[發明專利]基于拓撲結構和CNN的幾何圖形識別方法

有效

• 申請號: 201910337675.8
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN110059760B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 付鵬斌;張旻;楊惠榮
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06K9/46;G06K9/52;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

1.基于拓撲結構和CNN的幾何圖形識別方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，人工剔除幾何圖形中的字母，并做反向二值化操作，得到無字母干擾且前景色為白色的二值圖；

步驟二，提取待識別幾何圖形中的邊，具體為：首先對步驟1中得到的二值圖進行霍夫直線檢測，檢測結果是待識別幾何圖形中直線線段集合；然后，根據斜率對集合中的線段進行聚類，合并每類線段可得到一條邊或幾條平行邊，每條邊對應一個數組元素，用于保存邊的端點坐標；

步驟三，提取待識別幾何圖形中的頂點，具體為：求邊所在直線方程式，計算每兩條直線的交點，從計算得到的交點中剔除位于邊的延長線上的交點，合并屬于同一頂點的多個交點，得到待識別幾何圖形中的所有頂點，每個頂點對應一個數組元素，用于保存頂點坐標及頂點關聯邊編號；其中所述的關聯邊指對于一個頂點v_i，與其具有關聯關系的邊稱作頂點v_i的關聯邊，所述的關聯關系指對于幾何圖形中的頂點v_i，邊e_i會經過v_i，則頂點v_i與邊e_i是關聯關系；

步驟四，提取待識別幾何圖形的拓撲結構，拓撲結構指待識別幾何圖形所有頂點之間的關系，其中，頂點之間的關系包括兩種，一種是兩個頂點之間存在鄰接關系，另一種是兩個頂點之間不存在鄰接關系；所述的鄰接關系是指若對于頂點v_i，頂點v_j與v_i之間存在一條邊AB，且頂點v_j與頂點vi直接連接而不存在其他頂點，則兩頂點v_j與v_i間存在鄰接關系；否則認為屬于非鄰接關系；

步驟五，構建訓練集：首先，在保證待識別幾何圖形拓撲結構不變的前提下，根據預設容忍度，構建同構圖形庫；然后，對同構圖形加入仿射變換、投影變換、旋轉和高斯噪聲進行擴充，得到訓練集；

其中，構建同構圖形的方法如下：

a、找到幾何圖形頂點v_i的關聯邊，并從這些關聯邊中進一步找到頂點v_i作為端點的所有關聯邊E；

b、找到關聯邊E上的所有非端點的頂點V，并統計V中各頂點關聯邊數量n_e；

c、如果關聯邊數量n_e大于2，則頂點v_i不可移動，返回步驟a，判斷下一個頂點v_i+1；否則，統計頂點v_i在各關聯邊上的位置情況P，其中，位置分為端點位置和非端點位置，繼續下一步；

d、如果在所有關聯邊上，頂點v_i作為非端點的數量大于等于2，則頂點v_i不可移動；否則繼續下一步；

e、如果頂點v_i作為非端點的數量等于0，則頂點v_i在鄰域內任意方向可以移動，鄰域大小不大于11×11，且移動距離在5到10之間；如果頂點v_i作為非端點的數量等于1，則頂點v_i在頂點v_i作為非端點的關聯邊e'的方向上移動，移動距離在5到10之間，且不能改變頂點v_i與關聯邊e'上其他頂點的位置關系；

f、改變所有可移動頂點的位置，形成同構圖形，重復上述步驟，直到遍歷所有頂點，形成多幅同構圖形；

步驟六，加深LeNet-5模型的深隱藏層層數、增加各層卷積核個數，構建卷積神經網絡結構，并基于同構圖形訓練集進行自動特征提取和學習，完成對平面幾何圖形的識別。