一种判定数字图像中凸几何图形形状相似性的方法技术

一种判定数字图像中凸几何图形形状相似性的方法，包括步骤：S1，对于任意两个需要进行相似性判定的凸几何图形形状Ω1、Ω2，使用GCT变换分别求出它们的复平面特征向量，记为F1、F2；然后计算它们各自的强度序列和相位序列，记为M1、S1、M2、S2；S2，判定相位序列S1和S2的相似性：计算当δ大于0.2时，判定不具备相似性；S3，判定强度序列M1和M2的相似性：计算当η大于0.2时，判定不具备相似性，否则相似。本方法实现简单，时间复杂度低，识别准确率高达90％以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种判定数字图像中凸几何图形形状相似性的方法。技术背景模式识别是计算机科学的一个重要的、活跃的研究领域，被广泛应用于图像分析、机器视觉和目标识别等应用领域中。例如在自动驾驶汽车的应用中，一台自动驾驶汽车通过安装在自动驾驶汽车上的摄像头获得汽车行驶方向的路面情况的数字图像，对图像进行预处理，包括平滑、去噪、增强、寻找物体边界等等，一旦得到数字图像中物体的边界，下一步就需要确定物体的类型以确定行驶的方式和方向：如果前方有一个人或一堵墙，那么汽车必须马上停止；如果前方是一个缓慢行驶的汽车，那么汽车也必须减速等等。任何物体都有边界，边界确定了物体的类型，而物体的边界是由一定的几何形状表达的，因此，对几何图形形状的自动识别和判定具有积极和广泛的前景。在模式识别研究领域，对于特定的模式，通过计算机学习算法和匹配算法可以较好地解决，例如，对汽车这个物体的识别，对人的识别。但是，对于任意几何图形形状的特征提取和自动识别是模式识别研究领域的一个难题。针对数字图像中几何图形形状的识别问题，国内研究人员进行了广泛的研究。已经发表的有代表性的文献包括：《北京大学学报(自然科学版)》的“平面几何图形检索的关键问题研究”；《计算机应用研究》的“基于边缘点特征值的快速几何图形识别算法”；《常熟理工学院学报(自然科学版)》的“规则几何图形的识别分析与算法实现”；《微型机与应用》的“一种规则几何图形的计算机识别方法”；《计算机与数字工程》的“基于图元的手绘几何图形识别”。这些文献所提出的方法都只能识别一些规则的几何图元，包括：三角形、矩形、平行四边形、梯形、圆、椭圆、多边形及由这些图元组合成的复合图形形状进行特征检测和相似性判定，而不能对其他复杂的几何图形形状建立特征并进行相似性判定。《中国图象图形学报》的“相对矩及在几何形状识别中的应用”，在Hu不变矩和Chen区域不变矩的基础上，提出了相对矩的概念，并利用相对矩为特征对几何形状进行了识别。由于该方法需要计算多个高阶Hu不变矩，因此，时间复杂度较高。《测绘学报》的“空间数据网络多分辨率传输的几何图形相似性度量”，将地物形状几何抽象为“面状空间数据”，并将面状地物几何图形边界描述为一个按照顺时针或逆时针的有序点集，通过计算两个面状地物的边界点到其中心点距离的绝对值和来度量两个面状地物几何图形的相似性。这种方法不能识别具有不同对于不同放大尺度或进行了角度旋转的几何图形。《计算机辅助工程》的“基于可视知识的几何形状特征的表示和识别”，通过把图形和及其特征描述集成为一种高层次的基于网络的表示来描述几何形状的知识结构,将几何推理技术、专家系统和图匹配方法统一用来进行识别特征。由于这种基于知识推理的方法存在多路径，会产生路径爆炸。《吉林大学学报(理学版)》的“基于链码特征的几何图形快速识别算法”，基于提取的几何图形链码特征，计算图形链码统计直方图的空间分布熵，并将其作为形状特征用于几何图形的识别。这种使用链码统计直方图，丢失了像素间重要的位置信息。《佳木斯大学学报(自然科学版)》的“几何图形的匹配识别”利用16边线性矩形来逼近原几何形的外形。这种利用16边线性矩形来逼近原几何形的外形的方法会导致原几何图像的细节特征的丢失。《计算机应用与软件》的“基于图像几何形状特征的CBIR算法”提出了一种基于图像森林变换的张量尺度特征提取算法，并采用归一化的张量尺度方向直方图作为图像几何形状的特征描述子，与相似性度量标准结合，实现了一种具有图像平移、旋转、尺度变换不变特性的基于内容的图像检索算法，但是这种方法只能应用于对闭合区域的识别。相比于国内在模式识别方面的研究，国外的研究主要体现在对特定的几何图形形状的识别，最具代表性的研究成果包括Hough变换(霍夫变换)和Radon变换(拉东变换)。Hough变换已由Hough在1962年获得美国专利授权，专利授权号为Patent3.069.654。原生的Hough变换将几何直线的“斜率+截距”的表示形式变换到“斜率,截距”参数空间中，也称为(a,b)参数空间。通过Hough变换，过平面直角系上的任一点的所有直线在(a,b)参数空间中被映射为一条直线，平面直角系中的一条直线被映射为(a,b)参数空间中的一点。基于这样的映射性质，Hough变换可用于对数字图像中几何直线的识别。对Hough变换进行扩展，可以完成对几何圆的识别。对Hough变换的再次扩展可用于识别其他的规则的几何图形形状，例如椭圆等，但其计算复杂度将急剧增长。因此，Hough变换一般用于对直线及圆的识别。Radon变换则以线积分的形式把图像空间投影到ρθ空间(等同于直线的参数空间)，因此，类似于Hough变换，Radon变换一般用于数字图像中直线的识别及其它规则几何图形形状的识别。综合分析目前国际国内对任意几何图形形状的识别方法中，存在下列亟待解决的问题：(1)以发表在《北京大学学报(自然科学版)》上的“平面几何图形检索的关键问题研究”和国外的Hough变换为代表所提出的几何图形形状识别方法，只能对特定的几种规则的几何图形形状进行识别，使其应用范围限制；(2)以发表在《中国图象图形学报》上的“相对矩及在几何形状识别中的应用”为代表所提出的几何图形形状的识别方法，由于需要计算高阶Hu不变矩，因此，计算复杂度非常高；(3)以发表在《吉林大学学报(理学版)》的“基于链码特征的几何图形快速识别算法”为代表所提出的几何图形形状的识别方法，由于使用了聚合图形形状的统计特征或近似特征，导致了原几何图形形状部分关键特征的丢失，因此，识别的可靠性会降低。因此，目前需要一种能够识别任意几何图形形状的快速方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，就是提供一种能够判定数字图像中凸几何图形形状相似性的方法，它可快速完成对数字图像中任意两个凸几何图形形状的相似性的识别和判定，包括封闭的及非封闭的凸几何图形形状；对于非凸几何图形形状，可通过预处理将非凸几何图形形状切分为凸几何图形形状，然后使用本方法进行识别和相似性判定。解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案。一种判定数字图像中凸几何图形形状相似性的方法，其特征在于包括以下步骤：S1，对于任意两个需要进行相似性判定的凸几何图形形状Ω1、Ω2，使用GCT变换(GeometricComplexTransform，简称GCT变换)分别求出它们的复平面特征向量，记为F1、F2；然后计算它们本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种判定数字图像中凸几何图形形状相似性的方法，所述凸几何图形包括封闭和非封闭凸几何图形，其特征在于包括以下步骤：S1，对于任意两个需要进行相似性判定的凸几何图形Ω1、Ω2，分别求出它们的复平面特征向量，记为F1、F2；然后计算它们各自的强度序列和相位序列，记为M1、S1、M2、S2；S2，先判定相位序列S1和S2的相似性，为此，计算两个相位序列偏差比率δ：δ=Minimumt,1≤t≤k((|S2,t-S1,1|+|S2,t+1-S1,2|+...+|S2,k-S1,k-t+1|+|S2,1-S1,k-t+2|+...+|S2,t-1-S1,k|)/Σi=1i=kS1,i);]]>a1,i,b1,i为凸几何图形Ω1的复平面特征向量F1的第i个元素的实部和虚部，i＝1,2,3,……,k；a2,i,b2,i为凸几何图形Ω2的复平面特征向量F2的第i个元素的实部和虚部，i＝1,2,3,……,k；eps表示计算机中所能表示的最小正实数；称参数t为相似位置参数；当δ大于0.2时，判定两个凸几何图形Ω1、Ω2不具备相似性，并设置相似性参数similarity为0；当δ小于等于0.2时，则凸几何图形Ω1、Ω2有可能具备相似性，在这种情况下，需要进一步判定强度序列M1和M2的相似性；S3，判定强度序列M1和M2的相似性，依据在步骤S2中得到的相似位置参数t，计算两个强度序列偏差比率η：r=Σi=1i=kM1,iΣi=ii=kM2,i;]]>η=(|r*M2,t-M1,1|+|r*M2,t+1-M1,2|+...+|r*M2,k-M1,k-t+1|+|r*M2,1-M1,k-t+2|+...+|r*M2,t-1-M1,k|)/Σi=1i=kM1,i);]]>a1,i,b1,i为凸几何图形Ω1的复平面特征向量F1的第i个元素的实部和虚部，i＝1,2,3,……,k；a2,i,b2,i为凸几何图形Ω2的复平面特征向量F2的第i个元素的实部和虚部，i＝1,2,3,……,k；当η大于0.2时，判定两个凸几何图形Ω1、Ω2不具备相似性，并设置相似性参数similarity为0；否则具备相似性，并设置相似性参数similarity为1。...

【技术特征摘要】
1.一种判定数字图像中凸几何图形形状相似性的方法，所述凸几何图形包括
封闭和非封闭凸几何图形，其特征在于包括以下步骤：
S1，对于任意两个需要进行相似性判定的凸几何图形Ω1、Ω2，分别求出它们
的复平面特征向量，记为F1、F2；然后计算它们各自的强度序列和相位序列，记
为M1、S1、M2、S2；
S2，先判定相位序列S1和S2的相似性，为此，计算两个相位序列偏差比率δ：
δ=Minimumt,1≤t≤k((|S2,t-S1,1|+|S2,t+1-S1,2|+...+|S2,k-S1,k-t+1|+|S2,1-S1,k-t+2|+...+|S2,t-1-S1,k|)/Σi=1i=kS1,i);]]>a1,i,b1,i为凸几何图形Ω1的复平面特征向量F1的第i个元素的
实部和虚部，i＝1,2,3,……,k；
a2,i,b2,i为凸几何图形Ω2的复平面特征向量F2的第i个元素的
实部和虚部，i＝1,2,3,……,k；
eps表示计算机中所能表示的最小正实数；
称参数t为相似位置参数；
当δ大于0.2时，判定两个凸几何图形Ω1、Ω2不具备相似性，并设置相似性
参数similarity为0；
当δ小于等于0.2时，则凸几何图形Ω1、Ω2有可能具备相似性，在这种情况
下，需要进一步判定强度序列M1和M2的相似性；
S3，判定强度序列M1和M2的相似性，依据在步骤S2中得到的相似位置参
数t，计算两个强度序列偏差比率η：
r=Σi=1i=kM1,iΣi=ii=kM2,i;]]>η=(|r*M2,t-M1,1|+|r*M2,t+1-M1,2|+...+|r*M2,k-M1,k-t+1|+|r*M2,1-M1,k-t+2|+...+|r*M2,t-1-M1,k|)/Σi=1i=kM1,i);]]>a1,i,b1,i为凸几何图形Ω1的复平面特征向量F1的第i个
元素的实部和虚部，i＝1,2,3,……,k；
a2,i,b2,i为凸几何图形Ω2的复平面特征向量F2的第i个
元素的实部和虚部，i＝1,2,3,……,k；
当η大于0.2时，判定两个凸几何图形Ω1、Ω2不具备相似性，并设置相似性
参数similarity为0；否则具备相似性，并设置相似性参数similarity为1。
2.根据权利要求1所述的判定数字图像中凸几何图形形状相似性的方法，其
特征在于：所述步骤S1采用GCT变换求凸几何图形形状生成复平面特征向量F，
以及计算复平面特征向量F的强度序列M和相位序...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴绍根，
申请(专利权)人：吴绍根，
类型：发明
国别省市：广东;44