一種敦煌壁畫祥云文化元素的云頭云尾提取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種敦煌壁畫祥云文化元素的云頭云尾提取方法，利用圖像處理中的輪廓提取方法尋找祥云的輪廓序列，通過最大內切圓方法進行云頭云尾分割，避免了人為進行云頭云尾區(qū)分的主觀性、低效率等問題，便于計算機對大量祥云特征進行提取和量化分析。本發(fā)明選取的輪廓提取方法解決了回環(huán)問題，最大內切圓心方法可以輔助構建祥云的骨架特征，為祥云的骨架特征分析提供基礎，云頭云尾的自動分割方法也為分析祥云量化特征，研究祥云的演化規(guī)律，提供了重要的技術支撐。
【專利說明】
一種敦煌壁畫祥云文化元素的云頭云尾提取方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像區(qū)域處理，具體涉及一種敦煌壁畫祥云文化元素的云頭云尾提取方法。

【背景技術】
[0002]作為敦煌壁畫的一個重要文化元素，祥云圖案是中國代表性的文化符號，歷時千年，運用十分廣泛，在服飾、圖畫、器皿、家具、建筑、廣告設計等方面，都能見到它的身影。2008年北京奧運會中火炬的設計，其創(chuàng)作靈感就是基于祥云圖案而來的。研究祥云，可以挖掘很多的信息:從歷史角度看，可以研究出它的發(fā)展演化規(guī)律，是對歷史朝代的一個側面反映；從運用層面看，可以獲取紋樣的潛在信息，對商用設計有很好的參考價值。
[0003]從隋唐時期開始，祥云形態(tài)具有明顯的“云頭”與“云尾”兩個區(qū)域，為朵云形；“云頭”為不規(guī)則的橢圓狀，“云尾”由粗漸變細，在云內部一側用另一種顏色勾勒其輪廓。在盛唐時期，“云頭”更為規(guī)則，祥云內用顏色形成勾卷的形態(tài)。還有一種是無“云尾”，只有“云頭”，“云頭”兩側滋生出多層類似的形狀，各層的輪廓用其他顏色細線描繪。
[0004]目前尚無對祥云圖案運用計算機圖像處理技術進行分析的具體方法。


【發(fā)明內容】

:
[0005]本發(fā)明的目的是為了解決上述【背景技術】存在的不足，而提出一種敦煌壁畫祥云文化元素的云頭云尾提取方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為:
[0007]一種敦煌壁畫祥云文化元素的云頭云尾提取方法，該方法包括如下步驟:步驟一，提取祥云文化元素圖像的輪廓序列；步驟二，尋找祥云文化元素圖像內各個點的最大內切圓和祥云文化元素圖像的骨架；步驟三，依據(jù)以骨架上所有點為圓心的最大內切圓半徑的平均值對祥云文化元素圖像內所有最大內切圓進行分類，篩選出屬于云頭部分的最大內切圓；依據(jù)云頭部分的最大內切圓計算并標記出云頭中心點和云頭連線，骨架上距離云頭中心點最遠的點為云尾點和起始點，依據(jù)起始點和云頭連線采用擴散蔓延法標記出所有的云尾點，其余祥云文化元素圖像未標記的點即為云頭點。
[0008]較佳地，步驟一提取祥云文化元素圖像的輪廓序列是將祥云圖像轉化為二值圖像，祥云區(qū)域值為1，其它值為O ;然后對祥云區(qū)域中任意一點進行分析，判斷該點的上、左、下、右鄰點的值是否都為1，若是，則為祥云區(qū)域內部的點，若否則為祥云輪廓的邊界點，將該邊界點存入輪廓序列數(shù)組；對二值圖像采用基于優(yōu)先搜索方向的輪廓跟蹤方法獲取有序的祥云文化元素圖像的輪廓序列。
[0009]較佳地，在步驟一搜索祥云輪廓的邊界點時，若遇到回環(huán)時，則從造成環(huán)的那個點回溯到上一個點P，對點P的8鄰域從O方向開始順時針依次搜索，將搜索到的未被搜索過第一個是邊界點作為下一個輪廓點，完成對環(huán)的解鎖。
[0010]較佳地，步驟二中尋找最大內切圓是依次遍歷祥云文化元素圖像內部各個點，篩選出各個最大內切圓的圓心，以該點為圓心做圓，使圓與祥云文化元素圖像圖像邊緣相切于兩個點，且圓內所有點都在祥云文化元素的圖像之內；
[0011]尋找祥云文化元素圖像的骨架是依次將最接近的各個最大內切圓的圓心相連，得到祥云文化元素的骨架。
[0012]較佳地，尋找祥云文化元素圖像內各個點的最大內切圓圓心的方法為:在祥云文化元素圖像內任取一點A，計算A點與所有輪廓點的距離，將所有距離數(shù)據(jù)從小到大進行排序，記為距離數(shù)組r[n];將距離數(shù)組r[n]中最小的三個距離數(shù)據(jù)作為兩組進行分析，第一組r[0]與r[l]，第二組r[0]與r[2]，當?shù)谝唤M和第二組任意一組滿足以下條件時，則判斷A點是最大內切圓的圓心，當?shù)谝唤M和第二組均滿足以下條件時，則判斷A點不是最大內切圓的圓心，條件為:r[0]與r[l]或r[0]與r[2]所對應的輪廓點之間的輪廓距離大于指定閾值，且r[0]與r[l]或r[0]與r[2]的差值小于0.5。
[0013]較佳地，步驟三的具體步驟包括:31)求骨架上所有點最大內切圓的半徑平均值，并用云頸參數(shù)k調整平均值，篩選出半徑大于經調整后的平均值的最大內切圓，篩選出來的即是云頭部分的最大內切圓；32)求解各個云頭部分最大內切圓圓心的平均值作為云頭中心點，則骨架上距離中心點最遠的點為云尾點，標記此云尾點為擴散起始點；33)將各個云頭部分最大內切圓與祥云區(qū)域邊緣相切的兩個點分別連接起來形成數(shù)條云頭連線；34)從起始點開始在輪廓內向兩邊擴散蔓延，直至擴散蔓延到最接近的云頭連線，則擴散蔓延停止，擴散經過的點即標記為云尾區(qū)域的點；未被標記為云尾區(qū)域的點即為云頭區(qū)域的點。
[0014]較佳地，云頸參數(shù)k的取值范圍為0.8-1.2。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明利用圖像處理中的輪廓提取方法尋找祥云的輪廓序列，通過最大內切圓方法進行云頭云尾分割，避免了人為進行云頭云尾區(qū)分的主觀性、低效率等問題，便于計算機對大量祥云特征進行提取和量化分析。本發(fā)明選取的輪廓提取方法解決了回環(huán)問題，最大內切圓心方法可以輔助構建祥云的骨架特征，為祥云的骨架特征分析提供基礎，云頭云尾的自動分割方法也為分析祥云量化特征，研究祥云的演化規(guī)律，提供了重要的技術支撐。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實施例點的流程圖，
[0017]圖2為本發(fā)明實施例點的8鄰域方向，
[0018]圖3為本發(fā)明實施例輪廓跟蹤示意圖，
[0019]圖4為本發(fā)明實施回環(huán)示意圖，
[0020]圖5為本發(fā)明實施回環(huán)處理示意圖，
[0021]圖6為本發(fā)明實施祥云的二值圖像和輪廓序列疊加的圖，
[0022]圖7為本發(fā)明實施祥云最大內切圓，
[0023]圖8為本發(fā)明實施篩選后的最大內切圓的圓心，
[0024]圖9為本發(fā)明實施篩選后的最大內切圓與輪廓相切點的連線，
[0025]圖10為本發(fā)明實施祥云文化圖像提取的“云頭”圖像，
[0026]圖11為本發(fā)明實施祥云文化圖像提取的“云尾”圖像。

【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。
[0028]如圖1所示，一種敦煌壁畫祥云文化元素的云頭云尾提取方法，該方法包括如下步驟:
[0029]步驟一，提取祥云文化元素圖像的輪廓序列；
[0030]提取祥云文化元素圖像的輪廓序列是將祥云圖像轉化為二值圖像，祥云區(qū)域值為1，其它值為O ;然后對祥云區(qū)域中任意一點進行分析，判斷該點的上、左、下、右鄰點的值是否都為1，若是，則為祥云區(qū)域內部的點，若否則為祥云輪廓的邊界點，將該邊界點存入輪廓序列數(shù)組；對二值圖像采用基于優(yōu)先搜索方向的輪廓跟蹤方法獲取有序的祥云文化元素圖像的輪廓序列。
[0031]本實施例輪廓提取的具體步驟如下:
[0032]11)確定搜索起始點Start
[0033]按照從上到下、從左到右的方向，將搜索到的第一個值為I的點(即祥云區(qū)域的第一個點)，作為輪廓的起始點Start。
[0034]12)搜索Start的下一個輪廓點
[0035]如圖3所示，如果Start的下一個輪廓點存在，則一定是其8鄰域內的右上、右、右下、下方向(分別對應于圖2中的7、0、1、2)中的一個。按右上、右、右下、下方向依次搜索，找到第一個值為I的點，即為下一個輪廓點N。即Start為上一個點，N為當前點。
[0036]13)搜索下一個輪廓點
[0037]Start為Pre賦值，N為Curr賦值，則Pre為上一個點，Curr為當前點，Dir為從上一個點到當前點的搜索方向(例如點Curr在點Pre的3鄰域位置上，那么Dir為3)。將Dir作為Curr的起始搜索方向，再在點Curr的8鄰域內按順時針方向依次搜索,找到第一個值為1，且未被搜索過，且為邊界點的點，即為點Curr的下一個輪廓點Tmp。當前點成為上一個點，Tmp成為當前點。
[0038]14)如果當前點Curr就是起始點Start,即再次回到了起始點，則輪廓跟蹤完畢；否則，跳到第三步繼續(xù)搜索。
[0039]回環(huán)是指造成死循環(huán)而無法回到起始點，如圖4所示，按照優(yōu)先搜索方向算法，A的下一個輪廓點為P，P的下一個輪廓點為B，B的下一個輪廓點為A，這就造成了回環(huán)；在搜索祥云輪廓的邊界點時，若遇到回環(huán)，則從造成環(huán)的那個點回溯到上一個點P，對點P的8鄰域從O方向開始順時針依次搜索，將搜索到的未被搜索過第一個是邊界點作為下一個輪廓點，完成對環(huán)的解鎖。對于回環(huán)問題，在造成環(huán)的那個點B,回溯到上一個點P,對點P的8鄰域，從O方向開始順時針依次搜索，將遇到的第一個是邊界點且未被搜索過且不是點B的點C作為點P的下一個輪廓點，這樣就可對環(huán)進行解鎖了，如圖5所示即為對圖4中的回環(huán)解鎖。
[0040]步驟二，尋找祥云文化元素圖像內各個點的最大內切圓和祥云文化元素圖像的骨架；
[0041]尋找最大內切圓是依次遍歷祥云文化元素圖像內部各個點，篩選出各個最大內切圓的圓心，其方法為:在祥云文化元素圖像內任取一點A，計算A點與所有輪廓點的距離，將所有距離數(shù)據(jù)從小到大進行排序，記為距離數(shù)組r [η];將距離數(shù)組r[n]中最小的三個距離數(shù)據(jù)作為兩組進行分析，第一組r [O]與r[l]，第二組r[0]與r [2]，當?shù)谝唤M和第二組任意一組滿足以下條件時，則判斷A點是最大內切圓的圓心，當?shù)谝唤M和第二組均滿足以下條件時，則判斷A點不是最大內切圓的圓心，條件為:r[0]與r[l]或r[0]與r[2]所對應的輪廓點之間的輪廓距離大于指定閾值，且r[0]與r[l]或r[0]與r[2]的差值小于0.5。
[0042]以所找到的各個最大內切圓的圓心為圓心做圓，使圓相切于圖像邊緣的兩個點，且圓內所有點都在祥云文化元素的圖像之內，所做圓即為祥云文化元素圖像的最大內切圓。
[0043]尋找祥云文化元素圖像的骨架是依次將最接近的各個最大內切圓的圓心相連，SP可得到祥云文化元素的骨架。記最大內切圓的圓心為(Xi，yi)，半徑為祥云文化元素圖像內最大內切圓的個數(shù)為N，則用最大內切圓提取出的祥云的骨架表示為:
[0044]S = {(Xi, Yi, I i = I, 2，…，N}
[0045]步驟三，篩選出云頭部分的最大內切圓，計算出云頭中心點，找出骨架上距離云頭中心點最遠的點作為起始點，從起始點開始采用擴散蔓延法標記出所有的云尾區(qū)域的點，未標記的即為云頭區(qū)域的點。
[0046]具體步驟如下:
[0047]31)求骨架上所有點最大內切圓的半徑平均值，
[0048]計算篩選出來的最大內切圓的圓心的中心點(X。，y。)，記圓的個數(shù)為M,則
MM
Xc=Y^XiZM , y, = ^/M , M是篩選出來的云頭部分的內切圓的個數(shù)。
Z=I?.=1
[0049]并用云頸參數(shù)k調整平均值，k為經驗值，代表云頸偏離云頭的程度，k越大，分割處越偏離云頭，k 一般取值為1，取值范圍為0.8-1.2，則得到經調整后的平均值分割公式為及="x丄Yr.Nt^1
[0050]篩選出半徑大于經調整后的平均值互的最大內切圓，篩選出來的即是云頭部分的最大內切圓；
[0051]32)求解各個云頭部分最大內切圓圓心的平均值作為云頭中心點，骨架上距離云頭中心點最遠的點為云尾點，標記此云尾點為擴散起始點；
[0052]33)將各個云頭部分最大內切圓與祥云區(qū)域邊緣相切的兩個點分別連接起來形成數(shù)條云頭連線，如圖9所示；
[0053]34)從起始點開始在輪廓內向兩邊擴散蔓延，直至擴散蔓延到最接近的云頭連線，則擴散蔓延停止，擴散經過的點即標記為云尾區(qū)域的點；未被標記為云尾區(qū)域的點即為云頭區(qū)域的點。如圖10和圖11所示，即為提取云頭和云尾。
[0054]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種敦煌壁畫祥云文化元素的云頭云尾提取方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 步驟一，提取所述祥云文化元素圖像的輪廓序列； 步驟二，尋找所述祥云文化元素圖像內各個點的最大內切圓和祥云文化元素圖像的骨架； 步驟三，依據(jù)以所述骨架上所有點為圓心的最大內切圓半徑的平均值對所述祥云文化元素圖像內所有最大內切圓進行分類，篩選出屬于云頭部分的最大內切圓；依據(jù)所述云頭部分的最大內切圓計算并標記出云頭中心點和云頭連線，所述骨架上距離所述云頭中心點最遠的點為云尾點和起始點，依據(jù)所述起始點和云頭連線采用擴散蔓延法標記出所有的云尾點，其余所述祥云文化元素圖像未標記的點即為云頭點。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種敦煌壁畫祥云文化元素的云頭云尾提取方法，其特征在于:所述步驟一提取所述祥云文化元素圖像的輪廓序列是將祥云圖像轉化為二值圖像，祥云區(qū)域值為1，其它值為O ;然后對祥云區(qū)域中任意一點進行分析，判斷該點的上、左、下、右鄰點的值是否都為1，若是，則為祥云區(qū)域內部的點，若否則為祥云輪廓的邊界點，將該邊界點存入輪廓序列數(shù)組；對所述二值圖像采用基于優(yōu)先搜索方向的輪廓跟蹤方法獲取有序的所述祥云文化元素圖像的輪廓序列。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種敦煌壁畫祥云文化元素的云頭云尾提取方法，其特征在于:在步驟一搜索祥云輪廓的邊界點時，若遇到回環(huán)時，則從造成環(huán)的那個點回溯到上一個點P，對點P的8鄰域從O方向開始順時針依次搜索，將搜索到的未被搜索過第一個是邊界點作為下一個輪廓點，完成對環(huán)的解鎖。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種敦煌壁畫祥云文化元素的云頭云尾提取方法，其特征在于: 所述步驟二中所述尋找最大內切圓是依次遍歷所述祥云文化元素圖像內部各個點，篩選出各個最大內切圓的圓心，以該點為圓心做圓，使所述圓與祥云文化元素圖像圖像邊緣相切于兩個點，且所述圓內所有點都在所述祥云文化元素的圖像之內； 尋找所述祥云文化元素圖像的骨架是依次將最接近的各個最大內切圓的圓心相連，得到所述祥云文化元素的所述骨架。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種敦煌壁畫祥云文化元素的云頭云尾提取方法，其特征在于:尋找所述祥云文化元素圖像內各個點的最大內切圓圓心的方法為: 在祥云文化元素圖像內任取一點A，計算A點與所有輪廓點的距離，將所有距離數(shù)據(jù)從小到大進行排序，記為距離數(shù)組r [η]； 將所述距離數(shù)組r[n]中最小的三個距離數(shù)據(jù)作為兩組進行分析，第一組r[0]與r[l]，第二組r [O]與r [2]，當?shù)谝唤M和第二組任意一組滿足以下條件時，則判斷A點是最大內切圓的圓心，當?shù)谝唤M和第二組均滿足以下條件時，則判斷A點不是最大內切圓的圓心，所述條件為:r[0]與r[l]或r[0]與r[2]所對應的輪廓點之間的輪廓距離大于指定閾值，且r[0]與r[l]或r[0]與r[2]的差值小于0.5。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種敦煌壁畫祥云文化元素的云頭云尾提取方法，其特征在于，所述步驟三的具體步驟包括: 31)求所述骨架上所有點最大內切圓的半徑平均值，并用云頸參數(shù)k調整所述平均值，篩選出半徑大于經調整后的所述平均值的最大內切圓，篩選出來的即是云頭部分的最大內切圓； 32)求解各個云頭部分最大內切圓圓心的平均值作為云頭中心點，則骨架上距離所述中心點最遠的點為云尾點，標記此云尾點為擴散起始點； 33)將各個云頭部分最大內切圓與祥云區(qū)域邊緣相切的兩個點分別連接起來形成數(shù)條云頭連線； 34)從所述起始點開始在所述輪廓內向兩邊擴散蔓延，直至擴散蔓延到最接近的云頭連線，則擴散蔓延停止，擴散經過的點即標記為云尾區(qū)域的點；未被標記為云尾區(qū)域的點即為云頭區(qū)域的點。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種敦煌壁畫祥云文化元素的云頭云尾提取方法，其特征在于:所述云頸參數(shù)k的取值范圍為0.8-1.2。
【文檔編號】G06T7/00GK104200479SQ201410467807
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權日:2014年9月15日
【發(fā)明者】段鵬飛, 熊盛武, 陳忠, 劉喜姣 申請人:武漢理工大學