一種路面二值圖像的邊緣矢量線提取算法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及地理信息系統和圖像處理與信息提取技術，具體涉及一種路面二值圖 像的邊緣矢量線提取算法。
【背景技術】
[0002] 公路是國民經濟賴以發展的重要基礎設施，隨著公路交通運輸業的發展，人們對 公路路面質量及其養護提出了更高的要求。傳統的人工檢測方法存在效率低、影響交通、耗 時耗力和不精確等缺點，已不能適應公路快速發展的要求。而通過對面圖像的提取、處理和 分析，從而檢測出路面病害（如破損、裂紋等）的方式，已逐漸成為一種路面檢測的重要手 段。
[0003] 我們知道，對物體進行觀測的數字圖像數據，不論是近景、中景還是遙感圖像，通 過一定的圖像處理，一般總是能夠將具有一定光譜、灰度或其他特性的區域通過圖像處理 轉換成二值圖像。二值圖像是提取物方特性區的位置、范圍和性質等信息的重要基礎，也是 計算機圖像識別的重要途徑。
[0004] 目前出現的路面二值化圖像的灰度異常區的邊界矢量化提取，都不能夠進行多尺 度直線邊界特征點的智能化提取，因為像素邊界一般情況下呈現出十分復雜的任意線形， 找出一定尺度級別下的逼近度更高的二值圖像的邊界多邊形問題一直沒有解決。
【發明內容】
[0005] 本發明意在提供一種對二值圖像的圖斑邊界進行快速提取和分級直線邊界替代 的邊緣矢量線提取生成算法。
[0006] 本發明中的二值圖像圖斑邊緣分級矢量線提取算法包括以下步驟： 1) 通過路面檢測車獲取路面的黑白數字圖像； 2) 從黑白數字圖像中提取病害區二值圖塊； 3) 通過二值圖像的行掃描算法確定取值突變點，取得一個二值圖斑的邊界點坐標向量 和類型，對于只有一個圖斑的簡單二值圖的零階邊界坐標序列提取： a. 自圖像邊緣任意取一點，按像素自左向右檢測，若取值為0則為空白區，取值為1則為 二值圖塊的內部； b. 像素檢測取值變化點坐標提取； c. 變化像素行號，同樣算法可以取得下一個相鄰的邊界像素點坐標； d. 順序填寫零階二值圖斑邊界點向量； e. 邊界點類型判斷:邊緣像素點的主要特征是至少有一個方向的相鄰像素的值變為0， 當一個方向為〇時一般為邊點，2個方向為0時一般為角點，3個方向為0時則為尖點； 4) 取得二值圖斑零階邊界點閉合坐標向量后，通過以下算法取得不同精度的最接近邊 界矢量多邊形： 根據零階邊界點向量提取一階邊界特征點序列算法； a. 根據實際像素代表的地面幾何長度和像素比例尺確定一個像素代表的圖像長度a; b. 零階邊界點向量第一點開始抽取樣本點，像素間隔數取p，按此像素間隔數P抽取像 素點，刪除多余像素點，全部抽取點組成一個新的邊界點序列，稱為一階邊界特征點序列， 其邊界特征點個數減少為原來像素點的1/p，特征點平均像素距離擴大P倍為d=p*a ; 根據一階邊界點序列提取二階邊界特征點序列的算法： a. 自一階邊界像素特征點序列中，任取相鄰2邊界點作為基點，根據三點坐標求取對 下一個像素邊的偏轉角，然后基點前移1點求取下一個點的偏轉角； b. 由此逐點向前計算，可以取得一個連續偏角序列，稱為第一偏轉角序列； c. 在此序列中按照當檢測到偏角左右或正負大于臨界偏轉幅度，取該點為二階趨勢 變化點，偏角左右或正負小于臨界偏轉幅度的點進行刪除，產生一個新的趨勢變化點序列， 稱為二階邊界特征點序列； d. 對于偏角接近90度的點，作為直角備選點； 根據二階邊界點序列提取三階邊界特征點序列的算法： a. 二階邊界點序列中，任取相鄰2個二階邊界特征點開始，求取下一點的偏轉角，基點 前移1個點，繼續求取，以此繼續可以取得第二個連續偏轉角序列； b. 按照一階邊界點序列提取二階邊界特征點序列的算法，可以生成一個點數更少的 邊界特征點序列，得到三階邊界特征點序列。
[0007] 本發明首次提出了多尺度級別線形走向趨勢變化點的概念，并提出了計算機自動 搜尋"趨勢變化點"的基本算法，即分級特征點法。是從邊界像素開始，逐級減少特征點（趨 勢變化點），最終到達需要的邊長尺度數量級。這種灰度異常區二值圖的邊緣矢量線計算機 提取算法，能夠從任意邊界像素點開始，通過一定算法，檢測出二值柵格區的邊界特征點坐 標，并使用一定的線段(直線等)連接檢測出的特征點，從而取得閉合邊界的多邊形折線。
[0008] 本發明實現的功能主要用于計算機柵格與矢量圖形的轉換，并且給CCD圖像的目 標物的計算機自動矢量法識別創造條件。其優點在于，一是基本可以自動找出任意二值圖 斑的一定尺度級別下的逼近度更高的邊界多邊形；二是算法的規律性強適用于計算機運 算;二是計算速度快內存開支小。
[0009] 本方案的提取算法能夠能夠對經過圖像處理后生成的二值化圖斑的邊界像素進 行矢量化邊界多邊形的自動提取，尤其適用于對路面黑白圖像的灰度異常區二值圖的邊緣 矢量線的計算機提取，該算法具有邊界逼近度高，規律性強以及適用于計算機計算等優點。 所提取的二值化圖像邊界的多邊形數據可用于地理信息系統數據轉換，地圖自動編繪，包 括在路面CCD圖像病害區域的識別提取在內的圖像自動識別，以及遙感圖像的光譜特征區 范圍識別等方面。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發明實施例二值圖像邊緣矢量線提取的流程圖。
[0011] 圖2為本發明實施例中一階像素邊界點序列。
[0012] 圖3為本發明實施例中二階邊界像素特征點序列。
[0013] 圖4為本發明實施例中三階邊界像素特征點序列。
【具體實施方式】
[0014] 下面通過【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明： 如圖1所示為本實施例二值圖像邊緣矢量線提取的流程圖，本實施例的路面二值圖像 的邊緣矢量線提取算法，包括以下步驟： 第一步:通過路面檢測車獲取路面的黑白數字圖像。
[0015] 第二步:從黑白數字圖像中提取病害區二值圖塊： 圖像預處理，包括灰度變換、圖像去噪； 像元選擇根據像素灰度值的判別條件的設置； 3) 初始二值圖像生成，圖像分割灰度或光譜閾值，將不滿足條件的像素置為0,滿足條 件的像素置為1; 4) 二值圖像的修復，采用數學形態法，如圖像膨脹、圖像腐蝕、獲取聯通域或骨架提取； 5) 得到一定條件的數字化二值圖像，該二值圖像一般反映出需要分析的物方信息的分 布情況。
[0016] 第三步:數字二值圖塊的邊緣點像素提取，采用邊界像素點追蹤法，通過二值圖像 的行掃描算法確定取值突變點，取得一個二值圖斑的邊界點坐標向量和類型，對于只有一 個圖斑的簡單二值圖的零階邊界坐標序列提取： a. 自圖像邊緣任意取一點，按像素自左向右檢測，若取值為0則為空白區，取值為1則為 二值圖塊的內部； b. 像素檢測取值變化點坐標提取； c. 變化像素行號，同樣算法可以取得下一個相鄰的邊界像素點坐標； d. 順序填寫零階二值圖斑邊界點向量； e. 邊界點類型判斷:邊緣像素點的主要特征是至少有一個方向的相鄰像素的值變為0， 當一個方向為〇時一般為邊點，2個方向為0時一般為角點，3個方向為0時則為尖點。
[0017] 第四步:一階邊界特征點序列提取算法 灰度變化區初始邊界矢量線即為各個邊界像素中心點坐標的連線，其長度僅有1-1.41 個像素，由于像素距離一般在a=0.1_lmm，因此其點數相當大，不適合于做幾何分析處理，需 要進行像素合并，產生新的特征點，以達到特征距離在5-10mm數量級。本步運算稱為一階像 素特征點選取。
[0018] 1)根據實際像素代表的地面幾何長度（如像素精度)和像素比例尺確定一個像素 代表的圖像長度a值。
[0019] 2)抽取像素間隔數p=100-500,可以根據邊界逼近精度和邊界變化幅度進行選取。 當P選定后，邊界特征點變為原來像素點的ι/p個，則平均距離約為d=p*a，a為一個像素的 距離