【正文】 非細(xì)化以及整體化矢量化算法的思想，最后對(duì)他們進(jìn)行比較和討論。然后分析了彩色輪廓提取和矢量化的背景和現(xiàn)有的成果。在矢量化方法的研究上，國(guó)內(nèi)學(xué)者也做了大量的工作，可以說(shuō)到目前為止還沒(méi)有出現(xiàn)一種非常完善的圖像識(shí)別系統(tǒng)和識(shí)別方法，要提高圖像的識(shí)別能力，將有待于人工智能的進(jìn)一步發(fā)展。由于是屬于通用的矢量化系統(tǒng)，該軟件的精度同樣不高；日本的TOSGRAPH系統(tǒng)，以讀取手寫的粗糙接線圖為主要目的開發(fā)的，屬于專用的圖形識(shí)別及矢量化系統(tǒng)；美國(guó)的sKl010，AUDRE等，都是近年來(lái)出現(xiàn)的較為有名的矢量化系統(tǒng)。1984年出現(xiàn)的著名CACUS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)一些基本圖形的識(shí)別，由于理論的不完善和計(jì)算機(jī)硬件的限制，致使該系統(tǒng)的分段算法還不能完全準(zhǔn)確地找出所有的分段點(diǎn)；德國(guó)的SOFTELEC公司的VP Max系列全自動(dòng)矢量化軟件是該領(lǐng)域最優(yōu)秀的軟件之一。現(xiàn)在，矢量化己經(jīng)廣泛應(yīng)用在很多領(lǐng)域，如地理信息系統(tǒng)、工程業(yè)、房地產(chǎn)業(yè)中各類圖紙的自動(dòng)輸入，出現(xiàn)了一些商品化的通用矢量化軟件。80年代中后期，CAD系統(tǒng)的應(yīng)用需要將大量紙質(zhì)工程圖轉(zhuǎn)換成CAD系統(tǒng)能夠處理的格式，從而引發(fā)了對(duì)工程圖矢量化的硬究。 矢量化的已有的成果和未來(lái) 從70年代開始，矢量化研究的學(xué)術(shù)論文開始出現(xiàn)。而矢量方法由于合理利用了空間矢量的特性，很好解決了相關(guān)性問(wèn)題，因此其檢測(cè)效果也普遍更為理想。對(duì)于這兩大類方法而言，合成方法相對(duì)比較簡(jiǎn)單快速，在彩色圖像邊緣檢測(cè)的早期使用較多，但它沒(méi)有考慮到各個(gè)顏色空間分量之間的相關(guān)性，從而對(duì)某些類型的邊緣不能進(jìn)行有效地檢測(cè)。所謂合成方法，是將灰度圖像邊緣檢測(cè)算法分別應(yīng)用到彩色圖像的三個(gè)顏色空間分量上，其結(jié)果再通過(guò)某種特定的方法合成。 國(guó)內(nèi)外彩色圖像輪廓提取和矢量化的現(xiàn)狀及發(fā)展 自1977年Nevatia發(fā)表第一篇彩色圖像邊緣檢測(cè)論文以來(lái)，人們提出了許多種彩色圖像邊緣檢測(cè)方法。并且以像素表示的圖像中往往存在大量的冗余信息，存儲(chǔ)量過(guò)大，例如一張AO尺寸的工程圖紙用300dpi的分辨率、單色掃描后得到的圖像文件大小在15MB左右，這對(duì)一般的圖紙管理系統(tǒng)是一筆很大的開銷。針對(duì)彩色圖像的邊緣檢測(cè)方法逐漸興盛起來(lái)。 課題的目的和研究意義圖像邊緣檢測(cè)是數(shù)字圖像處理的重要內(nèi)容，是進(jìn)行圖像分割、圖像分析、物體別等深層次處理的關(guān)鍵步驟。線性圖用矢量圖描述的數(shù)據(jù)量比用光柵圖描述的小得多。矢量圖圖像文件格式適用于線性圖，如機(jī)械圖形、建筑圖形、地理等高線圖等。矢量圖用幾何圖形的特征數(shù)據(jù)及其屬性來(lái)描述圖像，如一條線用其兩個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)描述，一段圓弧用其起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)、圓心坐標(biāo)及半徑來(lái)描述。位圖就是一組描述每個(gè)圖素點(diǎn)的數(shù)據(jù)。 彩色圖像輪廓提取及其矢量化畢業(yè)論文 目錄第一章 緒論 6 6 矢量的概念 6 課題的目的和研究意義 6 國(guó)內(nèi)外彩色圖像輪廓提取和矢量化的現(xiàn)狀及發(fā)展 7 7 矢量化的已有的成果和未來(lái) 7 論文主要工作及章節(jié)安排 8第二章 彩色圖像邊緣檢測(cè) 9 9 彩色圖像邊緣檢測(cè)算法 9 傳統(tǒng)的彩色圖像邊緣檢測(cè) 9 基于彩色信息區(qū)分度的彩色邊緣檢測(cè) 11 利用顏色空間變換實(shí)現(xiàn)邊緣檢測(cè) 13 四元數(shù)與彩色圖像邊緣檢測(cè) 14 本章小結(jié) 15第三章 矢量化算法 16 矢量化基本思想 16 矢量化技術(shù)分類 16 16 基于非細(xì)化的矢量化算法 17 整體矢量化算法 19第四章 輪廓提取和矢量化的具體實(shí)現(xiàn) 22 BMP文件格式簡(jiǎn)介 22 基于顏色三角形的彩色圖像邊緣檢測(cè) 22 基于三角形周長(zhǎng)的邊緣檢測(cè)的原理 23 利用Prewitt算子定義三角形周長(zhǎng)和角度的梯度 24 動(dòng)態(tài)分割擬合原理和步驟 29 圖元顏色屬性的確定 29 矢量化圖的顯示 30第五章 結(jié)論 33致謝 34參考文獻(xiàn) 35第一章 緒論 矢量的概念 計(jì)算機(jī)中圖像文件的格式主要有兩大類：一類是位圖文件格式，另一類是矢量圖文件格式。位圖也稱光柵圖或點(diǎn)陣圖，它把一幅圖分成許多柵格圖素，稱每一個(gè)柵格為一個(gè)像素點(diǎn)，簡(jiǎn)稱像素(pixel)。位圖圖像文件格式適用于有復(fù)雜顏色和灰度級(jí)變化的圖，如照片、繪畫、數(shù)字化視頻圖像等。矢量圖的最小單位是圖元，如直線、圓弧、橢圓弧等基本圖形。CAD／CAM系統(tǒng)中所用的都是矢量圖。對(duì)光柵圖像進(jìn)行分析、識(shí)別并重建其中圖形對(duì)象的過(guò)程稱為矢量化。隨著計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備的高速發(fā)展和計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的灰度圖像處理方法已經(jīng)不能滿足很多應(yīng)用的需求。圖像的矢量化在很多領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用，例如制作在網(wǎng)上非常流行的精美的生動(dòng)形象的矢量動(dòng)畫，實(shí)現(xiàn)彩色地圖的GIS系統(tǒng)，光柵圖像以像素為表示單元，因此對(duì)圖像的編輯只能通過(guò)像素級(jí)操作進(jìn)行，不易進(jìn)行各種變換，如圖像的旋轉(zhuǎn)、縮放等。而矢量圖用直線、圓弧等基本幾何圖形來(lái)描述，因此只需對(duì)這些幾何圖形的參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，例如直線只需存儲(chǔ)其端點(diǎn)坐標(biāo)，圓弧只需存儲(chǔ)其圓心坐標(biāo)、半徑、起點(diǎn)和終點(diǎn)，這樣就可在不損失圖像信息的前提下大幅度減少存儲(chǔ)空間，還能靈活高效的對(duì)圖像進(jìn)行編輯，因此研究光柵圖像的矢量化具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。對(duì)于這些方法，可以按照它們所采用的顏色空間進(jìn)行歸類，但更常見的歸類方法是將它們分為合成和矢量方法兩類。而矢量方法是將彩色圖像的每一個(gè)像素點(diǎn)看作顏色空間中的一個(gè)三維矢量，利用空間矢量的各種特性來(lái)進(jìn)行彩色圖像邊緣檢測(cè)。例如那些在不同空間分量中強(qiáng)度相同但方向相反的邊緣，使用合成方法將檢測(cè)不到。目前對(duì)彩色圖像邊緣檢測(cè)的研究就主要集中在這個(gè)方面，出現(xiàn)了大量利用矢量特性來(lái)進(jìn)行彩色圖像邊緣檢測(cè)的算法。最初的應(yīng)用范圍很窄，主要處理地圖，方法也較單一。90年代是矢量化研究的高潮，成立了一些專門性的組織并召開了一系列國(guó)際會(huì)議。國(guó)外在矢量化方面的起步較早。挪威RASTEREX公司的RxAutoimagePro同樣也是非常出色的矢量化系統(tǒng)，最主要的是它具有良好的光柵、矢量混合編輯功能。這些系統(tǒng)大都具有較完善的處理功能和容易使用的用戶接口，但是在矢量化精度和速度上尚不能完全達(dá)到工程自動(dòng)化的需要，普遍具有對(duì)噪音、缺損敏感等缺點(diǎn)。 論文主要工作及章節(jié)安排 第一章為緒論部分，首先介紹了矢量化的概念及選題的實(shí)際意義。第二章先介紹彩色顏色模型，然后簡(jiǎn)單闡述經(jīng)典的邊緣提取算法，最后重點(diǎn)分析幾種已有的彩色圖像的邊緣提取算法，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較，提出他們的優(yōu)缺點(diǎn)。第四章是本文采用顏色三角形算法進(jìn)行彩色圖像輪廓提取，并且利用雙閾值和臨域跟蹤法得到外輪廓，最終利用動(dòng)態(tài)擬合進(jìn)行矢量化第五章總結(jié)本文的研究工作，以及本系統(tǒng)的適用范圍，提出本課題尚存在問(wèn)題。例如，對(duì)于人類視覺(jué)來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)色調(diào)、飽和度和透明度來(lái)定義顏色；對(duì)于顯示設(shè)備來(lái)說(shuō)，人們通過(guò)使用紅色、綠色和藍(lán)色磷光體的發(fā)光量來(lái)描述顏色；對(duì)于打印或者印刷設(shè)備來(lái)說(shuō)，們使用青色、品紅色、黃色和黑色的反射和吸收量的多少來(lái)產(chǎn)生指定的顏色。其中的顏色通常用三維坐標(biāo)來(lái)描述，其顏色要取決于所使用的坐標(biāo)。色調(diào)用角度來(lái)表示，通常紅色處為00青色處為1800；在水平方向上飽和度的大小用離開中心線的距離表示；透明度用垂直軸表示。與設(shè)備相關(guān)的顏色空間是指顏色空間指定生成的顏色與生成或顯示該顏色的設(shè)備有關(guān)。與設(shè)備無(wú)關(guān)的顏色空問(wèn)是指顏色空間指定生成的顏色與生成或顯示該顏色的設(shè)備無(wú)關(guān)?，F(xiàn)在，人們已經(jīng)根據(jù)各種不同的應(yīng)用場(chǎng)合，構(gòu)造了各種各樣的顏色空間。本文中選取Prewitt算子，該方法采用下面兩個(gè)卷積算子，： Mh = Mh = Prewitt算子把它們應(yīng)用到圖像的三個(gè)顏色通道上，也就是對(duì)于每個(gè)像素(x,y)，用一個(gè)以它為中心的3*3鄰域內(nèi)像素的f(x，y)構(gòu)成的矩陣分別與M x，My做卷積，卷積后的結(jié)果近似于該象素梯度的大小，這里的f(x，y)代表每一個(gè)分量上的灰度值。用這種方式檢測(cè)到的彩色圖像的邊緣會(huì)引起圖像色調(diào)的改變，抑制噪聲的能力較差。目前為止，該類算法有向量排序統(tǒng)計(jì)算子、方向算子、RGB向量角算子等等。 1 2 3 8(x,y) 4 7 6 5 (x,y)的8臨域空間 利用上述算法在基于感知的顏色空間中可以得到效果較好的彩色圖像邊緣檢測(cè)圖。為獲得真正的邊緣，排除噪聲的影響就要合理使用亮度和色度信息。我們?nèi)缦露x有效彩色邊緣特征：1)亮度突變；2)色度突變：3)是不同區(qū)域之間的邊界；4)具有方向性。 R 1 R 2 (x，y)的分割鄰域 定義UR1 = ，UR2 = 式(24)UU=UR1一UR2稱為在U分量上的區(qū)分度。定義YR1 = ，YR2 = 式(26)YY=YR1一YR2稱為在Y分量上的區(qū)分度。 1 0 1 1(x,y) 1 1 0 1 1 1 0 1(x,y) 1 0 1 1 0 1 1 1(x,y) 1 1 1 0 1 1 0 1(x,y) 1 0 1 1 圖4．3 四個(gè)模板 實(shí)驗(yàn)中采用圖4．3中的四個(gè)33模板，分別計(jì)算相應(yīng)的YY、UU、VV，然后，取它們的組合I=K1YY+k2UU+k3VV。由四個(gè)模板的結(jié)構(gòu)可以看到，噪聲影響基本上被相應(yīng)抵消，不會(huì)對(duì)YY、UU、VV三個(gè)區(qū)分度的計(jì)算產(chǎn)生多大影響，因此具有較好的抗噪能力，克服了傳統(tǒng)邊界定義中僅