[發(fā)明專利]一種不規(guī)則帶狀目標(biāo)中心線自動提取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910179546.0
• 申請日: 2019-03-07
• 公開（公告）號: CN109978902B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許銳;章靜;劉垣
• 申請（專利權(quán)）人: 福建工程學(xué)院
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/155
• 代理公司: 北京科名專利代理有限公司 11468
• 代理人: 陳朝陽

本發(fā)明公開了一種不規(guī)則帶狀目標(biāo)中心線自動提取方法，其特征在于，包括以下步驟：S1帶狀目標(biāo)拆解；S2線性結(jié)構(gòu)增強(qiáng)；S3基于多元回歸的中心線提??；S4連通中心線，恢復(fù)帶狀目標(biāo)的拓?fù)溥B通性，實(shí)現(xiàn)不規(guī)則帶狀目標(biāo)中心線的自動提取。本發(fā)明通過設(shè)計(jì)的一組多尺度的多項(xiàng)式濾波器與二值帶狀目標(biāo)進(jìn)行卷積運(yùn)算，增強(qiáng)帶狀目標(biāo)的線性特征，實(shí)現(xiàn)不規(guī)則帶狀目標(biāo)的規(guī)整；把中心線提取問題轉(zhuǎn)換為探究離散點(diǎn)在x方向與y方向上的定量關(guān)系，使用多元自適應(yīng)回歸樣條法實(shí)現(xiàn)中心線平滑提取。該方法穩(wěn)定性高，可準(zhǔn)確平滑地提取不規(guī)則帶狀目標(biāo)的中心線。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種不規(guī)則帶狀目標(biāo)中心線自動提取方法，可應(yīng)用于二值道路圖像中心線、二值醫(yī)學(xué)影像血管中心線提取以及機(jī)械、建筑、水利、市政等制圖。

背景技術(shù)

中心線是表達(dá)帶狀目標(biāo)(如二值道路骨架)最簡約的方式，它保留了帶狀目標(biāo)的輪廓信息、拓?fù)湫畔⒁约皡^(qū)位信息。如何從帶狀目標(biāo)中提取其中心線是生物醫(yī)學(xué)、機(jī)械制造、數(shù)字圖像處理等眾多領(lǐng)域共同關(guān)注的問題。

近年來相關(guān)領(lǐng)域的中心線提取方法，按照實(shí)現(xiàn)的原理，可分為如下五大類：基于細(xì)化的方法、基于最短路徑的方法、基于海塞爾矩陣法、基于擬合方法、基于回歸分析方法。

(1)細(xì)化法。(a)形態(tài)學(xué)細(xì)化法是中心線提取的最常用方法，對應(yīng)的算法可分為兩種類型：其一，基于擊中擊不中變換方法；其二，基于Maximal Disk方法。但該類方法會產(chǎn)生毛刺現(xiàn)象和不必要的分支。(b)拓?fù)浼?xì)化法也稱為“剝洋蔥”法，是另一種常用的細(xì)化方法。通過迭代從外層逐層剝離，最終得到帶狀目標(biāo)的中心線，該算法能夠保留帶狀目標(biāo)幾何和拓?fù)涮卣鳎瑤钅繕?biāo)的整體連通性也不會改變。該類算法既可用于二值帶狀目標(biāo)的中心線提取，也適用于3D圖像的中心線提取，但需要巨大的迭代計(jì)算量。

(2)測地法。測地法也是一種常用的中心線提取方法，該方法通過計(jì)算二值帶狀目標(biāo)兩端最短路徑獲取中心線，具有運(yùn)算速度快和不產(chǎn)生毛刺現(xiàn)象的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是：(a)產(chǎn)生的中心線易緊貼帶狀目標(biāo)的外側(cè)，與實(shí)際中心線偏離；(b)不能解決交叉問題。

(3)基于海塞爾矩陣提取脊線的方法。海塞爾矩陣法可提取二值化的帶狀目標(biāo)中心線，但其運(yùn)算量巨大、穩(wěn)定性差。另外，該類方法過分依賴于圖像的梯度或高階導(dǎo)數(shù)，對噪聲敏感，用于低對比度的圖像提取效果不佳。

(4)擬合法。該方法先設(shè)置種子點(diǎn)，再將種子點(diǎn)連接為中心線。根據(jù)種子點(diǎn)連接的具體方式又可進(jìn)一步分為：直線連接法、B樣條曲線擬合法、最小二乘法等。直線連接法計(jì)算簡單，但誤差大，適用于彎曲度小、近似直線的簡單帶狀目標(biāo)連接，種子點(diǎn)間的距離應(yīng)根據(jù)帶狀目標(biāo)的實(shí)際形狀控制在誤差允許的范圍內(nèi)。B樣條擬合的曲線形狀光滑，但不能糾正種子點(diǎn)的定位錯誤。最小二乘法能保證擬合的曲線與種子點(diǎn)的總誤差最小，但擬合復(fù)雜帶狀目標(biāo)的效果差。

(5)回歸法。該方法把二值帶狀目標(biāo)視為離散的觀測點(diǎn)，把從二值帶狀目標(biāo)提取中心線的問題轉(zhuǎn)化為通過分析離散觀測點(diǎn)確定橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的定量關(guān)系問題。其適應(yīng)性強(qiáng)，提取的中心線平滑，給中心線提取問題提供了一種新思路，但不能直接提取相交帶狀目標(biāo)的中心線。

綜上所述，現(xiàn)有中心線提取方法易產(chǎn)生“毛刺”或“偏離”的缺陷，提取不規(guī)則帶狀目標(biāo)中心線時(shí)，現(xiàn)有方法的缺陷更加明顯，有時(shí)甚至失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種不規(guī)則帶狀目標(biāo)中心線自動提取方法，解決現(xiàn)有中心線提取方法易產(chǎn)生“毛刺”或“偏離”的缺陷，實(shí)現(xiàn)不規(guī)則帶狀目標(biāo)中心線準(zhǔn)確平滑提取。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種不規(guī)則帶狀目標(biāo)中心線自動提取方法，包括以下步驟：

S1帶狀目標(biāo)拆解

S1.1首先對待提取的帶狀目標(biāo)進(jìn)行形態(tài)學(xué)細(xì)化操作；

S1.2采用Rutoviz相交數(shù)法獲取細(xì)化后帶狀目標(biāo)的交叉點(diǎn)，具體操作為：