基于平面塊集合的圖像矢量化表達方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于圖像處理技術領域，特別涉及到一種利用平面塊集合表達圖像的圖像矢量化方法。
【背景技術】
[0002]隨著數字圖像處理技術的迅速發展，各種各樣的圖像越來越多地出現在人們的日常工作與生活中。傳統的圖像一般為光柵圖像，其以矩陣的方式記錄每個像素點的顏色值。這樣一來，我們可以很方便地記錄與顯示圖像。然而，當我們需要對圖像做一些更加復雜的操作(如保清晰度縮放等)時，光柵圖像這種表達方式就顯得不那么靈活了。若采用矢量化的表達方式，則可以實現上述功能。除此之外，矢量化的表達方式還有其他優點，如使得圖像更加容易編輯、可實現一定程度上的壓縮存儲等。
[0003]圖像矢量化，則是一個將光柵圖像轉化為對應的矢量圖形的過程。轉化后的矢量圖形可采用諸如點、直線、曲線、多邊形、平面、曲面等幾何圖元的形式來表達輸入圖像，使得此種表達方式擁有上述優點。
【發明內容】
[0004]在圖像的眾多矢量化表達方式中，三角網格的方式較為簡單直觀。但在現有的三角網格表達方式中，三角形頂點的顏色值即取為圖像對應像素點的顏色值，這無法保證局部三角形覆蓋的區域對輸入圖像的逼近程度達到最優狀態。為解決上述問題，需要尋求一種新的矢量化表達方法，本發明的目的就是提供一種基于平面塊集合的圖像矢量化方法。
[0005]為實現本發明的目的所采用的技術方案為，一種基于平面塊集合的圖像矢量化表達方法，該方法包括下述步驟:
[0006](1)輸入任意光柵圖像和平面塊個數N;
[0007](2)將光柵圖像的像素點連接起來并轉換為空間三角網格;具體包括以下子步驟:
[0008](2.1)將光柵圖像的每個像素點與其上下左右的四個相鄰像素連接起來，形成一個平面四邊形網格；
[0009](2.2)給網格的每個頂點的位置坐標增加一個維度，其值為對應像素點的灰度值，將原平面四邊形網格轉化為曲面四邊形網格；
[0010](2.3)在每個四邊形單元的對角線處添加一條邊使其變成兩個三角形，這樣便形成了一個曲面三角形網格。
[0011](3)根據給定的平面塊個數N計算平面參數;具體包括以下子步驟:
[0012](3.1)在曲面三角形網格中任取N個三角形作為種子，給每個種子賦予一個標簽，利用著色算法將標簽擴散到整個網格，使得每個三角形均屬于某一個簡單連通區域，并對每塊區域利用主成分分析法計算出一個平面，使得該平面與網格中該區域所有三角形的距離之和最小；
[0013](3.2)選出每塊區域中距離其對應平面最近的三角形作為新的種子并再次按步驟3.1方法計算出新的平面；
[0014](3.3)反復執行步驟3.2直至所有區域的三角形與其對應的平面的距離之和不再降低，記錄下此時的平面以及區域劃分；
[0015](4)根據得出的N個平面提取并存儲N個區域對應的封閉邊緣線，并利用半曲邊結構記錄;具體包括以下子步驟:
[0016](4.1)提取出一環鄰域中三角形屬于兩種或兩種以上區域的網格頂點對應的像素點作為邊緣像素點；
[0017](4.2)按與圖像平面垂直的方向將每個區域的所有邊緣像素點投影到該區域對應的平面上，并按投影點裁剪對應的平面，將裁剪后的平面稱為平面塊；
[0018](4.3)從步驟4.1得出的邊緣像素點中找出三個或三個以上區域的交點作為角點；
[0019](4.4)多數區域有三個及以上角點，對于不足三個角點的區域，人為添加至三個；
[0020](4.5)將連接每兩個角點的邊緣像素點序列記錄為一條曲邊，并用折線或樣條曲線進行擬合；
[0021](4.6)仿照半邊結構將步驟4.5生成的所有曲邊記錄為多邊形網格連接結構，其中角點對應多邊形頂點，曲邊對應多邊形的邊，而區域則對應多邊形的面，也對應了平面塊，將這種結構稱為半曲邊結構，該結構記錄了平面塊的連接關系；
[0022](4.7)將步驟4.2中的平面塊集合與步驟4.6中記錄平面塊連接關系的半曲邊結構稱為平面塊集合結構，并記錄成文件，從而完成了光柵圖像的矢量化表達。
[0023]本發明的有益效果為:本方法能夠根據用戶輸入的光柵圖像以及平面塊個數生成對應的平面塊集合，以表達輸入圖像，使得從平面塊集合生成出的圖像與輸入圖像盡可能一致。本方法通過分區域優化方法從一定程度上改進了傳統方法中無法保證局部區域的最優平面覆蓋問題，重建效果較好。
【附圖說明】
[0024]圖1是圖像像素點到曲面三角網格的轉化示意圖；
[0025]圖2是特殊角點增加處理示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明作進一下詳細說明。
[0027 ]本發明基于平面塊集合的圖像矢量化表達方法，該方法包括以下步驟:
[0028](1)輸入任意光柵圖像和平面塊個數N;
[0029](2)將光柵圖像的像素點連接起來并轉換為空間三角網格;具體包括以下步驟:
[0030](2.1)如圖1(a)所示，將光柵圖像的每個像素點與其上下左右的四個相鄰像素連接起來，形成一個平面四邊形網格；
[0031](2.2)如圖1(b)所示，給網格的每個頂點的位置坐標增加一個維度，其值為對應像素點的灰度值，將原平面四邊形網格轉化為曲面四邊形網格；
[0032](2.3)如圖1(c)所示，在每個四邊形單元的對角線處添加一條邊使其變成兩個三角形，這樣便形成了一個曲面三角形網格；
[0033](3)根據給定的平面塊個數N計算平面參數;具體包括以下步驟:
[0034](3.1)在曲面三角形網格中任取N個三角形作為種子，給每個種子賦予一個標簽(標識其屬于不同的區域)，利用著色算法將標簽擴散到整個網格，使得每個三角形均屬于某一個簡單連通區域，并對每塊區域利用主成分分析法計算出一個平面，使得該平面與網格中該區域所有三角形的距離之和最小；
[0035](3.2)選出每塊區域中距離其對應平面最近的三角形作為新的種子并再次按步驟3.1方法計算出新的平面；
[0036](3.3)反復執行步驟3.2直至所有區域的三角形與其對應的平面的距離之和不再降低，記錄下此時的平面以及區域劃分；
[0037](4)根據得出的N個平面提取并存儲N個區域對應的封閉邊緣線，并利用半曲邊結構記錄;具體包括以下步驟:
[0038](4.1)提取出一環鄰域中三角形屬于兩種或兩種以上區域的網格頂點對應的像素點作為邊緣像素點；
[0039](4.2)按與圖像平面垂直的方向將每個區域的所有邊緣像素點投影到該區域對應的平面上，并按投影點裁剪對應的平面，將裁剪后的平面稱為平面塊；
[0040 ] (4.3)從步驟4.1得出的邊緣像素點中找出三個或三個以上區域的交點作為角點；
[0041](4.4)多數區域有三個及以上角點，對于不足三個角點的區域，人為添加至三個，圖2演示了兩種不足三個特殊角點的情況，其中圖2(a)、(b)分別為無角點區域處理前后的情況，圖2(c)、(d)分別為只有兩個角點區域處理前后的情況;其中實心點為原角點，空心點為人為添加的角點；
[0042](4.5)將連接每兩個角點的邊緣像素點序列記錄為一條曲邊，并用折線或樣條曲線進行擬合；
[0043](4.6)仿照半邊結構將步驟4.5生成的所有曲邊記錄為多邊形網格連接結構，其中角點對應多邊形頂點，曲邊對應多邊形的邊，而區域則對應多邊形的面，也對應了平面塊，將這種結構稱為半曲邊結構，該結構記錄了平面塊的連接關系；
[0044](4.7)將步驟4.2中的平面塊集合與步驟4.6中記錄平面塊連接關系的半曲邊結構稱為平面塊集合結構，并記錄成文件，從而完成了光柵圖像的矢量化表達。
[0045]當需要通過生成的平面塊集合結構重建出圖像時，只需按照半曲邊結構繪制多邊形即可，其中多邊形頂點的位置即為角點的位置，像素點的顏色則為該點沿步驟4.2中投影方向投影到所在平面的投影點的高度值。由于平面塊集合完全覆蓋整幅圖像，因此可完整地重現輸入圖像。
【主權項】
1.一種基于平面塊集合的圖像矢量化表達方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: (1)輸入任意光柵圖像和平面塊個數N; (2)將光柵圖像的像素點連接起來并轉換為空間三角網格;具體包括以下子步驟: (2.1)將光柵圖像的每個像素點與其上下左右的四個相鄰像素連接起來，形成一個平面四邊形網格； (2.2)給網格的每個頂點的位置坐標增加一個維度，其值為對應像素點的灰度值，將原平面四邊形網格轉化為曲面四邊形網格； (2.3)在每個四邊形單元的對角線處添加一條邊使其變成兩個三角形，這樣便形成了一個曲面三角形網格。 (3)根據給定的平面塊個數N計算平面參數;具體包括以下子步驟: (3.1)在曲面三角形網格中任取N個三角形作為種子，給每個種子賦予一個標簽，利用著色算法將標簽擴散到整個網格，使得每個三角形均屬于某一個簡單連通區域，并對每塊區域利用主成分分析法計算出一個平面，使得該平面與網格中該區域所有三角形的距離之和最小； (3.2)選出每塊區域中距離其對應平面最近的三角形作為新的種子并再次按步驟3.1方法計算出新的平面； (3.3)反復執行步驟3.2直至所有區域的三角形與其對應的平面的距離之和不再降低，記錄下此時的平面以及區域劃分； (4)根據得出的N個平面提取并存儲N個區域對應的封閉邊緣線，并利用半曲邊結構記錄;具體包括以下子步驟: (4.1)提取出一環鄰域中三角形屬于兩種或兩種以上區域的網格頂點對應的像素點作為邊緣像素點； (4.2)按與圖像平面垂直的方向將每個區域的所有邊緣像素點投影到該區域對應的平面上，并按投影點裁剪對應的平面，將裁剪后的平面稱為平面塊； (4.3)從步驟4.1得出的邊緣像素點中找出三個或三個以上區域的交點作為角點； (4.4)多數區域有三個及以上角點，對于不足三個角點的區域，人為添加至三個； (4.5)將連接每兩個角點的邊緣像素點序列記錄為一條曲邊，并用折線或樣條曲線進行擬合； (4.6)仿照半邊結構將步驟4.5生成的所有曲邊記錄為多邊形網格連接結構，其中角點對應多邊形頂點，曲邊對應多邊形的邊，而區域則對應多邊形的面，也對應了平面塊，將這種結構稱為半曲邊結構，該結構記錄了平面塊的連接關系； (4.7)將步驟4.2中的平面塊集合與步驟4.6中記錄平面塊連接關系的半曲邊結構稱為平面塊集合結構，并記錄成文件，從而完成了光柵圖像的矢量化表達。
【專利摘要】本發明公開了一種基于平面塊集合的圖像矢量化表達方法，屬于視頻與圖像處理技術領域，該方法包括下述步驟：輸入任意光柵圖像信息以及用戶指定的平面塊個數。算法首先通過一種映射方法將圖像像素點轉換為稠密的曲面三角網格；然后根據該三角網格利用迭代方法配合主成分分析方法估計出每個平面塊所在平面的參數，使得平面塊能夠盡可能貼近該三角網格；最后提取出每個平面塊的邊緣曲線，并利用半曲邊結構記錄平面塊之間的拓撲連接關系。用本方法計算出來的平面塊集合結構，可以很好的逼近原始圖像。
【IPC分類】G06T9/00
【公開號】CN105427354
【申請號】CN201510816434
【發明人】童若鋒, 謝昊, 唐敏
【申請人】浙江大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月20日