专利名称：一种透视变形平面几何形状特征信息提取方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于模式识别技术领域，具体涉及一种透视变形平面几何形状特征信息提取方法及系统。
背景技术：
平面几何形状的特征描述方法、特征信息提取方法以及识别方法是图像模式识别的基础。平面几何形状特征信息必须保证、平移、缩放、旋转的不变性，才能利用这些特征信息对几何形状进行描述与识别。当一个图像产生较大的透视变形后，图像中的几何形状将产生非线性变形，此时，对几何形状求取的特征信息将失去平移、缩放、旋转的不变性。无法用来识别几何形状。在现有的几何形状描述与识别技术中，还没有对变形几何形状的描述与识别的相关处理技术。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、特征信息提取技术和利用特征信息的识别技术实现的。传统技术中，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。当图形上密度函数等于I时，这些特征信息实现对几何形状的整体描述。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。因此，一直作为识别几何形状的基本方法。申请人:此前提交了中国发明专利申请《一种平面几何形状特征描述方法》(申请号:200710303995.9，
公开日期:2009-07-01)，该专利提出了一种简单、有效且能对平面几何形状主要特征进行准确描述的方法。与传统方法相比具有明显的技术优势，但是，作为模式识别的基础理论和基础方法，传统技术和申请人的这一专利技术都是依据对几何形状在特定垂直观察角度的图像获得几何形状的特征信息。对于实际应用的一般环境下，该项技术的应用将受到很大制约。具体分析如下:(I)同一几何形状在不同的观察角度得到的图像是不同的，根据不同的图像提取的几何形状特征信息不能保持平移、缩放和旋转的不变性。(2) 一般情况下(非垂直观察角度)观察得到几何形状的图像都存在透视变形，现有技术(包括传统技术和本人的前一项专利技术)没有涉及到解决此类问题的技术措施是实际应用受到很大制约的主要原因。现有技术中，传统技术对几何形状的描述，是对几何形状统计特征的描述，无法实现对主要特征的准确描述。对几何形状的识别效果也很难令人满意。传统技术对具有透视变形几何形状的特征提取及识别的技术成果还没有见到。本人的前一项专利技术，采用简单、有效的方法实现了对几何形状主要特征的准确描述。后续的专利技术进一步实现了几何形状的准确识别。但是，对于透视变形几何形状特征提取及识别的技术也没有解决。实际应用中，几何形状产生透视变形是极其普遍的应用环境。不解决透视变形几何形状的特征提取及识别问题，图像模式识别技术的应用范围将受到很大限制。本发明的主要目的是要解决透视变形几何形状的特征提取问题。也就是在具有透视变形几何形状的图像中，提取出没有透视变形几何形状的特征信息。为图像模式识别技术提供一个更好的基础方法。
发明内容
本发明提供一种透视变形平面几何形状特征信息提取方法及系统，通过该方法及系统能够实现对存在透视变形的平面几何形状图像提取出对应没有变形的平面几何形状的特征信息。为达到以上目的，本发明采用的技术方案是:一种透视变形平面几何形状特征信息提取方法，包括以下步骤:(I)提取具有透视变形特征并且包含平面几何形状的图像，并设定摄像环境参数；(2)根据摄像环境参数确定垂直变形方向，选择与垂直变形方向相垂直的方向作为水平变形方向；(3)根据步骤I提供的摄像环境参数以及步骤2选择的垂直变形方向、水平变形方向，根据投影射线，在垂直变形方向的不同位置i，计算相对应的垂直变形系数v[i]和水平变形系数h[i]；(4)根据得到的垂直变形系数v[i]和水平变形系数h[i]，对具有透视变形的平面几何形状的区域或边界曲线进行矫正并求取平面几何形状的特征信息，得到没有透视变形几何形状的特征信息。进一步，步骤I中，所述的摄像环境参数的设定方法如下:确定摄像装置透视中心过成像平面中心Pltl点到目标平面一点P1,确定摄像装置透视中心到P1点的直线与目标平面的夹角S1，选定透视中心到P1点的直线在目标平面投影线上的一点P2，确定摄像装置透视中心到目标平面P2点直线与目标平面的夹角S2，确定透视中心到P2点的直线与成像平面的交点Pm点，所述成像平面中心Pki点是透视中心Po点对成像平面的正交点；步骤2中，选择由成像平面上p1Q到p2Q点所确定的直线作为垂直变形方向；所述的摄像装置透视中心、目标平面Pl、Sl以及p2、s2是根据摄像装置所在摄像环境所来确定。进一步,步骤3中，设成像平面垂直方向长度坐标最小值O,最大值Xmax,令i = O到i = Xfflax, i增量为1，循环求取投射线经过成像平面M2垂直方向长度为i，相交与目标平面的Ii点，计算位置i处的垂直方向透视变形矫正系数V[i] = yi/i。再求取Ji到成像平面M2的垂线长度Zi ;透视中心到M2的距离记作1，计算位置i处的水平方向透视变形矫正系数h[i] = (jo+z^/joo进一步，步骤4中，求取 具有透视变形特征的平面几何形状特征信息的方法包括以下步骤:
I)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；2)根据所述平面几何形状的边界或区域信息，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；3)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；4)根据所述特征点和所述参考点及所述曲率信息获得特征点信息，并根据得到的一组特征点信息，按循环排序关系，确定所述平面几何形状的特征信息；其中，获得特征点信息包括: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R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。更进一步，步骤4中，先把包含几何形状的透视变形图像进行透视变形矫正，获得没有透视变形的图像，然后再提取、得到没有透视变形几何形状的特征信息。更进一步，步骤4中，在包含几何形状的透视变形图像中，用边界搜索方法获得具有透视变形的几何形状的边界闭合曲线，利用透视变形矫正方法和插值方法，对所述边界闭合曲线上的像素点进行透视变形矫正，获得没有透视变形的平面几何形状边界曲线，利用此平面几何形状边界曲线，提取、得到没有透视变形几何形状的特征信息。本发明还提供了一种透视变形平面几何形状特征信息提取系统，包括以下装置:图像及摄像环境参数提取装置:用于提取具有透视变形特征并且包含平面几何形状的图像，并设定摄像环境参数；垂直及水平变形方向确定装置:用于根据摄像环境参数确定垂直变形方向，选择与垂直变形方向相垂直的方向作为水平变形方向；变形系数计算装置:用于根据所述的摄像环境参数以及垂直变形方向、水平变形方向，根据投影射线，在垂直变形方向的不同位置i，计算相对应的垂直变形系数v[i]和水平变形系数h[i]；平面几何形状特征信息求取装置:根据得到的垂直变形系数v[i]和水平变形系数h[i]，对具有透视变形的平面几何形状的区域或边界曲线进行矫正并求取平面几何形状的特征信息，得到没有透视变形几何形状的特征信息。进一步，所述的变形系数计算装置包括:I)用于计算垂直变形系数v[i]的计算装置设成像平面垂直方向长度坐标最小值O,最大值Xmax,令i = O到i = xmax, i增量为1，循环求取投射线经过成像平面垂直方向长度为i，相交与目标平面的Yi点，垂直方向透视变形矫正系数V [i] =yi/i。2)用于计算水平变形系数h[i]的计算装置求取yi到M2的垂线长度Zi ;透视中心到M2的距离记作1，水平方向透视变形矫正系数 h[i] = (jd+zj/j。。进一步，所述的平面几何形状特征信息求取装置包括以下模块: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，用于根据所述平面几何形状的边界或区域信息，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；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
占.
提取模块，包括特征点信息单元，该特征点信息单元用于根据所述特征点和所述参考点及所述曲率信息获得特征点信息，并根据得到的一组特征点信息，按循环排序关系，确定所述平面几何形状的特征信息；其中，所述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。本发明的效果在于:采用本发明所述的方法，可以实现对存在透视变形的平面几何形状图像提取出对应没有变形的平面几何形状的特征信息。
图1是本发明所述方法一种实现方式的流程图；图2是本发明所述系统一种实现方式的结构图；图3是平面目标摄像环境示意图；图4是平面目标前投影模型垂直方向示意图；图5是平面目标前投影模型水平方向示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步描述。如图1所示，一种透视变形平面几何形状特征信息提取方法，包括以下步骤:步骤Sll:提取具有透视变形特征并且包含平面几何形状的图像，确定摄像装置透视中心过成像平面中心Pltl点到目标平面一点P1，确定摄像装置透视中心到P1点的直线与目标平面的夹角S1，选定透视中心到P1点的直线在目标平面投影线上的一点p2，确定摄像装置透视中心到目标平面P2点直线与目标平面的夹角s2;确定透视中心到&点的直线与成像平面的交点P2tl点，所述成像平面中心Pltl点是透视中心Po点对成像平面的正交点；步骤S12:在步骤Sll摄取的图像上,选择由成像平面上Pltl到P2tl点所确定的直线，作为垂直变形方向，选择与垂直变形方向相垂直的方向作为水平变形方向，所述成像平面实际上就是摄取的具有透视变形的图像对应的平面，Pltl是这个图像的中心点，ρ2(ι是P2点对应到该图像上的点；
步骤S13:根据步骤Sll提供的s1、p2、s2、目标平面P1点以及步骤S12选择的垂直变形方向、水平变形方向，根据投影射线，在垂直变形方向的不同位置i，计算相对应的垂直变形系数V [i]和水平变形系数h[i]；步骤S 14:根据得到的垂直变形系数v[i]和水平变形系数h[i]，对具有透视变形的平面几何形状的区域或边界曲线进行矫正并求取平面几何形状的特征信息，得到没有透视变形几何形状的特征信息。如图3、图4所示，图3是平面目标摄像环境示意图。图中Ptl点是摄像装置位置，即透视中心；M是目标平面；图4中的M2 (图3中未画出)是目标平面M在p2点处的成像平面，P1是Po与成像平面M2中心Pltl点的延长线与目标平面的交点！S1是P(!与P1确定的直线与平面M的夹角；p2是Ptl与P1确定的直线在平面M上投影线上的一点；s2是Ptl与P2确定的直线与平面M的夹角；p2(l是透视中心到P2点的直线与成像平面的交点。其中，Pl、Sl、p2、S2这4个参数，唯一的确定了平面目标图像的摄取环境。但是，所选4个参数，只是它所确定唯一摄像环境的充分条件。也就是说，所述唯一摄像环境可以由不同的参数组合来确定。本发明选择所述4个参数，只是考虑求取变形矫正参数的方便性。摄像环境参数还可以选择为源图像中的P1、P2、Si以及透视中心到？1点的距离。其中P1、P2> S1所表示的意义与图4所示的完全相同。根据这组摄像环境参数，利用三角公式可导出如图4所示的Pl、p2、S1, S2摄像环境参数。所以只要利用三角公式可导出如图4所示的PpP2、S1、S2的各种摄像环境参数都适用于本方法。步骤S 12中，选择垂直变形方向和水平变形方向，是基于对平面目标透视变形的分析，也是本发明核心思想的关键环节。图4是图3所示摄像环境，在与图3中Ρ(Ι、Ρ1、Ρ2三点所确定的平面相垂直角度看到的视图。图4中Ρι^Μ'Ρρ S1、p2、S2所表不的彳目息与图3完全相同。图4是按前投影模型绘制的投影示意图，其中的M2是目标平面在P2点处的成像平面，P1是Po与成像平面M2中心点的延长线与目标平面的交点。M2放置的位置只影响实际目标图像与成像图像的比例关系，而不影响透视变形规律。在图4中，将当前仏的位置记作位置1，在M2与Ptl之 间选择另一位置记作位置2，我们在两个不同位置放置成像平面，计算得到的垂直变形系数vji] =k*v2[i];水平变形系数hji] =k*h2[i]。k是在1、2两个不同位置放置成像平面所成图像高度的比例值。由图4可知，透视中心的视野角度确定了目标平面被摄入的范围。本实施例中，P2选择Ptl与P1确定的直线在平面M上投影线与对应成像平面的下边缘线的交点，并将成像平面放置在P2点处。这样处理只是为了分析方便。如果选择的点并未对应成像平面的下边缘，选择P1点到P2的直线与对应成像平面的下边缘线的交点处放置成像平面。选择一根投射线，与M2相交于最下点X(l，定义为成像平面垂直方向长度坐标的O点；与M相交于y(l点，定义为目标平面垂直方向长度坐标的O点。选择任意一根投射线，与M2相交于X点，与M相交于y点，V = y/x就是这一投射线所确定的垂直方向透视变形矫正系数。在步骤S13中，设成像平面垂直方向长度坐标最小值0，最大值Xmax，令i = O到i=Xfflax, i增量为1，循环求取投射线经过成像平面垂直方向长度为i，相交与目标平面的Ii点，垂直方向透视变形矫正系数v[i] =yi/i。水平方向透视变形分析，如图5所示，图5是图3从P(l，P1直线对平面M的投影方向看到的摄像环境的示意图。也是图4由上向下看的示意图。图5中Pc^IVUPpP2所表示的信息与图3完全相同。其中的M2是俯视看到的图4中的成像平面。图中M2与透视中心点Po边界投射线所包围的目标平面区域，投影成像在M2上。由图4可知，成像平面M2上，由坐标O点开始，不同的长度X，投影对应目标平面上的y点与成像平面的距离是不同的，目标平面上的I点对应图5中平行于M2的一条直线，该直线与成像平面的距离z。该直线到透视中心的距离=z+po点到成像平面的距离。图5中与M2平行的处于不同位置的直线与透视中心的距离都是不同的。由图5可知目标到成像的缩小系数与此距离成反比例关系；成像到目标的放大系数与此距离成正比例关系。透视变形矫正是由成像到目标的变换，所以求取成像到目标的放大系数。与求取垂直变形系数相同，在图4中，设成像平面垂直方向长度坐标最小值0，最大值Xmax，令i = O到i = Xfflax, i增量为I，循环求取投射线经过成像平面垂直方向长度为i，相交与目标平面的Ii点，再求取Ii到M2的垂线长度Zi ;透视中心到M2的距离记作Jtl，水平方向透视变形矫正系数h[i] = (j0+Zi)/j0O实际的计算过程，垂直、水平方向透视变形矫正系数在同一循环过程中完成。上述步骤S13中计算获得垂直、水平方向透视变形矫正系数是提取透视变形几何形状特征信息的关键环节和基本条件。在此基础上，在步骤S14中，提取透视变形几何形状特征信息可以有两种具体实施方式
:实施例一:把包含几何形状的透视变形图像进行透视变形矫正，获得没有透视变形的图像，然后利用此图像，按照专利申请《一种平面几何形状特征描述方法》(申请号:200710303995.9)中公开的方法，提取、得到没有透视变形几何形状的特征信息。透视变形矫正过程由两个方向的矫正信息综合计算获得每个像素的矫正系数。垂直方向的不同位置具有不同的垂直方向矫正系数，确定目标平面和成像平面在垂直方向上相互映射关系；垂直方向的不同位置也具有不同的水平方向矫正系数，确定目标平面和成像平面在水平方向上相互映射关系；由此构成目标平面和成像平面的相互映射关系。透视变形的过程，使得部分图像数据在垂直和水平方向产生了不可逆的压缩损失。透视变形的矫正过程是将一个有压缩损失的小图像，转换为一个恢复压缩信息的大图像。一般情况下，透视变形的垂直方向与图像的像素纵向坐标的夹角记作sp。本实施例，设定Sp = O度，即透视变形的垂直方向与图像像素纵向坐标方向一致。这样设定只是为了更直接的说明透视变形的矫正过程。当Sp不等于O时，只需对图像作常规的旋转处理即可满足本实施例的设定要求。透视变形的矫正过程，我们将待矫正的图像称为源图像，矫正后的图像称为目标图像。矫正过程包括如下步骤:I)确定目标图像的宽度和高度；在源图像中确定所述平面几何形状的区域，该区域即为平面几何形状的矫正区域。设区域参数 res 为(left = a1； top = bt, right = ar, bottom = bb),源图像高度 hh,源图像宽度ww。求取矫正后平面几何形状区域图像最大高度h = (hh_bt) *v [hh_bt] - (hh_bb) *v [hh_bb]；求取矫正后平面几何形状区域图像最大宽度w = (ar-ai) *h [hh_bb]；矫正后平面几何形状区域参数red为(left = O, top = O, right = w, bottom =h) ο矫正后目标图像的最大1 度hmax = hh^v [hh]。2)由目标图像计算每个像素对应源图像像素的x、y坐标，按插值方法完成映射计
笪利用垂直、水平矫正系数，可以有很多种方法完成源图像平面几何形状区域到目标图像平面几何形状区域的插值计算。本实施例使用的方法如下:(a)对源图像平面几何形状区域内的第m行和m+1行，求取对应图4中在成像平面的高度。对应m行的高度i = hh-m，对应m+1行的高度是i_l。(b)求取对应矫正后目标图像平面几何形状区域参数red内的行数。源图m行对应目标图的行数化=(int) ((hh-bthvQih-bJ-yi+0.5),其中 Yi = i*v[i];源图 m+1 行对应目标图的行数 nm+1= (int) ((hh-bt)*v[hh-bt]-yi+1+0.5),其中 yi+1 = (i_l) *v[i_l]。对应源图的m行矫正后的目标图像要获得nm+1-nm行。(c)确定对应源图m行和m+1行的水平矫正系数h[i]和h[i_l],设定xQ = ww/2 (ww是源图像的宽度)，Xtl是水平方向的中心坐标，设定目标图像平面几何形状区域参数red左边界对应的矫正后像素的列序号j。= X0+(arx0) /h[bb]。(d)在目标图像上，由nm行到nm+1_l行，逐行计算每个像素与源图的对应关系。第nm行对应源图的行参数Um = m，该行的第j个像素求对应源图像的像素列参数，Xi =Xo+U+jfXoVhti]。行参数Um和列参数Xj均为浮点数，它确定了目标图像上第化行，第j列的像素对应源图的行、列位置。目标图像的像素值由源图上对应位置相邻的4个像素值加权计算得到。当nm+1-nm大 于I行时，利用插值方法求取其它行数据。实施例二:在包含几何形状的透视变形图像中，用边界搜索方法获得具有透视变形的几何形状的边界闭合曲线。利用透视变形矫正方法和插值方法，对所述边界闭合曲线上的像素点进行透视变形矫正，获得没有透视变形的平面几何形状边界曲线。利用此平面几何形状边界曲线，按照专利申请《一种平面几何形状特征描述方法》(申请号:200710303995.9)中公开的方法，提取、得到没有透视变形几何形状的特征信息。这种方法的关键问题在于对具有透视变形的几何形状的边界闭合曲线进行矫正。矫正过程包括如下步骤:I)透视变形图像中，用边界搜索方法获得具有透视变形的几何形状的边界闭合曲线的点坐标集合，设闭合曲线边界点个数为η,边界点表示为ppJO = < i < η),其中PP1.y表示该点的行序号，PP1.X表示该点的列序号；2)确定目标图像的宽度和高度；该步骤与方法一相同，所有符合标记也完全相同。3)在源图像上，对具有透视变形的几何形状的边界闭合曲线的点坐标集合，逐点计算到目标图像对应像素的X、y坐标，并按插值方法完成源图像到目标图像平面几何形状边界闭合曲线的映射计算。利用垂直、水平矫正系数，可以有很多种方法，完成源图像平面几何形状边界闭合曲线到目标图像平面几何形状边界闭合曲线的插值计算。本实施例使用的方法如下:(a)将矫正后平面几何形状区域参数red为界定的图像区域设置成白色；
(b)设定X。= ww/2(ww是源图像的宽度)，X。是水平方向的中心坐标,设定目标图像平面几何形状区域参数red左边界对应的矫正后像素的列序号j。= Χ(1+(&1-Χ(Ι)Λ[1^]。(c)对源图像几何形状边界闭合曲线点坐标集合中的第i点，计算对应目标图像中的点坐标。设对应该点目标图像的行序号为叫，列序号为ji; Iii = (int)((hh-bt) *v [hh-bt] -yi+0.5),其 Φ Yi = (hh-pp1.y) *v [hh-pp1.y] ； Ji = (PP1.x-XohhQih-pP1.y]+xQ-j。。将目标图像的Iii行，列像素设置为黑色。当源图像几何形状边界闭合曲线点坐标集合中，连续点映射到目标图像中成为不连续点时，利用插值方法使目标图像中两点之间连续。顺序完成源图像几何形状边界闭合曲线点坐标集合中各点的映射计算，即可获得矫正后几何形状曲线。上述的两种方法都能实现在包含几何形状的透视变形图像中提取没有透视变形几何形状的特征信息。其差别在于:方法一的求取过程，需要对包含几何形状区域的图像做透视变形矫正；方法二的求取过程，需要对几何形状的边界曲线做透视变形矫正；方法一的求取过程计算量最大，方法二的求取过程计算量最小。如图2所示，一种透视变形平面几何形状特征信息提取系统，包括以下装置:图像及摄像环境参数提取装置21:用于提取具有透视变形特征并且包含平面几何形状的图像，确定摄像装置透视中心过成像平面中心Pltl点到目标平面一点P1，确定摄像装置透视中心到P1点的直线与目标平面的夹角S1，选定透视中心到P1点的直线在目标平面投影线上的一点P2,确定摄像装置透视中心到目标平面P2点直线与目标平面的夹角S2 ;确定透视中心到P2点的直线与成像平面的交点P2tl点，所述成像平面中心Pltl点是透视中心P。点对成像平面的正交点；垂直及水平变形方向确定装置22:用于在成像平面上Pltl点到P2tl点所确定的直线，作为垂直变形方向，选择与垂直变形方向相垂直的方向作为水平变形方向；
变形系数计算装置23:用于根据所述的Sl、p2、s2,目标平面一点P1点以及垂直变形方向、水平变形方向，根据投影射线，在垂直变形方向的不同位置i，计算相对应的垂直变形系数v[i]和水平变形系数h[i]；平面几何形状特征信息求取装置24:根据得到的垂直变形系数v[i]和水平变形系数h[i]，对具有透视变形的平面几何形状的区域或边界曲线进行矫正并求取平面几何形状的特征信息，得到没有透视变形几何形状的特征信息。本实施例中，所述的变形系数计算装置包括:I)用于计算垂直变形系数v[i]的计算装置设成像平面垂直方向长度坐标最小值O,最大值Xmax,令i = O到i = xmax, i增量为1，循环求取投射线经过成像平面垂直方向长度为i，相交与目标平面的Yi点，垂直方向透视变形矫正系数V [i] =yi/i。2)用于计算水平变形系数h[i]的计算装置求取yi到M2的垂线长度Zi ;透视中心到M2的距离记作Jtl，水平方向透视变形矫正系数 h[i] = (jd+zj/j。。本实施例中，所述的平面几何形状特征信息求取装置包括以下模块:扫描模块，用于按照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，用于根据所述平面几何形状的边界或区域信息，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征
占.
提取模块，包括特征点信息单元，该特征点信息单元用于根据所述特征点和所述参考点及所述曲率信息获得特征点信息，并根据得到的一组特征点信息，按循环排序关系，确定所述平面几何形状的特征信息；其中，所述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。本发明所述的方法和系统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
1.一种透视变形平面几何形状特征信息提取方法，包括以下步骤: (1)提取具有透视变形特征并且包含平面几何形状的图像，并设定摄像环境参数； (2)根据摄像环境参数确定垂直变形方向，选择与垂直变形方向相垂直的方向作为水平变形方向； (3)根据步骤1提供的摄像环境参数以及步骤2选择的垂直变形方向、水平变形方向，根据投影射线，在垂直变形方向的不同位置i，计算相对应的垂直变形系数v[i]和水平变形系数h[i]； (4)根据得到的垂直变形系数v[i]和水平变形系数h[i]，对具有透视变形的平面几何形状的区域或边界曲线进行矫正并求取平面几何形状的特征信息，得到没有透视变形几何形状的特征信息。
2.如权利要求1所述的一种透视变形平面几何形状特征信息提取方法，其特征是:步骤I中，所述的摄像环境参数的设定方法如下:确定摄像装置透视中心过成像平面中心Pki点到目标平面一点P1，确定摄像装置透视中心到P1点的直线与目标平面的夹角S1，选定透视中心到P1点的直线在目标平面投影线上的一点P2，确定摄像装置透视中心到目标平面P2点直线与目标平面的夹角S2，确定透视中心到P2点的直线与成像平面的交点P2tl点，所述成像平面中心P1O点是透视中心Po点对成像平面的正交点； 步骤2中，选择由成像平面上Pltl到P2tl点所确定的直线作为垂直变形方向； 所述的摄像装置透视中心、目标平面一点PpS1以及p2、s2是根据摄像装置所在摄像环境所来确定。
3.如权利要求2所述的一种透视变形平面几何形状特征信息提取方法，其特征是:步骤3中，设成像平面垂直方向长度坐标最小值0，最大值Xmax，令i = O到i = Xfflax, i增量为I，循环求取投射线经过成像平面M2垂直方向长度为i，相交于目标平面的yj点，计算位置i处的垂直方向透视变形矫正系数v[i] =yi/i。
4.如权利要求3所述的一种透视变形平面几何形状特征信息提取方法，其特征是:步骤3中，再求取Ji到成像平面M2的垂线长度Zi ;透视中心到M2的距离记作Jci,计算位置i处的水平方向透视变形矫正系数h[i] = (jo+z^/joo
5.如权利要求1到4中任一项所述的一种平面目标图像透视变形的矫正方法，其特征是，步骤4中，求取具有透视变形特征的平面几何形状特征信息的方法包括以下步骤: 1)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； 2)根据所述平面几何形状的边界或区域信息，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； 3)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； 4)根据所述特征点和所述参考点及所述曲率信息获得特征点信息，并根据得到的一组特征点信息，按循环排序关系，确定所述平面几何形状的特征信息； 其中，获得特征点信息包括: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R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。
6.如权利要求5所述的一种平面目标图像透视变形的矫正方法，其特征是:步骤4中，先把包含几何形状的透视变形图像进行透视变形矫正，获得没有透视变形的图像，然后再提取、得到没有透视变形几何形状的特征信息。
7.如权利要求6所述的一种平面目标图像透视变形的矫正方法，其特征是，对透视变形图像进行透视变形矫正的方法是: 1)确定目标图像的宽度和高度； 在源图像中确定所述平面几何形状的区域，该区域即为平面几何形状的矫正区域，设区域参数 res 为(left = a1； top = bt, right = ar, bottom = bb),源图像高度 hh,源图像宽度ww，求取矫正后平面几何形状区域图像最大高度h: h = (hh_bt) *v [hh-bt] - (hh_bb) *v [hh~bb]； 求取矫正后平面几何形状区域图像最大宽度w:w = {ar-a^} *h [hh_bb]； 矫正后平面几何形状区域参数red为(left = O, top = O, right = w, bottom = h)； 矫正后目标图像的最大闻度hmax = hh*v[hh]； 2)由目标图像计算每个像素对应源图像像素的X、y坐标，按插值方法完成映射计算。
8.如权利要求7所述的一种平面目标图像透视变形的矫正方法，其特征是，步骤2)中，所述的插值方法是: (a)对源图像平面几何形状区域内的第m行和m+1行，求取对应在成像平面的高度，对应m行的高度i = hh-m,对应m+1行的高度是i_l ； (b)求取对应矫正后目标图像平面几何形状区域参数red内的行数，源图m行对应目标图的行数化=(int) ((hh-bthvQih-bJ-yi+0.5),其中 Yi = i*v[i];源图 m+1 行对应目标图的行数nm+1= (int) ((hh_bt) *v[hh-bt]_yi+1+0.5)，其中 yi+1= (i_l) *v[i_l],对应源图的m行矫正后的目标图像要获得nm+1-nm行； (c)确定对应源图m行和m+1行的水平矫正系数h[i]和h[i_l],设定xQ= ww/2, ww是源图像的宽度，Xtl是水平方向的中心坐标，设定目标图像平面几何形状区域参数red左边界对应的矫正后像素的列序号j。= X0+(arx0)/h[bb]； (d)在目标图像上，由nm行到nm+1-l行，逐行计算每个像素与源图的对应关系，第nm行对应源图的行参数um = m,该行的第j个像素求对应源图像的像素列参数，Xj =X。+(j+j「xQ)/h [i]，行参数Um和列参数Xj均为浮点数，它确定了目标图像上第nm行，第j列的像素对应源图的行、列位置，目标图像的像素值由源图上对应位置相邻的4个像素值加权计算得到，当nm+1-nm大于I行时，利用插值方法求取其它行数据。
9.如权利要求5所述的一种平面目标图像透视变形的矫正方法，其特征是:步骤4中，在包含几何形状的透视变形图像中，用边界搜索方法获得具有透视变形的几何形状的边界闭合曲线，利用透视变形矫正方法和插值方法，对所述边界闭合曲线上的像素点进行透视变形矫正，获得没有透视变形的平面几何形状边界曲线，利用此平面几何形状边界曲线，提取、得到没有透视变形几何形状的特征信息。
10.如权利要求9所述的一种平面目标图像透视变形的矫正方法，其特征是，对具有透视变形的几何形状的边界闭合曲线进行矫正的方法包括如下步骤:1)透视变形图像中，用边界搜索方法获得具有透视变形的几何形状的边界闭合曲线的点坐标集合，设闭合曲线边界点个数为η,边界点表示为ppjo = < i < η),其中PP1.y表示该点的行序号，PP1.X表示该点的列序号； 2)确定目标图像的宽度和高度； 在源图像中确定所述平面几何形状的区域，该区域即为平面几何形状的矫正区域，设区域参数 res 为(left = a1； top = bt, right = ar, bottom = bb),源图像高度 hh,源图像宽度ww，求取矫正后平面几何形状区域图像最大高度h:h = (hh_bt) *v [hh-bt] - (hh_bb) *v [hh~bb]； 求取矫正后平面几何形状区域图像最大宽度w: w = {ar-a^} *h [hh_bb]； 矫正后平面几何形状区域参数red为(left = O, top = O, right = w, bottom = h)； 矫正后目标图像的最大闻度hmax = hh*v[hh]； 3)在源图像上，对具有透视变形的几何形状的边界闭合曲线的点坐标集合，逐点计算到目标图像对应像素的X、I坐标，并按插值方法完成源图像到目标图像平面几何形状边界闭合曲线的映射计算。
11.如权利要求10所述的一种平面目标图像透视变形的矫正方法，其特征是，步骤3)中，按插值方法完成源图像到目标图像平面几何形状边界闭合曲线的映射计算的方法如下: (a)将矫正后平面几何形状区域参数1^为界定的图像区域设置成白色； (b)设定X。=ww/2, ww是源图像的宽度，X0是水平方向的中心坐标，设定目标图像平面几何形状区域参数red左边界对应的矫正后像素的列序号j。= X0+(B1-X0)Atbb]； (c)对源图像几何形状边界闭合曲线点坐标集合中的第i点，计算对应目标图像中的点坐标，设对应该点目标图像的行序号为叫，列序号为ji; Iii = (int)((hh-bt) *v [hh-bt] -yi+0.5),其 Φ Yi = (hh-pp1.y) *v [hh-pp1.y] ； Ji = (PP1.x-x0)*h[hh-pp1.y]+xQ-j。，将目标图像的Iii行，J1i列像素设置为黑色，当源图像几何形状边界闭合曲线点坐标集合中，连续点映射到目标图像中成为不连续点时，利用插值方法使目标图像中两点之间连续，顺序完成源图像几何形状边界闭合曲线点坐标集合中各点的映射计算，即可获得矫正后几何形状曲线。
12.—种透视变形平面几何形状特征信息提取系统，包括以下装置: 图像及摄像环境参数提取装置:用于提取具有透视变形特征并且包含平面几何形状的图像，并设定摄像环境参数； 垂直及水平变形方向确定装置:用于根据摄像环境参数确定垂直变形方向，选择与垂直变形方向相垂直的方向作为水平变形方向； 变形系数计算装置:用于根据所述的摄像环境参数以及垂直变形方向、水平变形方向，根据投影射线，在垂直变形方向的不同位置i，计算相对应的垂直变形系数v[i]和水平变形系数h[i]； 平面几何形状特征信息求取装置:根据得到的垂直变形系数v[i]和水平变形系数h[i]求取具有透视变形特征的平面几何形状特征信息并进行矫正，得到没有透视变形几何形状的特征信息。
13.如权利要求12所述的一种透视变形平面几何形状特征信息提取系统，其特征在于，所述的变形系数计算装置包括: 1)用于计算垂直变形系数v[i]的计算装置 设成像平面垂直方向长度坐标最小值O,最大值Xmax,令i = O到i = xmax, i增量为I,循环求取投射线经过成像平面垂直方向长度为i，相交于目标平面的Ii点，垂直方向透视变形矫正系数V [i] = Yi/i ; 2)用于计算水平变形系数h[i]的计算装置 求取Ji到M2的垂线长度Zi ;透视中心到M2的距离记作Jci,水平方向透视变形矫正系数h[i] =
14.如权利要求12或13所述的一种透视变形平面几何形状特征信息提取系统，其特征在于，所述的平面几何形状特征信息求取装置包括以下模块: 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，用于根据所述平面几何形状的边界或区域信息，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； 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； 提取模块，包括特征点信息单元，该特征点信息单元用于根据所述特征点和所述参考点及所述曲率信息获得特征点信息，并根据得到的一组特征点信息，按循环排序关系，确定所述平面几何形状的特征 信息； 其中，所述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。
全文摘要
本发明涉及一种透视变形平面几何形状特征信息提取方法及系统，属于模式识别技术领域。在现有的几何形状描述与识别技术中，还没有对变形几何形状的描述与识别的相关处理技术。本发明所述的方法及系统首先获取矫正前的源图像及摄像环境参数，然后确定垂直变形方向及水平变形方向，计算垂直变形系数v[i]和水平变形系数h[i]，对具有透视变形的平面几何形状区域或平面几何形状边界曲线进行矫正，最后求取矫正后平面几何形状特征信息。采用本发明所述的方法和系统可以实现对存在透视变形的平面几何形状图像提取出对应没有变形的平面几何形状的特征信息。
文档编号G06K9/46GK103177253SQ20111043616
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者曾培祥 申请人:北大方正集团有限公司, 方正国际软件(北京)有限公司