一种平面几何形状的特征描述方法

专利名称：一种平面几何形状的特征描述方法
技术领域：
本发明涉及模式识别领域，特别是涉及一种平面几何形状的特征描述方法。
背景技术：
几何形状识别是模式识别领域中图形、图像识别的基础技术。在人工智能、
计算机视觉、机器人、图像目标识别、光学字符阅读器(Optical Character Reader, OCR)、军事等高技术领域中，几何形状识别技术都起着关键性的作用。几何 形状识别是基于形状特征的数学描述方法和特征信息提取技术实现的。
现有技术中，对图形的数学描述主要基于两大理论体系。 一种是基于积分 变换的傅立叶描述子理论，该理论将图像信息由时域变换到频域，利用获得的 频域特征矢量集，实现对图形的整体描述。另一种是不变矩理论，矩定义为 在图形上对密度函数的黎曼二重积分，不同阶次的矩具有不同的物理意义，利 用矩参数集，实现对图形的整体描述。上述两种理论方法对图形描述的特征信 息，频域特征矢量集和矩参数集都具有平移、缩放和旋转不变的特性。当图形 上密度函数等于1时，这些特征信息实现对几何形状的整体描述。
根据对现有技术的分析，利用上述两种理论方法提取图形特征信息，识别 几何形状的方法，虽然具有通用性，但是，由于技术上的一些缺陷使得该方法 的实际应用受到^f艮大制约。具体分析如下
(1) 频域特征矢量或矩参数是对几何形状统计特征的描述，是一种间接 描述方法，不能准确描述平面几何形状的某一局部特征。构成识别系统时，需 要大量的实验数据和统计分析工作才能确定识别标准。
(2) 提取频域特征矢量或矩参数都有很大的计算量。即使是改进为快速 算法，仍然有很大的计算量。
9(3 )频域特征矢量或矩参数与平面几何形状之间不存在理论上的——对 应关系，因此存在判定错误的可能。在实际应用或实验中，判定错误也是经常 发生的。
(4 )频域特征矢量或矩参数不能对一类平面几何形状共有特征进行描述。

发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的第一目的在于提供一种平面几何形 状的特征描述方法，用于解决现有技术中存在的不能准确描述平面几何形状某 一局部特征、计算量大以及存在判定错误的缺陷。
本发明的第二目的在于提供另一种平面几何形状的特征描述方法，用于解 决现有技术中存在的不能准确描述平面几何形状某一局部特征、计算量大、存 在判定错误以及不能对一类平面几何形状共有特征进行描述的缺陷。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是 一种平面几何形状的特征描 述方法，包括以下步骤
a、 按照一定的方向对获得的平面几何形状的边界曲线进行计算，并获知 边界曲线上各点的曲率信息；
b、 求取平面几何形状的参考点，所述参考点在旋转、平移和缩放情况下， 与边界相对位置具有不变性；
c、 求取平面几何形状上与曲率信息有关的特征点；
d、 根据所述特征点和所述参考点及所述曲率信息计算特征点信息，并根 据计算得到的一组特征点信息描述所述平面几何形状的特征。
另一种平面几何形状的特征描述方法，包括以下步骤
a、 按照一定的方向对获得的平面几何形状的边界曲线进行计算，并获知 边界曲线上各点的曲率信息；
b、 求取平面几何形状的参考点；
c、 求取平面几何形状的特征点；
d、 根据所述特征点和所述参考点及所述曲率信息计算特征点信息，并根据得到的 一组特征点信息描述所述平面几何形状的特征。
e、 由所述的一組特征点信息提:f又各种统计信息构成描述平面几何形状整 体特征的检索信息；
f、 由所述的一组特征点信息和检索信息构成描述平面几何形状的特征信
台
一种用于平面几何形状的特征描述的装置，包括
扫描模块，用于按照一定的方向对获得的平面几何形状的边界曲线进行计 算，并获知边界曲线上各点的曲率信息；
参考点模块，用于求取平面几何形状的参考点，所述参考点在旋转、平移 和缩放情况下，与边界相对位置具有不变性；
特征点模块，用于求取平面几何形状上与曲率信息有关的特征点；
描述才莫块，用于根据所述特征点和所述参考点及所述曲率信息计算特征点 信息，并根据计算得到的 一组特征点信息描述所迷平面几何形状的特征。
本发明通过以一组特征点信息对平面几何形状特征描述的方法，解决了现 有技术存在的诸多缺陷。
首先，本发明对平面几何形状边界上的每一个主要特征，都有一个特征点 信息对其加以描述，定量的描述了该特征点与参考点的距离、与才及轴的夹角、 特征点类型、附加特征信息和曲率半径。从而解决了现有技术中不能准确描迷 平面几何形状某一局部特征的缺陷。
其次，本发明通过对边界信息的计算，求取一组特征点信息。其计算量远 小于现有技术中通过积分变换或二重积分求取特征信息的计算量，并且计算方 法更为简单。
再其次，本发明以一组特征点信息按循环排序关系对平面几何形状边界的 主要特征顺序描述。在旋转、平移、缩放的情况下，实现对平面几何形状主要 特征的唯一性描述。解决了现有技术中特征信息与平面几何形状之间不存在理 论上的 一一对应关系而产生错误判别的缺陷。更进一步，本发明由一组特征点信息提取反映平面几何形状整体特征的统计信息构成检索信息，描述了一类平面几何形状的共有特征。解决了现有技术中不能对一类平面几何形状共有特征进行描述的缺陷。检索信息具有提高识别速度和对平面几何形状信息库进行;险索的功能。
综上所述，与现有技术相比，本发明的平面几何形状特征描述方法及装置具有描述更准确、更细致、更全面，求取特征信息速度更快的显著效果。


图1为本发明实施例1中平面几何形状的特征描述方法流程图2为本实施例2中求取特征信息的几何形状的示意图3为本实施例2中求取特征信息的方法流程图4为本实施例2中描述几何形状特征点信息的示意图5为本发明实施例3中不封闭曲线构成的几何形状示意图6为本发明实施例4中简单几何形状特征信息的示意图7为本发明实施例5中装置的主要结构图8为本发明实施例5中装置包括类型代码模块时的详细结构图9为本发明实施例5中装置包括检索信息模块的详细结构图。
具体实施例方式
在曰常生活中，我们随时随处都在进行着几何形状的识别，习以为常，并不以为然。但是，在模式识别领域，让机器来识别几何形状的能力仍然是很低的。
具有视觉能力的人和动物都具有识别几何形状的能力，在生存基本活动中，自觉或不自觉的具有了这种能力。这种能力来源于形象思维，形象思维是通过感知表象信息，调用头脑中的形象知识(表象、意象、经验等)，通过分析、比4交、归纳、想象等思维活动，完成对事物本质的i人识。与现有几何形状识别技术对比，这一思维活动并没有运用复杂的数学理论，也没有大量复杂的计算，但却是简洁、快速、有效的。具有动物的智商就能正确的识别几何形状，客观上说明了存在简化、高效的平面几何形状描述及识别方法。
模拟形象思维，设计一种平面几何形状的特征描述方法是本发明的核心思想。根据人类对几何形状识别的直接感受，可知形象思维是通过直接感知几何形状边界的轮廓特征，实现对几何形状的记忆(描述)。用数学方法计算得到平面几何形状边界的特征点，求取特征点信息。汲取形象思维的优点，克服不能量化描述的缺点。用 一组特征点信息实现对平面几何形状主要特征的准确描述。
模拟形象思维，提取一类平面几何形状的共有特征实现平面几何形状的分类与检索是本发明的另一个主要思想。形象思维对几何形状的凸、凹等特征的记忆(描述)是尤为深刻的。模拟这一特征，从一组特征点信息中提取描述平面几何形状整体特征的统计信息，实现对平面几何形状的分类与检索。
实施例1:
如图l所示，本实施例提供了一种平面几何形状的特征描述方法，包括以下步骤
步骤IOI、按照一定的方向对获得的平面几何形状的边界曲线计算，并获知边界曲线上各点的曲率信息；
可以沿顺时针或逆时针方向，可以从任意一点开始，对边界曲线计算曲率。根据曲率的定义可知，沿不同方向计算边界曲线的曲率，得到结果的正负号是不同的，绝对值是相同的。选定计算方向后，不可更改；在两个分段连续函数的联结点，当两个函数在联结点处，导数不连续时，该点的曲率是正或负无穷大。
步骤102、求取所述平面几何形状边界曲线的参考点；所述参考点包括在旋转、平移和缩放情况下，与边界相对位置不变的点或在直角坐标系下的原点；利用平面几何形状边界或区域信息可计算得到各种不同的具有平移、旋转、缩放不变性的参考点，求取边界曲线几何中心具有最小的计算量，因此，设定边界曲线单位弧长质量为1，求边界曲线的质量中心，就是边界曲线几何
中心。按此方法求取平面几何形状参考点的同时，也求出了另一个中间参数平面几何形状边界弧长。
步骤103、求取所述平面几何形状边界曲线上，标示曲率变化特征的特征点；尤其是获得边界曲线上曲率极值点、曲率为正或负无穷大点和曲率恒定处的至少一个点，作为特征点；所述特征点进一步包括曲率单调变化处的至少一个点。
从任意一点开始，沿计算边界曲线曲率的方向，在边界曲线上搜索主要特征点，获得主要特征点的坐标、类型代码、曲率。主要特征点包括曲率极值点、曲率为正或负无穷大点、曲率恒定处的点，还可包括曲率单调变化处的点。单调变化处的点是为了描述平面几何形状细致特征和描述非常复杂平面几何形状的。搜索单调变化处的点包括切线过中心的边界曲线上的点；参考点到单调变化分段起点矢量旋转180度的点；由上述主要特征点分开单调变化段的巾点。
步骤104、根据所述特征点和所述参考点及所述曲率信息计算特征点信息，并根据计算得到的一组特征点信息描述所述平面几何形状的特征。
特征点信息的计算包括
以参考点为极点，计算特征点的极坐标矢量，包括极值、极角；
设置特征点的类型代码；
分别计算特征点的附加特征代码
Tl类特征点中的凸或凹点的附加特征代码设置为特征点前后单位弧长的平均曲率；
T2类特征点中的直线段的附加特征代码设置为直线段长度与平面几何形状边界长度的比值，圓弧段的附加特征代码设置为圆心角；T3类特征点中的内、外切点的附加特征代码设置为0;
T4类特征点中的单调变化内、外分段点的附加特征代码设置为相邻两个分段点间的弧长与平面几何形状边界长度的比值；
T5类特征点的单调变化描述点的附加特征代码设置为曲率单调变化段边界弧长与平面几何形状边界长度的比值。
计算特征点的曲率半径。
另外特征点信息能以另外的形式，实现对主要特征点的描述。例如以参考点为原点的相对坐标或参考点与主要特征点坐标都能反映主要特征点在边界上的相对位置关系。相比之下，极坐标矢量还是描述主要特征点的最好选择。根据计算得到的 一组特征点信息描述所述平面几何形状的特征包括用每一个特征点信息描述平面几何形状确定方向边界的一个局部主要特
征；
用一組特征点信息按循环排序关系，描述平面几何形状的各个确定方向边界的主要特征。
其中Tl类、T2类特征点信息可实现大部分平面几何形状主要特征的描述；T3类、T4类特征点信息可实现平面几何形状更复杂部位主要特征的描述，例如象螺旋线曲线边界等；T5类特征点信息可实现对单调变化段的进一步描述。
到此，获得的一组特征点信息，实现了对平面几何形状的特征描述。
为了进一步获得对平面几何形状整体特征的描述，该方法可进一步包括
步骤105、由所述的一组特征点信息提取各种统计信息构成描述平面几何形状整体特征的检索信息；
一组特征点信息中包含了平面几何形状的多种信息，提取与平面几何形状平移、旋转、缩放无关的参数，描述不同类平面几何形状的共有特征。例如可选择提取如下参数
特征点信息中最大矢量和最小矢量极值的比值；
特征点信息中具有凸点类型的个数；
15特征点信息中具有凹点类型的个数；
特征点信息中具有直线段类型的个数； 特征点信息中具有圆弧段类型的个数； 特征点信息中具有内切点或外切点类型的个数； 特征点信息总凄t;等等。
这些信息构成4企索信息。
步骤106、由所述的一组特征点信息和检索信息构成描述平面几何形状的 特征信息。
进一步提取的检索信息描述了一类平面几何形状的共有特征。 实施例2:
本发明实施例通过对图2所示几何形状求取特征信息，实现对此几何形状 的特征描述。任意几何形状边界曲线的数学描述Y=F(X)。不失一般性，边界 曲线由n个分段连续的函数构成(y=fl(x)， y=f2(x)... y=fn(x)}。特征信息求取方 法的流程如图3所示，包括如下步骤
步骤301:获得图1所示几何形状边界曲线的数学描述Y-F(X),如图1 所示，边界曲线由4个分段连续的函数构成{ y=fl(x)， y=f2(x)， y=f3(x), y=f4(x)}; 其中f2(x)是半圆的圓弧，f4(x)是直线；从边界曲线上任意一点p开始，沿顺时 针方向计算边界曲线上的曲率，根据曲率的定义，沿不同方向计算边界曲线的 曲率，得到结果的正负号是不同的。选定计算方向后，不可更改；在两个分賴: 连续函数的联结点，当两个函数在联结点处，导数不连续时，该点的曲率是正 或负无穷大；
步骤302:求几何形状的参考点，对图2所示几何形状边界曲线的描述函 数Y=F(X)，求边界曲线的几何中心点，对几何形状而言，利用边界或区域信各种中心点是不同的，例如边界曲线的几何中心、区域面积的几 何中心、外接圓中心点等。这些点都具有旋转、缩放、平移的相对不变性，都 可作为几何形状的参考点。选定一种参考点后，不可更改；由于边界曲线几何 中心的计算量远小于其它参考点的计算量，故而选择求边界曲线的几何中心
点，记为P。(x,y);计算几何形状边界的弧长Sc;
步骤303:获得边界曲线曲率等于正或负无穷大的特征点(Tl类)；搜索 曲率等于常数的曲线段，取其弧长中点定为特征点(T2类)；求边界曲线曲率的 极值点(Tl类)；除曲率等于常数的曲线段之外，由T1、 T2、 T3、 T4类特征 点分开的边界曲线段是曲率单调变化的，取其弧长中点定为特征点(T5类)；T3、 T4类特征点是为非常复杂的几何形状设计的特征点；图4所示几何形状不存 在这样的特征点，求得的特征点记为tp (x， y， t, k),其中x，y是特征点的坐 标；t是特征点的提取类型(1， 2...5分别对应T1,T2…T5); k是特征点的曲 率；由边界曲线上的p点开始，按顺时针方向对获得的特征点排序；
步骤304:计算特征点tp(x， y, t, k)对应的特征点信息tz ( 1, s, t， m， r)，特征点信息中1, s是极坐标的极值和极角，t, m， r是附加曲率信息， 其中r是特征点曲率半径，m是特征点附加特征代码，t是特征点类型代码， 类型代码定义如下{0:凸点，1:凹点(属于T1类)，2:直线段特征点，3: 圆弧段特征点(属于T2类)，4:外切线特征点，5:内切线特征点(属于T3 类)，6:单调变化外分段特征点，7:单调变化内分段特征点(属于T4类)，8: 单调增特征点，9:单调减特征点(属于T5类)};按特征点排列顺序，计算 特征点信息的计算步骤如下
a) 以几何中心P。为极坐标的极点，按特下面公式，计算特征点信息的极 值和极角，tz. l-Sqrt ((tp. x-Pc. x) * (tp. x-Pc. x) + (tp. y- Pc. y) * (tp. y- Pc. y)); tz. s=ArcTan ((tp. y- Pc. y) / (tp. x_Pc. x));式中Sqr t表示求平方才艮函数，ArcTan 表示求反正切函数；
b) 根据特征点tp.t和tp.k计算对应的特征点信息tz.t、 tz.m和tz.r (顺时针
17方向求曲率)；
当tp.t=l( Tl类)，tp.k<0时tz.t=0(凸点)；tz.r=l/abs(tp.k); tp.k>0时tz.t=l (凹点);tz.产l/abs(tp.k); tz.m= (tp点向前0.5弧长处切线夹角—tp点向后0.5 弧长处切线夹角)；
当tp.t=2 ( T2类)，tp.k=0时tz.t=2 (直线段特征点)；tz.m-直线段长度/ Sc; tz.r=l/abs(tp.k); tp.k>0时tz.t=3 (圆弧段特征点)；tz.n^圆弧段的圆心角； tz.r=l/abs(tp.k);
当tp.t=3( T3类)，tp.k<0时tz.t=4(外切线特征点)；tz.r=l/abs(tp.k); tp.k>0 时tz.t-5 (内切线特征点)；tz.r=l/abs(tp.k); tz.m=0;
当tp.t=4( T4类)，tp.k<0时tz.t=6(单调变化外分段特征点);tz.r=l/abs(tp.k); tp.k〉0时tz.t-7(单调变化内分段特征点)；tz.r=l/abs(tp.k);tz.m=(段间弧长/ Sc);
当tp.t=5( T5类)，tp.k<0时tz.t=8(单调增特征点)；tz.r=l/abs(tp.k); tp.k>0 时tz.t=9 (单调减特征点)；tz.r=l/abs(tp.k); tz.m=(单调变化段弧长/ Sc )。
本例几何形状的特征点及特征点信息如图4所示，为清晰示意，只标出 Tl、 T2类。
步骤305:对步骤301至304计算得到的一组特征点信息提取描述几何形 状整体特征的检索信息。检索信息记为js(k,， nt, na, nz, ny， ，ns， otl， o。 ...o加)。 其中k,是最大矢量和最小矢量极值的比值；nt是凸点个数;na是凹点个数;riz是 直线段个数;ny是圆弧段个数;i^是切点个数;"是特征点总数；otl, 0(2 ...015是按 极值大小排列的特征点信息的序号，其中otI是具有最大矢量极值的特征点序 号；本实施例选择的检索信息是与几何形状平移、旋转、缩放无关的参数；
步骤306:检索信息js与一组特征点信息构成描述几何形状的特征信息， 记为TZ (js, tz" tz2， tz3 ...)。
实施例3:
18通过对图5所示不封闭曲线构成的几何形状求取特征信息，说明平面几何 形状可以是由封闭曲线和不封闭曲线的任意组合构成；特征信息的求取过程与 上述步骤完全一致，唯一的区别是对不封闭曲线构成几何形状的数学描述，设 图5所示不封闭曲线的数学描述函数是y二 fa(x)，函数定义在图5中(a,b )两 点之间。在(a,b)两点之间再定义一个函数y:fb(x),并且有fb(x)= fa(x),这 样fa(x)和fb(x)就构成了封闭曲线，因此，用同样的方法就可以求此几何形状 的特征信息；同理，由封闭曲线和不封闭曲线的任意组合构成的几何形状也可 用同样的方法求取特征信息。
实施例4:
为了进一步说明本发明的方法对几何形状的描述及应用，对图6所示的简 单A/f可形状求取特征信息，只求4全索信息js (k,， nt, na， nz, ny， nq, ns); 图6 中(a)是三角形；(b)是矩形；(c)是圓形；
三角形特征信息TZa (js(2, 3， 0， 3， 0, 0， 6)， tz,, t&, tz3...);
矩形特征信息TZb (js(1.414， 4， 0, 4， 0, 0， 8), tz,， tz2， tz3...);
圓形特征信息TZc(js(l， 0, 0， 0, 1, 0, 1), tz,);
根据几何形状的检索信心即可准确判别几何形状；具有3个凸点，3个直 线段，没有其他类型特征点的是三角形；具有4个凸点，4个直线段，没有其 他类型特征点的是四边形；只有l个圆弧段特征点，没有其他类型特征点的是 圓形；利用特征点信息可进一步判定几何形状的细部特征。
实施例5
参见图7所示，本实施例提供一种用于平面几何形状的特征描述的装置， 包括扫描模块、参考点模块、特征点模块和描述模块。
扫描模块，用于按照一定的方向对获得的平面几何形状的边界曲线进行计 算，并获知边界曲线上各点的曲率信息；参考点模块，用于求取所迷平面几何形状边界曲线的参考点；所述参考点 包括在旋转、平移和缩放情况下，与边界相对位置不变的点或在直角坐标系下 的原点；
特征点模块，用于求取所述平面几何形状边界曲线上，标示曲率变化特征 的特4正点；
描述模块，用于根据所述特征点和所述参考点及所述曲率信息计算特征点 信息，并根据计算得到的一组特征点信息描述所述平面几何形状的特征。
该装置还包括归类模块、类型代码模块和附加特征代码模块，参见图8所示。
所述归类模块用于
对于曲率的极值点、曲率为正或负无穷大点，设置该类特征点为Tl类特 征点；
对于曲率等于常数的边界曲线段的至少一个点，设置该类特征点为T2类 特征点；
对于曲率单调变化的边界曲线段中，切线过参考点的点，设置该类特征点 为T3类特征点；
对于曲率单调变化的边界曲线段中，参考点到起点矢量旋转180度的点， 设置该类特征点为T4类特征点；
对于由上述4类特征点分开的，且曲率单调变化的边界曲线段中的至少一 个点，设置该类特征点为T5类特征点。
所述类型代码;漠块用于
为Tl类特征点赋予凸或凹点的类型代码；
为T2类特征点赋予直线段或圆弧的类型代码；
为T3类特征点赋予内切点或外切点的类型代码；
为T4类特征点赋予单调变化外分段点或内分段点的类型代码；
为T5类特征点赋予单调变化描述点的类型代码。所述附加特征代码模块用于
将Tl类特征点中的凸或凹点的附加特征代码设置为特征点前后单位弧 长的平均曲率；
将T2类特征点中的直线段的附加特征代码设置为直线段长度与平面几 何形状边界长度的比值，圓弧段的附加特征代码设置为圆心角；
将T3类特;f正点中的内、外切点的附加特征代码设置为0;
将T4类特征点中的单调变化内、外分^:点的附加特征代码设置为相邻 两个分段点间的弧长与平面几何形状边界长度的比值；
将T5类特征点的单调变化描述点的附加特征代码设置为曲率单调变化 段边界弧长与平面几何形状边界长度的比值。
所述特征点模块包括
计算单元，用于从边界的任意点开始，沿计算曲率时边界曲线的方向，计 算获得特征点；
序号单元，用于按照获得的特征点在边界的先后顺序，为每个特征点设定 序号。
所述描述才莫块包括用于获得特征点信息的特征点信息单元，该特征点信息 单元包括
极坐标子单元，用于以平面几何形状的参考点为极坐标的极点，计算特征 点极坐标矢量的才及值、极角；
计算子单元，用于根据曲率信息计算获得特征点类型^码、附加特征代码
及曲率半径；
序号子单元，用于设置特征点信息的序号等于特征点的序号； 合成子单元，用于由一个极坐标矢量的极值、极角和特征点类型代码、附
加特征代码及曲率半径构成特征点信息。
为了整体描述平面几何形状，所述装置在包括扫描模块、参考点模块、特
征点模块、描述模块的基础上，还可以进一步包括检索信息模块和特征信息模块，其结构参见图9所示。
检索信息模块，用于利用所述的一组特征点信息提取各种统计信息构成描 述平面几何形状整体特征的检索信息；
特征信息模块，用于利用所述的一组特征点信息和检索信息构成描述平面 几何形状的特征信息。
所述装置获得的平面几何形状的特征信息是对平面几何形状的完整描述， 其中， 一组特征点信息准确描述了平面几何形状边界的主要特征；检索信息描 述了平面几何形状的整体特征。
本发明实施例通过以一组特征点信息对平面几何形状特征描述，解决了现 有技术存在的诸多缺陷。
首先，本发明实施例对平面几何形状边界上的每一个主要特征，都有一个 特征点信息对其加以描述，定量的描述了该特征点与参考点的距离、与极轴的 夹角、特征点类型、附加特征信息和曲率半径。从而解决了现有技术中不能准 确描述平面几^f可形状某一局部特征的缺陷。
其次，本发明实施例通过对边界信息的计算，求取一组特征点信息。其计 算量远小于现有技术中通过积分变换或二重积分求取特征信息的计算量，并且 计算方法更为简单。
再其次，本发明实施例以一组特征点信息按循环排序关系对平面几何形状 边界的主要特征顺序描述。在旋转、平移、缩放的情况下，实现对平面几何形 状主要特征的唯一性描述。解决了现有技术中特征信息与平面几何形状之间不 存在理论上的——对应关系而产生错误判别的缺陷。
更进一步，本发明实施例由一组特征点信息提取反映平面几何形状整体特 征的统计信息构成检索信息，描述了一类平面几何形状的共有特征。解决了现 有技术中不能对一类平面几何形状共有特征进行描述的缺陷。检索信息具有提
高识别速度和对平面几何形状信息库进行检索的功能。
综上所述，与现有技术相比，本发明实施例的平面几何形状特征描述方法具有描述更准确、更细致、更全面，求取特征信息速度更快的显著效果。
本发明并不限于具体实施方式
中所述的实施例，本领域技术人员根据本发 明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。
权利要求
1、一种平面几何形状的特征描述方法，其特征在于，包括以下步骤a、按照一定的方向对获得的平面几何形状的边界曲线进行计算，并获知边界曲线上各点的曲率信息；b、求取所述平面几何形状边界曲线的参考点；c、求取所述平面几何形状边界曲线上，标示曲率变化特征的特征点；d、根据所述特征点和所述参考点及所述曲率信息计算特征点信息，并根据计算得到的一组特征点信息描述所述平面几何形状的特征。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所迷步骤a中平面几何形状 的边界是由封闭曲线和/或不封闭曲线构成。
3、 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤b中平面几何 形状的参考点包括通过对平面几何形状的边界或区域信息进行计算，得到的 在旋转、平移和缩放情况下，与边界相对位置不变的点；或在直角坐标系下的 原点。
4、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述步骤c中的特征点包括 边界曲线上曲率极值点、曲率为正或负无穷大点和曲率恒定处的至少一个点。
5、 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述特征点进一步包括曲 率单调变化处的至少一个点。
6、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述特征点中， 对于曲率的极值点、曲率为正或负无穷大点，设置该类特征点为Tl类特征点；对于曲率等于常数的边界曲线段的至少一个点，设置该类特征点为T2类 特征点；对于曲率单调变化的边界曲线段中，切线过参考点的点，设置该类特征点 为T3类特征点；对于曲率单调变化的边界曲线段中，参考点到起点矢量旋转180度的点，设置该类特征点为T4类特征点；对于由上述4类特征点分开的，且曲率单调变化的边界曲线段中的至少一 个点，设置该类特征点为T5类特征点。
7、 如权利要求6所述的方法，其特征在于，针对所述5类特征点 Tl类特征点赋予凸或凹点的类型代码；T2类特征点赋予直线段或圓弧的类型代码；T3类特征点赋予内切点或外切点的类型代码；T4类特征点赋予单调变化外分段点或内分段点的类型代码；T5类特征点赋予单调变化描述点的类型代码。
8、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，针对所述5类特征点的类型 代码Tl类特征点中的凸或凹点的附加特征代码，没置为特4i点前后单位弧长的 平均曲率；T2类特征点中的直线段的附加特征代码设置为直线段长度与平面几何形 状边界长度的比值，圓弧段的附加特征代码设置为圓心角；T3类特征点中的内、外切点的附加特征代码设置为0;T4类特征点中的单调变化内、外分段点的附加特征代码设置为相邻两个 分段点间的弧长与平面几何形状边界长度的比值；T5类特征点的单调变化描述点的附加特征代码设置为曲率单调变化段边 界弧长与平面几何形状边界长度的比值。
9、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c中获得边界曲线 上特征点包括如下步骤从边界的任意点开始，沿计算曲率时边界曲线的方向，计算获得特征点； 按照获得的特征点在边界的先后顺序，为每个特征点设定序号。
10、 如权利要求l、 7、 8或9所述的方法，其特征在于，求特征点信息包 括如下步骤以平面几何形状的参考点为极坐标的极点，计算特征点才及坐标矢量的极值、极角；根据曲率信息计算获得特征点类型代码、附加特征代码及曲率半径； 设置特征点信息的序号等于特征点的序号；由一个极坐标矢量的极值、极角和特征点类型代码、附加特征代码及曲率 半径构成特征点信息。
11、 如权利要求IO所述的方法，其特征在于所述特征点信息具有循环排序关系，末位特征点信息的下一个是首位特征 点信息。
12、 如权利要求l、 2、 7、 8或9所述的方法，其特征在于，所述描述平 面几何形状特征包括用每一个特征点信息描述平面几何形状确定方向边界的 一个局部主要特征；用一组特征点信息按循环排序关系，描述平面几何形状的各个确定方向边 界的主要特征。
13、 一种平面几何形状的特征描述方法，其特征在于，包括以下步骤a、 按照一定的方向对获得的平面几何形状的边界曲线进行计算，并获知 边界曲线上各点的曲率信息；b、 求取所述平面几何形状边界曲线的参考点；所述参考点包括在旋转、 平移和缩;汶情况下，与边界相对位置不变的点或在直角坐标系下的原点；c、 求取所述平面几何形状边界曲线上，标示曲率变化特征的特征点；d、 根据所述特征点和所述参考点及所述曲率信息计算特征点信息，并根 据得到的 一组特征点信息描述所述平面几何形状的特征；e、 由所述的一组特征点信息提取各种统计信息构成描述平面几何形状整 体特征的检索信息；f、 由所述的一组特征点信息和检索信息构成描述平面几何形状的特征信息。
14、 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述步骤c中的特征点包 括边界曲线上曲率极值点、曲率为正或负无穷大点和曲率恒定处的至少一个 点。
15、 如权利要求13所述的方法，其特征在于，求特征点信息包括如下步骤以平面几何形状的参考点为极坐标的极点，计算特征点极坐标矢量的极 值、极角；根据曲率信息计算获得特征点类型代码、附加特征代码及曲率半径； 设置特征点信息的序号等于特征点的序号；由一个极坐标矢量的极值、极角和特征点类型代码、附加特征代码及曲率 半径构成特征点信息。
16、 如权利要求15所述的方法,其特征在于所述特征点信息具有循环排序关系，末位特征点信息的下一个是首位特征 点信息。
17、 如权利要求13、 15或16所述的方法，其特征在于，所述描述平面几 何形状特征包括用每一个特征点信息描述平面几何形状确定方向边界的一个局部主要特征；用一组特征点信息按循环排序关系，描述平面几何形状的各个确定方向边 界的主要特征。
18、 一种用于平面几何形状的特征描述的装置，其特征在于，包括 扫描模块，用于按照一定的方向对获得的平面几何形状的边界曲线进行计算，并获知边界曲线上各点的曲率信息；参考点才莫块，用于求取所述平面几何形状边界曲线的参考点； 特征点模块，用于求取所述平面几何形状边界曲线上，标示曲率变化特征的特征点；描述模块，用于根据所述特征点和所述参考点及所述曲率信息计算特征点 信息，并根据计算得到的一组特征点信息描述所述平面几何形状的特征。
19、 如权利要求18所述的装置，其特征在于，还包括归类模块，用于 对于曲率的极值点、曲率为正或负无穷大点，设置该类特征点为Tl类特征点；对于曲率等于常数的边界曲线段的至少一个点，设置该类特征点为T2类 特征点；对于曲率单调变化的边界曲线段中，切线过参考点的点，设置该类特征点 为T3类特征点；对于曲率单调变化的边界曲线段中，参考点到起点矢量旋转180度的点， 设置该类特征点为T4类特征点；对于由上述4类特征点分开的，且曲率单调变化的边界曲线^a中的至少一 个点，设置该类特征点为T5类特征点。
20、 如权利要求19所述的装置，其特征在于，还包括类型代码模块，用于为Tl类特征点赋予凸或凹点的类型代码；为T2类特征点赋予直线段或圓弧的类型代码；为T3类特征点赋予内切点或外切点的类型代码；为T4类特征点赋予单调变化外分段点或内分段点的类型代码；为T5类特征点赋予单调变化描述点的类型代码。
21、 如权利要求20所述的装置，其特征在于，还包括附加特征代码模块， 用于将Tl类特征点中的凸或凹点的附加特征代码设置为特征点前后单位弧 长的平均曲率；将T2类特征点中的直线段的附加特征代码设置为直线段长度与平面几何形状边界长度的比值，圓弧段的附加特征代码设置为圆心角； 将T3类特征点中的内、外切点的附加特征代码设置为0; 将T4类特征点中的单调变化内、外分段点的附加特征代码设置为相邻两个分段点间的弧长与平面几何形状边界长度的比值；将T5类特征点的单调变化描述点的附加特征代码设置为曲率单调变化段边界弧长与平面几何形状边界长度的比值。
22、 如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述特征点模块进一步包括计算单元，用于从边界的任意点开始，沿计算曲率时边界曲线的方向，计 算获得特征点；序号单元，用于按照获得的特征点在边界的先后顺序，为每个特征点设定 序号。
23、 如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述描述模块包括用于获 得特征点信息的特征点信息单元，该特征点信息单元包括极坐标子单元，用于以平面几何形状的参考点为极坐标的极点，计算特征点极坐标矢量的极值、极角；计算子单元，用于根据曲率信息计算获得特征点类型代码、附加特征代码及曲率半径；序号子单元，用于设置特征点信息的序号等于特征点的序号；合成子单元，用于由一个极坐标矢量的极值、极角和特征点类型代码、附 加特征代码及曲率半径构成特征点信息。
24、 根据权利要求18至23中任意一项所述的装置，其特征在于，该装置 进一步包括检索信息模块，用于利用所述一组特征点信息提取各种统计信息，构成描 述平面几何形状整体特征的检索信息；特征信息模块，用于利用所述一组特征点信息和检索信息，构成描迷平面几何形状的特征信息。
全文摘要
本发明公开了一种平面几何形状的特征描述方法，属于模式识别领域的基础技术范畴。本发明模拟形象思维记忆几何形状的方式，提取几何形状轮廓特征点，以特征点极坐标矢量和附加曲率信息为核心构成描述平面几何形状的特征信息。实现了对平面几何形状主要特征的准确描述。特征信息求取方法简单；计算量大幅度减少。在旋转、平移、缩放的复杂情况下，都能获得准确描述的特征信息。
文档编号G06K9/52GK101470808SQ20071030399
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月24日 优先权日2007年12月24日
发明者曾培祥 申请人:北大方正集团有限公司;北京方正奥德计算机系统有限公司