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形状匹配及其在剪纸中的应用研究

作　者: 郭明明
导　师: 张显全
学　校: 广西师范大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 形状匹配角点剪纸图像检索
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 194次
引　用: 3次
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内容摘要

图像是表现信息的一种直观有效的形式,已广泛地应用于各行各业中。形状是图像中目标的基本内在特性,可以看成是目标的轮廓,是用于目标识别的重要特征。形状匹配问题包括形状描述和形状匹配,是计算机视觉和模式识别中最基础的研究内容之一,其应用已经渗透到目标识别、基于内容的图像检索、文字识别、医疗诊断等很多方面。由于形状匹配许多理论和技术与实际应用密切相关,因而通用的理论和技术较少。针对实际应用,研究具体的形状匹配算法,既可达到解决问题的目的,又可丰富模式识别技术。本文研究了形状描述方法和匹配算法,提出了一种新的形状描述子,实现了基于边界角点特征的形状匹配算法,通过理论分析和实验结果验证算法的可行性和有效性,并实现了其在剪纸图像检索系统中的应用。主要进行了如下四个方面的工作:(1)形状描述子的表示研究。形状描述是形状匹配的基础,直接影响目标匹配结果的正确性。通过分析典型的形状描述方法,提出了一种新的几何特征描述子,即区域长轴的两端点与重心所成的夹角。证明了该描述子具有平移、旋转和伸缩不变性,实验结果表明新描述子可以有效描述不同形状的差异。(2)基于界限圈算法的剪纸图像匹配算法。结合剪纸图像形状简洁、棱角鲜明等特征,提出了一种基于角点特征的界限圈匹配算法。用边界的角点与区域重心的相对位置关系来描述目标形状,对参考图的每个角点建立界限圈,利用待匹配图中的角点落入参考图中每个界限圈内的情况来判断两图角点的对应关系,并给出相似性度量方法。该算法不受平移、旋转和伸缩等因素影响,对误差控制较为鲁棒,适用于简单剪纸图像的匹配检索。(3)基于几何散列法的剪纸图像匹配算法。对于现实中较为复杂的剪纸图像,根据几何散列匹配算法,采用图像中的两个特征点作为基底,改进不变量坐标计算,应用极坐标对特征点进行描述,并建立了散列函数,通过构造链式散列表的方法有效地解决了地址冲突问题,减少了算法的计算量。该算法具有较好的处理各种几何变换下或只有局部图像相似的图像匹配能力,适用于复杂剪纸图像的匹配检索。(4)剪纸图像检索系统的设计与实现。剪纸是我国历史悠久的传统民间艺术之一,论文建立剪纸图像形状特征库,设计实现了一个基于本文匹配算法的剪纸图像检索系统,提供了多种检索类型并实现对剪纸图像库的有效管理。实验所用的剪纸图像均为扫描剪纸相关书籍得到,通过对各种剪纸图像进行大量实验,验证了该系统的有效性和实用性,结果表明:(1)新的几何特征描述子具有平移、旋转和伸缩不变性,对多数不规则图形有较好的区分度;(2)界限圈匹配算法不受几何变换影响,对产生形变的简单剪纸图像有较好的匹配与检索效果;(3)改进后的几何散列法计算量减少,解决了散列地址冲突,处理局部相似的图像匹配效果较好,对复杂的剪纸图像具有较高检索精度;(4)基于本文匹配算法的剪纸图像检索系统操作简单,能实现对剪纸图库的检索、浏览、管理等操作,实用性强,能有效实现剪纸图像的快速检索,检索结果符合人眼视觉感受。

全文目录

中文摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-16
  1.1 形状匹配概述  9-10
  1.2 形状匹配问题的研究现状  10-14
    1.2.1 形状描述的研究现状  10-12
    1.2.2 形状匹配的研究现状  12-14
  1.3 论文研究的主要内容、目的和意义  14-16
第二章形状描述子的表示研究  16-21
  2.1 形状描述  16
  2.2 一种新的几何特征形状描述子  16-18
  2.3 实验结果  18-20
    2.3.1 与偏心率的比较实验  18-19
    2.3.2 平移旋转和伸缩变换实验  19
    2.3.3 相似形状的图形匹配  19-20
  2.4 小结  20-21
第三章一种基于角点特征的界限圈匹配算法  21-34
  3.1 特征提取  21-24
    3.1.1 角点计算方法  21-23
    3.1.2 边界跟踪及角点计算  23-24
  3.2 形状描述  24-25
    3.2.1 角点的极坐标转换及排序  25
    3.2.2 角点的集合表示  25
  3.3 界限圈算法  25-32
    3.3.1 算法思想  26-28
    3.3.2 算法分析  28-31
    3.3.3 算法实现步骤  31
    3.3.4 复杂度分析  31-32
  3.4 实验结果  32-33
  3.5 小结  33-34
第四章一种基于几何散列法的剪纸图像匹配算法  34-42
  4.1 几何散列法  34-35
  4.2 特征点的不变量坐标  35-37
  4.3 散列表索引地址的计算  37-38
    4.3.1 散列函数的构造  37
    4.3.2 构造链式散列表处理冲突  37-38
  4.4 相似性度量――投票法  38-40
    4.4.1 数据在散列表中的存储方式  38
    4.4.2 投票策略  38-40
    4.4.3 复杂度分析  40
  4.5 实验结果  40-41
  4.6 小结  41-42
第五章剪纸图像检索系统的设计与实现  42-51
  5.1 剪纸  42
  5.2 系统结构  42-44
  5.3 特征提取模块  44-45
  5.4 检索匹配模块  45-46
    5.4.1 检索分类  45
    5.4.2 检索匹配模块的结构  45-46
  5.5 系统实现  46-48
  5.6 实例设计  48-50
  5.7 小结  50-51
第六章总结与进一步的工作  51-53
  6.1 全文总结  51-52
  6.2 进一步工作  52-53
参考文献  53-56
攻读硕士学位期间的科研及获奖情况  56-57
致谢  57-58

形状匹配及其在剪纸中的应用研究

内容摘要

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