一種路面二值圖像的邊緣矢量線提取算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地理信息系統(tǒng)和圖像處理與信息提取技術(shù)，具體涉及一種路面二值圖 像的邊緣矢量線提取算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 公路是國民經(jīng)濟(jì)賴以發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，隨著公路交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，人們對 公路路面質(zhì)量及其養(yǎng)護(hù)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的人工檢測方法存在效率低、影響交通、耗 時耗力和不精確等缺點(diǎn)，已不能適應(yīng)公路快速發(fā)展的要求。而通過對面圖像的提取、處理和 分析，從而檢測出路面病害（如破損、裂紋等）的方式，已逐漸成為一種路面檢測的重要手 段。
[0003] 我們知道，對物體進(jìn)行觀測的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，不論是近景、中景還是遙感圖像，通 過一定的圖像處理，一般總是能夠?qū)⒕哂幸欢ü庾V、灰度或其他特性的區(qū)域通過圖像處理 轉(zhuǎn)換成二值圖像。二值圖像是提取物方特性區(qū)的位置、范圍和性質(zhì)等信息的重要基礎(chǔ)，也是 計(jì)算機(jī)圖像識別的重要途徑。
[0004] 目前出現(xiàn)的路面二值化圖像的灰度異常區(qū)的邊界矢量化提取，都不能夠進(jìn)行多尺 度直線邊界特征點(diǎn)的智能化提取，因?yàn)橄袼剡吔缫话闱闆r下呈現(xiàn)出十分復(fù)雜的任意線形， 找出一定尺度級別下的逼近度更高的二值圖像的邊界多邊形問題一直沒有解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明意在提供一種對二值圖像的圖斑邊界進(jìn)行快速提取和分級直線邊界替代 的邊緣矢量線提取生成算法。
[0006] 本發(fā)明中的二值圖像圖斑邊緣分級矢量線提取算法包括以下步驟： 1) 通過路面檢測車獲取路面的黑白數(shù)字圖像； 2) 從黑白數(shù)字圖像中提取病害區(qū)二值圖塊； 3) 通過二值圖像的行掃描算法確定取值突變點(diǎn)，取得一個二值圖斑的邊界點(diǎn)坐標(biāo)向量 和類型，對于只有一個圖斑的簡單二值圖的零階邊界坐標(biāo)序列提?。?a. 自圖像邊緣任意取一點(diǎn)，按像素自左向右檢測，若取值為0則為空白區(qū)，取值為1則為 二值圖塊的內(nèi)部； b. 像素檢測取值變化點(diǎn)坐標(biāo)提?。?c. 變化像素行號，同樣算法可以取得下一個相鄰的邊界像素點(diǎn)坐標(biāo)； d. 順序填寫零階二值圖斑邊界點(diǎn)向量； e. 邊界點(diǎn)類型判斷:邊緣像素點(diǎn)的主要特征是至少有一個方向的相鄰像素的值變?yōu)?， 當(dāng)一個方向?yàn)椹枙r一般為邊點(diǎn)，2個方向?yàn)?時一般為角點(diǎn)，3個方向?yàn)?時則為尖點(diǎn)； 4) 取得二值圖斑零階邊界點(diǎn)閉合坐標(biāo)向量后，通過以下算法取得不同精度的最接近邊 界矢量多邊形： 根據(jù)零階邊界點(diǎn)向量提取一階邊界特征點(diǎn)序列算法； a. 根據(jù)實(shí)際像素代表的地面幾何長度和像素比例尺確定一個像素代表的圖像長度a; b. 零階邊界點(diǎn)向量第一點(diǎn)開始抽取樣本點(diǎn)，像素間隔數(shù)取p，按此像素間隔數(shù)P抽取像 素點(diǎn)，刪除多余像素點(diǎn)，全部抽取點(diǎn)組成一個新的邊界點(diǎn)序列，稱為一階邊界特征點(diǎn)序列， 其邊界特征點(diǎn)個數(shù)減少為原來像素點(diǎn)的1/p，特征點(diǎn)平均像素距離擴(kuò)大P倍為d=p*a ; 根據(jù)一階邊界點(diǎn)序列提取二階邊界特征點(diǎn)序列的算法： a. 自一階邊界像素特征點(diǎn)序列中，任取相鄰2邊界點(diǎn)作為基點(diǎn)，根據(jù)三點(diǎn)坐標(biāo)求取對 下一個像素邊的偏轉(zhuǎn)角，然后基點(diǎn)前移1點(diǎn)求取下一個點(diǎn)的偏轉(zhuǎn)角； b. 由此逐點(diǎn)向前計(jì)算，可以取得一個連續(xù)偏角序列，稱為第一偏轉(zhuǎn)角序列； c. 在此序列中按照當(dāng)檢測到偏角左右或正負(fù)大于臨界偏轉(zhuǎn)幅度，取該點(diǎn)為二階趨勢 變化點(diǎn)，偏角左右或正負(fù)小于臨界偏轉(zhuǎn)幅度的點(diǎn)進(jìn)行刪除，產(chǎn)生一個新的趨勢變化點(diǎn)序列， 稱為二階邊界特征點(diǎn)序列； d. 對于偏角接近90度的點(diǎn)，作為直角備選點(diǎn)； 根據(jù)二階邊界點(diǎn)序列提取三階邊界特征點(diǎn)序列的算法： a. 二階邊界點(diǎn)序列中，任取相鄰2個二階邊界特征點(diǎn)開始，求取下一點(diǎn)的偏轉(zhuǎn)角，基點(diǎn) 前移1個點(diǎn)，繼續(xù)求取，以此繼續(xù)可以取得第二個連續(xù)偏轉(zhuǎn)角序列； b. 按照一階邊界點(diǎn)序列提取二階邊界特征點(diǎn)序列的算法，可以生成一個點(diǎn)數(shù)更少的 邊界特征點(diǎn)序列，得到三階邊界特征點(diǎn)序列。
[0007] 本發(fā)明首次提出了多尺度級別線形走向趨勢變化點(diǎn)的概念，并提出了計(jì)算機(jī)自動 搜尋"趨勢變化點(diǎn)"的基本算法，即分級特征點(diǎn)法。是從邊界像素開始，逐級減少特征點(diǎn)（趨 勢變化點(diǎn)），最終到達(dá)需要的邊長尺度數(shù)量級。這種灰度異常區(qū)二值圖的邊緣矢量線計(jì)算機(jī) 提取算法，能夠從任意邊界像素點(diǎn)開始，通過一定算法，檢測出二值柵格區(qū)的邊界特征點(diǎn)坐 標(biāo)，并使用一定的線段(直線等)連接檢測出的特征點(diǎn)，從而取得閉合邊界的多邊形折線。
[0008] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的功能主要用于計(jì)算機(jī)柵格與矢量圖形的轉(zhuǎn)換，并且給CCD圖像的目 標(biāo)物的計(jì)算機(jī)自動矢量法識別創(chuàng)造條件。其優(yōu)點(diǎn)在于，一是基本可以自動找出任意二值圖 斑的一定尺度級別下的逼近度更高的邊界多邊形；二是算法的規(guī)律性強(qiáng)適用于計(jì)算機(jī)運(yùn) 算;二是計(jì)算速度快內(nèi)存開支小。
[0009] 本方案的提取算法能夠能夠?qū)?jīng)過圖像處理后生成的二值化圖斑的邊界像素進(jìn) 行矢量化邊界多邊形的自動提取，尤其適用于對路面黑白圖像的灰度異常區(qū)二值圖的邊緣 矢量線的計(jì)算機(jī)提取，該算法具有邊界逼近度高，規(guī)律性強(qiáng)以及適用于計(jì)算機(jī)計(jì)算等優(yōu)點(diǎn)。 所提取的二值化圖像邊界的多邊形數(shù)據(jù)可用于地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，地圖自動編繪，包 括在路面CCD圖像病害區(qū)域的識別提取在內(nèi)的圖像自動識別，以及遙感圖像的光譜特征區(qū) 范圍識別等方面。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例二值圖像邊緣矢量線提取的流程圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中一階像素邊界點(diǎn)序列。
[0012] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中二階邊界像素特征點(diǎn)序列。
[0013] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中三階邊界像素特征點(diǎn)序列。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面通過【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明： 如圖1所示為本實(shí)施例二值圖像邊緣矢量線提取的流程圖，本實(shí)施例的路面二值圖像 的邊緣矢量線提取算法，包括以下步驟： 第一步:通過路面檢測車獲取路面的黑白數(shù)字圖像。
[0015] 第二步:從黑白數(shù)字圖像中提取病害區(qū)二值圖塊： 圖像預(yù)處理，包括灰度變換、圖像去噪； 像元選擇根據(jù)像素灰度值的判別條件的設(shè)置； 3) 初始二值圖像生成，圖像分割灰度或光譜閾值，將不滿足條件的像素置為0,滿足條 件的像素置為1; 4) 二值圖像的修復(fù)，采用數(shù)學(xué)形態(tài)法，如圖像膨脹、圖像腐蝕、獲取聯(lián)通域或骨架提??； 5) 得到一定條件的數(shù)字化二值圖像，該二值圖像一般反映出需要分析的物方信息的分 布情況。
[0016] 第三步:數(shù)字二值圖塊的邊緣點(diǎn)像素提取，采用邊界像素點(diǎn)追蹤法，通過二值圖像 的行掃描算法確定取值突變點(diǎn)，取得一個二值圖斑的邊界點(diǎn)坐標(biāo)向量和類型，對于只有一 個圖斑的簡單二值圖的零階邊界坐標(biāo)序列提取： a. 自圖像邊緣任意取一點(diǎn)，按像素自左向右檢測，若取值為0則為空白區(qū)，取值為1則為 二值圖塊的內(nèi)部； b. 像素檢測取值變化點(diǎn)坐標(biāo)提取； c. 變化像素行號，同樣算法可以取得下一個相鄰的邊界像素點(diǎn)坐標(biāo)； d. 順序填寫零階二值圖斑邊界點(diǎn)向量； e. 邊界點(diǎn)類型判斷:邊緣像素點(diǎn)的主要特征是至少有一個方向的相鄰像素的值變?yōu)?， 當(dāng)一個方向?yàn)椹枙r一般為邊點(diǎn)，2個方向?yàn)?時一般為角點(diǎn)，3個方向?yàn)?時則為尖點(diǎn)。
[0017] 第四步:一階邊界特征點(diǎn)序列提取算法 灰度變化區(qū)初始邊界矢量線即為各個邊界像素中心點(diǎn)坐標(biāo)的連線，其長度僅有1-1.41 個像素，由于像素距離一般在a=0.1_lmm，因此其點(diǎn)數(shù)相當(dāng)大，不適合于做幾何分析處理，需 要進(jìn)行像素合并，產(chǎn)生新的特征點(diǎn)，以達(dá)到特征距離在5-10mm數(shù)量級。本步運(yùn)算稱為一階像 素特征點(diǎn)選取。
[0018] 1)根據(jù)實(shí)際像素代表的地面幾何長度（如像素精度)和像素比例尺確定一個像素 代表的圖像長度a值。
[0019] 2)抽取像素間隔數(shù)p=100-500,可以根據(jù)邊界逼近精度和邊界變化幅度進(jìn)行選取。 當(dāng)P選定后，邊界特征點(diǎn)變?yōu)樵瓉硐袼攸c(diǎn)的ι/p個，則平均距離約為d=p*a，a為一個像素的 距離