一种鞋印花纹断裂特征检测与描述方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种针对鞋印图像中鞋印花纹断裂特征的检测与描述方法，其特征在于，包括以下步骤：对输入的鞋印图像进行预处理；对所述输入的鞋印图像上的花纹断裂块进行检测；所述花纹断裂块为包含断裂花纹的图像块；对所述断裂花纹进行检测；对所述花纹断裂区域进行预测；对所述花纹断裂区域进行描述。本发明专利技术方法在检测断裂区域时不依赖断裂区域两端花纹的方向，当断裂区域两端花纹的方向存在较大差异时，该方法也可以有效地检测出花纹断裂区域。同时，结合花纹的全局表观信息和局部几何信息对断裂区域进行预测，使断裂区域的描述结果更加准确。可以有效的获取鞋印中断裂特征的几何信息，方便鞋印穿用特征的对比工作。方便鞋印穿用特征的对比工作。方便鞋印穿用特征的对比工作。

【技术实现步骤摘要】
一种鞋印花纹断裂特征检测与描述方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种鞋印穿用特征的定量分析方法及系统
，具体而言，尤其涉及一种鞋印花纹断裂特征检测与描述方法及系统。

技术介绍

[0002]目前有基于指纹线条、高分遥感影像道路提取和细化字符的断裂检测及预测算法，基于指纹线条的断裂检测及预测算法有采用参照法的断裂线条连接方法；基于高分遥感影像道路提取的断裂检测及预测算法有采用改进的圆形模板匹配跟踪方法；基于细化字符的断裂检测及预测算法有利用字符本身的结构特征和预先计算的统计信息的预测方法，各方法的具体内容如下：
[0003](1)基于指纹线条的断裂检测及预测算法是采用参照法的断裂线条连接方法，该方法首先逐点扫描细化指纹图像找到一个断裂点p，计算该断裂点处的法线，若法线与附近的指纹线条存在交点q且交点q与断裂点p的距离小于阈值，则认为该断裂点为待匹配断裂点，之后搜索匹配断裂点，对所有找到的未修复的断裂点计算法线以及其法线与附近指纹线条的交点，最后在未修复断裂点中依据筛选条件筛选得到最佳匹配断裂点，并参照附近的指纹线条连接断裂点与最佳匹配断裂点。(2)基于高分遥感影像道路提取的断裂检测及预测算法采用改进的圆形模板匹配跟踪方法的预测算法，该算法首先根据断裂处长度较短和断裂处两侧线段的角度差异较小两个特点对断裂区域进行判定，之后以断裂端点为种子点，运用改进圆形模板匹配方法跟踪道路区域进行断裂预测。(3)基于细化字符的断裂检测及预测算法是利用字符本身的结构特征和预先计算的统计信息对字符的断裂进行预测，该方法首先根据字符归一化后图像矩阵的大小和总结出的统计信息预测断裂长度，之后在细化字符图像中根据某些连续的模型规律对端点进行检测，然后利用端点与一定数量的连通元素拟合出可能的连续模型，然后按照预测长度进行“预延伸”，如果连续模型延伸后在判定区间内有交点，则将该端点判定为断点，对断裂处再次进行拟合确定出连续性模型进行插值预测。
[0004]目前的断裂区域检测及预测算法存在的问题：(1)基于指纹线条的断裂检测及预测算法存在的问题是，采用参照法的指纹图像断裂线条预测方法只能针对线条进行断裂检测及预测，无法用于具有不同宽度的断裂区域的预测，并且参照法需要依赖断裂线条附近的指纹线条，当附近的线条存在缺损时会影响断裂预测的效果。(2)基于高分遥感影像道路提取的断裂检测及预测算法存在的问题是，利用改进的圆形模板匹配跟踪方法对断裂进行检测连接时，只能针对断裂长度较短，且断裂处两侧线段的角度差异较小的断裂区域进行连接，限制了该方法的适用性。(3)基于细化字符的断裂检测及预测方法在具体应用时需要根据所要预测的具体情况事先确定图像矩阵大小，通过大量的统计信息预测断裂长度，在使用时不是很方便。

技术实现思路

[0005]根据上述提出的技术问题，而提供一种鞋印花纹断裂特征检测与描述方法及系统。本专利技术主要利用一种针对鞋印图像中鞋印花纹断裂特征的检测与描述方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1：对输入的鞋印图像进行预处理；
[0007]步骤S2：对所述输入的鞋印图像上的花纹断裂块进行检测；所述花纹断裂块为包含断裂花纹的图像块；
[0008]步骤S3：对所述断裂花纹进行检测；
[0009]步骤S4：对所述花纹断裂区域进行预测；
[0010]步骤S5：对所述花纹断裂区域进行描述。
[0011]进一步地，对于所述鞋印图像的预处理还包括以下步骤：
[0012]S11：将所述输入的鞋印图像转化为灰度图像，并对所述灰度图像进行二值化处理，获取鞋印二值图像；
[0013]S12：对所述鞋印二值图像进行腐蚀和膨胀形态学处理；
[0014]S13：将所述鞋印二值图像划分成多个固定大小且互不重叠的图像块，分别计算各个图像块的熵，将熵大于预定阈值E1的图像块放入花纹断裂候选块集合C中，标记为C＝{c1,c2,
…
,c
v
,
…
,c
V
}；其中，V表示花纹断裂候选块的数目。
[0015]更进一步地，对所述输入的鞋印图像上的花纹断裂块进行检测还包括以下步骤：
[0016]S21：遍历每个花纹断裂候选块c
v
,v＝1,2,
…
,V，执行以下步骤S22
‑
S26，形成花纹断裂块集合R＝{R1,R2,
…
,R
j
,
…
,R
J
}及其对应的断裂部件集合G
j
,j＝1,2,
…
,J；
[0017]S22：检测所述花纹断裂候选块c
v
中的连通域，形成连通域集合其中v表示断裂候选块标识，T表示连通域数目；
[0018]S23：对所述连通域的形状复杂程度进行判别；
[0019]计算每个连通域与其最小凸多边形的面积之比，若面积之比大于预定阈值E2，则标记该连通域为普通连通域；若面积之比小于等于预定阈值E2，则标记该连通域为复杂连通域；
[0020]S24：对所述普通连通域进行断裂部件判定；
[0021]S25：对所述复杂连通域进行断裂部件判定；
[0022]S26：对所述花纹断裂块进行判定。
[0023]进一步地，对所述普通连通域进行断裂部件判定：
[0024]S241：遍历每个所述普通连通域；
[0025]S242：分别计算所述普通连通域的最小外接矩形的四个顶点到花纹断裂候选块图像边界的最小距离，将所述最小距离小于预定阈值E3的顶点记为接近图像边界的顶点；计算所述接近图像边界的顶点的数目，记为η；
[0026]S243：计算所述普通连通域的长轴与短轴的长度差，记为ρ；
[0027]S244：计算所述普通连通域与花纹断裂候选块图像边界的最大重叠长度，记为q；
[0028]S245：计算所述普通连通域的长轴长度与最大重叠长度q的比值，记为μ；
[0029]S246：将满足顶点的数目η小于预定阈值E4且长轴与短轴的长度差ρ大于预定阈值
E5且长轴长度与最大重叠长度q的比值μ大于预定阈值E6的所述普通连通域标记为疑似断裂部件。
[0030]更进一步地，对所述复杂连通域进行断裂部件判定：
[0031]S251：遍历每个所述复杂连通域；
[0032]S252：对所述复杂连通域进行细化处理，提取所述复杂连通域的骨架图像；所述骨架图像中3条骨架线通过的点为骨架分支点；检测所述骨架图像中的骨架分支点，判断该连通域是否可拆分；
[0033]其中，若所述骨架线图像中检测到骨架分支点，则计算以所述骨架分支点为中心的5
×
5邻域内骨架点的数目，若数目大于阈值E7则将该复杂连通域标记为可拆分连通域；若所述骨架线图像中未检测到骨架分支点，则提取所述复杂连通域的外轮廓，对所述复杂连通域的外轮廓进行霍夫变换直线检测，计算检测出的直线段与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对鞋印图像中鞋印花纹断裂特征的检测与描述方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对输入的鞋印图像进行预处理；S2：对所述输入的鞋印图像上的花纹断裂块进行检测；所述花纹断裂块为包含断裂花纹的图像块；S3：对所述断裂花纹进行检测；S4：对所述花纹断裂区域进行预测；S5：对所述花纹断裂区域进行描述。2.根据权利要求1所述的一种针对鞋印图像中鞋印花纹断裂特征的检测与描述方法，其特征在于，对于所述鞋印图像的预处理还包括以下步骤：S11：将所述输入的鞋印图像转化为灰度图像，并对所述灰度图像进行二值化处理，获取鞋印二值图像；S12：对所述鞋印二值图像进行腐蚀和膨胀形态学处理；S13：将所述鞋印二值图像划分成多个固定大小且互不重叠的图像块，分别计算各个图像块的熵，将熵大于预定阈值E1的图像块放入花纹断裂候选块集合C中，标记为C＝{c1,c2,
…
,c
v
,
…
,c
V
}；其中，V表示花纹断裂候选块的数目。3.根据权利要求1所述的一种针对鞋印图像中鞋印花纹断裂特征的检测与描述方法，其特征在于，对所述输入的鞋印图像上的花纹断裂块进行检测还包括以下步骤：S21：遍历每个花纹断裂候选块c
v
,v＝1,2,
…
,V，执行以下步骤S22
‑
S26，形成花纹断裂块集合R＝{R1,R2,
…
,R
j
,
…
,R
J
}及其对应的断裂部件集合G
j
,j＝1,2,
…
,J；S22：检测所述花纹断裂候选块c
v
中的连通域，形成连通域集合其中v表示断裂候选块标识，T表示连通域数目；S23：对所述连通域的形状复杂程度进行判别；计算每个连通域与其最小凸多边形的面积之比，若面积之比大于预定阈值E2，则标记该连通域为普通连通域；若面积之比小于等于预定阈值E2，则标记该连通域为复杂连通域；S24：对所述普通连通域进行断裂部件判定；S25：对所述复杂连通域进行断裂部件判定；S26：对所述花纹断裂块进行判定。4.根据权利要求1所述的一种针对鞋印图像中鞋印花纹断裂特征的检测与描述方法，其特征在于，对所述普通连通域进行断裂部件判定：S241：遍历每个所述普通连通域；S242：分别计算所述普通连通域的最小外接矩形的四个顶点到花纹断裂候选块图像边界的最小距离，将所述最小距离小于预定阈值E3的顶点记为接近图像边界的顶点；计算所述接近图像边界的顶点的数目，记为η；S243：计算所述普通连通域的长轴与短轴的长度差，记为ρ；S244：计算所述普通连通域与花纹断裂候选块图像边界的最大重叠长度，记为q；S245：计算所述普通连通域的长轴长度与最大重叠长度q的比值，记为μ；S246：将满足顶点的数目η小于预定阈值E4且长轴与短轴的长度差ρ大于预定阈值E5且
长轴长度与最大重叠长度q的比值μ大于预定阈值E6的所述普通连通域标记为疑似断裂部件。5.根据权利要求1所述的一种针对鞋印图像中鞋印花纹断裂特征的检测与描述方法，其特征在于，对所述复杂连通域进行断裂部件判定：S251：遍历每个所述复杂连通域；S252：对所述复杂连通域进行细化处理，提取所述复杂连通域的骨架图像；所述骨架图像中3条骨架线通过的点为骨架分支点；检测所述骨架图像中的骨架分支点，判断该连通域是否可拆分；其中，若所述骨架线图像中检测到骨架分支点，则计算以所述骨架分支点为中心的5
×
5邻域内骨架点的数目，若数目大于阈值E7则将该复杂连通域标记为可拆分连通域；若所述骨架线图像中未检测到骨架分支点，则提取所述复杂连通域的外轮廓，对所述复杂连通域的外轮廓进行霍夫变换直线检测，计算检测出的直线段与水平方向的角度以及各直线段之间的角度差，若有两条直线段的角度差为80
°
到90
°
，则将该连通域标记为可拆分连通域；若无两条直线段的角度差为80
°
到90
°
，则标记为不可拆分连通域；S253：将可拆分连通域拆分成多个子连通域；S254：对疑似断裂部件的判定；对于所述可拆分连通域，对拆分出的子连通域执行步骤S242
‑
246，将满足判定条件的子连通域标记为疑似断裂部件；对于所述不可拆分连通域，比较所述不可拆分连通域的外接矩形与所述花纹断裂候选块的大小，若外接矩形与图像块的高度差或宽度差小于预定阈值E8，则将该连通域标记为疑似断裂部件。6.根据权利要求1所述的一种针对鞋印图像中鞋印花纹断裂特征的检测与描述方法，其特征在于，对所述花纹断裂块进行判定过程中：若所述花纹断裂候选块内包含两个及以上疑似断裂部件，则该花纹断裂候选块为花纹断裂块，并添加到花纹断裂块集合R中，同时将该断裂块对应的疑似断裂部件添加到断裂部件集合G
j
中，其中j表示断裂块标识，K表示该块对应的疑似断裂部件数目。7.根据权利要求1所述的一种针对鞋印图像中鞋印花纹断裂特征的检测与描述方法，其特征在于，对所述断裂花纹进行检测：S31：遍历每个花纹断裂块对应的断裂部件集合G
j
，对其执行步骤S32
‑
S33，j＝1,2,
…
,J，形成各断裂块对应的断裂花纹图像集合W1,W2,
…
,W
J
；S32：将断裂部件集合G
j
中的断裂部件进行组合，构成待判定断裂花纹图像集合，预设k＝1；S321：将断裂部件与l＝k+1,k+2,
…
,K分别构成待判定断裂花纹图像u＝1,2,
…
,K
‑
k，其中记为断裂部件一，记为断裂部件二，添加到待判定断裂花纹图像集合F
k
中，其中k为断裂部件标识；
S322：令k＝k+1，若k≤K
‑
1则重复执行步骤S321，否则停止执行；S323：获取所述待判定断裂花纹图像集合F1,F2,
…
,F
k
,
…
,F
K
‑1；S33：遍历所述待判定断裂花纹图像集合F1,F2,
…
,F
K
‑1，对集合中的待判定断裂花纹图像执行以下步骤S34
‑
S36，u＝1,2,
…
,K
‑
k；S34：基于待判定断裂花纹图像垂直投影的断裂判别；S341：对所述待判定断裂花纹图像垂直投影，将投影直方图中的非0值替换为1，之后使用单个0或1表示连续的0或1；计算其中1的数目表示投影中波峰的个数；S342：计算所述待判定断裂花纹图像中两个连通域投影的重叠范围和主轴角度；对满足以下情况之一的待判定断裂花纹图像旋转后再次执行步骤S341，之后执行步骤S343，否则直接执行步骤S343，所述图像旋转的角度为两个连通域的中心点连线...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新年，李宝瑞，齐国清，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：