[發(fā)明專利]基于形狀約束和方向場的主動輪廓方法及其系統(tǒng)

無效

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• 申請日: 2010-04-15
• 公開（公告）號: CN101833750A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 胡事民;程明明;張方略
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領域，特別涉及一種基于形狀約束和方向場的主動輪廓方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，隨著計算機硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展和大量圖像、視頻設備的普及，計算機視覺技術(shù)成為計算機研究的熱點領域。其中，對圖像、視頻數(shù)據(jù)中特定對象的檢測、提取與處理，具有較高的實用價值和技術(shù)意義。目前的視覺技術(shù)提供的對象檢測方法，通常是針對紋理和區(qū)域特征的，如人臉檢測的Haar特征方法、火焰檢測的信號處理方法等，這往往只能提供給處理者一個針對特定對象位置和區(qū)域的粗略估計，而無法對特定對象的邊緣進行較為準確的估計和提取。所以，為了解決邊緣提取的問題，傳統(tǒng)的主動輪廓方法(Active?contour)的方法應運而生。傳統(tǒng)的主動輪廓方法的主要思想是，首先輸入一個初始的輪廓，然后通過外界輸入的能量場(能量用梯度或其他特征來計算)信息，通過優(yōu)化的方式，尋找各輪廓點的最佳位置，從而找到更為準確的邊界。為了改進傳統(tǒng)的方法，后來出現(xiàn)了帶有形狀先驗的主動輪廓方法(Active?contour?with?shape?prior)，能夠在保持原有形狀的基礎上尋找最優(yōu)的邊界。然而這種方法對于圖像實際信息——尤其是有意義的圖像中各圖元邊界信息——利用不充分，容易造成邊界細節(jié)的丟失。

因此，主動輪廓方法技術(shù)應該向著能夠更準確的提取對象邊界，而同時又能滿足一些約束條件的需要的方向發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何在滿足形狀約束條件的情況下準確地提取圖像的邊緣，而不造成邊緣細節(jié)的丟失。

(二)技術(shù)方案

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于形狀約束和方向場的主動輪廓方法，包括以下步驟：

S1，輸入圖像中目標對象的初始輪廓，根據(jù)該初始輪廓的形狀先驗知識，建立與該初始輪廓的形狀距離相關(guān)的能量場；

S2，通過計算目標對象中所提取的邊緣的每一點的梯度強度的值來建立梯度強度能量場；

S3，通過計算初始輪廓中每一點的切線方向與目標對象中所提取的邊緣的每一點的切線方向的一致性，來建立梯度方向能量場；

S4，將步驟S1～S3所建立的三個能量場疊加得到新的能量場，然后對其進行全局優(yōu)化，得到圖像中目標對象的準確輪廓。

其中，該初始輪廓的形狀先驗知識能夠指示目標對象的幾何形狀、所處位置和所占據(jù)的大概區(qū)域。

其中，在步驟S1中，建立與該初始輪廓的形狀距離相關(guān)的能量場的步驟具體為：根據(jù)初始輪廓的各個點的位置，計算出每一點與該點沿著初始輪廓法線方向上對應點的距離，然后根據(jù)該距離計算出歸一化能量，得到與初始輪廓的原始形狀距離相關(guān)的能量場的值。

其中，在步驟S3中，通過計算目標對象中所提取的邊緣的每一點的梯度方向，得到所述目標對象中所提取的邊緣的每一點的切線方向。

其中，在步驟S4中，根據(jù)初始輪廓上各個點的彈性系數(shù)和硬直系數(shù)，利用迭代法尋找初始輪廓上各個點在自身鄰域范圍內(nèi)的最優(yōu)位置，直至算法收斂，得到目標對象的準確輪廓。

其中，在步驟S3中，把初始輪廓中每一點的切線方向的向量與目標對象中所提取的邊緣的每一點的切線方向的向量分別歸一化之后，將二者的點積作為所述一致性的度量，該點積即為所述梯度方向能量場的值。

本發(fā)明還提供了一種基于形狀約束和方向場的主動輪廓系統(tǒng)，包括：

與原始形狀距離相關(guān)的能量場計算單元，用于輸入圖像中目標對象的初始輪廓，根據(jù)該初始輪廓的形狀先驗知識，建立與該初始輪廓的形狀距離相關(guān)的能量場；

梯度強度能量場計算單元，用于通過計算目標對象中所提取的邊緣的每一點的梯度強度的值來建立梯度強度能量場；

梯度方向能量場計算單元，用于通過計算初始輪廓中每一點的切線方向與目標對象中所提取的邊緣的每一點的切線方向的一致性，來建立梯度方向能量場；

全局優(yōu)化單元，用于將以上三個單元所建立的三個能量場疊加得到新的能量場，然后對其進行全局優(yōu)化，得到圖像中目標對象的準確輪廓。

(三)有益效果

本發(fā)明的技術(shù)方案既考慮了形狀先驗知識對于結(jié)果輪廓的約束，又能通過方向場的信息(體現(xiàn)在建立梯度強度能量場和梯度方向能量場)使得輪廓更接近于原始的可視邊緣，從而使得提取出的輪廓更加準確。總之，該方法能夠在已知圖像中目標圖像幾何信息的情況下，給出目標圖像輪廓的更準確、更完整的表達，不僅完整的保留了該目標圖像的幾何特征，又豐富了其輪廓細節(jié)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的方法流程圖；