如何使用MATLAB中的bwtraceboundary函数来跟踪边界线？

MATLAB是现代科技中最常用的编程语言之一，广泛应用于科学计算、图形处理、机器学习等领域。其中，bwtraceboundary函数是一个非常重要的函数，可以用来跟踪二值图像的边界线。本文将介绍如何使用MATLAB中的bwtraceboundary函数来跟踪边界线。

一、什么是bwtraceboundary函数？

bwtraceboundary函数是MATLAB中的一个函数，用于跟踪二值图像的边界线。其中，二值图像是指只有两个亮度值（即黑和白）的图像。bwtraceboundary函数通常被用在数字图像处理和计算机视觉中。

二、bwtraceboundary函数的基本用法

bwtraceboundary函数的基本用法很简单，只需要输入二值图像和跟踪起点的坐标，就可以得到边界线的坐标序列。

语法格式如下：

BW = bwtraceboundary(BW, [r, c], direction, connectivity, maxPoints);

其中，

● BW：输入的二值图像矩阵，必须是逻辑矩阵（即0或1）；

● [r,c]：跟踪起点的坐标，必须是一个长度为2的二元向量，例如[r,c]=[10,20]；

● direction：确定跟踪的方向，可以是8个连通域之一，取值为N、NE、E、SE、S、SW、W、NW。默认设置为第8个连通域（也就是NW）；

● connectivity：选择连通域的方式，可以是4或8。默认值是8；

● maxPoints：跟踪的最大点数。默认值是无穷大。

例如，下面代码段中，我们使用bwtraceboundary函数来跟踪一个名为testImage的二值图像中的边界线，并将结果显示在图像上。

clear;clc;

testImage = imread('circles.png');

bw = im2bw(testImage, 0.5);

[r,c] = find(bw);

idx = sub2ind(size(bw),r,c);

bw_2d = false(size(bw));

bw_2d(idx) = true;

bw = bw_2d;

[row, col] = find(bw);

BW=bwtraceboundary(bw, [row(1), col(1)], 'W',8);

imshow(bw); hold on;

plot(BW(:,2),BW(:,1),'r','linewidth',1.5);

hold off;

运行结果如下图所示：

三、bwtraceboundary函数的参数说明

1、起始坐标

bwtraceboundary函数需要一个起始坐标作为跟踪的起点。这个坐标必须在二值图像中的前景区域（即1）上。通常情况下，我们可以使用imfindcircles函数来自动检测圆形物体的中心点，并将其作为跟踪的起始坐标。

2、跟踪方向

bwtraceboundary函数使用迭代算法来跟踪边界线，其中包括一个跟踪方向参数。跟踪方向分为八个连通域（N、NE、E、SE、S、SW、W、NW）。

默认方向为NW。

需要注意的是，边界线可能沿多条方向延伸，因此初始选择的方向可能会影响最终结果。

3、连通域

bwtraceboundary函数跟踪的时候，需要决定连通域的方式。这是通过设置connectivity参数来实现的。通常情况下，我们使用8连通域（即沿着八个方向连接）来跟踪边界线。

4、最大点数

为了避免迭代次数过多，我们可以设置bwtraceboundary函数的最大跟踪点数。当跟踪的点数达到最大限制时，迭代过程会停止。

四、使用bwtraceboundary函数跟踪边界线的示例

下面，我们将展示一个例子，通过bwtraceboundary函数来跟踪一个形状复杂的边界线。

首先，我们需要创建一个随机生成的二值图像。代码如下：

I = im2bw(imread('test.jpg'), 0.5);

[nrows,ncols] = size(I);

% create a random polygon for tracing

numVertices = 10;

xV = [1,round(rand(1,numVertices-1)*(ncols-1)+1)];

yV = [1,round(rand(1,numVertices-1)*(nrows-1)+1)];

bw2 = poly2mask(xV,yV,nrows,ncols);

bw3 = imfill(bw2,'holes');

bw4 = I & ~ bw3;

运行结果如下图所示。

图片来自：

https://www.mathworks.com/help/images/bwtraceboundary.html

我们可以使用bwtraceboundary函数来跟踪bw4图像的边界线。如下所示：

BW = bwtraceboundary(bw4,[25 25],'NW',8);

imshow(bw4); hold on;

plot(BW(:,2),BW(:,1),'r','LineWidth',1.5);

hold off;

运行结果如下图所示。可以看出，bwtraceboundary函数成功地跟踪了边界线。

从实际应用来看，MATLAB中的bwtraceboundary函数非常适合于跟踪二值图像中的边界线，特别是在数字图像处理和计算机视觉领域中。我们只需要输入起始坐标，并配置一些参数，就可以快速高效地得到边界线的坐标序列。