專利名稱：一種工程cad圖紙的矢量化圖形識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工程CAD圖紙的矢量化過程，特別是一種工程CAD圖紙的矢量化圖形識(shí)別方法，該方法可廣泛用于工程圖紙識(shí)別、圖像圖形符號(hào)檢測(cè)與識(shí)別等領(lǐng)域以及工業(yè)自動(dòng)化檢測(cè)等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在當(dāng)今的信息社會(huì)中，盡管CAD技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但仍有大量的圖紙信息以紙質(zhì)、圖片的形式保存、管理和適用著。這些工程圖紙往往使一個(gè)系統(tǒng)或者行業(yè)長(zhǎng)時(shí)間積累下來的，完整的保存了以往的寶貴經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以后的設(shè)計(jì)有很好的借鑒作用。其中相當(dāng)一部分還會(huì)在以后的設(shè)計(jì)和制造中被修改和重復(fù)使用。為了復(fù)用這些圖紙，將這些圖紙圖像的信息用計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理，并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，以大大減少圖紙的更新和維護(hù)耗費(fèi)的人力資源，更加便于存儲(chǔ)、修改、查詢、交流，是必然的發(fā)展趨勢(shì)，具有重要的社會(huì)現(xiàn)實(shí)意義。工程圖矢量化是將工程圖的掃描位圖表達(dá)轉(zhuǎn)化為CAD系統(tǒng)使用的圖形描述矢量實(shí)體，如直線、圓、圓弧、曲線以及字符等，可大大提高圖紙的復(fù)用能力。
完整的矢量化過程大體分為兩類，一種是包括有圖像的預(yù)處理、圖像二值化以及二值圖的矢量化識(shí)別過程，即直接在光柵圖上進(jìn)行圖形識(shí)別的矢量化系統(tǒng)；一種是包括光柵圖初步矢量化和圖形類型檢測(cè)/識(shí)別的兩步操作的二維矢量化系統(tǒng)。其中應(yīng)用較為理想的是第二種方法，即先通過矢量化預(yù)處理方法，然后利用預(yù)處理過程的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行基于圖形類型的檢測(cè)和識(shí)別過程，該過程可以得到較為理想的CAD文件。圖像初步矢量化過程同樣包括有圖像的預(yù)處理過程、圖像的二值化等過程。本發(fā)明涉及包括圖像初步矢量化和基于矢量化的圖形檢測(cè)識(shí)別的整個(gè)過程，稱為工程CAD圖紙的矢量化圖形識(shí)別系統(tǒng)。
國內(nèi)外研究人員針對(duì)圖像矢量化處理過程提出了一些比較有效的算法，主要集中于初步矢量化/識(shí)別的思路。不同的初步矢量化算法往往對(duì)應(yīng)于不同的圖形識(shí)別算法。這里根據(jù)初步矢量化算法分類有基于細(xì)化的方法、基于輪廓線的方法、基于圖形結(jié)構(gòu)的方法、離散象素跟蹤的方法以及正交之字型(簡(jiǎn)稱為OZZ)方法。目前針對(duì)矢量化的研究基本上都是在這些方法的框架下進(jìn)行的，但對(duì)于圖像具有噪聲干擾，僅有離散圖像跟蹤的方法能夠取得比較好的效果，但離散圖像跟蹤的方法為了避免在初步矢量化過程中全圖搜索的過程而采用了位置索引算法，該算法得到的覆蓋域不能完全與原圖匹配，會(huì)造成一些誤矢量化的結(jié)果。另外，由于對(duì)工程CAD圖紙的矢量化在理論方面還有很多不完善的地方，因此大都仍然處于研究階段，沒有形成完整的系統(tǒng)。本發(fā)明提出一種工程CAD圖紙的矢量化圖形識(shí)別系統(tǒng)，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入階段加入數(shù)據(jù)的有效性驗(yàn)證，初步矢量化算法采用了基于斜框覆蓋域的初步矢量化算法，根據(jù)圖形的類別形成了自定義的類庫，考慮到初步矢量化結(jié)果的特性采用了一種基于假設(shè)/檢驗(yàn)的圖形識(shí)別算法。最終形成了一套獨(dú)立的工程CAD圖紙的矢量化圖形識(shí)別系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工程CAD圖紙的矢量化圖形識(shí)別方法，主要解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題，它能改善矢量化識(shí)別的結(jié)果，提高矢量化識(shí)別的運(yùn)算速率，并具有適用范圍廣、矢量化識(shí)別精度高、運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于工程圖紙矢量化系統(tǒng)的后續(xù)處理以及三維重建等工作具有重要意義和實(shí)用價(jià)值。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種工程CAD圖紙的矢量化圖形識(shí)別方法，其特征在于它包括如下步驟A在客戶端平臺(tái)上采用基于窗口的自定義模板濾波的算法對(duì)輸入二值化數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像去噪并進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證；B在客戶端平臺(tái)上采用基于斜框覆蓋域的初步矢量化過程對(duì)二值圖進(jìn)行初步矢量化
C在服務(wù)器端完成初步矢量化數(shù)據(jù)的位置索引表的生成工作；D在服務(wù)器端采用了基于假設(shè)/檢驗(yàn)的方法進(jìn)行了矢量化數(shù)據(jù)的識(shí)別過程；E在服務(wù)器端綜合所有的識(shí)別結(jié)果，以標(biāo)準(zhǔn)的DXF文件格式輸出給客戶端。
所述的工程CAD圖紙的矢量化圖形識(shí)別方法，其特征在于該步驟A進(jìn)一步包括A1圖像的采集和輸入它是通過圖像采集裝置掃描得到并送入客戶端或是通過存儲(chǔ)設(shè)備給出圖像文件得到并送到客戶端；其中圖像掃描是通過圖像采集裝置的光電掃描器件將圖紙掃描成為模擬信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字圖像信號(hào)，該圖像信號(hào)通過USB總線送入到客戶端；A2該客戶端平臺(tái)對(duì)圖像的某一個(gè)部位提取其直方圖，灰度圖像的直方圖提供了在一幅圖像中灰度的分布狀況，利用直方圖提供的這種灰度分布信息來確定閾值，再用圖像中某個(gè)位置的象素灰度值與這個(gè)閾值比較來確定其二值性，0或者1。
A3該客戶端平臺(tái)采用基于窗口的自定義模板濾波的算法對(duì)輸入二值化數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理；該自定義模板采用N×N模板，N為大于等于3的正整數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)中的每一個(gè)像素進(jìn)行掃描，以判別是否為噪聲點(diǎn)，如果是噪聲點(diǎn)，則將該點(diǎn)賦值為與圖紙背景相同的灰度值；A4該客戶端在數(shù)據(jù)檢驗(yàn)階段通過計(jì)算縱橫掃描線所穿越線寬度的計(jì)數(shù)，統(tǒng)計(jì)其平均寬度是否大于M個(gè)像素來判別的，M為大于等于3的正整數(shù)，如果大于M個(gè)象素則通過驗(yàn)證，否則拋出異常，顯示異常原因。
所述的工程CAD圖紙的矢量化圖形識(shí)別方法，其特征在于該步驟B中的基于斜框覆蓋域的初步矢量化過程進(jìn)一步包括B1初始跟蹤點(diǎn)判定以得到跟蹤的起始點(diǎn)和方向信息；B2跟蹤過程，該跟蹤過程是采用類似于之字型的方法確定某一條線段的中軸點(diǎn)，其中包括了三個(gè)條件a中軸點(diǎn)的矢量化唯一占有性；b跟蹤方向一致性；c寬度保持性；B3若滿足三個(gè)條件，則輸出中軸點(diǎn)鏈；否則，縮短跟蹤步長(zhǎng)后繼續(xù)執(zhí)行B2。
所述的工程CAD圖紙的矢量化圖形識(shí)別方法，其特征在于該步驟C中的位置索引表的生成過程進(jìn)一步包括C1在服務(wù)器端完成初始化結(jié)點(diǎn)表當(dāng)一條初步矢量化結(jié)果的中軸點(diǎn)鏈需要加入到結(jié)點(diǎn)表中，對(duì)其它進(jìn)行結(jié)點(diǎn)記錄，即根據(jù)預(yù)先定義的橫格線寬度來確定其橫格位置以及左右邊界，形成單獨(dú)記錄該中軸點(diǎn)鏈的位置索引表；C2在服務(wù)器端完成結(jié)點(diǎn)的疊加疊加結(jié)點(diǎn)表是將初始化得到的結(jié)點(diǎn)表放入到總體結(jié)點(diǎn)表當(dāng)中，其中要涉及到結(jié)點(diǎn)表的插入和查找過程。
所述的工程CAD圖紙的矢量化圖形識(shí)別方法，其特征在于該步驟D中的矢量化數(shù)據(jù)的識(shí)別過程進(jìn)一步包括D1在服務(wù)器端完成初始圖形元素的生成，即假設(shè)過程根據(jù)事先確定的某種類型的圖形元素，系統(tǒng)根據(jù)圖形元素與中軸點(diǎn)鏈匹配度的不同，選擇最符合的那一條中軸點(diǎn)鏈作為待定圖形元素；D2在服務(wù)器端完成圖形元素的擴(kuò)展和判別根據(jù)假設(shè)過程找到的作為待定圖形元素的中軸點(diǎn)鏈，對(duì)其進(jìn)行一定法則的擴(kuò)展，找到其相鄰中軸點(diǎn)鏈，進(jìn)行匹配以判定整合在一起的是否可以共同組成預(yù)先定出的圖形類別；通過不斷的疊代過程，以最大限度的組成某種圖形。
所述的工程CAD圖紙的矢量化圖形識(shí)別方法，其特征在于該步驟E中綜合識(shí)別結(jié)果成為標(biāo)準(zhǔn)的DXF文件格式，方便了進(jìn)一步的編輯處理。
藉由上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益技術(shù)效果本發(fā)明方法是一種工程CAD圖紙的矢量化圖形識(shí)別方法具有適用范圍廣、矢量化精度高、運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于工程圖紙矢量化系統(tǒng)的后續(xù)處理以及三維重建等工作具有重要意義和實(shí)用價(jià)值。


圖1是本發(fā)明方法所采用客戶端/服務(wù)器的硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
圖2是本發(fā)明方法的流程示意圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例中掃描后得到的實(shí)際工程圖像；圖4是本發(fā)明實(shí)施例中經(jīng)過去噪處理后的圖像；圖5是本發(fā)明實(shí)施例中是經(jīng)過基于斜框覆蓋域的初步矢量化處理過程后得圖像；圖6是經(jīng)過本發(fā)明方法中提出實(shí)直線的識(shí)別結(jié)果。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
本發(fā)明的實(shí)施例中，采用客戶端/服務(wù)器的硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示?？蛻舳丝梢赃B接圖象采集裝置(如掃描儀)或硬件存儲(chǔ)設(shè)備，因此，圖像的來源可以是通過圖像采集裝置掃描得到并送入客戶端或是通過存儲(chǔ)設(shè)備給出圖像文件得到并送到客戶端；其中圖像掃描是通過圖像采集裝置的光電掃描器件將圖紙掃描成為模擬信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字圖像信號(hào)，該圖像信號(hào)通過USB總線送入到客戶端；其中，通過矢量化系統(tǒng)的掃描功能啟動(dòng)掃描程序?qū)D紙進(jìn)行掃描，掃描后的圖像如圖3所示。掃描后經(jīng)過客戶端PC機(jī)的矢量化預(yù)處理過程，得出如圖6所示的圖像，該圖像是一種壓縮率非常高的表示方法，便于在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸，服務(wù)器端接收初步矢量化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行諸如生成位置索引表和矢量化圖形的識(shí)別等后續(xù)處理。
本實(shí)施例中的圖像采集裝置采用松下KV-S3065CWCN型號(hào)的掃描儀，其性能如下掃描元件CIS；設(shè)計(jì)類型文件掃描儀；掃描范圍227×2540mm；光學(xué)分辨率600×600；色彩位數(shù)黑白(二值，半色調(diào)模式)，灰度(8bit)，彩色(24bit)；掃描速度60ppm/110ipm；傳輸接口Ultra SCSI(SCSI-III)傳輸速率20M-byte/sec，接口器50細(xì)針，USB2.0；掃描介質(zhì)文件；
光源性能雙管白色熒光燈。
本實(shí)施例中的客戶端平臺(tái)性能如下CPU主頻Celon 2.66G；內(nèi)存容量516M；運(yùn)行操作系統(tǒng)為Windows XP；一個(gè)并行打印端口，配置為USB端口。
本實(shí)施例中的服務(wù)器采用HP的ProLiant DL380 G4(378735-AA1)，其性能如下CPU類型Xeon DP；CPU頻率(MHz)3000；處理器描述標(biāo)準(zhǔn)處理器數(shù)量1；支持CPU個(gè)數(shù)2；CPU二級(jí)緩存2MB；運(yùn)行操作系統(tǒng)為Windows 2003 Server。
在客戶端/服務(wù)器端采用的二維工程CAD圖紙的矢量化識(shí)別流程如圖2所示，各步驟的具體細(xì)節(jié)描述如下1、在客戶端采用基于自定義窗口的濾波方法對(duì)圖像進(jìn)行去除噪聲處理并進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證采用基于自定義窗口的濾波方法對(duì)圖像進(jìn)行去除噪聲的處理之前，首先要對(duì)圖紙文件進(jìn)行掃描以得到數(shù)字化的圖像文件，這種數(shù)字化的圖像文件也可以從存儲(chǔ)設(shè)備中讀取。圖像掃描過程首先將圖紙經(jīng)過光電掃描芯片進(jìn)行掃描得到模擬信號(hào)，然后將模擬信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字化圖像文件，最后經(jīng)過USB輸出接口送往客戶端平臺(tái)。
送到客戶端的是一張二維的灰度數(shù)字工程圖像，需要經(jīng)過二值化處理過程將灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像，該過程是在客戶端平臺(tái)進(jìn)行的，通過CPU與內(nèi)存協(xié)調(diào)工作以完成對(duì)圖像的二值化工作。首先對(duì)圖像的某一個(gè)部位提取其直方圖，利用直方圖提供的信息來確定閾值；其次用圖像中某個(gè)位置的象素灰度值與這個(gè)閾值比較來確定其二值性，0或者1；最后通過對(duì)圖像的每個(gè)部分進(jìn)行上述處理即可得到二值化圖像。
得到二值圖像后，在二值圖像中會(huì)存在很多噪聲的污染，如圖3所示。這些噪聲會(huì)影響到后面的初始矢量化過程和識(shí)別過程，有必要在二值化處理后加入去除噪聲的處理過程。在此，本發(fā)明在客戶端加入了基于窗口的自定義模板濾波的算法對(duì)輸入二值化數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。自定義模板采用N×N模板，N為大于等于3的正整數(shù)，對(duì)圖像數(shù)據(jù)中的每一個(gè)像素進(jìn)行掃描，以判斷是否為噪聲點(diǎn)。當(dāng)某個(gè)位置像素以及其周圍的像素的灰度值之和僅為1，并且該當(dāng)前位置的像素灰度值為1，則斷定該點(diǎn)肯定為噪聲點(diǎn)，將其去除。去除噪聲點(diǎn)的方法是將該點(diǎn)的灰度值賦值為0。去噪后的圖像如圖4所示。
該客戶端在數(shù)據(jù)檢驗(yàn)階段通過計(jì)算縱橫掃描線所穿越線寬度的計(jì)數(shù)，每次穿越得出的寬度稱為穿越寬度，統(tǒng)計(jì)其平均寬度是否大于M個(gè)像素來判別的，M為大于等于3的正整數(shù)，如果大于M個(gè)象素則通過驗(yàn)證，否則拋出異常，顯示異常原因，提示用戶“掃描儀性能不足，請(qǐng)采用其他掃描設(shè)備重試”。在實(shí)施過程中，通常取M＝3，其意義在于保證CAD圖紙的線的寬度大于等于三個(gè)像素，以便于后續(xù)的初步矢量化過程的穩(wěn)定。這里需要注意，掃描線有可能正好縱向穿越一條直線，則得出的穿越寬度非常大，我們稱該數(shù)值為寬度野值。為了解決這個(gè)問題，去除寬度野值，我們首先設(shè)置一個(gè)預(yù)定義的最大寬度。當(dāng)掃描寬度大于最大寬度時(shí)，默認(rèn)為寬度野值，在統(tǒng)計(jì)平均寬度時(shí)不計(jì)算該值。
2、在客戶端采用基于斜框覆蓋域的初步矢量化過程對(duì)二值圖進(jìn)行初步矢量化采用基于斜框覆蓋域的初步矢量化過程是在客戶端平臺(tái)上進(jìn)行的，它是對(duì)基于離散象素跟蹤矢量化方法的改進(jìn)。如圖所示該矢量化過程包括了初始跟蹤點(diǎn)判定、跟蹤過程以及交點(diǎn)復(fù)原等操作。初始跟蹤點(diǎn)判定以得到跟蹤的起始點(diǎn)和方向信息；跟蹤過程是采用類似于之字型的方法確定某一條線段的中軸點(diǎn)，其中包括了三個(gè)條件，其中中軸點(diǎn)的矢量化唯一占有性是利用斜框覆蓋域的方法得到的，另外兩個(gè)條件分別是跟蹤方向一致性和寬度保持性；交點(diǎn)復(fù)原是通過與跟蹤過程聯(lián)合迭代的過程實(shí)現(xiàn)的。該過程是整個(gè)矢量化預(yù)處理過程的核心，其在得到較高的精度前提下，運(yùn)算速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了基于離散象素跟蹤矢量化方法。
初始化中軸點(diǎn)判定是在對(duì)圖像掃描的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，當(dāng)一條掃描線‘碰’到第一個(gè)象素正跳變時(shí)(從0到1)，象素計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)再次碰到象素負(fù)跳變(從1到0)時(shí)，停止計(jì)數(shù)，計(jì)算中間的象素位置作為第一個(gè)初始化判別的臨時(shí)中軸點(diǎn)，然后從該象素采用同樣的方法向上向下掃描計(jì)數(shù)，計(jì)算上下邊界的中心位置作為第二個(gè)初始化判別的中軸點(diǎn)，然后在左右掃描，以此類推直到連續(xù)兩次的象素位置相差不到兩個(gè)象素，將其設(shè)為穩(wěn)定的可擴(kuò)展的初始化中軸點(diǎn)，如果是縱向的臨時(shí)中軸點(diǎn)，則跟蹤方向設(shè)為縱向，反之設(shè)為橫向，將方向和初始化中軸點(diǎn)作為中軸點(diǎn)判別過程的輸出。初始化中軸點(diǎn)判別結(jié)束。
執(zhí)行跟蹤過程跟蹤過程是以初始化中軸點(diǎn)開始跟蹤的，其過程與初始化中軸點(diǎn)判別過程基本類似，但其是在設(shè)定方向上跟蹤的，垂直于跟蹤方向的跟蹤結(jié)果設(shè)為中軸點(diǎn)寬度。以預(yù)先設(shè)定的跟蹤步長(zhǎng)執(zhí)行跟蹤過程，因?yàn)橄笏貙挾群苄。@里的跟蹤步長(zhǎng)設(shè)為4個(gè)象素，實(shí)際跟蹤步長(zhǎng)稱為動(dòng)態(tài)步長(zhǎng)。執(zhí)行跟蹤過程需要滿足三個(gè)條件(1)方向一致性，采集到的中軸點(diǎn)其寬度與動(dòng)態(tài)跟蹤步長(zhǎng)的比值穩(wěn)定在大于1或者小于1上。否則執(zhí)行交點(diǎn)復(fù)原。
(2) 寬度一致性，是指所采集的中軸點(diǎn)寬度變化率保持在50％以內(nèi)。
(3)中軸點(diǎn)的矢量化唯一占有性一個(gè)中軸點(diǎn)不能同時(shí)處在這個(gè)矢量化線條內(nèi)，又處在另外一個(gè)矢量化線條內(nèi)，即不能同時(shí)作為兩個(gè)或兩個(gè)以上矢量化線條的中軸點(diǎn)。這在執(zhí)行的過程過程中尤其需要注意?；陔x散象素跟蹤的矢量化方法采用了位置索引的方法，是將某一個(gè)矢量化線條的值覆蓋在具有一定間距的橫格線上，該橫格線最終構(gòu)成一個(gè)一個(gè)結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)的左右邊界表示了某個(gè)矢量化線條的覆蓋域。之后進(jìn)行跟蹤過程找到的中軸點(diǎn)不能夠落在這個(gè)覆蓋域之內(nèi)，否則進(jìn)行交點(diǎn)復(fù)原。本發(fā)明中利用鄰近的兩個(gè)中軸點(diǎn)以及它們的動(dòng)態(tài)寬度確定一個(gè)斜框，利用斜框確定這個(gè)覆蓋域，這可以得到比較精確的覆蓋域，避免了由于覆蓋域過大而造成的漏矢量化現(xiàn)象以及覆蓋域過小造成的誤矢量化現(xiàn)象。
交點(diǎn)復(fù)原交點(diǎn)復(fù)原是在跟蹤條件不滿足的情況下執(zhí)行的一種將跟蹤步長(zhǎng)縮短的操作，然后再執(zhí)行跟蹤過程。這可以在線段和線段相交的地方得到比較好的矢量化效果，如圖5所示。
3.在服務(wù)器端生成位置索引位置索引表是由一行一行的結(jié)點(diǎn)鏈組成的，而結(jié)點(diǎn)鏈又是又一個(gè)一個(gè)的結(jié)點(diǎn)組成。一個(gè)結(jié)點(diǎn)記錄了中軸點(diǎn)鏈的地址和左右邊界以及所在結(jié)點(diǎn)行。這樣每一個(gè)中軸點(diǎn)鏈都被不同行的結(jié)點(diǎn)所索引，記錄了每個(gè)中軸點(diǎn)鏈在二維空間中的位置，顧名思義，稱之為位置索引。該過程所重點(diǎn)研究的是位置索引的生成過程，位置索引的生成過程包括了結(jié)點(diǎn)表的初始化和結(jié)點(diǎn)的疊加過程。此外由于位置索引的結(jié)點(diǎn)記錄了中軸點(diǎn)鏈的地址信息，因此在客戶端初步矢量化完成后，如果進(jìn)行了位置索引的生成過程，則會(huì)在遠(yuǎn)距離傳輸過程中丟失中軸點(diǎn)鏈的地址信息，或者該地址信息發(fā)生的偏移，無法在后續(xù)的使用中正確的索引到，因此需要在服務(wù)器端進(jìn)行中軸點(diǎn)鏈位置索引的生成工作。
在服務(wù)器端完成初始化結(jié)點(diǎn)表為了將中軸點(diǎn)鏈加入到位置索引表中，首先生成一個(gè)臨時(shí)的空的位置索引表。位置索引表的橫格線將中軸點(diǎn)鏈橫向的分割為若干等分，考慮到橫格線本身應(yīng)具有的寬度信息，則根據(jù)橫格線相交位置和橫格線寬度信息可以定義出一個(gè)結(jié)點(diǎn)的左右邊界，從而生成記錄該中軸點(diǎn)鏈的一系列結(jié)點(diǎn)，則一個(gè)臨時(shí)的、記錄單個(gè)中軸點(diǎn)鏈的位置索引表生成了。
在服務(wù)器端完成結(jié)點(diǎn)的疊加當(dāng)單個(gè)的位置索引表生成以后，必須將其加入到最終需要生成的位置索引表中。臨時(shí)位置索引表和最終生成索引表之間沒有本質(zhì)區(qū)別，僅僅在于所記錄的中軸點(diǎn)鏈不同。臨時(shí)位置索引表記錄了單個(gè)中軸點(diǎn)鏈的信息而最終生成的位置索引表是記錄了所有的中軸點(diǎn)鏈的信息。在臨時(shí)索引表加入到最終索引表中涉及到一步疊加操作，疊加操作是根據(jù)臨時(shí)索引表中的結(jié)點(diǎn)一個(gè)一個(gè)進(jìn)行的。先找到一個(gè)臨時(shí)索引表中的一個(gè)結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)的左右邊界與最終索引表中對(duì)應(yīng)位置的結(jié)點(diǎn)的左右邊界進(jìn)行對(duì)比，以完成最終索引表中的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的切分和修改操作。當(dāng)所有的臨時(shí)索引表中的結(jié)點(diǎn)都與最終索引表匹配完成以后，則會(huì)生成一個(gè)最終索引表的中間結(jié)果，等候下一條中軸點(diǎn)鏈的臨時(shí)索引表的疊加操作，直到完成。
4.在服務(wù)器端完成矢量化識(shí)別過程在服務(wù)器端完成初始圖形元素的生成，即假設(shè)過程根據(jù)事先確定的某種類型的圖形元素，系統(tǒng)根據(jù)圖形元素與中軸點(diǎn)鏈匹配度的不同，選擇最符合的那一條中軸點(diǎn)鏈作為待定圖形元素。本發(fā)明實(shí)施例根據(jù)直線所對(duì)應(yīng)的中軸點(diǎn)鏈應(yīng)該僅僅需要兩個(gè)端點(diǎn)，找到具有兩個(gè)端點(diǎn)、且其長(zhǎng)寬比大于某一個(gè)數(shù)值的那條中軸點(diǎn)鏈作為初始的待定直線圖形元素。
在服務(wù)器端完成圖形元素的擴(kuò)展和判別根據(jù)假設(shè)元素的左右端點(diǎn)，向兩邊延伸擴(kuò)展，找到與其鄰近的那些元素(稱為候選元素)并根據(jù)與初始假設(shè)元素的距離進(jìn)行排序，以此進(jìn)行匹配。匹配從三個(gè)方面考慮1)寬度一致性即假設(shè)元素與匹配元素應(yīng)當(dāng)具有相同或者相似的寬度，一般情款下認(rèn)為一條直線上寬度應(yīng)當(dāng)是均勻的。
2)共線性驗(yàn)證即假設(shè)元素的另一個(gè)端點(diǎn)與候選元素的遠(yuǎn)處的那個(gè)端點(diǎn)相連，得到的斜率與先前的假設(shè)元素的斜率是一致的或者基本保持一致。
3)接近度驗(yàn)證即假設(shè)元素與候選元素之間是足夠接近的。但是在實(shí)際情況中，當(dāng)兩條直線相交以后會(huì)產(chǎn)生四條直線。一條直線往往被差分成了兩個(gè)部分，我們期望能夠?qū)⑦@兩段部分的線段連接起來，但是在中軸點(diǎn)鏈當(dāng)中，分割開的部分往往距離很大，這里采用一個(gè)灰度計(jì)算框的方法計(jì)算兩段線段之間在二值圖中的像素密度來決定兩個(gè)元素是否足夠接近。當(dāng)接近度大時(shí)，將兩條直線連接成為一條直線。這里需要注意到，該直線是記錄了兩條中軸點(diǎn)鏈的實(shí)體，在本發(fā)明的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，定義為中軸點(diǎn)鏈的父親結(jié)點(diǎn)，而中軸點(diǎn)鏈?zhǔn)窃摳赣H結(jié)點(diǎn)的子結(jié)點(diǎn)。
在完成整個(gè)矢量化識(shí)別后，會(huì)形成若干樹狀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其頂點(diǎn)結(jié)點(diǎn)表示了實(shí)體屬性，如直線或者圓弧等，最底層的結(jié)點(diǎn)記錄了中軸點(diǎn)鏈。如圖6所示為直線識(shí)別之后的結(jié)果，省略了其中的寬度信息。上述直線的識(shí)別過程僅僅是整個(gè)工程CAD圖紙的矢量化識(shí)別圖形元素的一種，對(duì)于其他圖形元素，如圓弧、虛線、虛圓弧、點(diǎn)劃線等的識(shí)別也可通過上述的方法進(jìn)行，它們之間的區(qū)別僅僅在于一些識(shí)別系數(shù)的不同，如擴(kuò)展角度、擴(kuò)展間距等。
綜上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種工程CAD圖紙的矢量化圖形識(shí)別方法，其特征在于它包括如下步驟A在客戶端平臺(tái)上采用基于窗口的自定義模板濾波的算法對(duì)輸入二值化數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像去噪并進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證；B在客戶端平臺(tái)上采用基于斜框覆蓋域的初步矢量化過程對(duì)二值圖進(jìn)行初步矢量化；C在服務(wù)器端完成初步矢量化數(shù)據(jù)的位置索引表的生成工作；D在服務(wù)器端采用了基于假設(shè)/檢驗(yàn)的方法進(jìn)行了矢量化數(shù)據(jù)的識(shí)別過程；E在服務(wù)器端綜合所有的識(shí)別結(jié)果，以標(biāo)準(zhǔn)的DXF文件格式輸出給客戶端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程CAD圖紙的矢量化圖形識(shí)別方法，其特征在于該步驟A進(jìn)一步包括A1圖像的采集和輸入它是通過圖像采集裝置掃描得到并送入客戶端或是通過存儲(chǔ)設(shè)備給出圖像文件得到并送到客戶端；其中圖像掃描是通過圖像采集裝置的光電掃描器件將圖紙掃描成為模擬信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字圖像信號(hào)，該圖像信號(hào)通過USB總線送入到客戶端；A2該客戶端平臺(tái)對(duì)圖像的某一個(gè)部位提取其直方圖，灰度圖像的直方圖提供了在一幅圖像中灰度的分布狀況，利用直方圖提供的這種灰度分布信息來確定閾值，再用圖像中某個(gè)位置的象素灰度值與這個(gè)閾值比較來確定其二值性，0或者1；A3該客戶端平臺(tái)采用基于窗口的自定義模板濾波的算法對(duì)輸入二值化數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理；該自定義模板采用N×N模板，N為大于等于3的正整數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)中的每一個(gè)像素進(jìn)行掃描，以判別是否為噪聲點(diǎn)，如果是噪聲點(diǎn)，則將該點(diǎn)賦值為與圖紙背景相同的灰度值；A4該客戶端在數(shù)據(jù)檢驗(yàn)階段通過計(jì)算縱橫掃描線所穿越線寬度的計(jì)數(shù)，統(tǒng)計(jì)其平均寬度是否大于M個(gè)像素來判別的，M為大于等于3的正整數(shù)，如果大于M個(gè)象素則通過驗(yàn)證，否則拋出異常，顯示異常原因。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程CAD圖紙的矢量化圖形識(shí)別方法，其特征在于該步驟B中的基于斜框覆蓋域的初步矢量化過程進(jìn)一步包括B1初始跟蹤點(diǎn)判定以得到跟蹤的起始點(diǎn)和方向信息；B2跟蹤過程，該跟蹤過程是采用類似于之字型的方法確定某一條線段的中軸點(diǎn)，其中包括了三個(gè)條件a中軸點(diǎn)的矢量化唯一占有性；b跟蹤方向一致性；c寬度保持性B3若滿足三個(gè)條件，則輸出中軸點(diǎn)鏈；否則，縮短跟蹤步長(zhǎng)后繼續(xù)執(zhí)行B2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程CAD圖紙的矢量化圖形識(shí)別方法，其特征在于該步驟C中的位置索引表的生成過程進(jìn)一步包括C1在服務(wù)器端完成初始化結(jié)點(diǎn)表當(dāng)一條初步矢量化結(jié)果的中軸點(diǎn)鏈需要加入到結(jié)點(diǎn)表中，對(duì)其它進(jìn)行結(jié)點(diǎn)記錄，即根據(jù)預(yù)先定義的橫格線寬度來確定其橫格位置以及左右邊界，形成單獨(dú)記錄該中軸點(diǎn)鏈的位置索引表；C2在服務(wù)器端完成結(jié)點(diǎn)的疊加疊加結(jié)點(diǎn)表是將初始化得到的結(jié)點(diǎn)表放入到總體結(jié)點(diǎn)表當(dāng)中，其中要涉及到結(jié)點(diǎn)表的插入和查找過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程CAD圖紙的矢量化圖形識(shí)別方法，其特征在于該步驟D中的矢量化數(shù)據(jù)的識(shí)別過程進(jìn)一步包括D1在服務(wù)器端完成初始圖形元素的生成，即假設(shè)過程根據(jù)事先確定的某種類型的圖形元素，系統(tǒng)根據(jù)圖形元素與中軸點(diǎn)鏈匹配度的不同，選擇最符合的那一條中軸點(diǎn)鏈作為待定圖形元素；D2在服務(wù)器端完成圖形元素的擴(kuò)展和判別根據(jù)假設(shè)過程找到的作為待定圖形元素的中軸點(diǎn)鏈，對(duì)其進(jìn)行一定法則的擴(kuò)展，找到其相鄰中軸點(diǎn)鏈，進(jìn)行匹配以判定整合在一起的是否可以共同組成預(yù)先定出的圖形類別；通過不斷的疊代過程，以最大限度的組成某種圖形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程CAD圖紙的矢量化圖形識(shí)別方法，其特征在于該步驟E中綜合識(shí)別結(jié)果成為標(biāo)準(zhǔn)的DXF文件格式，方便了進(jìn)一步的編輯處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及工程圖紙矢量化識(shí)別系統(tǒng)，特別是一種工程CAD圖紙的矢量化識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)可廣泛用于工程圖紙識(shí)別、圖像圖形符號(hào)檢測(cè)與識(shí)別等領(lǐng)域以及工業(yè)自動(dòng)化檢測(cè)等領(lǐng)域。它包括如下步驟A.在客戶端平臺(tái)上采用基于窗口的自定義模板濾波的算法對(duì)輸入二值化數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理并進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證；B.在客戶端平臺(tái)上采用基于斜框覆蓋域的初步矢量化過程對(duì)二值圖進(jìn)行初步矢量化；C.在服務(wù)器端完成初步矢量化數(shù)據(jù)的位置索引表的生成工作；D.在服務(wù)器端采用了基于假設(shè)/檢驗(yàn)的方法進(jìn)行了矢量化數(shù)據(jù)的識(shí)別過程；E.在服務(wù)器端綜合所有的識(shí)別結(jié)果，以標(biāo)準(zhǔn)的DXF文件格式輸出給客戶端。使用上述發(fā)明方法能夠改善初步矢量化的結(jié)果，提高矢量化的運(yùn)算速率。
文檔編號(hào)G06F17/00GK101021902SQ20071003794
公開日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月9日
發(fā)明者顧永明, 劉剛 申請(qǐng)人:永凱軟件技術(shù)(上海)有限公司