[發明專利]基于分數傅立葉變換的形狀描述方法

有效

• 申請號: 201210150026.5
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN102722895A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 鄭麗穎;石大明
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06T9/20
• 分類號: G06T9/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種形狀描述方法，特別是涉及一種數字圖像中的形狀描述方法。

背景技術

目標的形狀特征被廣泛用于目標識別中，對于物體形狀的描述是計算機視覺的重要任務之一。現有的目標形狀描述方法可大體上分為兩大類：基于邊界的形狀描述和基于區域的形狀描述。其中，基于邊界的方法描述目標的形狀僅考慮目標邊界上的像素點。與之相反，基于區域的方法則從整個目標圖像的區域來抽取形狀的特征。目前比較常用的基于邊界的目標形狀描述技術主要有傅里葉描述子、小波描述子、小波-傅里葉描述子等。傅里葉描述子因其計算簡單、定義清晰、能量向低頻集中的特點，被廣泛應用于形狀描述領域。傅里葉變換描述子的主要思想是將目標輪廓轉化為一維信號，并對此信號進行傅里葉變換，將其從空間域變換到頻率域,用圖像的頻譜特征來描述目標的形狀特征。但是傳統的傅里葉變換采用全局性的基函數決定其只能用來處理確定的平穩信號，對于時變的非平穩信號則無能為力。

分數傅立葉變換是傅立葉變換的推廣形式，它將信號表示為chirp信號的組合。分數傅立葉變換克服了傅立葉變換將時域信息完全摒棄的缺點，通過一種簡單的方式實現了信號的從純粹時間域到純頻率域的全過程的綜合描述，能夠展示出信號從純時間域到純頻率域的所有變化特征。目前也有學者嘗試用分數傅立葉變換的方法來描述目標的形狀特征。張婉婷、王斌提出一種應用分數階傅里葉變換的形狀描述方法，利用目標一維輪廓的分數傅里葉變換的幅度信息來描述目標形狀（應用分數階傅里葉變換的形狀描述方法研究.計算機工程與應用.2011.07.20）。

已有的研究工作表明，圖像的相位譜中含有比幅值譜更多的信息。隨著變換階數取不同的值，在圖像的分數階相位譜中會包含不同程度的低頻和高頻信息，對于比較小的變換階數甚至可以完全從相位譜恢復的圖像中看到原圖像的大部分信息。

發明內容

本發明的目的在于提供一種綜合利用目標輪廓信息和區域信息的基于分數傅立葉變換的形狀描述方法。

本發明的目的是這樣實現的：

第一步，估計圖像中目標物體的質心和主軸方向；第二步，將圖像旋轉和平移；第三步，去除旋轉和平移之后的圖像中的目標外接矩形之外的部分，得到目標圖像，并將目標圖像的大小進行歸一化；第四步，計算歸一化圖像的不同階數的分數傅立葉變換；第五步，舍棄分數傅里葉變換的幅值，僅保留相位；第六步，將歸一化圖像的各階分數傅立葉變換的相位直方圖作為物體的形狀特征。

本發明的有益效果是：1）所提出的形狀描述方法具有旋轉和平移不變性；2）利用分數傅里葉變換相位的特點，實現了圖像在不同尺度上的濾波，形狀特征既和物體的邊界輪廓有關，又與物體的內部區域有關。

附圖說明

圖1是目標的主軸方向。

具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明做詳細的描述：

本發明所提出的形狀描述方法具體實現步驟如下：

設I為的輸入圖像矩陣，I中只包含一個目標，且目標為黑色，背景為白色。

第一步，估計圖像中物體的質心和主軸方向，具體為：根據（1）計算目標的質心：

O_c＝[M₁₀/M₀₀,M₀₁/M₀₀]^T????(1)

其中，變量k和l的取值為0或者1，M_kl表示圖像的(k+l)階矩，O_c為圖像中目標的質心，W和H分別為圖像的寬度和高度；I(h,w)表示輸入圖像矩陣I的第h行第w列的元素；

結合圖1，根據目標的最小外接矩形估計物體主軸方向；1是目標，2是最小外接矩形，3是主軸；

第二步，根據主軸方向和質心建立新的坐標系，其中坐標原點為質心，主軸方向為x軸，按照新的坐標系將輸入圖像矩陣I平移和旋轉，得到經平移和旋轉操作之后的圖像矩陣I′；

第三步，將圖像的大小進行歸一化，具體為：去除圖像I′中外接矩形之外的部分，將剩余部分用矩陣L表示，將矩陣L歸一化為H′×W′，歸一化之后的矩陣用N表示；