//Image Watershed Segmentation
//This is the implementation of the algorithm based on immersion model.
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// ===== Module: Watershed.cpp
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// ===== Version 01 Date: 04/21/2003
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// ===== e-mail: [email protected]
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#include <queue>
#include <vector>
#include <windows.h>
/*====================================================================
函數名 ： Watershed
功能 ： 用標記-分水嶺算法對輸入圖像進行分割
算法實現 ： 無
輸入參數說明 ： OriginalImage --輸入圖像（灰度圖，0~255）
SeedImage --標記圖像（二值圖，0-非標記，1-標記）
LabelImage --輸出圖像（1-第一個分割區域，2-第二個分割區域，...）
row --圖像行數
col --圖像列數
返回值說明 ： 無
====================================================================*/
void Watershed(const int **OriginalImage, char** SeedImage, int **LabelImage, int row, int col)
{
using namespace std;
//標記區域標識號，從1開始
int Num=0;
int i,j;
//保存每個隊列種子個數的數組
vector<int*> SeedCounts;
//臨時種子隊列
queue<POINT> que;
//保存所有標記區域種子隊列的數組
vector<queue<POINT>* > qu;
int* array;
queue<POINT> *uu;
POINT temp;
for(i=0;i<row;i++)
for(j=0;j<col;j++)
LabelImage[j]=0;
int m,n,k=0;
int up,down,right,left,upleft,upright,downleft,downright;
//預處理,提取區分每個標記區域，並初始化每個標記的種子隊列
//種子是指標記區域邊緣的點，他們可以在水位上升時向外淹沒（或者說生長）
for(i=0;i<row;i++)
{
for(j=0;j<col;j++)
{
//如果找到一個標記區域
if(SeedImage[j]==1)
{
//區域的標識號加一
Num++;
//分配數組並初始化爲零
array=new int[256];
ZeroMemory(array,256*sizeof(int));
//
SeedCounts.push_back(array);
//分配本標記的優先隊列
uu=new queue<POINT>[256];
//加入到隊列數組中
qu.push_back(uu);
//當前點放入本標記區域的臨時種子隊列中
temp.x=i;
temp.y=j;
que.push(temp);
//當前點標記爲已處理
LabelImage[j]=Num;
SeedImage[j]=127;
//讓種子隊列中的種子進行生長直到所有的種子都生長完畢
while(!que.empty())
{
up=down=right=left=0;
upleft=upright=downleft=downright=0;
//隊列中取出一個種子
temp=que.front();
m=temp.x;
n=temp.y;
que.pop();
if(m>0)
{
//上方若爲可生長點則加爲新種子
if(SeedImage[m-1][n]==1)
{
temp.x=m-1;
temp.y=n;
que.push(temp);
//新種子點標記爲已淹沒區域
LabelImage[m-1][n]=Num;
SeedImage[m-1][n]=127;
}else//否則上方爲不可生長
{
up=1;
}
}
if(m>0&&n>0)
{
if(SeedImage[m-1][n-1]==1)//左上方若爲可生長點則加爲新種子
{
temp.x=m-1;
temp.y=n-1;
que.push(temp);
//新種子點標記爲已淹沒區域
LabelImage[m-1][n-1]=Num;
SeedImage[m-1][n-1]=127;
}else//否則左上方爲不可生長
{
upleft=1;
}
}
if(m<row-1)
{
if(SeedImage[m+1][n]==1)//下方若爲可生長點則加爲新種子
{
temp.x=m+1;
temp.y=n;
que.push(temp);
//新種子點標記爲已淹沒區域
LabelImage[m+1][n]=Num;
SeedImage[m+1][n]=127;
}else//否則下方爲不可生長
{
down=1;
}
}
if(m<(row-1)&&n<(col-1))
{
if(SeedImage[m+1][n+1]==1)//下方若爲可生長點則加爲新種子
{
temp.x=m+1;
temp.y=n+1;
que.push(temp);
//新種子點標記爲已淹沒區域
LabelImage[m+1][n+1]=Num;
SeedImage[m+1][n+1]=127;
}else//否則下方爲不可生長
{
downright=1;
}
}
if(n<col-1)
{
if(SeedImage[m][n+1]==1)//右方若爲可生長點則加爲新種子
{
temp.x=m;
temp.y=n+1;
que.push(temp);
//新種子點標記爲已淹沒區域
LabelImage[m][n+1]=Num;
SeedImage[m][n+1]=127;
}else//否則右方爲不可生長
{
right=1;
}
}
if(m>0&&n<(col-1))
{
if(SeedImage[m-1][n+1]==1)//右上方若爲可生長點則加爲新種子
{
temp.x=m-1;
temp.y=n+1;
que.push(temp);
//新種子點標記爲已淹沒區域
LabelImage[m-1][n+1]=Num;
SeedImage[m-1][n+1]=127;
}else//否則右上方爲不可生長
{
upright=1;
}
}
if(n>0)
{
if(SeedImage[m][n-1]==1)//左方若爲可生長點則加爲新種子
{
temp.x=m;
temp.y=n-1;
que.push(temp);
//新種子點標記爲已淹沒區域
LabelImage[m][n-1]=Num;
SeedImage[m][n-1]=127;
}else//否則左方爲不可生長
{
left=1;
}
}
if(m<(row-1)&&n>0)
{
if(SeedImage[m+1][n-1]==1)//左下方若爲可生長點則加爲新種子
{
temp.x=m+1;
temp.y=n-1;
que.push(temp);
//新種子點標記爲已淹沒區域
LabelImage[m+1][n-1]=Num;
SeedImage[m+1][n-1]=127;
}else//否則左方爲不可生長
{
downleft=1;
}
}
//上下左右只要有一點不可生長，那麼本點爲初始種子隊列中的一個
if(up||down||right||left||
upleft||downleft||upright||downright)
{
temp.x=m;
temp.y=n;
qu[Num-1][OriginalImage[m][n]].push(temp);
SeedCounts[Num-1][OriginalImage[m][n]]++;
}
}//while結束
}
}
}
bool actives;//在某一水位處，所有標記的種子生長完的標誌
int WaterLevel;
//淹沒過程開始，水位從零開始上升
for(WaterLevel=0;WaterLevel<256;WaterLevel++)
{
actives=true;
while(actives)
{
actives=false;
//依次處理每個標記區域
for(i=0;i<Num;i++)
{
if(!qu[WaterLevel].empty())
{
actives=true;
while(SeedCounts[WaterLevel]>0)
{
SeedCounts[WaterLevel]--;
temp=qu[WaterLevel].front();
qu[WaterLevel].pop();
m = temp.x;
n = temp.y;//當前種子的座標
if(m>0)
{
if(!LabelImage[m-1][n])//上方若未處理
{
temp.x=m-1;
temp.y=n;
LabelImage[m-1][n]=i+1;//上方點標記爲已淹沒區域
if(OriginalImage[m-1][n]<=WaterLevel)//上方若爲可生長點則加入當前隊列
{
qu[WaterLevel].push(temp);
}
else//否則加入OriginalImage[m-1][n]級隊列
{
qu[OriginalImage[m-1][n]].push(temp);
SeedCounts[OriginalImage[m-1][n]]++;
}
}
}
if(m<row-1)
{
if(!LabelImage[m+1][n])//下方若未處理
{
temp.x=m+1;
temp.y=n;
LabelImage[m+1][n]=i+1;//下方點標記爲已淹沒區域
if(OriginalImage[m+1][n]<=WaterLevel)//下方若爲可生長點則加入當前隊列
{
qu[WaterLevel].push(temp);
}
else//否則加入OriginalImage[m+1][n]級隊列
{
qu[OriginalImage[m+1][n]].push(temp);
SeedCounts[OriginalImage[m+1][n]]++;
}
}
}
if(n<col-1)
{
if(!LabelImage[m][n+1])//右邊若未處理
{
temp.x=m;
temp.y=n+1;
LabelImage[m][n+1]=i+1;//右邊點標記爲已淹沒區域
if(OriginalImage[m][n+1]<=WaterLevel)//右邊若爲可生長點則加入當前隊列
{
qu[WaterLevel].push(temp);
}
else//否則加入OriginalImage[m][n+1]級隊列
{
qu[OriginalImage[m][n+1]].push(temp);
SeedCounts[OriginalImage[m][n+1]]++;
}
}
}
if(n>0)
{
if(!LabelImage[m][n-1])//左邊若未處理
{
temp.x=m;
temp.y=n-1;
LabelImage[m][n-1]=i+1;//左邊點標記爲已淹沒區域
if(OriginalImage[m][n-1]<=WaterLevel)//左邊若爲可生長點則加入當前隊列
{
qu[WaterLevel].push(temp);
}
else//否則加入OriginalImage[m][n-1]級隊列
{
qu[OriginalImage[m][n-1]].push(temp);
SeedCounts[OriginalImage[m][n-1]]++;
}
}
}
}//while循環結束
SeedCounts[WaterLevel]=qu[WaterLevel].size();
}//if結束
}//for循環結束
}//while循環結束
}//for循環結束
while(!qu.empty())
{
uu=qu.back();
delete[] uu;
qu.pop_back();
}
while(!SeedCounts.empty())
{
array=SeedCounts.back();
delete[] array;
SeedCounts.pop_back();
}
}
