图像矢量化的研究

图像矢量化的研究 机 械 管 理 开 发第 24 卷第 3 期(总第 108 期) 年 6 月 2009 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Vol.24 No,3 (SUM No,108)Jun , 2009 图像矢量化的研究 李宁,李文斌,吕明 (太原理工大学 机械工程学院, 山西 太原 030024) 在数字图像处理的基础上,讨论对 JPG图像进行一系列处理转化为矢量文件的方 法,其算法涉及图像的 【摘 要】 灰度化、二值化、滤波、轮廓提取、细化、矢量化的研究。 【关键词】 灰度化,二值化,滤波,矢量化 【中图分类号】TP391.41 【文献标识码】A 【文章编号】 1003-773X,2009,03-0169-02 2 引 言 0 用某种形式的二维窗口。 设 f,(i,j)?I 表示数字图像各点 i j 本文利用数字图像处理技术, 给出了一种将 JPG ,滤波窗口为 A 的二维中值滤波可定义为, 的灰度值 2 图像转换为矢量文件的方法。 先将 JPG图像依次转 化 y= Med { f} = Med { f , ( r , s ) ? A , ( i , j ) ? I } . i j ( i + r ) , ( j + s ) ij[3] 为灰度图、二值化图,在此基础上提取图像的轮廓,对 3 边缘提取算法和细化的研究 处理二值图像时, 形态学主要是提取用于描绘和 轮廓进行曲线拟合和矢量化,把图像的信息存储为若 表达形态有用的图像成分。 集合 A 的边界表示,它可通 干有向直线段的集合形式,最后生成 PLT文 件。 [1] 1 即,图的灰度化和二值化过先有 B 对 A 腐蚀,而后用 A 减去腐蚀得到。 图像灰度化的过程就是彩色图像转换为黑白图像 B(A) =A-(A?B) .这里 B 是一个适当的结构。 图 1 是为 的过程是一种较好的实现方式: 了说明边界提取的机理,显示了一个简单的二值图像、 Gray= R×0.299+G×0.587+B×0.114.一个结构元素 B,以及使用上式的结果。 图像细化是在 不改变图像像素拓扑连接性关系的前提下, 连续地剥 下面将具体介绍本文采用的二值化方法。 落图像的外层像素,使之最终成为单像素宽的过程。 1.1 简单统计法 Kittler 等人提出一种基于简单的图像统计的阈值 选取方法,阈值可以直接计算得到,避免了灰度 直方图,也不涉及准则函数的优化。 该方法的计算公 式为, T=e(x,y) f(x,y)/ e(x,y).xy xy ΣΣΣΣ 其中, e(x,y)= max{ , }, ee xy e= f (x1,y).(x+1,y) . e= f(x,y1)-f(x,y+1) .--f- x y 1.2 最大类间方差法 边缘提取算法示意图图 1 Otsu提出的最大类间方 差法的原理,是把图像直 4 曲线拟合 方图用某一灰度值分割成两组,当这两组间方差最大 图像按从左到右、从上到下的顺序搜索,当遇到黑 时,此灰度值就作为图像二值化处理的阈值。 设图像 像素点时,设定其为一条曲线的起点,开始顺序搜索其 中的灰度范围为{0,1,…,l1} ,选择 阈值 t 将其划为两 - 邻接的黑像素点, 若两点的距离小于 D ,D 是距离阈 类,C{0,1, … t}c{t+1,t …… ,l-1}。 为此引入类内方差 01值,,则由这两点构成一条直线。 判断下一个新的邻接 22 2 、类间方差 σ 、总体方差 σ ,并定义三个等效的准σ WBT黑像素点,若该点对已形成的直线的距离小于 D,则认 2 2 2 2 2 2 则测量,λ=σ/σ. κ=σ/σ. η=σ/σ B W T W B T 为该点在直线上。 继续考察该点的下一个邻点,直到 d 2 通过优化 η 获取阈值,故 t=Argmaxσ. B 0 st，l-1 大于 D,搜索停止,已被搜索过的点组成一条直线。 2 222 式中, σ=W (μ- μ)+W (μ -μ).其中,σ 为两类间最大B 0 0 2 2 B PLT文件生 成 5 方差,W为 C类概率,μ为 C类平均灰度, W为 C 0 0 0 0 1 1PLT是一种矢量图形格 式,它利用 HP-GL 语言模 类概率,μ为 C类平均灰度,μ 为图像总体平均灰度。 2 2 拟绘图仪,使得用户可以方便地得到图形的信息。 PLT [2] 2 中值滤波的研究 文件的内容由一系列的绘图指令组成,只要弄清文件中值滤波是一种去除噪声的非线性信号处理方法, 中每一条指令的含义,就可把矢量图形存储为 PLT文 基本原理是把数字图像或数字序列中一点的值,用该点 件。 矢量图实例见图 2。 的一个领域中各点值得中值代替。 中值滤波在二维,利 ,下转第 171 页, 收稿日期,2008-1021,修回日期,2009-02-10 - 作者简介,李 宁,,,男,山西太原人,在读硕士研究生,主要研究方向,图形图像学和 集成技术。 1982-CAD/CAM 169 ?? glTranslatef(xPos,yPos,zPos); //绘制机器人 机器人的手臂是一个 1×4×1 的立方体 //glScalef(1.0f,4.0f,1.0);f void DrawRobto(float xPos,f loat yPos,f loat zPos) DrawCube0(.0f,0.0f,0.0);f { glPopMatrix(); static bool leg1=true; //机器人腿的状态 } statc boo eg2=fase; 前后 illl//true=,false=绘制头部 //static bool arm1=true; 机器人手臂的状态 // 前后 static bool arm2=false; vod DrawHead(foat xPos,foat yPos,foat zPos) //true=,fase=illll glPushMatrix(); { glPushMatrix(); //在所期望的坐标处绘制机器人 glColor3f(1.0f,1.0f,1.)0;/f/白色 glTranslatef(xPos, yPos,z Pos); glTranslatef(xPos,yPos,zPos); 结束语 4 可视化软件 OpenGL是当今最为流行的 可视化技 //机器人的头是一个 2×2×2 的立方体 glScalef(2.0f,2.0f,2.0);f 术开发工具之一,功能强大,具有非常优秀的场景处理 DrawCub(0e.0f,0.0f,0.0);f 和实时控制能力,已成为三维图形开发标准,随着计算 glPopMatrix(); } 机软、硬件的不断进步,计算机图形学、系统仿真等相 绘制躯干 //关学科突飞猛进的发展, 可视化技术将被人们更加重 void DrawTorso(float xPos,float yPos,float zPos) 视,被应用到社会生活的各个方面,从航空航天、气象 { 预报、油气勘察、水利电气再到普通的日常生活中都会 glPushMatrix(); 有它的影子,从长远来看,可视化技术将会在更大的领 glColor3f(0.0f,0.0f,1.)0; f//蓝色 glTranslatef(xPos,yPos,zPos); 域中得到广泛的应用。 OpenGL作为一种优秀的图形 //机器人的躯干是一个 3×5×2 的立方体 glScalef(3.0f,5.0f,2.0);f 开发工具为计算机图形开发者提供了一种新的方法和 DrawCub(0e.0f,0.0f,0.0);f 思路。 特别在机器人的仿真中,OpenGL 的仿真将会也 glPopMatrix(); 必将会取代其他的仿真工具成为主流仿真软件。 } 参考文献绘制腿 //朱亚平.OpenGL编程实 例[M],北京,人民邮电出版社,1999, [1] void DrawLeg(float xPos,f loat yPos,f loat zPos) 贾志刚,OpenGL 编程人门与提高[M],北京,中国环境科技出 [2] { glPushMatrix(); ,1999, 版社glColor3f(1.0f,1.0f,0.)0;/f/黄色 glTranslatef(xPos, yPos,z Pos); [3] MichaeI J,Young 著,邱仲潘等译,Visual C++6,0 从人门到精 [M],北京,中国电子工业出版社,1999, 通//机器人的腿是一个 1×5×1 的立方体 glScalef(1.0f,5.0f,1.0);f [4] Divid J,Kruglinsk,Visuali C++技术内幕[M],(4 版)潘爱民,等 DrawCub(0e.0f,0.0f,0.0);f .北京,清华大学出版社,2002, 译glPopMatrix(); 徐元昌工业机器人,,北京,中国轻工业出版社, [5] ,M,1999,} Technology Research Basedon OpenGL about Robotics Simulation ZHANG Chen-xu (Departmentof Computer Science, North Untversityof China, Taiyuan 030051, China) 〔Abstract〕 The interface proceedingin programming with 0penGLand Visual C + + is elabrate,dOpenGL is introducedin detail in this paper aswell as its applied aspect,stepss,methods. The OpenGL functions, features and the realization of the principle are elaborated .TheOpenGL graphics stepsis overviewed briefly.Finally, the simulation routine,is and provided. map 〔〕 ,, Key wodsOpenGLroboticsSimulationr !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ,上接第 169 页, 图像的矢量化等过程进行了研究,能够较好地保持图 像的边界特征信息,处理质量得到改善。 但在今后的 应用过程中,仍要不断地完善和改进,特别是向三维 目标物体的图像处理方面拓展探究。 参考文献 [1] 冈萨雷斯.阮秋琦等译.数字图像处理[M].北京,电子工业出 ,2003. 版社 [2] 唐良瑞,马全明,景晓军,等.图像处理实用技术[M].北京,化 图 2 原始图和矢量图的实例 ,2002. 学工业出版社6 结束语 [3] 王润生.图像理解[M].长沙:国防科技大学出版社,1995. 本文论述的图像矢量化方法,从图像的灰度化、 二值化、对图形进行噪声消除、断线修补、轮廓提取、 Study on Image Vectorization LI Ning,LI Wen-bin,LV ng Mi (Collegeof Mechanical Engineering, Taiyuan Universityof Technology , Taiyuan 030024,China) 〔Abstract〕 The paper mainly discusses the method that a series of image processingfile format of transformed the JPG to vector graphicsthe on basis ofdigita l image processin,andg the algorithm relating to gradation,binary, filtering, countour extraction, thinning,vectorizatiosoo n. n, and 〔Key words〕 Gradation; Binary; Filtering; Vectorization 171 ??