][width] = {{0}};

    #pragma omp parallel for
    for (int i = 0; i < height; i++)
    {
        for (int j = 0; j < width; j++)
        {
            if (bw.at<uchar>(i, j) == 0)
            {
                // Background pixel
                labels[i][j] = 0;
            }
            else
            {
                int left = (j > 0) ? labels[i][j-1] : 0;
                int up = (i > 0) ? labels[i-1][j] : 0;

                if (left == 0 && up == 0)
                {
                    // New component
                    labels[i][j] = (i * width + j) + 1;
                }
                else if (left == 0 && up != 0)
                {
                    // Same component as up
                    labels[i][j] = up;
                }
                else if (left != 0 && up == 0)
                {
                    // Same component as left
                    labels[i][j] = left;
                }
                else if (left != 0 && up != 0)
                {
                    // Merge components
                    int min_label = std::min(left, up);
                    int max_label = std::max(left, up);

                    labels[i][j] = min_label;

                    if (min_label != max_label)
                    {
                        // Update equivalence table
                        #pragma omp critical
                        {
                            for (int k = 0; k < height; k++)
                            {
                                for (int l = 0; l < width; l++)
                                {
                                    if (labels[k][l] == max_label)
                                    {
                                        labels[k][l] = min_label;
                                    }
                                }
                            }
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }

    // ...

在第一遍扫描中，我们遍历了每个像素，并根据其相邻像素的标记信息来分配唯一的标记。如果一个像素周围的所有像素都是背景像素，则将为其分配一个新的标记。如果一个像素周围有多个不同的标记，则将它们合并，并在等价表中更新它们的关系。

在第二遍扫描中，我们将遍历每个像素，并将其标记替换为等价表中与其标记相同的最小标记。这样，我们就可以将所有相邻的像素分成同一连通区域。

    // Second pass
    #pragma omp parallel for
    for (int i = 0; i < height; i++)
    {
        for (int j = 0; j < width; j++)
        {
            if (labels[i][j] != 0)
            {
                int parent = labels[i][j];

                while (parent != labels[(parent-1)/width][(parent-1)%width])
                {
                    parent = labels[(parent-1)/width][(parent-1)%width];
                }

                labels[i][j] = parent;
            }
        }
    }

    // ...

最后，我们将输出每个连通区域的大小和坐标。这里使用一个std::map来记录每个标记的大小，并使用一个std::vector来记录每个连通区域的坐标。由于OpenMP无法并行化std::map的操作，我们只在最后输出结果时使用std::map。

    // Count components
    std::map<int, int> component_sizes;

    for (int i = 0; i < height; i++)
    {
        for (int j = 0; j < width; j++)
        {
            if (labels[i][j] != 0)
            {
                int parent = labels[i][j];

                while (parent != labels[(parent-1)/width][(parent-1)%width])
                {
                    parent = labels[(parent-1)/width][(parent-1)%width];
                }

                labels[i][j] = parent;

                #pragma omp critical
                {
                    component_sizes[parent]++;
                }
            }
        }
    }

    // Collect component coordinates
    std::vector<std::vector<cv::Point>> components(component_sizes.size());

    for (int i = 0; i < height; i++)
    {
        for (int j = 0; j < width; j++)
        {
            if (labels[i][j] != 0)
            {
                int parent = labels[i][j];

                while (parent != labels[(parent-1)/width][(parent-1)%width])
                {
                    parent = labels[(parent-1)/width][(parent-1)%width];
                }

                labels[i][j] = parent;

                #pragma omp critical
                {
                    components[parent-1].push_back(cv::Point(j, i));
                }
            }
        }
    }

    // Output results
    printf("Number of components: %lu\n", component_sizes.size());

    for (auto it = component_sizes.begin(); it != component_sizes.end(); ++it)
    {
        printf("Component %d: Size = %d, Coordinates = ", it->first, it->second);

        for (auto jt = components[it->first-1].begin(); jt != components[it->first-1].end(); ++jt)
        {
            printf("(%d, %d) ", jt->x, jt->y);
        }

        printf("\n");
    }

    return 0;
}

完整的代码如下：