[发明专利]一种复合图形在线识别方法

说明书

技术领域

本发明属于草图在线识别技术领域，具体的说是一种复合图形在线识别方法。

背景技术

草图识别是笔式交互研究的核心内容，根据笔式交互获取的模糊的草图表达，捕捉和理解用户意图，并映射至精确的图形表达，在计算机辅助设计、计算机动画与虚拟现实、可视化对象建模、计算机支持的协同工作等诸多领域都有广泛的应用需求。

草图识别分为离线识别和在线识别两种：离线识别是指通过特定的采集系统(如扫描仪、摄像机)将文字或图形以图像方式采集并输入计算机存储，随后识别系统根据该图像数据进行识别，即传统的OCR(光学字符识别)技术；在线识别则主要通过各种与计算机相连的二维坐标输入设备(如数字化仪、鼠标、写字板等)将笔的运动轨迹实时送入计算机并进行识别，是一个动态的识别过程。本专利所讨论的草图识别方法都是基于在线方式，后续文字将不再特别强调这一点。

草图识别往往由两个顺序的、循环的子问题构成：基本图形识别和复合图形识别。基本图形是复合图形对象的基本组成元素，通常是可一笔绘制的封闭凸多边形、椭圆或者线/弧段等几何图形，对其识别及规整化是草图识别的基本问题。复合图形通常由基本图形单元按一定的几何关系构成。复合图形识别的基础是基本图形识别，通过在基本图形识别的基础上提取复合图形特征并进行特征匹配，完成对复合图形的识别。图1显示了草图识别的基本流程图。在本说明书的后续部分为了表述的方便，所述基元即指基本图形单元。

手绘草图具有很大的随意性和自由度，其语义又具有模糊性和不确定性，因此，草图在线识别是人机交互领域一个极具挑战性的课题。草图识别技术的重点及难点在于复合图形识别技术，其中复合图形特征的定义及提取是关键。目前虽然一些商用图形图像工具中提供了笔式交互功能，但基本上只是在传统图形用户界面中嵌入了简单面低级的交互。已有对草图识别研究主要集中在构成相对简单的图形及其笔划的识别，针对复合图形识别的研究则为降低复杂度而缺乏通用性，更缺乏满足用户个性化输入的用户适应性研究。

如广东威创视讯科技股份有限公司申请的“手绘几何图形的识别方法”，专利申请号：200810198994.7，公开了一种手绘几何图形的识别方法，该方法实现的是对几种简单几何图形的识别，如：直线、三角形、矩形、椭圆形等，属于基本图形识别的范畴，不涉及复合图形识别技术。又如：飞图科技(北京)有限公司申请的“一种基于手持设备的依靠快捷图形识别调用功能的方法”，专利申请号为200810119196.0，提出了一种基于手持设备的手绘图形识别技术，该专利技术中手绘图形识别的对象为一到两笔的简单图形，如：方形、圆形、“叉”形等，识别方法通过基于笔输入轨迹的匹配来完成，也不涉及到复合图形识别技术。再如Trembley等申请的“Sketch recognition andenhancement”(United States Patent：7515752)，提出了一种手绘草图识别及规整化方法，该专利申报点主要侧重于基于时间的方法运行机制、手绘草图规整化方法，其复合图形识别方法基于基本图形的模糊识别以及基元类型特征的提取，并提到由于草图的空间拓扑结构信息模糊所以并没有提取空间关系类型特征。该种方法容易造成草图拓扑结构这一重要信息的丢失，对识别的鲁棒性造成影响。

目前国内外对复合图形在线识别方法有一定的研究，具体有以下几种方法：

(1)基于统计模型的识别方法，该方法需要大量的训练数据，采用该类方法建立的分类器不易扩展，不能自由识别新的图形符号。

(2)采用基于笔划方向、笔划顺序、笔划位置等规则约束的识别方法，方法有效的前提为用户的自由度受到一定的限制，缺乏对用户随意输入的适应性。

(3)采用基于基元类型特征提取的识别方法，丢失了草图的空间拓扑形态这一重要信息，无法区分基元组成相同但空间拓扑结构不同的草图；

(4)采用基于线/弧元类型特征和空间关系特征提取的识别方法，空间关系的主体只限于线元和弧元，在求取复合图形特征时需要先求取多边形、圆等基本图形的分段点将其分割为直线段和弧段基元，然后再统计线/弧元类型特征数量及多个线元和弧元间的二元空间关系来更新特征向量，使特征定义及求取过程复杂化；

(4)采用基于空间关系图匹配的识别方法，所提取的空间关系特征表现为二元空间关系图矩阵，特征匹配时需要计算空间关系图间的相似度，空间和时间复杂度都较高。

因此，提供一种复合图形特征定义及提取过程简化、特征匹配实时性强、对用户的随意输入具备较强鲁棒性和适应性的复合图形在线识别方法极为必要。

发明内容