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2002年 第 16卷 第 4期 测 试 技 术 学 报 Vo1.16 No.4 2002 (总第42期) JOURNAL OF TEST AND MEASUREM里 !望 曼 : !
文章编号 :1671—7449(2002)04—0241—04
一 种改进的边界轮廓矢量化算法
付 丽琴 ,陈树 越
(华北工学院 电子信息工程系,山西 太原 030051)
摘 要: 在基于断层测量的反向建模中,物体断面图像序列的区域边界是实现模型重构的基础 ,如何从边 界轮廓精确提取几何特征是实现重构的关键.本文提出一种改进的矢量化算法,该算法的基本思想是首先 提取曲率极值点作为初始分段点,然后判定每两个相邻初始分段点之间轮廓线的形状 ,并区别直线段与曲 线段分别进行拟合和矢量化.实践表明,该算法既能准确提取边界形状的特征关键点.又保证了重构后曲面
的光 滑规整.
关键词: 断层测量;矢量化;轮廓跟踪;曲线拟合 中图分类号: TP391 41;O183.1 文献标识码 :A
0 引 言
逆向建模技术包括两部分内容:数字化测量和三维 CAD重构技术,它提供了由实物直接获得 CAD 模型的途径.数字化测量设备中能够获取实物内部及内表面数据的有工业 CT、医学 CT、层析扫描等方 法,这些方法得到的都是实物的断层图像,其实现三维建模的思路是首先从断层图像中提取出边界轮 廓,然后基于这些轮廓重构实体的 CAD模型. 作为一种反求手段,断层测量方法日益受到重视,现代 CAD技术的进步和快速原型技术的成熟更 促进了基于断层测量的反求技术向实用化发展.随着断层测量精度的提高,由断层测量数据重构物体的 CAD模型已成为实用化的关键.传统的三维重构技术着重于重构方法的实现和物体表面的光滑处理,在 大多数应用场合以获得逼真的视觉模型为目的,虽然能够对物体的表面进行精确的描述 ,但其方法的自 成体系使得与 CAD 系统的连接较为困难[1].若能根据三维重构技术的基本原理直接在 CAD系统,k实 现物体的重构必能推动这一技术的实用化进程.而提取 CAD系统所能接受的区域边界的几何形状特征, 则是其中的关键技术.
1 矢量化逼近的基本算法及其存在的问题
轮廓的矢量化又称轮廓的保形多边形逼近,是一种用分段直线表达物体边界的方法,它要求逼近多 边形的顶点都在轮廓线上.其一般采用的方法是首先在边界线上选取初始分段顶点,然后根据某种原则 顺次选取其它的分段点,最终实现用一系列有序点来表达边界轮廓线. 矢量化逼近的关键在于分段点的识别和选取.对于这一问题的处理方法目前分为两类:① 通过角度 等由边界轮廓直接确定;② 基于一个贴近度约束的分段线性逼近检测[ .多边形逼近算法采用一个容差 来判别边界某段上的点与一直线的共线性,若某一段上的点到一直线的垂直距离在容限内,则这一段边 界可用一直线来逼近,否则该段上距直线的最大距离点便成为一个新的分段点. 在本文的逆向技术应用中,不但要从边界轮廓抽取出代表物体形状的特征,还要以此为基础进一步 进行三维重构,这就要求对边界轮廓的表达既要突出断面形状的主要特征,又要具有对边界形状的细致 描述.若边界轮廓段分割点的选取不合适或不准确,就会取不到一些对形状很重要的特征点;另外,在
t 收稿日期 ;2002一10—09 作者简介 :付丽琴(1971一),女,讲师 ,硕士.从事专业:信号与图像处理技术
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某些情况下,分割点的分布也可能极不均匀规则,如对应于边界中的直线段部分,分段点可能会过于稀 少;第三,噪声等的影响可能会导致轮廓的不光滑,这些都会给三维重建带来一定困难和问题.为此,作 者提出了一种先基于曲率实现初始分段,然后区别直线段与曲线段分别进行光滑处理和矢量化的算法, 该算法很好地解决了上述问题.
2 改进的算法
2.1 轮廓跟踪
通过图象处理得到的轮廓是离散、独立、互不关联的各个边界轮廓点的无序组合.要进行矢量化, 必须得到边界点的有序的组合.为此,首先要进行轮廓跟踪.轮廓跟踪的办法如下: 按栅格逐行扫描整幅图像,若搜索到某边界点,则把该点作为首起点,按八邻域搜索规则搜索首起 点的下一个邻点,并把这个邻点作为当前点,继续搜索,直到返回到首起点;搜索过程中遇到断点、毛疵 点和双像素宽边界的情况,则分别处理 ,然后继续跟踪.此过程中要把成功跟踪的边界点的象素坐标记 录下来,为后面的矢量化做准备. 产品断面的轮廓边界应该是封闭、不自交的二维曲线,并且同一切片层上的多条轮廓也是互不相交 的.因此实现跟踪后的每一条边界轮廓线都应该是单象素宽的连续、无分支的封闭曲线.
2.2 初始分段点的选取
初始分段点的选取对矢量化结果至关重要,各种多边形逼近方法
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