图象边界表示研究及其在剪纸设计中的应用

摘要

随着图象技术在社会各领域中的广泛应用，越来越多的专家学者关注着图象处理的研究进展。边界在图象中所占比例较小，是图象的一个重要特征；其相关技术可应用于图象识别、工业设计、医学图象三维重建、虚拟视景生成等方面。边界处理主要包括边界的表示和提取，是图象处理与分析中最基础的研究内容之一，也是至今没有得到完满解决的一类问题。图象处理是一门面向应用的学科，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，边界处理技术也不例外。针对实际应用，研究具体的边界处理技术，既可达到解决问题的目的，又可丰富图象处理技术。可见，研究图象边界处理技术是一项重要而又富有意义的工作。 本文首先对图象处理的发展进行了介绍，分析了当前图象处理技术的一些新方法以及图象边界处理的国内外研究现状。针对现有方法的不足，改进和提出了一些算法，通过理论分析和实验结果验证算法的可行性和有效性。本文的工作主要从以下四个方面展开： (1) 图象边界的链码表示研究。 链码是图象边界最常用的表示方法之一。首先对链码表示图象边界的方法进行研究，针对链码过长的不足，提出一种改进的链码表示方法，采用二元组代替方向编号逐一编码方法，使用一个字节的高低位存取二元组的两个数值，节省了存储空间。该部分工作对应于论文的第二章。 (2) 一种二值图象边界提取算法。 针对传统方法提取到的二值图象边界并非单象素宽的不足，对二值图象边界线的特征进行分析，归纳出边界象素的规律，提出一个边界象素提取算子，运用他能直接提取出二值图象的边界象素，得到单象素宽的边界。这部分内容与论文的第三章对应。 (3) 基于控制点的二值图象边界矢量化算法。 论文第四章对二值图象边界的矢量化进行研究，提出一种矢量化算法，实现图象到图形的转换。算法首先通过边界跟踪获取图象边界，然后利用SUSAN原则提取边界线上的角点，接着根据偏移距离确定角点间的普通控制点，最后使用三次B样条曲线拟合边界。 (4) 基于纹样识别的剪纸系统的设计与实现。 剪纸是我国历史悠久的传统民间艺术之一，论文第五章对剪纸纹样的识别进行了研究，提出利用识别的纹样建立计算机剪纸系统。针对扫描剪纸图象，建立一种剪纸纹样识别方法，实现图象到图形的转换；对计算机剪纸系统进行分析，设计并实现了一个基于纹样识别的计算机剪纸系统。 对论文中的算法进行了理论分析和实验验证，实验所用的图象均取自实际，其中所有的剪纸图象均为扫描书籍得到，结果表明： (1) 改进链码的效率优于常用链码，能有效缩短链码长度，提高边界重绘速度。 (2) 提出的边界提取算子，运算量小，速度快，能直接提取到单象素宽的边界，优于传统的二值图象边界提取算法。 (3) 基于控制点的矢量化算法将图象转换为矢量图形，有效解决了边界矢量化问题，具有较强的实用性。 (4) 建立的纹样识别方法能有效实现剪纸纹样矢量化，使用论文中的纹样识别剪纸系统能方便快捷地设计出形象生动的剪纸图案。