[发明专利]一种二维单射曲面数据的特征提取与匹配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二维单射曲面数据的特征提取和匹配方法，特别涉及一种基于Reeb图的二维单射曲面数据的特征提取和匹配方法。

背景技术

随着科学技术不断发展，信息爆炸时代来临，二维单射曲面信息越来越多，例如地形图、三维光谱、水体的温度或物质分布图等等。大量的二维单射曲面信息的数据库相继建成。显然，人工检索存在费用昂贵、耗时长、漏检率高的缺点。利用计算机进行检索，往往是最好的选择。但对于一个庞大的数据库，如果逐点比对，计算机检索时间仍然过长。为了缩短检索时间，可对数据进行特征提取，然后用特征进行检索。这种方法除了显著缩短检索时间外，还可以克服不同仪器的系统误差对检索结果造成的负面影响。

二维单射曲面数据可以表示为xy平面的单射函数，即可以用函数表示为：

g＝f(x，y)                (1)

本发明提出了一种可表示为xy平面的单调函数的二维单射曲面数据特征提取和匹配方法。目前国内外已经存在一些二维单射曲面数据特征的提取方法，其中Goldgof等在《Feature extraction and terrain matching》，1988，Proceedings of Computer Society Conference On Computer Vision & Pattern Recognition，pp.899-204中提出利用高斯曲率极值点作为地形的特征，但这种方法对噪音很敏感，特征不够稳定。Yu等在《A novel contour-based 3D terrain matching algorithm using wavelet transform》，2004，Pattern Recognition Letters，vol.25，pp.87-99中提出利用少数等高线作为整个3D地形的特征，但少数等高线并不能很好地描述整体的地形，而采用更多的等高线则会提高复杂度。已有的对二维单射曲面数据特征提取的方法，大部分都是基于点、线、面等特征。但这些特征描述的都是具体的细节，因而使得获得的特征不够稳定。

Reeb图是由法国Georges Reeb首次提出的，之后就被成功地应用在三维形状造型、体可视化等领域中。Reeb图包含了数据的骨架和拓扑结构信息。拓扑结构代表的是数据的整体信息，并且对具体的细节并不敏感。Hilaga等在《Topology matching for fully automatic similarity estimation of 3D shapes》，In Proceedings of SIGGRAPH 2001，ComputerGraphics Proceedings，Annual Conference Series，pp.203-212中提出了使用多分辨率Reeb图(MRG)来表示三维模型的特征。MRG是用多个Reeb图描述了三维模型拓扑结构信息。由于MRG是基于近似测地线形成的，使得MRG受三维模型表面细节的影响较大，并且计算了多个Reeb图，也使得算法复杂度高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新型的二维单射曲面数据的特征提取和匹配方法，使得提取的特征容易计算，并且稳定性强。

本发明的技术方案如下：

一种二维单射曲面数据的特征提取和匹配方法，其特征在于该方法包含如下步骤：

1)将二维单射曲面数据投影到xy平面，获取一幅灰度与g值成正比的灰度图像，将图像的灰度值归一化到区间[0，255]，并利用高斯窗口对图像进行平滑操作，以减弱图像中的噪音；

2)从图像中提取特征点集，以特征点集中的每一个特征点作为参考点，按照灰度值是否与该特征点相等，在图像中绘制通过该特征点的等灰度线，以及绘制同一等灰度线上特征点之间的连线，等灰度线以及特征点之间的连线将图像划分成一系列的区域块，根据区域块之间的包围和相邻关系构造一个Reeb图；

2.1)以图像中的每一个灰度值作为灰度参考值，获得一系列等灰度线，所述灰度参考值至少对应一条等灰度闭合曲线，所述等灰度线上的所有像素点的灰度值都相等；

2.2)按逆时针方向遍历等灰度线上的像素点，计算每一个像素点所在位置的曲率，设p为设定长度的等灰度线上的弧线段邻域U(p，s)内的曲率极小值点，且曲率小于0，如果该邻域内所有像素点的曲率都小于0，则记p为凹点，所述曲率K在像素点E处的计算公式如下：