一種針對(duì)印刷特征的線段偏離度特征提取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種針對(duì)印刷特征的線段偏離度特征提取方法，包括標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理、邊緣檢測(cè)、直線檢測(cè)與位置點(diǎn)歸類、描述向量形成和歸一化處理部分，得到最終的特征化向量。本發(fā)明的描述特征化向量對(duì)直線段偏離度特征具有平移、旋轉(zhuǎn)和尺度不變性，能夠作為具有印刷特征的直線段的特征描述子；本發(fā)明所述的特征提取方法可通過(guò)軟件由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，不受主觀因素的影響。
【專利說(shuō)明】
-種針對(duì)印刷特征的線段偏離度特征提取方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及圖像處理技術(shù)，尤其設(shè)及一種針對(duì)印刷特征的線段偏離度特征提取方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，線段只有長(zhǎng)度沒(méi)有寬度，任意兩條線段都是相似的，因此在理論上無(wú)須 區(qū)分兩條線段。但在現(xiàn)實(shí)生活中，無(wú)論是印刷技術(shù)、還是計(jì)算機(jī)屏幕成像，都必須用特定的 物理方式去表達(dá)線段?，F(xiàn)實(shí)物理世界中，將線段印刷到載體上時(shí)，比如印刷字母H，其在水平 方向和垂直方向都有直線成份。印刷過(guò)程中墨跡與印刷載體間的相互作用，不可避免地會(huì) 導(dǎo)致墨跡在邊緣的擴(kuò)散行為。因此，刻畫運(yùn)種由于物理表現(xiàn)方式造成的物理真實(shí)線段與理 想線段的偏離程度，對(duì)于把握印刷特征、回溯印刷品出處等，具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 目前，描述運(yùn)種線特征的最常見的方法就是鏈碼，它是通過(guò)相鄰像素間的位置關(guān) 系來(lái)描述一段輪廓，并不能反映出輪廓的偏離程度。與點(diǎn)特征相比，印刷品上的直線特征具 有更好的穩(wěn)定性，磨損程度對(duì)特征提取的影響較小。由于油墨在邊緣的擴(kuò)散行為的隨機(jī)性， 保證了特征的唯一性；由于運(yùn)種偏離程度的大小與直線的位置和方向無(wú)關(guān)，保證了特征對(duì) 平移和方向具有不變性;通過(guò)印刷品的先驗(yàn)知識(shí)及對(duì)偏離距離的歸一化處理，保證了特征 對(duì)尺度具有不變性。因此，通過(guò)真實(shí)線段與理想線段間的偏離程度來(lái)描述線段特征是合適 的、可行的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種針對(duì)印刷特征的 線段偏離度特征提取方法。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種針對(duì)印刷特征的線段偏離度特 征提取方法，包括W下步驟：
[0006] 1)圖像處理:采集印刷品的圖像，將印刷品圖像轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)圖像；
[0007] 2)邊緣檢測(cè):使用化nny邊緣檢測(cè)算子對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，得到圖像的邊緣位置 占 .
[000引3)直線檢測(cè):利用化U曲變換原理對(duì)檢測(cè)到的邊緣位置點(diǎn)進(jìn)行直線檢測(cè)，獲得多條 直線；
[0009] 4)位置點(diǎn)歸類:計(jì)算每個(gè)邊緣位置點(diǎn)到直線的距離和投影位置點(diǎn)，根據(jù)距離最近 原則將位置點(diǎn)分配到各條直線上；
[0010] 具體如下:設(shè)立兩個(gè)闊值，位置點(diǎn)到直線的最近距離dl和最遠(yuǎn)距離d2;當(dāng)位置點(diǎn)到 任意直線的距離都大于最遠(yuǎn)距離d2時(shí)，則該位置點(diǎn)不屬于任何一條直線，剔除該位置點(diǎn)；當(dāng) 位置點(diǎn)到多條直線的距離都小于最近距離dl時(shí)，則該位置點(diǎn)屬于距離小于最近距離dl的多 條直線;其余位置點(diǎn)屬于距離最近的直線；
[0011] 5)對(duì)位置點(diǎn)在直線上的投影位置進(jìn)行聚類，確定直線上的直線段個(gè)數(shù)；
[0012] 6)根據(jù)每個(gè)直線段上位置點(diǎn)在直線上的投影位置，按照直線方向進(jìn)行排序，確定 直線段的兩個(gè)端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置點(diǎn)；
[0013] 在步驟6)之前，還包括W下預(yù)處理步驟6.1):刪除位置點(diǎn)個(gè)數(shù)小于預(yù)設(shè)值的直線 段。
[0014] 在步驟6)之前，還包括W下預(yù)處理步驟6.2):對(duì)直線段上的位置點(diǎn)進(jìn)行篩選，刪除 大于平均距離1.5倍的位置點(diǎn)，所述平均距離為所有位置點(diǎn)到距離最近的直線的距離，若位 置點(diǎn)到距離最近的直線的距離小于dl，則距離記為dl;
[0015] 7)描述向量形成:具體步驟為：
[0016] 7.1)對(duì)每條直線段上的位置點(diǎn)到直線的距離，按照直線方向進(jìn)行排列形成原始描 述向量，描述向量的各個(gè)分量的值即為對(duì)應(yīng)位置點(diǎn)到直線的距離值；
[0017] 7.2)根據(jù)位置點(diǎn)與直線的位置關(guān)系確定向量各個(gè)分量的正負(fù)符號(hào)，具體規(guī)則如 下：
[0018] 選定直線段的一個(gè)端點(diǎn)A，任意位置點(diǎn)B，位置點(diǎn)B到直線的垂足為C，并將向量 與向量擴(kuò)充成=維向量，則向量:?與向量玄S叉乘結(jié)果的第=維分量的符號(hào)為位置點(diǎn)B 對(duì)應(yīng)分量的符號(hào)。
[0019] 8)歸一化處理，具體步驟為：
[0020] 8.1)對(duì)步驟7)獲得的原始描述向量進(jìn)行等距離插值，得到插值后的描述向量；
[0021] 8.2)計(jì)算插值描述向量中各個(gè)分量的均值dMean;
[0022] 8.3)將插值描述向量分量減去均值dMean，得到歸一化的描述向量。
[0023] 按上述方案，所述步驟1)中標(biāo)準(zhǔn)圖像定義為:在圖像采集過(guò)程中，對(duì)圖像進(jìn)行重新 尺度化，使其符合預(yù)設(shè)的圖像尺寸大小。
[0024] 按上述方案，所述步驟1)中將印刷品圖像轉(zhuǎn)化為特征化向量的具體步驟為：
[0025] 步驟1:對(duì)印刷品圖像進(jìn)行圖像分割；
[0026] 步驟2:在分割后的圖像中選擇特定的細(xì)長(zhǎng)矩形位置區(qū)域;此處特定可W為事先指 定，或根據(jù)自定義的規(guī)則設(shè)定的矩形位置區(qū)域；
[0027] 細(xì)長(zhǎng)矩形位置區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)寬比大于4的矩形位置區(qū)域；
[0028] 步驟3:計(jì)算特定細(xì)長(zhǎng)矩形位置區(qū)域的中屯、坐標(biāo)（由于圖像的尺寸是預(yù)先規(guī)定的， 可W定義坐標(biāo)）；
[0029] 步驟4:根據(jù)細(xì)長(zhǎng)矩形位置區(qū)域的中屯、坐標(biāo)，對(duì)印刷品圖像在特定的中屯、坐標(biāo)點(diǎn)的 局部，計(jì)算線段偏離度，再將所得的結(jié)果記錄為向量形式，即得到特征化向量。
[0030] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明提出的一種針對(duì)印刷特征的線段偏離度特征提 取方法，為描述印刷品上直線段提供了一種客觀的描述標(biāo)準(zhǔn)。為后續(xù)印刷品的識(shí)別鑒證提 供了良好的基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：
[0032] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的方法流程圖；
[0033] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中的直線檢測(cè)示意圖；
[0034] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的提取直線段示意圖；
[0035] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中的特征歸一化示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用W解釋本發(fā)明，并不用于限 定本發(fā)明。
[0037] 如圖1所示，本發(fā)明提出的線段偏離度描述方法，包含五個(gè)關(guān)鍵步驟:標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處 理、邊緣檢測(cè)、直線檢測(cè)與位置點(diǎn)歸類、描述向量形成和歸一化處理，如圖1所示。
[0038] 步驟1:標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理，具體步驟有：
[0039] 步驟1.1:使用攝像頭對(duì)印刷品近距離拍攝，W獲得邊緣清晰的圖像，如圖2(a)所 示；
[0040] 步驟1.2:對(duì)圖像進(jìn)行灰度化處理、高斯濾波，并根據(jù)印刷品的固有特征，將圖像輸 出為標(biāo)準(zhǔn)圖像，如圖2(b)所示，
[0041] 步驟2:邊緣檢測(cè)，使用化nny邊緣檢測(cè)算子對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，得到圖像的邊緣 位置點(diǎn)，如圖2(c)所示。
[0042] 步驟3:直線檢測(cè)與位置點(diǎn)歸類，具體步驟有：
[0043] 步驟3.1:利用化U曲變換原理對(duì)檢測(cè)到的邊緣位置點(diǎn)進(jìn)行直線檢測(cè)，如圖2(d)所 示；
[0044] 步驟3.2:計(jì)算每個(gè)邊緣位置點(diǎn)到直線的距離和投影位置點(diǎn)，根據(jù)距離最近原則將 位置點(diǎn)分配到各條直線上；
[0045] 需要指出的是，某些位置點(diǎn)可能屬于多條直線，也有可能不屬于任何直線。對(duì)于運(yùn) 種情況，需要設(shè)立兩個(gè)闊值，位置點(diǎn)到直線的最近距離th化arDis和最遠(yuǎn)距離tWarDis。當(dāng) 位置點(diǎn)到任意直線的距離都大于最遠(yuǎn)距離tWarDis時(shí)，則該位置點(diǎn)不屬于任何一條直線； 當(dāng)位置點(diǎn)到多條直線的距離都小于最近距離th化arDis時(shí)，則該位置點(diǎn)屬于多條直線。
[0046] 步驟3.3:對(duì)位置點(diǎn)在直線上的投影位置進(jìn)行聚類，確定直線上的直線段個(gè)數(shù)；
[0047] 聚類的原則為類內(nèi)距離最小，類間距離最大。將位于圖像下方某條直線段上位置 點(diǎn)與投影位置連線，形成的直線特征圖，如圖3(a)所示。圖3(b)和圖3(c)所示的是，將直線 段的投影位置進(jìn)行聚類后形成的兩條獨(dú)立直線段。由于圖3(b)所示直線段過(guò)短，將會(huì)被舍 棄。
[004引步驟3.4:對(duì)每個(gè)直線段上位置點(diǎn)在直線上的投影位置，按照直線方向進(jìn)行排序， 確定直線段的端點(diǎn)位置。
[0049] 在此過(guò)程中，需要對(duì)直線段上的位置點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步的篩選，刪除大于平均距離1.5 倍的位置點(diǎn)。
[0050] 此外，刪除位置點(diǎn)個(gè)數(shù)小于thPtNum的直線段。
[0051] 步驟4:描述向量形成，具體步驟為：
[0052] 步驟4.1:對(duì)每條直線段上的位置點(diǎn)到直線的距離，按照直線方向進(jìn)行排列形成原 始描述向量，描述向量的各個(gè)分量的值即為對(duì)應(yīng)位置點(diǎn)到直線的距離值；
[0053] 步驟4.2:根據(jù)位置點(diǎn)與直線的位置關(guān)系確定向量各個(gè)分量的正負(fù)符號(hào)，具體規(guī)則 如下：
[0化4]選定直線段的一個(gè)端點(diǎn)A,任意位置點(diǎn)B，位置點(diǎn)B到直線的垂足為C，并將向量 與向量瓦擴(kuò)充成S維向量，則向量3技與向量玄掃叉乘結(jié)果的第S維分量的符號(hào)確定位置 點(diǎn)B對(duì)應(yīng)分量的符號(hào)。
[0055] 圖4(a)所示的是，直線段的原始描述向量。
[0056] 步驟5:歸一化處理，具體步驟為：
[0057] 步驟5.1:對(duì)原始描述向量進(jìn)行等距離插值，得到插值后的描述向量，如圖4(b)所 示；
[005引步驟5.2:計(jì)算插值描述向量中各個(gè)分量的均值dMean;
[0059] 步驟5.3:將插值描述向量分量減去均值dMean,得到歸一化的描述向量，如圖4(c) 所示；
[0060] 應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可W根據(jù)上述說(shuō)明加W改進(jìn)或變換， 而所有運(yùn)些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種針對(duì)印刷特征的線段偏離度特征提取方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 圖像處理:采集印刷品的圖像，將印刷品圖像轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)圖像； 2) 邊緣檢測(cè):對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，得到圖像的邊緣位置點(diǎn)； 3) 直線檢測(cè):對(duì)檢測(cè)到的邊緣位置點(diǎn)進(jìn)行直線檢測(cè)，獲得多條直線； 4) 位置點(diǎn)歸類:計(jì)算每個(gè)邊緣位置點(diǎn)到直線的距離和投影位置點(diǎn)，根據(jù)距離最近原則 將位置點(diǎn)分配到各條直線上； 具體如下：設(shè)立兩個(gè)閾值，位置點(diǎn)到直線的最近距離dl和最遠(yuǎn)距離d2;當(dāng)位置點(diǎn)到任意 直線的距離都大于最遠(yuǎn)距離d2時(shí)，則該位置點(diǎn)不屬于任何一條直線；當(dāng)位置點(diǎn)到多條直線 的距離都小于最近距離dl時(shí)，則該位置點(diǎn)屬于距離小于最近距離dl的多條直線；其余位置 點(diǎn)屬于距離最近的直線； 5) 對(duì)位置點(diǎn)在直線上的投影位置進(jìn)行聚類，確定直線上的直線段個(gè)數(shù)； 6) 根據(jù)每個(gè)直線段上位置點(diǎn)在直線上的投影位置，按照直線方向進(jìn)行排序，確定直線 段的兩個(gè)端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置點(diǎn)； 7) 描述向量形成:具體步驟為： 7.1) 對(duì)每條直線段上的位置點(diǎn)到直線的距離，按照直線方向進(jìn)行排列形成原始描述向 量，描述向量的各個(gè)分量的值即為對(duì)應(yīng)位置點(diǎn)到直線的距離值； 7.2) 根據(jù)位置點(diǎn)與直線的位置關(guān)系確定向量各個(gè)分量的正負(fù)符號(hào)，具體規(guī)則如下： 選定直線段的一個(gè)端點(diǎn)A，任意位置點(diǎn)B，位置點(diǎn)B到直線的垂足為C，并將向量與向 量：^擴(kuò)充成三維向量，則向量；?與向量M叉乘結(jié)果的第三維分量的符號(hào)為位置點(diǎn)B對(duì) 應(yīng)分量的符號(hào)。 8) 歸一化處理，具體步驟為： 8.1) 對(duì)步驟7)獲得的原始描述向量進(jìn)行等距離插值，得到插值后的描述向量； 8.2) 計(jì)算插值描述向量中各個(gè)分量的均值dMean; 8.3) 將插值描述向量分量減去均值dMean，得到歸一化的描述向量，稱為特征化向量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)印刷特征的線段偏離度特征提取方法，其特征在于，在步 驟6)之前，還包括以下預(yù)處理步驟6.1):刪除位置點(diǎn)個(gè)數(shù)小于預(yù)設(shè)值的直線段。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)印刷特征的線段偏離度特征提取方法，其特征在于，在步 驟6)之前，還包括以下預(yù)處理步驟6.2):對(duì)直線段上的位置點(diǎn)進(jìn)行篩選，刪除大于平均距離 1.5倍的位置點(diǎn)，所述平均距離為所有位置點(diǎn)到距離最近的直線的距離，若位置點(diǎn)到距離最 近的直線的距離小于dl，則距離記為dl。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)印刷特征的線段偏離度特征提取方法，其特征在于，所述 步驟1)中標(biāo)準(zhǔn)圖像定義為:在圖像采集過(guò)程中，對(duì)圖像進(jìn)行重新尺度化，使其符合預(yù)設(shè)的圖 像尺寸大小。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)印刷特征的線段偏離度特征提取方法，其特征在于，所述 步驟1)中將印刷品圖像轉(zhuǎn)化為特征化向量的具體步驟為： 步驟1:對(duì)印刷品圖像進(jìn)行圖像分割； 步驟2:在分割后的圖像中選擇細(xì)長(zhǎng)矩形位置區(qū)域； 步驟3:計(jì)算所選細(xì)長(zhǎng)矩形位置區(qū)域的精細(xì)化中心坐標(biāo)； 步驟4:根據(jù)細(xì)長(zhǎng)矩形位置區(qū)域的精細(xì)化中心坐標(biāo)，對(duì)印刷品圖像在特定的精細(xì)化中心 坐標(biāo)點(diǎn)的局部，計(jì)算線段偏離度，再將所得的結(jié)果記錄為向量形式，即得到特征化向量。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)印刷特征的線段偏離度特征提取方法，其特征在于，所述 步驟2)中邊緣檢測(cè)為使用Canny邊緣檢測(cè)算子對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，得到圖像的邊緣位置 點(diǎn)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)印刷特征的線段偏離度特征提取方法，其特征在于，所述 步驟3)中直線檢測(cè)為利用Hough變換原理對(duì)檢測(cè)到的邊緣位置點(diǎn)進(jìn)行直線檢測(cè)，獲得多條 直線。
【文檔編號(hào)】G06K9/46GK106022335SQ201610323474
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月16日
【發(fā)明人】宋育鋒
【申請(qǐng)人】宋育鋒