[發明專利]基于圖元形狀信息的層間輪廓匹配方法

有效

• 申請號: 201310255049.7
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103310232A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 段黎明;谷明輝;曹雙輝;張霞;葉勇
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06K9/64
• 分類號: G06K9/64
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 王翔

技術領域

本發明屬于圖像處理領域，涉及到基于圖元形狀信息的層間輪廓匹配方法。

背景技術

層間輪廓匹配是傳統的層間表面重建問題的三個子問題之一，目前已提出多種方法，較早的方法有：基于假設檢驗統計理論的應用貝葉斯分析方法約束限制輪廓匹配的方法，這是一種基于領域知識的方法；基于圖論的構造Reeb圖方法；基于層輪廓幾何的輪廓投影重疊法；幾何和圖論知識相結合的廣義柱體法和最小生成樹法；利用內外輪廓判別構造輪廓樹的輪廓樹閾值半徑法；在輪廓樹基礎上的基于神經網絡和遺傳算法的方法。這些方法都利用了層間輪廓的拓撲信息和投影信息，而沒有利用到輪廓的形狀信息。在作為重建數據的序列層輪廓中，相鄰層輪廓都具有一定程度的相似性，尤其在層間距較小且輪廓形狀較規則的序列圖像中，這種相似性表現得尤為顯著。

矢量化圖形是由可以用數學公式表達的直線和曲線組成的圖形，它具有在能完整描述輪廓線特征的基礎上數據存儲量小的特點，在基于序列切片圖像的逆向工程中，為了重建實物對象的模型，往往對切片圖像輪廓進行矢量化。逆向工程中所應用的工件的形狀較規則，其切片圖像輪廓可視作由眾多矢量圖元(直線段、圓及圓弧等)組合構成，用一定的算法對圖像輪廓進行各類圖元的識別，將相鄰的未封閉圖元依次連接，即完成了圖像輪廓的矢量化。本發明就是基于此原理，在輪廓矢量化的基礎上基于層間輪廓的相似性提出了一種新的層間輪廓匹配方法，作為輸入數據的矢量化輪廓由圓、圓弧和直線段三類圖元組成。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用輪廓形狀信息的層間輪廓匹配方法，其實質是利用矢量化輪廓的圖元形狀在層間實現圖元匹配，然后在圖元層間匹配的基礎上再進行層間輪廓匹配。

為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，基于圖元形狀信息的層間輪廓匹配方法，包括以下步驟：

1)獲取被測物體的矢量化層輪廓模型；輪廓矢量化是一種非常成熟的技術，其中基于圖元識別矢量化的方法在工件的逆向重建中有較好的應用效果，本發明借鑒段黎明的“面向逆向工程的工業CT圖像預處理系統開發”和Fenglin?Liu?的“Study?on?Algorithms?of?Graphic?Element?Recognition?for?Precise?Vectorization?of?Industrial?Computed?Tomographic?Image”兩篇文獻中的圖元識別矢量化方法，對ICT序列切片圖像輪廓進行矢量化，矢量化之后的輪廓由圓、圓弧和直線段三種圖元組成。

2)對分別處于相鄰兩層中的所述圖元進行層間匹配，包括層間圓與圓匹配、層間圓與圓弧匹配、層間圓弧與圓弧匹配和層間直線段與直線段匹配；其中層間圓與圓匹配、層間圓與圓弧匹配和層間圓弧與圓弧匹配是通過判斷各圓或圓弧的半徑長度和圓心位置的接近程度進行匹配的；層間直線段與直線段匹配是通過判斷各直線段平行接近和端點接近進行匹配的。

3)在相鄰兩層中針對步驟2)中已配對的圖元，對由圓弧和直線段組成的復合輪廓進行兩兩匹配，在相鄰兩層中的任一層選定任一個復合輪廓作為待匹配復合輪廓，檢索并驗證構成所述待匹配復合輪廓的所有圖元是否除了與對象輪廓匹配之外，都不再與其他輪廓中的圖元匹配，如是則待匹配復合輪廓與對象輪廓層間相互匹配，否則不匹配。

4)對相鄰兩層中經過步驟3)仍未匹配的圓和復合輪廓進行層間一一匹配，匹配的方法是利用兩輪廓形心的接近性進行匹配與否的判斷。

5)對經步驟3)和4)后仍未匹配的圓和復合輪廓進行層間分叉輪廓匹配；匹配的方法是仍是利用兩輪廓形心的接近性進行匹配與否的判斷。

6)對經以上各步驟匹配后所剩余的輪廓進行層間退化輪廓匹配處理，即求退化點，方法為作過對象輪廓形心且與兩層層心連線的平行的直線與另一平面的交點即為退化點。

具體地：步驟2)通過判斷各圓或圓弧的半徑長度和圓心位置的接近程度進行匹配的步驟如下：

2a)分別在相鄰的層I和層II中按照圓心重合、半徑相等的原則將多個圓弧組合成一體，獲得圓弧組合。

2b)在層I中選定一圓或圓弧組合作為匹配的基準圓或基準圓弧組合O_b，半徑為r_b。

2c)遍歷層II中的圓或圓弧組合，尋找目標圓或圓弧組合，滿足|r_i-r_b|≤τ_r，r_i表示目標圓或圓弧組合的半徑，r_b表示基準圓或基準圓弧組合的半徑，τ_r表示閾值。