[發明專利]一種二維單射曲面數據的特征提取與匹配方法

有效

• 申請號: 201010500552.0
• 申請日: 2010-09-30
• 公開（公告）號: CN101957992A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 吳靜;劉永進;羅曦
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

1.一種二維單射曲面數據的特征提取和匹配方法，其特征在于該方法包含如下步驟：

1)將二維單射曲面數據投影到xy平面，獲取一幅灰度與g值成正比的灰度圖像，將圖像的灰度值歸一化到區間[0，255]，并利用高斯窗口對圖像進行平滑操作，以減弱圖像中的噪音；

2)從圖像中提取特征點集，以特征點集中的每一個特征點作為參考點，按照灰度值是否與該特征點相等，在圖像中繪制通過該特征點的等灰度線，以及繪制同一等灰度線上特征點之間的連線，等灰度線以及特征點之間的連線將圖像劃分成一系列的區域塊，根據區域塊之間的包圍和相鄰關系構造一個Reeb圖；

3)選取高度和位置作為典型的細節特征，將這兩個細節特征作為Reeb圖中的每個結點的屬性，所述高度是指該結點所代表的圖像區域塊內灰度最高值與灰度最低值之差，所述位置是指該結點所代表的圖像區域塊的中心位置，所述中心位置的具體計算公式如下：

(x,y)center=1NΣi=1N(x,y)i]]>

其中：N指的是所述圖像區域中像素點的個數，(x，y)_i指的是像素點i的坐標，(x，y)_center指的是所述圖像區域中心像素點的坐標；

4)對于需要匹配的兩個數據，通過計算兩個對應的A?Reeb圖和B?Reeb圖之間的相似度來求得這兩個數據之間的相似度：

4.1)將A?Reeb圖中的根結點a與B?Reeb圖中的根結點b相匹配，根結點指的是Reeb圖中沒有父結點的結點，得到一個匹配對，并計算所述匹配對的相似度，具體公式如下：

其中：dis(a_位置，b_位置)表示的是根結點a與根結點b的位置屬性的歐式距離；

4.2)如果兩個結點相匹配，則繼續對它們的子結點之間進行兩兩匹配，構成一個完全二分圖，從所述二分圖中提取一個結點距離之和最小的子圖，從而構成兩個結點的子結點之間的匹配對，每個結點至多在一個匹配對中出現，且匹配對中的兩個結點來自兩個不同的Reeb圖；

4.3)計算步驟4.1)和步驟4.2)中得到的所有的匹配對的相似度之和，所述相似度之和就是所述A?Reeb圖與所述B?Reeb圖之間的相似度，即兩個數據之間的相似度。

2.如權利要求1所述的一種二維單射曲面數據的特征提取和匹配方法，其特征在于，所述步驟2)中特征點集提取操作包括如下步驟：

2.1)以圖像中的每一個灰度值作為灰度參考值，獲得一系列等灰度線，所述灰度參考值至少對應一條等灰度閉合曲線，所述等灰度線上的所有像素點的灰度值都相等；

2.2)按逆時針方向遍歷等灰度線上的像素點，計算每一個像素點所在位置的曲率，設p為設定長度的等灰度線上的弧線段鄰域U(p，s)內的曲率極小值點，且曲率小于0，如果該鄰域內所有像素點的曲率都小于0，則記p為凹點，所述曲率K在像素點E處的計算公式如下：

K=Δθ||F-E||]]>

其中：F為像素點E按逆時針方向在等灰度線上的下一個相鄰像素點，Δθ指的是以逆時針旋轉方向為正方向，像素點E處的切線向量旋轉到像素點F處的切線向量的旋轉角度，角度的取值范圍為[-π，π]，E處的所述切線向量的計算公式為(x_F-x_E，y_F-y_E)，x、y分別為像素點的橫坐標和縱坐標，F處的所述切線向量的計算公式為(x_G-x_F，y_G-y_F)，G為像素點F按逆時針方向在等灰度線上的下一個相鄰像素點，||F-E||指的是像素點F與像素點E之間的距離；

2.3)通過步驟2.2)獲得一個凹點集，如果兩個凹點之間的距離小于設定的值，則稱這兩個凹點相鄰，若凹點T1與凹點T2相鄰，凹點T2與凹點T3相鄰，則稱凹點T1與凹點T3也相鄰，根據凹點之間相鄰的關系從而將凹點集劃分成一些凹點子集，去掉包含凹點數小于設定數目的凹點子集，對于每一個保留的凹點子集，如果所述凹點子集中存在兩個凹點，這兩個凹點之間的距離小于設定的值，且它們屬于同一條等灰度線，并且它們為該凹點子集中灰度值的最大值點，則這兩個凹點就是圖像的兩個特征點，所述特征點在凹點子集中，應該是成對出現的，所有的特征點則構成特征點集。