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专利号: 2016110045578
申请人: 青岛科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于特征描述符的圆弧匹配方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤A、通过高斯金字塔构建尺度空间,提取圆弧;

所提取的圆弧包括以下信息:每条圆弧上的像素数、每个像素的坐标、提取圆弧条数、每条圆弧的端点坐标、圆弧弦的方向;其中,在求取圆弧上的像素数时将圆弧所在位置分成八象限来分析;

步骤B、对上述提取的圆弧进行描述,包括以下步骤:B1、以提取后的圆弧为中心,生成圆弧支撑区域;

B2、在支撑区域中构建圆弧描述符CBD;

步骤C、根据生成的圆弧描述符CBD进行圆弧匹配。

2.根据权利要求1所述的匹配方法,其特征在于:所述步骤A中对圆弧提取包括以下步骤:A1、尺度缩放:输入原始图像,对输入图像进行尺度缩放;

A2、计算像素梯度幅值和梯度方向:计算上述图像中所有像素点在图像坐标系下的梯度幅值 和梯度方向ang(x,y)=arctan(gy(x,y)/gx(x,y)),其中,所述图像坐标系以图像的左上角为坐标原点,向右建立坐标横轴,向下建立坐标纵轴,x,y是所求像素点的横纵坐标,gx(x,y)和gy(x,y)分别是图像上每个像素点在横、纵坐标轴方向的梯度;

A3、曲线生长并拟合圆弧:取梯度幅值最大的点作为种子点,以种子点为起点进行区域生长,生成一个能包含所有像素点的最小外接矩形;然后根据凸性原则和平滑原则连接区域生长生成的相邻的矩形区域,得到曲线生长的结果;最后将曲线生长后生成的圆环拟合成圆弧;

A4、计算误报率(NFA),验证圆弧。

3.根据权利要求1所述的匹配方法,其特征在于:所述步骤A中,在提取圆弧过程中,还包括两个约束条件:(1)所提取圆弧的圆心角大于5°;(2)所提取圆弧的半径小于原始图像高度的一半。

4.根据权利要求1所述的匹配方法,其特征在于:所述步骤A中在八象限下求取圆弧上的像素数时,包括以下步骤:(1)设定圆弧弧长与其像素数比值为1.1,求圆弧跨过完整象限的像素数P1;

(2)根据圆弧起点所在象限及坐标以及圆弧与坐标轴的交点坐标求得圆弧起点所在象限像素数P2;

(3)根据圆弧终点所在象限及坐标以及圆弧与坐标轴的交点坐标求得圆弧终点所在象限像素数P3;

(4)最后得出该圆弧上总的像素数P:P=P1+P2+P3,所述圆弧的起点到终点以顺时针方向表示。

5.据权利要求4所述的匹配方法,其特征在于:所述步骤A中获得像素数后,求取每条圆弧上每个像素的坐标,包括以下步骤:(1)构建二元二次方程组 其中,x,y是所求像素点横纵坐标,x0,y0是当前圆弧圆心的横纵坐标,xq,yq是当前圆弧上所求像素点的前一个像素点的横纵坐标,r是当前圆弧的半径,α是将当前圆弧所对应圆心角分为P个圆心角后,每一个圆心角的大小;求得两组解及两组解对应的两个像素点与x轴正方向的夹角;

(2)利用圆弧起始角和终止角约束及圆弧圆心角约束剔除上述所述两组解中的一组解,依次循环到圆弧终点,得到圆弧上每个像素点的横纵坐标。

6.据权利要求1所述的匹配方法,其特征在于:所述步骤B1中生成圆弧支撑区域包括以下步骤:B11、计算圆弧支撑区域中第一条圆弧的第一个像素点的坐标值,所述第一条圆弧是圆弧支撑区域中最先生成的圆弧,第一个像素点是指圆弧的起点;

B12、计算该圆弧所对应的圆心坐标;

B13、计算圆弧上第一个像素点在局部坐标系中横轴和纵轴方向的梯度投影其中,所述局部坐标系是指以圆弧所对应弦的中点作为原点,分别以圆弧所对应弦的方向dC和其正交方向d⊥为横轴和纵轴建立的坐标系,dx是图像坐标系中像素点在x方向的梯度,dy是图像坐标系中像素点在y方向的梯度,二者经坐标变换后分别得到局部坐标系中像素点在d⊥方向和dC方向的梯度;

B14、依次求该条圆弧上其余像素点的横纵坐标、圆心坐标和梯度投影,循环B11、B12、B13步骤,计算其他圆弧像素点的坐标值,最终求得所有圆弧上所有像素点的坐标值,圆弧支撑区域生成。

7.根据权利要求1所述的匹配方法,其特征在于:所述步骤B2中,构建圆弧描述符CBD包括以下步骤:B21、构建带描述符 j1表示第j1条圆弧带;

B22、所有的带描述符 构成圆弧描述符CBD:

B23、结合 和CBD生成带状描述矩阵

其中, 2w和3w分别表示圆弧带 在圆弧支撑区域两边和中间的情况,n为圆弧的条数,m为圆弧带的数目,带描述符 和 分别是的均值和标准差。

8.根据权利要求7所述的匹配方法,其特征在于:所述步骤B23中,还需要对描述符CBD做以下处理:取圆弧描述符CBD的均值和标准差、并将圆弧描述符CBD的均值和标准差分别标准化,且使圆弧描述符CBD中的每个数据均小于阈值0.4,以作为最终的圆弧描述符。

9.根据权利要求1所述的匹配方法,其特征在于:所述步骤C中,圆弧匹配步骤具体包括:C1、根据一元几何属性约束和局部外观相似性约束生成候选匹配对;

C2、建立候选匹配对关系图:用邻接矩阵A建立两组候选匹配对之间的关系图;邻接矩阵A的元素 其中,Aij是为A的元素,dΘ是相对夹角相似性;

分别是两幅图像中第i个和第j个描述符之间的最小描述符距离相似性,Γ是条件;对于所有的候选匹配对,分别计算Aij,最终得到邻接矩阵A;

dΘ, 和Γ的定义如下:

其中, 分别是原始图像o和变换图像q中任两条圆弧的相对夹角,tΘ是相对夹角阈值, 分别是原始图像和变换图像中具有最小描述符距离的两条圆弧的描述符,ts是最小描述符距离阈值;Γ≤1表示其中每个元素的值都不能大于1;

C3、根据邻接矩阵A,计算邻接矩阵A的主特征向量;然后用片面性约束和相对夹角约束生成最终的匹配结果。