纹织图像的矢量化方法.pdf

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1、第2 7 卷第3 期 2 0 0 6 年3 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 7N o 3 M a r 2 0 0 6 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 6 ) 0 3 0 0 3 3 0 3 纹织图像的矢量化方法 程红梅，颜钢锋 ( 浙江大学电气工程学院，浙江杭州3 1 0 0 2 7 ) 摘要用矢量对图像图形进行描述，对于图形比较简单的图像，其存储空间比同一图像对应的位图图像要小得 多。根据纹织图像多为大色块、轮廓明确的特点，利用链码方法对纹织图像中各个色块的轮廓进行跟踪，提取到各

2、 个色块的轮廓，然后利用直线与曲线相结合的方法进行拟合。直线拟合可以保持原色块轮廓中比较线性化的部分 和色块图形中的尖锐角部分。对色块轮廓中的曲线部分，采用最小二乘法，用3 次B e z i e r 曲线进行拟合，取得了较 好的效果。 关键词位图；矢量图；图像矢量化；轮廓跟踪；轮廓拟合 中图分类号：T P 7 5 1 ；T P 3 9 1 7 2文献标识码：A V e c t o r i z a t i o nm e t h o do fj a c q u a r di m a g e C H E N GH o n g m e i ，Y A NG a n g - f e n g ( C o l

3、 l e g eo fE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g ，Z h e j i a n gU n i v e r s i t y ，H a n g z h o u ，Z h e j i a n g 31 0 0 2 7 ，C h i n a ) A b s t r a c t V e c t o g r a p hd e s c r i b e si m a g e sa n dp a t t e r n s I t ss t o r a g ei sm u c hs m a l l e rt h a nt h a to ft h eb i t m

4、 a po ft h e s a m ei m a g e B i gc o l o rb l o c ki m a g e sa r eo f t e nu s e di nt h et e x t i l ei n d u s t r y S i n c et h ej a c q u a r di m a g ei sab i g c o l o rb l o c ka n dt h eo u t l i n ei sc l e a r ，t h ec h a i n c o d e m e t h o di sa d o p t e dt ot r a c et h eo u t l

5、i n eo fe v e r yb i gc o l o r b l o c ka n dg e tt h eo u t l i n e so ft h e m T h e n ，t h eb e e l i n ea n dc u r v em e t h o di su s e df o rf i t t i n gt h ec o n t o u m B e e l i n ef i t t i n gCaNk e e pt h ep a r to fl i n e a r i z a t i o na n dt h ea c u t ea n g l eo fo u t l i n

6、e so fp r e v i o u sc o l o rb l o c k s F o r f i t t i n gt h ecurvep a r t ，t h el e a s t - s q u a r e m e t h o du s i n gt h r e ec u b e dB e z i e rc u r v e si s u s e d A n dg o o de f f e c ti s a c h i e v e d K e yw o r d sb i t m a p ；v e c t o r g r a p h ；v e c t o r i z a t i o no

7、 fi m a g e ；c o n t o u rt r a c e ；c o n t o u rf i t 图像的矢量化是图像处理的难点，尤其是彩色 图像的矢量化。有许多图像处理软件对彩色图像的 矢量化做了很大努力，例如C o r e l D r a w 和F l a s h 。它 们针对的都是普通的彩色图像，但是效果不是非常 理想。 纹织C A D 中的图像不同于普通的彩色图像，它 主要是由一些色块组成的，因此理论上对纹织图像 矢量化相对比较简单可行。将纹织图像矢量化可以 提高纹织图像的可编辑性和纹织设计图案的可重用 性，可方便设计人员进行图案创作和修改。图像矢 量化对于纹织图像的其它处

8、理也具有非常重要的意 义，例如可用于纹织图像的图形识别以及图像压缩 等方面。 1 位图矢量化的流程 纹织图像是由色块组成的，这些色块是由几种 均匀颜色构成的区域，区域的边界就是色块的边界， 区域内若只有一种颜色，就是色块的颜色。对纹织 位图图像进行矢量化，就是要提取纹织位图图像中 每一个色块的信息，包括区域的轮廓和填充颜色，然 后对区域的轮廓进行拟合，进一步用数学描述的矢 量图元表示。 纹织位图矢量化的流程：纹织位图图案一位图 预处理一轮廓跟踪一轮廓拟合一纹织矢量图像。 轮廓跟踪用于跟踪每一个色块轮廓上所有的 收稿日期：2 0 0 5 一0 5 0 8修回日期：2 0 0 5 0 9 2 7

9、作者简介：程红梅( 1 9 8 1 一) ，女，汉，硕士生。主要从事纹织C A D 图形图像处理等方面的研究。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【3 4 】 纺织学报 第2 7 卷 点，并将这些点的坐标记录在自己定义的数据结构 里。这些点是一系列相邻的离散点，用直线和曲线 来拟合这些离散点，得到一条单独的轮廓线，或者是 由一系列首尾相连的直线和曲线组成的轮廓线。利 用这些轮廓线即可对整个色块进行数学描述，得到 描述该色块的矢量图元。所有的色块图元的

10、集合就 是该纹织图像的矢量化结果，即该图像对应的矢量 图像。 2 轮廓跟踪 图像的轮廓是指位图中的每一个色块的轮廓， 是该色块所有边界点的集合。 根据位图信息可获取位图的所有轮廓。链码在 轮廓跟踪时起着很重要的作用，它既可以用来表 示相邻边界点之间的位置关系，又可以在跟踪过程 中控制各邻点的检测顺序。 链码是用中心像素指向它的8 个邻点的方向来 定义的，见图1 。定义坐标原点位于屏幕左上角，即 x 轴从左向右，l ，轴由上而下。 。 3l 图1 链码的定义 利用链码法对纹织图像进行轮廓跟踪的方法可 分为二步。1 ) 按从上到下、从左到右的顺序搜索，查 找色块的第1 个边界点。记录此边界点，并以

11、此点 为轮廓跟踪的起始点。2 ) 沿起始点出发，以逆时针 方向查找以此点为中心点的8 个链码方向的邻接 点。并判断是否为未被跟踪过的色块边界点，如果 是则以新的轮廓点为后继点，继续循环查找，直到轮 廓中不存在未被标注的轮廓点为止。在查找边界点 的过程中，按顺序记录每个边界点的坐标，并对已跟 踪过的边界点进行标注，防止跟踪进入死循环。 对纹织图像进行轮廓跟踪的流程如图2 所示。 3 轮廓线的拟合 利用直线和曲线拟合相结合的算法进行轮廓线 拟合，步骤如图3 所示。 J 坠些皇望里塑望墨皇：翌垦里竺兰堡笙壁竖壁I 圈2 纹织图像轮廓跟踪流程图 】亟正 巫亘困 匦匝 厂一 】亟墨 图3 轮廓拟合的流程

12、 3 1轮廓分段 在轮廓跟踪中得到的轮廓线是由一系列相邻的 离散点组成的。这些离散点可能是开放的区域，也 可能是闭合的区域。由离散点组成的轮廓线中，轮 廓的走势不一定是接近的，可能有比较大的区别，这 样的轮廓线很难用1 条曲线进行拟合。因此，通常 的做法是根据轮廓线的特点将轮廓线在某些特定点 进行切割，分割成很多条曲线段，然后对这些曲线段 分别进行拟合H 。，再对拟合结果进行整合，得到整个 轮廓线的拟合曲线。 3 2 分段后预处理 利用轮廓跟踪方法得到的轮廓线是比较粗糙 的，如果直接用于后续处理，在运算的时候将会产生 较大的误差，影响拟合效果。因此需要在拟合之前 对轮廓线进行预处理。本文采用的

13、轮廓预处理是删 除尖点处理和轮廓段光滑处理。 3 3 直线拟合 利用直线对轮廓线进行拟合比较简单。因为轮 廓段的2 个端点是整个轮廓线的拐点。而拐点对于 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第3 期程红梅等：纹织图像的矢量化方法【3 5 】 人们视觉效果比较重要，需要予以保留。对于直线 段，只需要2 个控制点，所以直线拟合的结果就是将 轮廓段首尾相连。这样的做法并不能保证直线对轮 廓线的拟合精度，因此需要对拟合效果加以判断控 制。如果拟合后的结果满足控

14、制条件，则认为直线 拟合成功，该轮廓点足够线性化；如果直线拟合不满 足控制条件，则认为该轮廓段不够线性化，需要用曲 线方法进行拟合。 对直线拟合进行效果判断采用的是最大距离 法。即取原始轮廓段上所有的轮廓点到拟合后直线 的最大距离d 。，如果d 。小于给定阈值，则表示拟 合成功，否则，拟合失败。 3 4 利用最小二乘法的B e z i e r 曲线拟合 在曲线拟合中，B e z i e r 曲线是一种较常用的曲 线。本文在拟合中采用的是3 次B e z i e r 曲线，该曲 线是由P 0 ，P ，P ：，尸3 这4 个控制点决定的。因此 对轮廓段进行拟合时，必须保留轮廓段的2 个端点， 而B

15、 e z i e r 曲线具有端点性质，即起点终点与特征多 边形起点终点重合，因此在4 个控制点中，P 0 和P ， 这2 个点可以确定，只需另外确定P 和P ：这2 个 点即可。 根据公式即可求得B e z i e r 曲线的第2 个和第3 个控制点。有了4 个控制点，就可以确定一条3 次 B e z i e r 曲线。 4 矢量化效果显示 图4 为一组图案的矢量化效果显示。比较图4 可看出，运用这种方法进行矢量化，准确地检测出原 图像中的直线和曲线部分，使得图形光顺整齐，与原 图差异小。 利用矢量描述纹织图像有如下优点：1 ) 纹织图 像多为大色块图像，利用矢量图像进行描述，可以大 ( a

16、 ) 原始图案( b ) 矢量化后的图案 图4 纹织图像矢量化的效果展示 大节约图像占用的空间，因此纹织图像矢量化可以 用于纹织图像的压缩领域。2 ) 矢量图像描述的是纹 织图像的图形信息，这些信息是C A D 设计的主要信 息，进行矢量描述后可以更方便地应用于图像的匹 配与检索。3 ) 矢量图像描述的纹织图像的图形信 息，具有易于修改操作等特点，可以方便设计人员的 设计与修改。 5结语 根据纹织图像多为大色块、轮廓明确的特点，利 用链码方法对纹织图像中各个色块的轮廓进行跟踪， 提取到各个色块的轮廓。利用直线与曲线相结合的 方法进行拟合，取得了较好的效果。将纹织图像失量 化不仅大量节省了图像占

17、用的空间，还可提高纹织图 像的可编辑性，有助于C A D 设计中图像的匹配与检 索，方便设计人员的创作和修改。 F Z X 3 参考文献： i 陆宗骐图像处理领域轮廓跟踪及应用 J 开发与应 用，1 9 9 4 ，( 1 0 ) ：4 9 5 2 2 王欢数字图像的一种轮廓跟踪算法 J 北京师范大 学学报，1 9 9 0 ，( 3 ) ：4 0 4 3 3 陈士金，邓勇基于链码的轮廓跟踪技术在二值图像 中的应用 J 华中理工大学学报，1 9 9 8 ，2 8 ( 1 2 ) ：2 6 2 8 4 陈月林，王平江基于曲率的轮廓精确分段技术 J 华中理工大学学报，1 9 9 5 ，2 3 ( 6 ) ：2 0 2 3 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark