一種基于曲率的二維目標輪廓的編碼方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及模式識別中物體形狀識別領域，具體涉及一種基于曲率的二維目標輪 廓的編碼方法。
【背景技術】
[0002] 為了能更好地識別目標的形狀，編碼方法對于目標的剛體變化要具有不變形，而 且同時盡可能多的保持目標的原有信息。目前常用的編碼方法有利用位置坐標和鏈碼描述 目標物體輪廓信息的編碼方法和基于傅里葉描述子邊界描述方法。而利用位置和鏈碼描述 目標物體輪廓信息的方法在物體發(fā)生剛體變化時，目標的編碼會發(fā)生較大的改變，對目標 重建造成很大的阻礙;基于傅里葉描述子邊界描述方法對目標物體剛體變化具有不變性， 但是需要進行復雜的傅里葉運算，在實現(xiàn)不變性的歸一化的同時會丟失一些信息，而且會 受到選擇的起始點的影響。此外，輪廓不變矩描述方法、自回歸模型法、幾何相關函數(shù)法和 神經(jīng)網(wǎng)絡法隨都能描述目標物體的輪廓邊界信息，但是會造成大量信息的丟失，不利于對 輪廓曲線的恢復。
[0003] 然而微分幾何在目標物體剛體變化中剛體輪廓像素點之間的相對位置不變，即剛 體變化的不變性。在此基礎上提取各像素點的曲率，對目標物體輪廓進行編碼，以此來達到 計算簡單，信息丟失少和方便重建的目的。

【發(fā)明內容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術存在的缺點與不足，本發(fā)明提供一種基于曲率的二維目標輪廓 的編碼方法。
[0005] 本發(fā)明采用如下技術方案：
[0006] -種基于曲率的二維目標輪廓的編碼方法，包括如下步驟：
[0007] S1平面閉合曲線起始點的確定，定義給定平面閉合曲線C:r = r(s) = {x(s)，y (s)}，令起始點PQ(XQ，y〇)，x〇=max{x I (x，y) EC}，y〇=min{y |x = x〇, (x，y)EC}，定義逆時針 為曲率提取運動的正方向；
[0008] S2平面閉合曲線曲率符號的確定，曲率表示某點P的彎曲程度，是非負值，定義曲 線C:r = r(s)上的鄰近兩點Pi(s+A s)和P2(s_A s)作線段P1P2,當Δ s-0時，若線段P1P2在目 標輪廓閉合曲線內，則為正;若線段PiP2在目標輪廓閉合曲線外，則為負;其他情況，則為〇;
[0009] S3將給定的目標平面閉合曲線輪廓邊緣離散化，并以逆時針排列的像素點坐標 ?0，卩1，'"，？〃來描述目標輪廓，其中？() = ?^
[0010] S4平面曲線離散后，將相對位置平均分為12個方向，每相鄰兩個方向之間的夾角 是30度，以水平正方向的編碼為0,依次每隔30度的，按照逆時針方向編碼為1-11，設P n為原 點0點，則Pn-i，Ρη+4ΡΡη三點的位置關系有12種可能，方向編碼為0-11，用數(shù)字序列a nbn表示 它們之間的關系。
[0011]根據(jù)離散點曲率近似公另
I到平面曲線離散各
[0012]個點的曲率，其中α是pn-bPw兩點切線的夾角，pn-此是p n-hPn兩點間的距離， PJV^Pn、Pn+1兩點間的距離，設像素點間的長度計算Δ1為：當i/3 = 0時，Δ1 = 1;當i/3 = 1、2時，Δ1= (7力)/3 (iG N，0$15 7)根據(jù)上述曲率計算與？11-1?1^+1的位置關 系，將132種可能性歸納成六種情況，每個曲率用一個數(shù)字代替；
[0013] S5將各個點曲率存放在線性表內，第一個元素為起始點的方向位，從第二個元素 開始，依次存放Pi，P2，…，Pn各點曲率;所述起始點的方向位有5種可能，其方向編碼為4、5、 6、7、8，本方法用2、1、0、-1、-2分別對應其5個方向編碼作為初始編碼；
[0014] S6曲率重建，根據(jù)編碼的方式及存儲在線性表內的曲線的曲率信息，得出下一個 點的位置對應關系。
[0015] 所述S4中根據(jù)上述曲率近似公式得出六種情況下的曲率描述，具體為：當切線夾 角成30度時，數(shù)字序列差為1，曲率編碼為5;當切線夾角成60度時，數(shù)字序列差為2,曲率編 碼為4;當切線夾角成90度時，數(shù)字序列差為3,曲率編碼為3;當切線夾角成120度時，數(shù)字序 列差為4,曲率編碼為2;當切線夾角成150度時，數(shù)字序列差為5,曲率編碼為1;當切線夾角 成180度時，數(shù)字序列差為6,曲率編碼為0。
[0016] 所述S6中先確定起始點Po，利用方向位確SPi的位置，將線段PoPi的方向記為an，得 到對應關系確定b n的方向，直到n = N為止。
[0017]所述方向序列anbn表示Ρη-χ,Ρη,Ρηπ間的關系，1^是離散點的曲率，則分析各種情況 下的數(shù)字序列(an，kn)，歸納出bn與(an，k n)之間的對應關系如下：當an+kn = 6時，bn為0;當an+ kn = 7或-5時，bn為 1;當an+kn = 8或-4時，bn為2;當an+kn = 9或-3時，bn為3;當an+kn= 10或-2 時，bn為4;當an+kn= 11或-1時，bn為5;當an+kn= 12或0時，bn為6;當an+kn = 13或1 時，bn為7; 當an+kn= 14或2時，bn為8;當an+kn= 15或3時，bn為9;當an+kn= 16或4時，bn為10;當an+kn= 17 時，bn為0。
[0018] 所述平面曲線離散后，將相對位置平均分為12個方向，每相鄰兩個方向之間的夾 角是30度，以水平正方向即與水平方向成0度的方向的編碼為0,依次每隔30度的，按照逆時 針方向編碼為1-11，方向編碼為1即與水平方向成30度，方向編碼為2即與水平方向成60度， 方向編碼為3的方向即與水平方向成90度，方向編碼為4的方向即與水平方向成120度，方向 編碼為5的方向即與水平方向成150度，方向編碼為6的方向即與水平方向成180度，方向編 碼為7的方向即與水平方向成210度，方向編碼為8的方向即與水平正方向成240度，方向編 碼為9的方向即與水平方向成270度，方向編碼為10的方向即與水平方向成300度，方向編碼 為11的方向即與水平方向成330度。
[0019] 本發(fā)明的有益效果：
[0020] 本發(fā)明相比于現(xiàn)有的編碼方法具有提取邊緣信息方法簡單，存儲量小，重建方便 的特點。在目標匹配中，可以較好地進行平面曲線輪廓匹配，而且可以很好地解決有遮擋情 況下的匹配問題。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本發(fā)明的工作流程圖；
[0022]圖2是本發(fā)明的曲率近似計算示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的二維目標輪廓離散后相鄰點間的位置方向關系圖；
[0024]圖4是本發(fā)明的曲線重建流程圖；
[0025] 圖5是本發(fā)明實施例當bn=0時的數(shù)字序列(an，kn)的示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不 限于此。
[0027]實施例
[0028] 如圖1所示，一種基于曲率的二維目標輪廓的編碼方法，包括如下步驟：
[0029] S1平面閉合曲線起始點的確定，定義平面閉合曲線C:r = r(S) = {X(S)，y(S)}，令 起始點P〇(x〇，y。），x〇 = max{x| (x，y) ec}，y〇=min{y |x = x。，（x，y) EC}，定義逆時針為曲率 提取運動的正方向。即對目標輪廓曲線選取橫坐標最大，縱坐標最小的像素點作為曲率提 取的起始點，逆時針方向為正方向。
[0030] S2平面閉合曲線曲率符號的確定，曲率表示某點P的彎曲程度，是非負值，定義曲 線C:r = r(s)上的鄰近兩點Pi(s+A s)和P2(s_A s)作線段P1P2,當Δ s-0時，若線段P1P2在目 標輪廓閉合曲線內，則為正;若線段PiP2在目標輪廓閉合曲線外，則為負;其他情況，則為〇;
[0031] S3將給定的目標平面閉合曲線輪廓邊緣離散化，并以逆時針排列的像素點坐標 ?0，卩1，'"，？〃來描述目標輪廓，其中？() = ?^
[0032] S4如圖3所示，平面曲線離散后，將相對位置平均分為12個方向，每相鄰兩個方向 之間的夾角是30度，以水平正方向即與水平方向成0度的方向的編碼為0，依次每隔30度的， 按照逆時針方向編碼為1-11，方向編碼為1即與水平方向成30度，方向編碼為2即與水平方 向成60度，方向編碼為3的方向即與水平方向成90度，方向編碼為4的方向即與水平方向成 120度，方向編碼為5的方向即與水平方向成150度，方向編碼為6的方向即與水平方向成180 度，方向編碼為7的方向即與水平方向成210度，方向編碼為8的方向即與水平正方向成240 度，方向編碼為9的方向即與水平方向成270度，方向編碼為10的方向即與水平方向成300 度，方向編碼為11的方向即與水平方向成330度。