【正文】 題，目前的圖像分割一般作為圖像的前期處理階段，是針對(duì)分割對(duì)象的技術(shù)，是與問題相關(guān)的，如最常用到的利用閾值化處理進(jìn)行的圖像分割。實(shí)際上，在任何實(shí)際應(yīng)用的圖像處理系統(tǒng)中，都要用到閾值化技術(shù)。 為了獲得圖像的邊緣人們提出了多種邊緣檢測方法，如 Sobel, Canny edge, LoG。區(qū)域內(nèi)象素的相似性度量可以包括平均灰度值、紋理、顏色等信息。要進(jìn)行模板匹配，首先需要存儲(chǔ)一些已知模板，然后考慮所有可能的變化，將待識(shí)別模板與已知模板相比較，從而得出二者之間的相似性度量。通過圖（ 22）可以看出模板越大、點(diǎn)數(shù)月多，判別的信息就越多，準(zhǔn)確性越高。方法是：建立圖形中心點(diǎn)到某一端點(diǎn)的距離同模板相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)與中心點(diǎn)間距離的比例系數(shù)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練模板使之能適應(yīng)圖形大小的變化。封閉輪廓對(duì)應(yīng)于區(qū)域的邊界，而區(qū)域內(nèi)的像素可以通過填充算法來填滿。 2．輪廓編碼與存儲(chǔ) 對(duì)于輪廓的表示此系統(tǒng)采用鏈碼方式。鏈碼是一種非常重要的曲線描述方法，主要是因?yàn)樗?jié)省存儲(chǔ)空間。如考慮圖形定點(diǎn)分布情況，則圓形和矩形就很難分辨，因?yàn)閷?duì)于圖像查找來說，理論上都會(huì)找出四個(gè)定點(diǎn)，就還得根據(jù)圖像邊的走向進(jìn)一步判 斷。 北京印刷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 第三章 實(shí)現(xiàn)過程及算法 一個(gè)圖形辨別算法的實(shí)現(xiàn)一般分為：圖像采集，圖 像預(yù)處理，圖像分割，輪廓跟蹤，圖像辨別五個(gè)部分。 圖像分割指的是，將圖像劃分為一些區(qū)域，在同一區(qū)域內(nèi)，圖像的特征相近，而不同的區(qū)域，圖形特征相 差較遠(yuǎn)，本系統(tǒng)的圖像特征指的是圖像本身的像素灰度值，它實(shí)現(xiàn)的是將圖形從背景中分離出來。而且圖像采集效果的好壞也直接影響圖像處理的后續(xù)部分，因?yàn)槿绻麍D像采集的非常好，其各種不良因素：如噪聲，假輪廓等因素的影響 是不會(huì)很明顯的，這會(huì)使圖像的后續(xù)處理效果更好。通過它們之間的協(xié)調(diào)工作，可以完成播放、編輯、文件管理和視頻捕獲等功能，為視頻圖像處理和分析帶來非常大的便利 。實(shí)際應(yīng)用表明，通過這種方法，提高了視頻采集的 效果和程序運(yùn)行的效率，同時(shí)也減少了對(duì)硬件的依賴性，提高了程序的兼容性和移植性 視頻數(shù)據(jù)的采集是整個(gè)應(yīng)用的關(guān)鍵，根據(jù)應(yīng)用的不同可以將視頻幀采集到的文件或采集的緩存直接加以處理。 通過 采集設(shè)備 獲取到 待識(shí)別圖形或物體的 平面圖 像 ，為了避免一些外界干擾信息，在做這些預(yù)處理時(shí)，把 待識(shí)別圖形或物體 平鋪在白色背景的紙上。將 3 3 模板套入圖像的每一個(gè)像素，將該像素的灰度值與其八鄰域的各像素灰度值球和，再取平均值代替該像素的灰度值，實(shí)現(xiàn)衰減高頻分量，增強(qiáng)低頻分量的目的。值得注意的是使用平滑模板算子時(shí)，對(duì)于圖像的邊緣點(diǎn)是找不到完全的八鄰域點(diǎn)的，且處理這些點(diǎn)沒有實(shí)際意義。圖像分割常用的方法是閾值法。閾值分割實(shí)質(zhì)上就是按照某個(gè)準(zhǔn)則求出最佳閾值的過程。 二值化結(jié)果的好壞決定 了 輪廓跟蹤算北京印刷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 法實(shí)現(xiàn) 的好壞， 進(jìn)而 決定了 圖形辨別算法實(shí)現(xiàn)的可能性 。同時(shí)在找到一個(gè)邊緣點(diǎn)后，記錄此時(shí)移動(dòng)的方向。 （ 2）以這個(gè)邊界點(diǎn)為起點(diǎn)，假設(shè)已經(jīng)沿順時(shí)針方向環(huán)繞整個(gè)圖像一周找到 了所有的邊界點(diǎn)，由于邊界是連續(xù)的，所以每一個(gè)邊界點(diǎn)都可以用這個(gè)邊界點(diǎn)對(duì)前一個(gè)邊界點(diǎn)的夾角來表示。這樣搜索可以減少八鄰域探測次數(shù)，不用每次都從八鄰域 0 開始探測，提高了算法效率。值得注意的是在找到下一個(gè)輪廓點(diǎn)后，探測方向不是回到初始方向，由于此輪廓跟蹤算法用的是一種改進(jìn)后的方法，每次找到輪廓點(diǎn)后探測方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 90 度，這樣做的好處是，如果輪廓是一條直線，可以節(jié)省探測次數(shù)，提高效率，且保證輪廓跟蹤的正確性。 這是一種根據(jù)圖形邊緣空間分布特征判斷圖形的方法。然后通過圖形間的拐角數(shù)目，就可實(shí)現(xiàn)辨別圖形的目的。然后根據(jù)輪廓信息計(jì)算曲率，判別拐角點(diǎn)數(shù)目。下面提供一種基于鏈碼的減少曲率計(jì)算次數(shù)的方法。 2，177。如果 di=0，則這些輪廓點(diǎn)必須在一條直線上，由準(zhǔn)則一可排除這些點(diǎn)。在實(shí)際輪廓中，點(diǎn) A、 B、C為拐角點(diǎn)，而點(diǎn) B是輪廓邊緣噪聲點(diǎn)，點(diǎn) E 則是由于曲線數(shù)字化形成的誤差，它們并不能被視為是拐角點(diǎn)。這樣找比只隔一個(gè)邊緣點(diǎn)找兩個(gè)點(diǎn)的曲率準(zhǔn)確度要高。α i代表點(diǎn) i的曲率，α α α i 單位均為弧度。 對(duì)比以上兩種求曲率的求法，均可以比較簡單地實(shí)現(xiàn)曲率計(jì)算。 Ti?? 公式（ 36） 則判定它是拐角點(diǎn)。 角度判別 算法流程圖，見圖（ 312） 。 北京印刷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 第四章 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果 應(yīng)該寫明自己當(dāng)前的條件 因?yàn)橄到y(tǒng)主要進(jìn)行的是圖像處理，在這個(gè)過程中要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理，所以對(duì)處理器和內(nèi)存的要求比較高， 要求 CPU 主頻大于 600Hz，內(nèi)存大于等于 128MB。 3．圖像分割 把獲取的圖像采用公式 31 進(jìn)行圖像分割，得到二值化圖像，二值化圖像見圖43所示。 得到三個(gè)角點(diǎn)，判別為三角形；得到四個(gè)角點(diǎn)，判別為矩形；若沒有出現(xiàn)角點(diǎn)，判別為圓形。 圖 46 矩形判別效果總圖 關(guān)于實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)說明 本系統(tǒng)中關(guān)于角度閾值的選取，因?yàn)榍视?jì)算用的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，其結(jié)果不易通過理論計(jì)算得出；且由于 拐角輪廓信息相比理想情況下，分布并不規(guī)律，即理論上 60 度或 90 度的角實(shí)際計(jì)算出的值是在一個(gè)范圍內(nèi)波動(dòng)的。用戶借助該文件，可以在相應(yīng)的顯示區(qū)域內(nèi)，使用攝像頭，對(duì)圖像進(jìn)行采集圖像，對(duì)采集圖像進(jìn)行圖像分割，得到二值化圖像 ，然后通過輪廓跟蹤獲得圖形輪廓信息，最后使用基于輪廓跟蹤的圖像辨別算法在空域上辨別三角形、矩形、圓形，并在特定的區(qū)域上顯示相應(yīng)信息。 本次畢設(shè)涉及到了基于計(jì)算機(jī)視覺的處理圖形圖像處理知識(shí)，以及空域圖形圖像處理的各個(gè)方面，由于只是淺嘗輒止，所以對(duì)于這些知識(shí)的研究還是很膚淺的，存在不足之處亦是在所難免。 int width。 BOOL WINAPI LunKuoGenZong(LPSTR lpDIBBits,LONG width,LONG height) { // 指向源圖像的指針 LPSTR lpSrc。 // 圖像每行的字節(jié)數(shù) LONG lLineBytes。 //是否找到起始點(diǎn)及回到起始點(diǎn) bool bFindStartPoint。 int BeginDirect。 北京印刷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 } // 鎖定內(nèi)存 lpNewDIBBits = (char * )LocalLock(hNewDIBBits)。 for (j = 0。j++) { for(i = 0。i++) { // 指向源圖像倒數(shù)第 j行，第 i個(gè)象素的指針 lpSrc = (char *)lpDIBBits + lLineBytes * j + i*3。 = i。 //跟蹤邊界 bFindStartPoint = false。 point[pointnum].y=。 int h= + Direction[BeginDirect][1]。 while(!bFindStartPoint) { bFindPoint = false。 = 。 *lpDst = (unsigned char)0。 if(pixel == 0) { bFindStartPoint = true。amp。amp。 memset(lpDst, (BYTE)255, lLineBytes * height)。 // 暫時(shí)分配內(nèi)存，以保存新圖像 hNewDIBBits = LocalAlloc(LHND, lLineBytes * height)。 //起始邊界點(diǎn)與當(dāng)前邊界點(diǎn) Point StartPoint,CurrentPoint。 long j。 // 指向緩存 DIB圖像的指針 LPSTR lpNewDIBBits。 CPoint point[1000]。 北京印刷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 附錄：設(shè)計(jì)程序 // : implementation file include include include include include include include pragma ment( lib, ) ifdef _DEBUG define new DEBUG_NEW undef THIS_FILE static char THIS_FILE[] = __FILE__。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成是根據(jù)： （ 1）建立基于對(duì)話框的程序界面， BMP24 位圖像的打開、顯示和保存；（ 2）視頻圖像的采集和實(shí)現(xiàn)；（ 3）圖像分割的實(shí)現(xiàn)；（ 4）模板匹配法實(shí)現(xiàn)圖形辨別；（ 4）模板匹配法實(shí)現(xiàn)圖形辨別；（ 5）跟蹤并存儲(chǔ)圖像輪廓的坐標(biāo)；（ 6）計(jì)算輪廓的夾角并進(jìn)行角度辨別這六個(gè)步驟，循序漸進(jìn)，一步一步實(shí)現(xiàn)的。雖有差度，但是并不影響觀察及判別結(jié)果。 圖 45（ a） 矩形角度判別后顯示信息 圖 45（ b） 三角形角度判別后顯示信息 北京印刷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 圖 45（ c） 圓形角度判別后顯示信息 效果顯示在同一個(gè)對(duì)話框中，如圖 46 所示。 圖 43 圖像分割后效果 4．輪廓跟蹤 按照前面 中的方法進(jìn)行輪廓跟蹤，獲取并存儲(chǔ)個(gè)圖形的輪廓點(diǎn)，得到的各圖形輪廓點(diǎn)，如圖 44所示。 基于對(duì)話框的操作界面 圖 41 系統(tǒng)運(yùn)行的對(duì)話框界面 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果 1．圖像采集 本系統(tǒng)使用攝像頭采集，設(shè)定攝像頭與圖形距離在 ~ 范圍內(nèi)，由于系統(tǒng)設(shè)置采集圖像最好與攝像頭垂直，完成待辨別圖形的圖像采集，采集圖像如圖42所示。其中值得注意的是關(guān)于角度閾值的選取，因?yàn)榍视?jì)算用的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，其結(jié)果不易通過理論計(jì)算得出；且由于拐角輪廓信息相比理想情況下，分布并不規(guī)律，即理論上 60 度或 90 度的角實(shí)際計(jì)算出的值是在一個(gè)范圍內(nèi)波動(dòng)的。然后通過拐角的個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)圖形間的分辨。因?yàn)橛么朔N方法計(jì)算出的弧度值均為正值，而反正切則存在負(fù)值情況，對(duì)于系統(tǒng)要求中實(shí)現(xiàn)簡單圖形（三角形、矩形、圓形）來說，用余弦定理較為方便。公式見式（ 35）： 北京印刷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 ? ? ? ?xxyy isiisia ?? ???? 22 ? ? ? ?xxyy siisiib ???? ?? 22 ? ? ? ?xxyy sisisisic ?????? ?? 22 ????????????? ?ba cbai 22221cos? 公式（ 35） 公式中 a,b 是余弦定理夾角的兩個(gè)鄰邊， c是余弦定理夾角的對(duì)邊。 圖 311 像素 i的曲率 方法一：反正切定理。 北京印刷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 310 差別碼判斷準(zhǔn)則實(shí)例（鏈碼為 7777771111111333344534466766444） （ 2）曲率計(jì)算方法 對(duì)于曲率的估算的方法有多種，下面介紹兩種較為容易實(shí)現(xiàn)的且有效的方法。對(duì)于圖中的點(diǎn) A di=3，由準(zhǔn)則 2可知，點(diǎn) A必是拐點(diǎn)，不需要進(jìn)一步判別。 在得到差別碼后，可用下面的準(zhǔn)則實(shí)現(xiàn)加快處理速度的目的 . 準(zhǔn)則 1：如果 di=0, 則 i 點(diǎn)被認(rèn)為是非拐角點(diǎn)； 準(zhǔn)則 2：如果︱ di︱ 2，則 i點(diǎn)一定是拐角點(diǎn)； 準(zhǔn)則 3：如果︱ di︱ =1 或 2，則 i點(diǎn)為可疑點(diǎn)，應(yīng)加以進(jìn)一步考慮 。輪廓邊緣的差別碼 定義為見公式（ 32）， di 是輪廓邊緣的差別碼， ai和 ai+1 是相鄰的兩個(gè)鏈碼值： aad iii ?? ?1 公式（ 32） 輪廓邊緣的差別碼用下面幾種情況，見公式（ 33）： ??????????? ??48 11aaaad iiiii 444111?????????aaaaaaiiiiiiififif 公式（ 33） 所以差別碼的值可能為： 0，177。 圖 39 輪廓跟蹤走向示意圖 北京印刷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 此系統(tǒng)采用的圖像辨別算法是通過數(shù)學(xué)計(jì)算，得到圖形邊緣曲率， 通過算出的角度判斷它是否是拐點(diǎn)（拐點(diǎn)定義在第二章的 基于輪廓跟蹤的角度判別算法分析