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印花圖案矢量化線細化的研究及應用

集萃印花網(wǎng) 2011-07-04 00:00:00

【集萃網(wǎng)觀察】在日常生活中，人們經(jīng)常需要對一些事物圖像進行數(shù)字化處理，數(shù)字化的圖像有位圖和矢量圖形兩種存儲和描述方式。

　　位圖認為象素是圖像的基本構成單位，位圖文件記錄了每個象素的顏色，將圖像各個象素按照文件中所記錄的顏色顯示出來便得到了一幅完整的圖像。位圖通常包括圖像長度和寬度、圖像位深度和調(diào)色板等屬性。圖像的長度和寬度決定圖像中的象素數(shù);如果在一幅位圖中表示一個象素需要用n位，那么就稱該位圖的位深度位n，而且該位圖的顏色數(shù)位2”。

　　位圖的優(yōu)點是處理簡單直觀，可以直接用于多種輸出設備。不足之處是：圖像數(shù)據(jù)量大;圖像中只存儲了象素信息，無法直接得到圖像中各個圖形的信息。

　　矢量圖形主要通過幾何圖形元素(如圓和線)描述和記錄物體，并根據(jù)圖形信息繪制圖像。矢量圖形的關鍵是如何通過計算機用命令及數(shù)學公式來描述物體。

　　相比位圖，矢量圖形具有以下特點：所需存儲量一般較位圖小;存儲的是圖像的幾何特征信息，因而數(shù)據(jù)結(jié)構相對復雜;對圖形進行變換不失真;對圖形進行局部修改非常方便。

　　對位圖進行自動矢量化，已經(jīng)成為圖像矢量化研究的主流方向。圖像矢量化的方法可以大致分為兩類：基于細化的矢量化方法和和基于輪廓跟蹤的矢量化方法。前者基于細化算法提取出圖像的骨架來描述圖像;后者將圖像看成是由顏色區(qū)域組成，通過對圖像進行輪廓提取與擬和達到矢量化的目的。

　　圖像矢量化的過程一般分為預處理、細化/輪廓化、圖元分割和圖元識別四部分。預處理的目的是通過消噪、形態(tài)學運算等改善輸入圖像的質(zhì)量。細化或輪廓化是把多線寬的原始圖像處理成單線寬的輪廓或骨架圖像，并通過跟蹤矢量化用折線段逼近方式表示。圖元的分割目的在于根據(jù)曲率、連通性及某些宏觀知識，將一些嵌套的復雜圖形分割成一個個簡單的圖形，從而有利于后續(xù)識別。而圖元識別的任務就是判別每個簡單圖形的幾何圖形，并結(jié)合其相對位置、尺度等關系，進行綜合判別。

　　細化是簡化圖像的一種常用方法，其結(jié)果是能表征原始圖形特征的骨架，為了進一步提高圖像處理的效果，更加有利于矢量化工作，在圖像細化前需要進行圖像的預處理，圖像預處理包括圖像去噪、圖像分割等工作。

　　圖像去噪提供的方法有中值濾波、高斯濾波和自適用濾波等方法。圖像去噪的目的是為了去掉噪聲污染，取得良好的平滑效果。圖形分割是指把圖像分成各具特性的區(qū)域并提取出感興趣目標的技術和過程，這里的特性可以是灰度、顏色、紋理等，目標可以對應單個區(qū)域，也可以多個區(qū)域。圖像分割是由圖像處理上升到圖像分析的關鍵步驟，也是一種基本的計算機視覺技術。圖像二值化是最常見的圖像分割技術，它關心的特性是灰度值，目標是多個區(qū)域，這項技術在模式識別、圖像分析中得到廣泛應用。圖像的二值化的關鍵是閥值的選取。這項技術目前已是圖像處理領域中比較獨立的分支。

　　2圖像細化

　　線圖形的細化是圖像矢量化處理的關鍵，細化的結(jié)果必須做到：

　　(1)保證細化后曲線的連通性，細化結(jié)果是原曲線的中心線;

　　(2)去除無關緊要的點;

　　(3)對那些所在位置很重要，而細化過程中往往又難以繼續(xù)存在的點，采用變通的方法，即相鄰的象素點相互替換;

　　(4)細化處理速度快，保留細線端點。

　　2.1基本概念

　　定義1如圖1所示，與圖像中任一象素P。相鄰的8個象素成為P。的八領域，用Pi(1≤i≤8)來表示，其中Pj成為i一近鄰，為了討論方便，假設在二值圖像中，用0表示背景，1表示目標象素。

　　定義2用A和B標記的象素群中，如果分別至少有一個象素為非零，且P。：1，則P。是多重象素。多重象素決定目標的連通性。聯(lián)結(jié)數(shù)就是八領域中相互分離的聯(lián)結(jié)成分的個數(shù)。目標象素P。的聯(lián)結(jié)數(shù)可表示為

　　N。=∑(N k-NkN k+1 N k+2)，其中K∈S，S=(0，2，4，6)，Pk=1時，Nk=0，否則Nk=1。

　　定義3設象素Po∈R(R為連通的目標象素)，若P。的八領域中至少有一個象素Pi不屬于R，則稱P。為R的輪廓象素。如果輪廓象素不同時滿足多重象素的條件，則這種輪廓象素不影響目標R的連通性，在細化中可刪除之。