[发明专利]一种交互式路径生成方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于计算机图像处理领域，具体涉及一种交互式路径生成方法和系统。

背景技术

现有交互式路径生成技术分为手动、半自动两种方式。

手动方式，使用者通过点击和拖拽鼠标等交互式操作逐段绘制图像路径，例如：Adobe Photoshop软件的“钢笔工具”等。该方法的优点是，使用者可以几乎不受任何限制的自由绘制路径，可以确保生成的路径符合期望质量。缺点是，使用者必须经过大量的练习才能掌握使用技巧，而且工作量大，效率低。

半自动方式，使用者可以通过比手动方式更少的交互操作获得图像路径，可以减少工作量，提高效率。Adobe Photoshop软件的“磁性套索工具”，使用者只需拖动鼠标即可实时生成路径，但路径不够光滑，与手动方式的效果差别很大。方正锐图软件的“交互式描图工具”，操作者只需点击起始点和终止点就能获取路径，并且路径比较光滑，接近手动方式获得路径的质量。但缺点是图像质量较差时，产生路径的质量也会降低。虽然该软件也提供了附加的修复工具，但会增加调整时间，削弱该方法的优势。另外，生成路径的形状与起始点和终止点的位置密切相关，使用者选择时的稍许偏差，就可能会导致截然不同的路径结果，这也增加了使用难度。

Adobe Photoshop软件中的“磁性套索工具”算法来自Mortenson和Barrett在1995年提出的“智能剪刀”（Intelligent Scissor）算法，也叫“活线”（live-wire）算法。这种方法通过交互地应用动态规划中图搜索算法得到边界。该算法在使用者移动鼠标的过程中，记录途径的像素点作为有向图的节点，然后建立各节点之间的联系作为边，根据连接每条边的两个节点的颜色、梯度等特征计算出该条边的代价（也叫权值），最后通过动态规划算法寻找一条从起始点（或上一个轮廓点）到当前位置的最短路径（切断这些边所付出的代价和最低）作为输出结果。

“磁性套索工具”算法有以下缺点：由于建立有向图时是以像素为单位作为图节点，如果参与计算的像素过多，运算量就会大大增加。为了提高速度，该算法只将鼠标拖动时经过的像素作为节点，还将搜索范围进行了限制，这样就导致路径的连续性不好，而且也不光滑，无法达到实用效果。

“交互式描图工具”算法与本发明思路较为接近，算法核心也是基于图搜索的算法，详见发明专利《一种图像路径生成方法及系统》（申请号：201210091462.X）。该算法首先根据用户输入的起始点和终止点，确定大致的搜索范围，然后在此范围内使用边缘检测算法得到边界图像，接着根据边界图像生成边界链，将边界链上的点作为有向图的节点，节点与节点间的梯度值作为边权值，以此生成有向图，再采用与“智能剪刀”算法中所使用的类似的最短路径算法得到起始点与终止点之间的路径，最后将该路径进行曲线拟合得到最终结果路径。使用者可以连续指定终止点延长路径，直至点击结束或路径闭合。

“交互式描图工具”算法有以下缺点：

1、每次点击终止点时，都要执行边缘检测步骤，而且终止点和起始点的距离越大，进行边缘检测的数据就越多，运算时间也越慢，影响算法的实时性。

2、当图像质量较差时，由于边缘检测算法无法得到完整的边界图像，会使起始点与终止点之间不能建立连续的路径，导致算法没有输出结果。尽管该发明也提供了根据形态学算法进行断裂边缘修复的“强制修补”操作，但也无法确保连接所有断边，而且还增加了处理时间，降低了算法效率。

如上所述，现有的路径生成技术核心思想都是基于图搜索的算法，只是在有向图的建立和搜索范围方面有所区别。

现有算法有以下共同点：

1、有向图的建立过程都是在用户交互过程中实时生成的。

“智能剪刀”是根据拖动鼠标时经过的像素生成的，“交互式描图工具”是根据用户点击的起止点范围内的边缘图像生成的。这样做不仅会影响算法的实时性，而且用户操作上的细微差别可能会得到不同的有向图，从而导致路径结果的不同，影响操作的稳定性。

2、为了确保算法的实时性，有向图的节点和边都进行了特别的设计

因为搜索最短路径的用时会随有向图数据量的增大而增大。因此为确保算法的实时性，要尽可能减少有向图节点和边的数据量，但这样会付出算法有效性的代价。