[發(fā)明專利]一種二維單射曲面數(shù)據(jù)的特征提取與匹配方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010500552.0
• 申請(qǐng)日: 2010-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101957992A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳靜;劉永進(jìn);羅曦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二維單射曲面數(shù)據(jù)的特征提取和匹配方法，特別涉及一種基于Reeb圖的二維單射曲面數(shù)據(jù)的特征提取和匹配方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，信息爆炸時(shí)代來(lái)臨，二維單射曲面信息越來(lái)越多，例如地形圖、三維光譜、水體的溫度或物質(zhì)分布圖等等。大量的二維單射曲面信息的數(shù)據(jù)庫(kù)相繼建成。顯然，人工檢索存在費(fèi)用昂貴、耗時(shí)長(zhǎng)、漏檢率高的缺點(diǎn)。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢索，往往是最好的選擇。但對(duì)于一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，如果逐點(diǎn)比對(duì)，計(jì)算機(jī)檢索時(shí)間仍然過(guò)長(zhǎng)。為了縮短檢索時(shí)間，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，然后用特征進(jìn)行檢索。這種方法除了顯著縮短檢索時(shí)間外，還可以克服不同儀器的系統(tǒng)誤差對(duì)檢索結(jié)果造成的負(fù)面影響。

二維單射曲面數(shù)據(jù)可以表示為xy平面的單射函數(shù)，即可以用函數(shù)表示為：

g＝f(x，y)????????????????(1)

本發(fā)明提出了一種可表示為xy平面的單調(diào)函數(shù)的二維單射曲面數(shù)據(jù)特征提取和匹配方法。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)存在一些二維單射曲面數(shù)據(jù)特征的提取方法，其中Goldgof等在《Feature?extraction?and?terrain?matching》，1988，Proceedings?of?Computer?Society?Conference?On?Computer?Vision?&?Pattern?Recognition，pp.899-204中提出利用高斯曲率極值點(diǎn)作為地形的特征，但這種方法對(duì)噪音很敏感，特征不夠穩(wěn)定。Yu等在《A?novel?contour-based?3D?terrain?matching?algorithm?using?wavelet?transform》，2004，Pattern?Recognition?Letters，vol.25，pp.87-99中提出利用少數(shù)等高線作為整個(gè)3D地形的特征，但少數(shù)等高線并不能很好地描述整體的地形，而采用更多的等高線則會(huì)提高復(fù)雜度。已有的對(duì)二維單射曲面數(shù)據(jù)特征提取的方法，大部分都是基于點(diǎn)、線、面等特征。但這些特征描述的都是具體的細(xì)節(jié)，因而使得獲得的特征不夠穩(wěn)定。

Reeb圖是由法國(guó)Georges?Reeb首次提出的，之后就被成功地應(yīng)用在三維形狀造型、體可視化等領(lǐng)域中。Reeb圖包含了數(shù)據(jù)的骨架和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)代表的是數(shù)據(jù)的整體信息，并且對(duì)具體的細(xì)節(jié)并不敏感。Hilaga等在《Topology?matching?for?fully?automatic?similarity?estimation?of?3D?shapes》，In?Proceedings?of?SIGGRAPH?2001，ComputerGraphics?Proceedings，Annual?Conference?Series，pp.203-212中提出了使用多分辨率Reeb圖(MRG)來(lái)表示三維模型的特征。MRG是用多個(gè)Reeb圖描述了三維模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息。由于MRG是基于近似測(cè)地線形成的，使得MRG受三維模型表面細(xì)節(jié)的影響較大，并且計(jì)算了多個(gè)Reeb圖，也使得算法復(fù)雜度高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種新型的二維單射曲面數(shù)據(jù)的特征提取和匹配方法，使得提取的特征容易計(jì)算，并且穩(wěn)定性強(qiáng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種二維單射曲面數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(qū)間[0，255]，并利用高斯窗口對(duì)圖像進(jìn)行平滑操作，以減弱圖像中的噪音；

2)從圖像中提取特征點(diǎn)集，以特征點(diǎn)集中的每一個(gè)特征點(diǎn)作為參考點(diǎn)，按照灰度值是否與該特征點(diǎn)相等，在圖像中繪制通過(guò)該特征點(diǎn)的等灰度線，以及繪制同一等灰度線上特征點(diǎn)之間的連線，等灰度線以及特征點(diǎn)之間的連線將圖像劃分成一系列的區(qū)域塊，根據(jù)區(qū)域塊之間的包圍和相鄰關(guān)系構(gòu)造一個(gè)Reeb圖；

2.1)以圖像中的每一個(gè)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(duì)應(yīng)一條等灰度閉合曲線，所述等灰度線上的所有像素點(diǎn)的灰度值都相等；

2.2)按逆時(shí)針?lè)较虮闅v等灰度線上的像素點(diǎn)，計(jì)算每一個(gè)像素點(diǎn)所在位置的曲率，設(shè)p為設(shè)定長(zhǎng)度的等灰度線上的弧線段鄰域U(p，s)內(nèi)的曲率極小值點(diǎn)，且曲率小于0，如果該鄰域內(nèi)所有像素點(diǎn)的曲率都小于0，則記p為凹點(diǎn)，所述曲率K在像素點(diǎn)E處的計(jì)算公式如下：