基于平面塊集合的圖像矢量化表達(dá)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種利用平面塊集合表達(dá)圖像的圖像矢量化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的迅速發(fā)展，各種各樣的圖像越來(lái)越多地出現(xiàn)在人們的日常工作與生活中。傳統(tǒng)的圖像一般為光柵圖像，其以矩陣的方式記錄每個(gè)像素點(diǎn)的顏色值。這樣一來(lái)，我們可以很方便地記錄與顯示圖像。然而，當(dāng)我們需要對(duì)圖像做一些更加復(fù)雜的操作(如保清晰度縮放等)時(shí)，光柵圖像這種表達(dá)方式就顯得不那么靈活了。若采用矢量化的表達(dá)方式，則可以實(shí)現(xiàn)上述功能。除此之外，矢量化的表達(dá)方式還有其他優(yōu)點(diǎn)，如使得圖像更加容易編輯、可實(shí)現(xiàn)一定程度上的壓縮存儲(chǔ)等。
[0003]圖像矢量化，則是一個(gè)將光柵圖像轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的矢量圖形的過(guò)程。轉(zhuǎn)化后的矢量圖形可采用諸如點(diǎn)、直線、曲線、多邊形、平面、曲面等幾何圖元的形式來(lái)表達(dá)輸入圖像，使得此種表達(dá)方式擁有上述優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在圖像的眾多矢量化表達(dá)方式中，三角網(wǎng)格的方式較為簡(jiǎn)單直觀。但在現(xiàn)有的三角網(wǎng)格表達(dá)方式中，三角形頂點(diǎn)的顏色值即取為圖像對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的顏色值，這無(wú)法保證局部三角形覆蓋的區(qū)域?qū)斎雸D像的逼近程度達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。為解決上述問(wèn)題，需要尋求一種新的矢量化表達(dá)方法，本發(fā)明的目的就是提供一種基于平面塊集合的圖像矢量化方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案為，一種基于平面塊集合的圖像矢量化表達(dá)方法，該方法包括下述步驟:
[0006](1)輸入任意光柵圖像和平面塊個(gè)數(shù)N;
[0007](2)將光柵圖像的像素點(diǎn)連接起來(lái)并轉(zhuǎn)換為空間三角網(wǎng)格;具體包括以下子步驟:
[0008](2.1)將光柵圖像的每個(gè)像素點(diǎn)與其上下左右的四個(gè)相鄰像素連接起來(lái)，形成一個(gè)平面四邊形網(wǎng)格；
[0009](2.2)給網(wǎng)格的每個(gè)頂點(diǎn)的位置坐標(biāo)增加一個(gè)維度，其值為對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的灰度值，將原平面四邊形網(wǎng)格轉(zhuǎn)化為曲面四邊形網(wǎng)格；
[0010](2.3)在每個(gè)四邊形單元的對(duì)角線處添加一條邊使其變成兩個(gè)三角形，這樣便形成了一個(gè)曲面三角形網(wǎng)格。
[0011](3)根據(jù)給定的平面塊個(gè)數(shù)N計(jì)算平面參數(shù);具體包括以下子步驟:
[0012](3.1)在曲面三角形網(wǎng)格中任取N個(gè)三角形作為種子，給每個(gè)種子賦予一個(gè)標(biāo)簽，利用著色算法將標(biāo)簽擴(kuò)散到整個(gè)網(wǎng)格，使得每個(gè)三角形均屬于某一個(gè)簡(jiǎn)單連通區(qū)域，并對(duì)每塊區(qū)域利用主成分分析法計(jì)算出一個(gè)平面，使得該平面與網(wǎng)格中該區(qū)域所有三角形的距離之和最??；
[0013](3.2)選出每塊區(qū)域中距離其對(duì)應(yīng)平面最近的三角形作為新的種子并再次按步驟3.1方法計(jì)算出新的平面；
[0014](3.3)反復(fù)執(zhí)行步驟3.2直至所有區(qū)域的三角形與其對(duì)應(yīng)的平面的距離之和不再降低，記錄下此時(shí)的平面以及區(qū)域劃分；
[0015](4)根據(jù)得出的N個(gè)平面提取并存儲(chǔ)N個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的封閉邊緣線，并利用半曲邊結(jié)構(gòu)記錄;具體包括以下子步驟:
[0016](4.1)提取出一環(huán)鄰域中三角形屬于兩種或兩種以上區(qū)域的網(wǎng)格頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)作為邊緣像素點(diǎn)；
[0017](4.2)按與圖像平面垂直的方向?qū)⒚總€(gè)區(qū)域的所有邊緣像素點(diǎn)投影到該區(qū)域?qū)?yīng)的平面上，并按投影點(diǎn)裁剪對(duì)應(yīng)的平面，將裁剪后的平面稱為平面塊；
[0018](4.3)從步驟4.1得出的邊緣像素點(diǎn)中找出三個(gè)或三個(gè)以上區(qū)域的交點(diǎn)作為角點(diǎn)；
[0019](4.4)多數(shù)區(qū)域有三個(gè)及以上角點(diǎn)，對(duì)于不足三個(gè)角點(diǎn)的區(qū)域，人為添加至三個(gè)；
[0020](4.5)將連接每?jī)蓚€(gè)角點(diǎn)的邊緣像素點(diǎn)序列記錄為一條曲邊，并用折線或樣條曲線進(jìn)行擬合；
[0021](4.6)仿照半邊結(jié)構(gòu)將步驟4.5生成的所有曲邊記錄為多邊形網(wǎng)格連接結(jié)構(gòu)，其中角點(diǎn)對(duì)應(yīng)多邊形頂點(diǎn)，曲邊對(duì)應(yīng)多邊形的邊，而區(qū)域則對(duì)應(yīng)多邊形的面，也對(duì)應(yīng)了平面塊，將這種結(jié)構(gòu)稱為半曲邊結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)記錄了平面塊的連接關(guān)系；
[0022](4.7)將步驟4.2中的平面塊集合與步驟4.6中記錄平面塊連接關(guān)系的半曲邊結(jié)構(gòu)稱為平面塊集合結(jié)構(gòu)，并記錄成文件，從而完成了光柵圖像的矢量化表達(dá)。
[0023]本發(fā)明的有益效果為:本方法能夠根據(jù)用戶輸入的光柵圖像以及平面塊個(gè)數(shù)生成對(duì)應(yīng)的平面塊集合，以表達(dá)輸入圖像，使得從平面塊集合生成出的圖像與輸入圖像盡可能一致。本方法通過(guò)分區(qū)域優(yōu)化方法從一定程度上改進(jìn)了傳統(tǒng)方法中無(wú)法保證局部區(qū)域的最優(yōu)平面覆蓋問(wèn)題，重建效果較好。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是圖像像素點(diǎn)到曲面三角網(wǎng)格的轉(zhuǎn)化示意圖；
[0025]圖2是特殊角點(diǎn)增加處理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一下詳細(xì)說(shuō)明。
[0027 ]本發(fā)明基于平面塊集合的圖像矢量化表達(dá)方法，該方法包括以下步驟:
[0028](1)輸入任意光柵圖像和平面塊個(gè)數(shù)N;
[0029](2)將光柵圖像的像素點(diǎn)連接起來(lái)并轉(zhuǎn)換為空間三角網(wǎng)格;具體包括以下步驟:
[0030](2.1)如圖1(a)所示，將光柵圖像的每個(gè)像素點(diǎn)與其上下左右的四個(gè)相鄰像素連接起來(lái)，形成一個(gè)平面四邊形網(wǎng)格；
[0031](2.2)如圖1(b)所示，給網(wǎng)格的每個(gè)頂點(diǎn)的位置坐標(biāo)增加一個(gè)維度，其值為對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的灰度值，將原平面四邊形網(wǎng)格轉(zhuǎn)化為曲面四邊形網(wǎng)格；
[0032](2.3)如圖1(c)所示，在每個(gè)四邊形單元的對(duì)角線處添加一條邊使其變成兩個(gè)三角形，這樣便形成了一個(gè)曲面三角形網(wǎng)格；
[0033](3)根據(jù)給定的平面塊個(gè)數(shù)N計(jì)算平面參數(shù);具體包括以下步驟:
[0034](3.1)在曲面三角形網(wǎng)格中任取N個(gè)三角形作為種子，給每個(gè)種子賦予一個(gè)標(biāo)簽(標(biāo)識(shí)其屬于不同的區(qū)域)，利用著色算法將標(biāo)簽擴(kuò)散到整個(gè)網(wǎng)格，使得每個(gè)三角形均屬于某一個(gè)簡(jiǎn)單連通區(qū)域，并對(duì)每塊區(qū)域利用主成分分析法計(jì)算出一個(gè)平面，使得該平面與網(wǎng)格中該區(qū)域所有三角形的距離之和最小；
[0035](3.2)選出每塊區(qū)域中距離其對(duì)應(yīng)平面最近的三角形作為新的種子并再次按步驟3.1方法計(jì)算出新的平面；
[0036](3.3)反復(fù)執(zhí)行步驟3.2直至所有區(qū)域的三角形與其對(duì)應(yīng)的平面的距離之和不再降低，記錄下此時(shí)的平面以及區(qū)域劃分；
[0037](4)根據(jù)得出的N個(gè)平面提取并存儲(chǔ)N個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的封閉邊緣線，并利用半曲邊結(jié)構(gòu)記錄;具體包括以下步驟:
[0038](4.1)提取出一環(huán)鄰域中三角形屬于兩種或兩種以上區(qū)域的網(wǎng)格頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)作為邊緣像素點(diǎn)；
[0039](4.2)按與圖像平面垂直的方向?qū)⒚總€(gè)區(qū)域的所有邊緣像素點(diǎn)投影到該區(qū)域?qū)?yīng)的平面上，并按投影點(diǎn)裁剪對(duì)應(yīng)的平面，將裁剪后的平面稱為平面塊；
[0040 ] (4.3)從步驟4.1得出的邊緣像素點(diǎn)中找出三個(gè)或三個(gè)以上區(qū)域的交點(diǎn)作為角點(diǎn)；
[0041](4.4)多數(shù)區(qū)域有三個(gè)及以上角點(diǎn)，對(duì)于不足三個(gè)角點(diǎn)的區(qū)域，人為添加至三個(gè)，圖2演示了兩種不足三個(gè)特殊角點(diǎn)的情況，其中圖2(a)、(b)分別為無(wú)角點(diǎn)區(qū)域處理前后的情況，圖2(c)、(d)分別為只有兩個(gè)角點(diǎn)區(qū)域處理前后的情況;其中實(shí)心點(diǎn)為原角點(diǎn)，空心點(diǎn)為人為添加的角點(diǎn)；
[0042](4.5)將連接每?jī)蓚€(gè)角點(diǎn)的邊緣像素點(diǎn)序列記錄為一條曲邊，并用折線或樣條曲線進(jìn)行擬合；
[0043](4.6)仿照半邊結(jié)構(gòu)將步驟4.5生成的所有曲邊記錄為多邊形網(wǎng)格連接結(jié)構(gòu)，其中角點(diǎn)對(duì)應(yīng)多邊形頂點(diǎn)，曲邊對(duì)應(yīng)多邊形的邊，而區(qū)域則對(duì)應(yīng)多邊形的面，也對(duì)應(yīng)了平面塊，將這種結(jié)構(gòu)稱為半曲邊結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)記錄了平面塊的連接關(guān)系；
[0044](4.7)將步驟4.2中的平面塊集合與步驟4.6中記錄平面塊連接關(guān)系的半曲邊結(jié)構(gòu)稱為平面塊集合結(jié)構(gòu)，并記錄成文件，從而完成了光柵圖像的矢量化表達(dá)。
[0045]當(dāng)需要通過(guò)生成的平面塊集合結(jié)構(gòu)重建出圖像時(shí)，只需按照半曲邊結(jié)構(gòu)繪制多邊形即可，其中多邊形頂點(diǎn)的位置即為角點(diǎn)的位置，像素點(diǎn)的顏色則為該點(diǎn)沿步驟4.2中投影方向投影到所在平面的投影點(diǎn)的高度值。由于平面塊集合完全覆蓋整幅圖像，因此可完整地重現(xiàn)輸入圖像。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于平面塊集合的圖像矢量化表達(dá)方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: (1)輸入任意光柵圖像和平面塊個(gè)數(shù)N; (2)將光柵圖像的像素點(diǎn)連接起來(lái)并轉(zhuǎn)換為空間三角網(wǎng)格;具體包括以下子步驟: (2.1)將光柵圖像的每個(gè)像素點(diǎn)與其上下左右的四個(gè)相鄰像素連接起來(lái)，形成一個(gè)平面四邊形網(wǎng)格； (2.2)給網(wǎng)格的每個(gè)頂點(diǎn)的位置坐標(biāo)增加一個(gè)維度，其值為對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的灰度值，將原平面四邊形網(wǎng)格轉(zhuǎn)化為曲面四邊形網(wǎng)格； (2.3)在每個(gè)四邊形單元的對(duì)角線處添加一條邊使其變成兩個(gè)三角形，這樣便形成了一個(gè)曲面三角形網(wǎng)格。 (3)根據(jù)給定的平面塊個(gè)數(shù)N計(jì)算平面參數(shù);具體包括以下子步驟: (3.1)在曲面三角形網(wǎng)格中任取N個(gè)三角形作為種子，給每個(gè)種子賦予一個(gè)標(biāo)簽，利用著色算法將標(biāo)簽擴(kuò)散到整個(gè)網(wǎng)格，使得每個(gè)三角形均屬于某一個(gè)簡(jiǎn)單連通區(qū)域，并對(duì)每塊區(qū)域利用主成分分析法計(jì)算出一個(gè)平面，使得該平面與網(wǎng)格中該區(qū)域所有三角形的距離之和最?。? (3.2)選出每塊區(qū)域中距離其對(duì)應(yīng)平面最近的三角形作為新的種子并再次按步驟3.1方法計(jì)算出新的平面； (3.3)反復(fù)執(zhí)行步驟3.2直至所有區(qū)域的三角形與其對(duì)應(yīng)的平面的距離之和不再降低，記錄下此時(shí)的平面以及區(qū)域劃分； (4)根據(jù)得出的N個(gè)平面提取并存儲(chǔ)N個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的封閉邊緣線，并利用半曲邊結(jié)構(gòu)記錄;具體包括以下子步驟: (4.1)提取出一環(huán)鄰域中三角形屬于兩種或兩種以上區(qū)域的網(wǎng)格頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)作為邊緣像素點(diǎn)； (4.2)按與圖像平面垂直的方向?qū)⒚總€(gè)區(qū)域的所有邊緣像素點(diǎn)投影到該區(qū)域?qū)?yīng)的平面上，并按投影點(diǎn)裁剪對(duì)應(yīng)的平面，將裁剪后的平面稱為平面塊； (4.3)從步驟4.1得出的邊緣像素點(diǎn)中找出三個(gè)或三個(gè)以上區(qū)域的交點(diǎn)作為角點(diǎn)； (4.4)多數(shù)區(qū)域有三個(gè)及以上角點(diǎn)，對(duì)于不足三個(gè)角點(diǎn)的區(qū)域，人為添加至三個(gè)； (4.5)將連接每?jī)蓚€(gè)角點(diǎn)的邊緣像素點(diǎn)序列記錄為一條曲邊，并用折線或樣條曲線進(jìn)行擬合； (4.6)仿照半邊結(jié)構(gòu)將步驟4.5生成的所有曲邊記錄為多邊形網(wǎng)格連接結(jié)構(gòu)，其中角點(diǎn)對(duì)應(yīng)多邊形頂點(diǎn)，曲邊對(duì)應(yīng)多邊形的邊，而區(qū)域則對(duì)應(yīng)多邊形的面，也對(duì)應(yīng)了平面塊，將這種結(jié)構(gòu)稱為半曲邊結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)記錄了平面塊的連接關(guān)系； (4.7)將步驟4.2中的平面塊集合與步驟4.6中記錄平面塊連接關(guān)系的半曲邊結(jié)構(gòu)稱為平面塊集合結(jié)構(gòu)，并記錄成文件，從而完成了光柵圖像的矢量化表達(dá)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于平面塊集合的圖像矢量化表達(dá)方法，屬于視頻與圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括下述步驟：輸入任意光柵圖像信息以及用戶指定的平面塊個(gè)數(shù)。算法首先通過(guò)一種映射方法將圖像像素點(diǎn)轉(zhuǎn)換為稠密的曲面三角網(wǎng)格；然后根據(jù)該三角網(wǎng)格利用迭代方法配合主成分分析方法估計(jì)出每個(gè)平面塊所在平面的參數(shù)，使得平面塊能夠盡可能貼近該三角網(wǎng)格；最后提取出每個(gè)平面塊的邊緣曲線，并利用半曲邊結(jié)構(gòu)記錄平面塊之間的拓?fù)溥B接關(guān)系。用本方法計(jì)算出來(lái)的平面塊集合結(jié)構(gòu)，可以很好的逼近原始圖像。
【IPC分類】G06T9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105427354
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510816434
【發(fā)明人】童若鋒, 謝昊, 唐敏
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月20日