一種圖像目標外觀對稱性與形狀特征的檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于計算機視覺的針對圖像目標外觀對稱性以及形狀特征的提取和檢測方法。本發(fā)明提出了“矩形特征”的概念。將圖像目標用矩形框表示，目標的對稱性以及其他外觀特性通過代表目標的矩形框內(nèi)部分塊子矩形的組合特征表達出來。各矩形塊的值是由該矩形內(nèi)所有像素點的灰度累加值（或者不同顏色通道的顏色值）累加而成，簡稱矩形值。目標的矩形特征是以目標矩形框的局部矩形塊之間的差值為基礎(chǔ)的。矩形分塊之間的差值反映了兩塊矩形外觀的差異大小。矩形分塊特征主要有二矩形分塊結(jié)構(gòu)、三矩形分塊結(jié)構(gòu)、四矩形分塊結(jié)構(gòu)、六矩形分塊結(jié)構(gòu)、九矩形分塊結(jié)構(gòu)、十六矩形分塊結(jié)構(gòu)等。矩形分塊的大小分均等和不均等兩種情況，均等一般用于對稱分析，不均等一般用于圖像目標外觀的分析。
【專利說明】一種圖像目標外觀對稱性與形狀特征的檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字圖像處理、計算機視覺和模式識別等學科技術(shù)，提出了一種基于計算機視覺的圖像目標特征提取和檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無論是自然的還是人工的物體往往都是以對稱的形式展現(xiàn)，對理解和解釋自然界的圖像目標而言，檢測對稱性具有重要意義。而目前關(guān)于圖像目標對稱的研究很少。本發(fā)明方法還適用于目標外觀特征的檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出了一種針對圖像目標對稱性以及各種形狀特征的提取和檢測方法。將圖像目標用矩形框框定，該目標的對稱性，以及其他外觀特性是通過累加計算矩形框中子矩形框內(nèi)所有像素的灰度值(也可以是1種或多種顏色通道值組合)并比較而得到的；利用“積分圖”(Integral image)計算矩形子塊中所有像素灰度的累加值。本發(fā)明提出的目標形狀特征的提取，所涉及運算主要是加法運算，具有快速的特點。
[0004]本發(fā)明提出了圖像目標的“矩形特征”概念，即一個視覺目標的形狀特征可以由若干個子矩形特征組合描述而成。目標矩形特征可以根據(jù)不同的分塊結(jié)構(gòu)和分布位置進行特征組合描述，主要有 兩矩形分塊結(jié)構(gòu)、三矩形分塊結(jié)構(gòu)、四矩形分塊結(jié)構(gòu)、六矩形分塊結(jié)構(gòu)、九矩形分塊結(jié)構(gòu)、十六矩形分塊結(jié)構(gòu)等等，可以根據(jù)實際情況進一步細分矩形結(jié)構(gòu)。
[0005]根據(jù)實際檢測目標的長寬比，矩形目標框可以分正方形和長方形兩種，為簡化描述，主要以正方形為主描述各分塊結(jié)構(gòu)。
[0006]目標外觀的特性可以用各分塊矩形灰度累加值(簡稱矩形值)的差值來表示。矩形之間的差值反映了兩塊矩形外觀的差異。為減少光照變化等影響，用差值除以整個目標矩形值。目標的矩形特征主要是以目標局部矩形塊之間差值以基礎(chǔ)的，設(shè)定相對偏差的閾值δ，根據(jù)目標不同矩形塊之間偏差大小，判定該目標或整體或局部的對稱特征，甚至可以用來判定一些特定形狀，如Ρ型目標。
[0007]矩形特征里的矩形分塊分為均等和不均等兩類，主要根據(jù)檢測目標的外觀特征來決定。在后面的特征論述中，為簡化表述，除非有特別說明，否則矩形分塊的大小均等劃分。
[0008]1) 二矩形分塊結(jié)構(gòu)特性
參閱圖1，二矩形分塊結(jié)構(gòu)。該圖左邊表示的是左R21、右R&兩個矩形分塊結(jié)構(gòu)，右圖表示的是上R2t、下R2b兩個矩形分塊結(jié)構(gòu)。
[0009]
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明提出了圖像目標的“矩形特征”概念，即一個圖像目標可以用一個矩形框表示，目標的外觀特征可以通過圖像目標內(nèi)部不同分塊結(jié)構(gòu)和顏色分布位置關(guān)系的各種矩形特征進行描述；也就是說，目標的外觀形狀可以由該代表目標的矩形框內(nèi)部分塊子矩形的組合特征表達。
2.目標的矩形特征主要是以目標局部矩形塊之間的差值為基礎(chǔ)的:矩形分塊之間的差值反映了兩塊矩形外觀的差異，如果設(shè)定好相對偏差的閾值(一股用δ表示)，就可以根據(jù)不同矩形塊之間相對偏差的大小，判定該目標整體或局部的對稱特征；各矩形塊的值是由該矩形內(nèi)所有像素點的灰度累加值(或者不同顏色通道的顏色值)累加而成，簡稱矩形值；為減少光照變化等影響，差值做歸一化處理，即用差值除以整個目標框矩形值。
3.矩形分塊特征主要有二矩形分塊結(jié)構(gòu)、三矩形分塊結(jié)構(gòu)、四矩形分塊結(jié)構(gòu)、六矩形分塊結(jié)構(gòu)、九矩形分塊結(jié)構(gòu)、十六矩形分塊結(jié)構(gòu)等等，還可以根據(jù)實際情況進一步細分矩形分塊的大小和結(jié)構(gòu)；矩形分塊的大小分均等和不均等兩種情況，均等一股用于對稱分析，不均等一股用于圖像目標外觀的分析。
4.權(quán)利要求2中二矩形分塊結(jié)構(gòu)特性表現(xiàn)如圖1所示，R21> R2r表示的是兩個矩形分塊，二矩形分塊特性主要是用來判斷目標的對稱性；如果需要判斷目標是否對稱，則二矩形分塊大小一致；如果目標不對稱，可以根據(jù)兩邊選擇不同的大小比例表示目標外觀顏色的分布關(guān)系，圖1的(c)~(f)則進一步描述了物體在多大程度上的不對稱性；二矩形分塊特性計算如下:
5.權(quán)利要求2中三矩形分塊結(jié)構(gòu)如圖2所示，分左中右和上中下兩種特性，反映的是視覺圖像目標在空間上下或左右的分布特征:目標特征最常見的表現(xiàn)為中間突出、兩邊弱化，或者中間弱化兩邊突出等不同分布特征；三等分矩形結(jié)構(gòu)的特征主要表示是否具有均勻分布的特征，其計算如下所示:
6.權(quán)利要求2中四矩形分塊結(jié)構(gòu)如圖3所示，R41、R42、R43、R44表示四個子矩形分塊，通過四個子矩形分塊之間的比較，可以獲得目標外觀局部更精確的對稱或不對稱關(guān)系；除了包含二矩形分塊特性外，還有左上、右上二分塊對稱特性，左上、左下二分塊對稱特性，左上、右下二分塊對稱特性，右上、左下二分塊對稱特性，右下、右上二分塊對稱特性，左下、右下二分塊對稱特性等。
7.權(quán)利要求2中九矩形分塊特征如圖5所示，其基本特征包含了三矩形分塊特性，同時包含了一些更豐富的對稱關(guān)系，甚至能表示一些特殊的形狀:九矩形分塊特性主要有“十字形”，主要有正十字形和旋轉(zhuǎn)45度十字形兩種；“中心結(jié)構(gòu)”，很多目標表現(xiàn)為以目標重心為中心向四周發(fā)散的特征，在檢測中往往集中在九分塊的中心R99;“團塊目標”，有些目標表現(xiàn)為團塊特征，團塊特征的外觀輪廓一股不容易用直觀的數(shù)學表達式表示，卻可以用矩形特征間接描述近似表達，即在檢測目標矩形框中往往集中在九分塊的中心，而四個角則往往包含背景信息，而這些背景信息能反襯出目標的特征，團塊特性的判據(jù)如下所示:
8.權(quán)利要求2中六分塊矩形特性如圖4所示，相比前面的矩形特征，這類結(jié)構(gòu)特征主要用于長方形目標形狀的檢測。
9.矩形特性可以嵌套使用，如圖4中(b)、(d)所示。
10.權(quán)利要求2中十六分塊矩形特性如圖6所示，除了上述簡單的基本特性外，還有一個重要特性是梯形特性，梯形特性可以用來近似表示圓弧，設(shè)在矩形目標框中，梯形的上邊在外，下邊在里，且梯形不在中心位置，其朝上、下、左、右四個位置的計算和判據(jù)如下所示，
【文檔編號】G06T7/60GK103632383SQ201310459082
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年10月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月7日
【發(fā)明者】唐春暉, 黃影平 申請人:唐春暉