專利名稱：圖形比較裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于比較圖形(drawing)的裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著IT技術(shù)及日常生活中的數(shù)字化表現(xiàn)(representation)的發(fā)展，圖形的有效管理及獲取是有待解決的重要問題。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在20世紀(jì)90年代初，僅在美國和加拿大圖形的數(shù)量就達(dá)到35億，并且每年新增加大約2600個圖形。每年為了發(fā)行而整理、復(fù)制、存取及準(zhǔn)備圖形的成本已超過10億美元。最進，有許多人已經(jīng)開始研究圖形電子管理，具體通過從硬拷貝圖形自動生成及識別DAC文件，以提高效率并降低維護成本。特別在這種方法中，與查詢圖形相似的圖形被自動從數(shù)據(jù)庫中提取出來。通過比較圖形的內(nèi)容來進行圖形的獲取。
基于內(nèi)容的圖形比較在應(yīng)用上帶來有價值的效果。當(dāng)工程師設(shè)計一種新型產(chǎn)品時，一般參考許多先前的圖形。然而，為了搜索相關(guān)的圖形，要搜索每一個文件。因此，這是一種時間和勞動密集的技術(shù)。為了解決這個問題，提出了一種將文本作為輔助方法的獲取方法。即在每個圖形上標(biāo)注注釋文本，用作獲取中的關(guān)鍵詞。然而，這種方法要求給許多圖形編制文本的繁重的步驟，并且文本不能充分代表圖形的內(nèi)容。因此，這種方法不能輸出可接受的獲取準(zhǔn)確性。如果能夠發(fā)展一種自動比較及獲取技術(shù)，設(shè)計者的工作效率則能夠顯著提高，同時在很大程度上減少設(shè)計和維護成本。
最近，一些人熱衷于研究基于內(nèi)容的圖形比較，并且已經(jīng)提出一些有效的方法。
由S.泰波恩(S.Tabbone)在F-標(biāo)識(signature)中提出的一種公開的方法是比較圖形的圖元(參考非專利文獻(xiàn)1)。在這種方法中，互相比較從圖形中提取的圖元之后獲取圖形，并且不能進行局部檢測或比較。因此其應(yīng)用受到限制。
另一種公開的方法是使用文本和圖形結(jié)構(gòu)信息的組合來獲得含有特征部分的圖形。參考專利文獻(xiàn)1。在這種方法中，輸入用于獲取的文本，并且比較該文本與存儲在模型數(shù)據(jù)庫中的幾何模型，并且最終基于文本和模型的形狀獲取圖形。因此，這種方法主要取決于文本的獲取模式，并且主要用于裝配工程圖形。“使用角度標(biāo)識信息匹配繪圖中的圖形符號”(Matching of graphical symbols in line-drawing images using angular signatureinformation)S.Tabbone，L.Wendling，K.Tombre等著，文獻(xiàn)分析和識別國際期刊，第6卷，第一版，2003年6月(International Journal of Document Analysisand Recognition，Volume6，issue 1，June 2003)[專利文獻(xiàn)1]USP NO.5,845,288如上所述，基于圖形的內(nèi)容比較圖形的傳統(tǒng)方法存在不足，并且需要一種更完善的基于圖形內(nèi)容的圖形比較裝置或方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為提供一種圖形比較裝置，其能夠通過直接比較圖形中包含的形狀而輸出檢索結(jié)果。
本發(fā)明的圖形比較裝置比較存儲在數(shù)據(jù)庫中的比較圖形與查詢圖形，并且該圖形比較裝置包括一圖元(primitive)提取單元，用于將輸入圖形分解為圖元，所述圖元為圖形的組成部分(component)；一屬性圖生成單元，用于生成描述所述圖形的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的屬性圖；以及一屬性圖比較單元，用于通過比較從比較圖形和查詢圖形獲得的屬性圖來獲得比較圖形和查詢圖形之間的對應(yīng)關(guān)系。
本發(fā)明的圖形比較方法比較存儲在數(shù)據(jù)庫中的比較圖形與查詢圖形，并且該方法包括圖元提取步驟，將輸入圖形分解為圖元，該圖元為圖形的組成部分；屬性圖生成步驟，產(chǎn)生描述所述圖形的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的屬性圖；及屬性圖比較步驟，通過比較從比較圖形和查詢圖形獲得的屬性圖來獲得比較圖形和查詢圖形之間的對應(yīng)關(guān)系。
根據(jù)本發(fā)明，由于直接比較圖形中包含的形狀(shape)，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高精度及高可靠性的圖形比較裝置和方法。
根據(jù)本發(fā)明，能夠直接比較圖形中的形狀，并且在一次圖形檢索過程中，能夠以高精度將一幅圖形與數(shù)據(jù)庫中的大量圖形比較。特別地，可基于圖形中的形狀和內(nèi)容進行在傳統(tǒng)技術(shù)中不能充分實現(xiàn)的部分檢索。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例基于內(nèi)容的圖形比較裝置的結(jié)構(gòu)；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例圖元提取單元的結(jié)構(gòu)；圖3A和圖3B示出了圖形中彼此相交的兩條曲線及根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖形分解單元的處理結(jié)果。
圖4A和4B為根據(jù)本發(fā)明的實施例合并處理的流程圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的實施例中粗圖元的合并處理的示意圖；圖6A和6B為從表示為取樣點的圖元中生成屬性圖的示意圖；圖7A至7C為顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例生成屬性圖的示意圖；圖8A至8C為根據(jù)本發(fā)明的實施例提取屬性的示意圖；圖9A和9B為當(dāng)說明本發(fā)明的一個實施例時，所參考的查詢圖形和比較圖形；圖10A和10B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的查詢圖形的拆分結(jié)果和比較圖形的拆分結(jié)果；圖11A和11B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的查詢圖形的圖元提取結(jié)果和比較圖形的圖元提取結(jié)果；圖12A和12B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的查詢圖形產(chǎn)生的屬性圖和比較圖形生成的屬性圖；圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例說明中的比較結(jié)果；及圖14示出了當(dāng)通過程序?qū)崿F(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖形比較裝置時，對于信息處理裝置要求的硬件環(huán)境。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的實施例，輸入到圖形比較裝置的數(shù)據(jù)是諸如BMP、JIF等標(biāo)準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)格式的圖形，例如通過掃描圖形的硬拷貝，拍攝一幅畫面，及直接從CAD文件繪圖中轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)來獲得。對于根據(jù)本發(fā)明實施例的比較裝置，對于輸入的圖形數(shù)據(jù)格式有進一步的要求(condition)。下述為一個沒有注釋文本的二進制圖像(image)。然而，任何的圖形含有許多的注釋文本，用于解釋部件的大小及工藝。此外，一般通過掃描或使用相機獲取到的圖像數(shù)據(jù)不是二進制圖像。根據(jù)輸入條件，通過掃描或拍攝得到的圖片獲得的圖像首先使用二進制化(binarization)裝置被轉(zhuǎn)換成二進制圖像，然后通過文本-圖形拆分裝置拆分二進制圖像中的注釋文本，并且除去該注釋文本，這樣進行了預(yù)處理。
根據(jù)本發(fā)明的圖形比較裝置從輸入圖像中提取形成圖形的圖元，從上述圖元產(chǎn)生屬性圖，并且最后比較屬性圖，由此獲得兩幅圖形之間的對應(yīng)關(guān)系。特別地，根據(jù)本發(fā)明實施例的圖形比較裝置包括一圖元提取單元，用于接收二進制圖像，并且將圖形分解成如直線、曲線、橢圓等的圖元；一屬性圖生成單元，用于使用由圖元提取單元提取的圖元以改進德勞內(nèi)(Delaunay)方法產(chǎn)生屬性圖，并為其定義一屬性值；及一屬性圖比較單元，用于計算由屬性圖生成單元產(chǎn)生的兩幅屬性圖之間的對應(yīng)關(guān)系并輸出圖形比較結(jié)果。
此外，在根據(jù)本發(fā)明實施例的圖形比較裝置中，圖元提取單元包括圖形細(xì)化單元，用于接收二進制圖像并將圖形中的所有粗線轉(zhuǎn)換為1象素寬的線；圖形分解單元，用于使用細(xì)化了的圖形的節(jié)點將圖形分解成一組粗圖元(rough primitives)；及合并-拆分單元，用于在合并-拆分處理中，通過重組圖形分解單元輸出的粗圖元形成有意義的圖元。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，合并-拆分單元重組圖形分解單元輸出的粗圖元，并根據(jù)下面的標(biāo)準(zhǔn)形成有意義的圖元。也就是，當(dāng)在一特定節(jié)點附近有粗圖元，在所有靠近該節(jié)點的粗圖元中，在端點處具有相同切線方向的圖元基于貪婪算法(greedy strategy)被合并。
此外，在根據(jù)本發(fā)明實施例的圖形比較裝置中，屬性圖生成單元以改進德勞內(nèi)方法產(chǎn)生屬性圖。特別地，圖形比較裝置使用多個點均等地取樣每個圖元提取單元輸出的圖元，并使用取樣點產(chǎn)生德勞內(nèi)三角。最后，合并通過產(chǎn)生德勞內(nèi)三角形成的節(jié)點，由此產(chǎn)生屬性圖。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，屬性圖生成單元通過使用多個取樣點表示一個圖元而產(chǎn)生屬性圖，從而使屬性圖不會丟失附加信息。對于長圖元，這個圖元是否連接到靠近它的一個圖元是通過確定另一個圖元是否位于一個端點或靠近一個中間點來確定。由此產(chǎn)生的屬性圖更清楚地顯示了圖元的空間分布。
此外，在根據(jù)本發(fā)明實施例的圖形比較裝置中，屬性圖生成單元以一屬性集表示圖元之間的空間關(guān)系，上述屬性集包括相對角、相對長度、相對位置、相對距離和相對最短距離。
在上述處理之后，圖形被轉(zhuǎn)換成屬性圖。該圖不僅存儲關(guān)于圖形的圖元的信息，而且存儲圖元之間的空間分布。因此，它充分表達(dá)了圖形的內(nèi)容。因此，圖形獲取實現(xiàn)了屬性圖之間對應(yīng)關(guān)系的計算，這可通過現(xiàn)有的圖形比較裝置來進行。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的圖形比較裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
根據(jù)本發(fā)明實施例的圖形比較裝置包括下面三個單元。
(1)圖元提取單元10(2)屬性圖生成單元11(3)屬性圖比較單元121.通常，圖形由例如直線、曲線等一些基本要素組合而構(gòu)成，從而它們能夠表達(dá)目標(biāo)物體的形狀、結(jié)構(gòu)和大小。圖元提取單元10設(shè)計為重新產(chǎn)生直線和曲線，也就是來自輸入圖形的圖元。
圖2為顯示圖元提取單元的結(jié)構(gòu)的框圖。
如圖2所述，圖元提取單元10包括三部分，即(1)圖形細(xì)化單元13，用于在細(xì)化處理中將所有的線條轉(zhuǎn)換成1象素寬的線，(2)圖形分解單元14，用于基于細(xì)化了的圖形的節(jié)點將圖形分解成一組粗圖元，及(3)合并-拆分單元15，用于組合來自圖形分解單元14的粗圖元，以產(chǎn)生平滑、有意義的圖元。
1.1圖形細(xì)化單元13圖形細(xì)化單元以公知的細(xì)化處理將所有的粗線轉(zhuǎn)換成1象素寬的線。參考Anil K.Jain的“數(shù)字圖形處理基礎(chǔ)(Fundamentals of digital imageprocessing)”，第382-383頁，Prentice-Hall，NJ，1989。
1.2圖形分解單元14包含在圖形中的直線和曲線的組合一般很復(fù)雜。即直線和曲線彼此交叉。因此，從圖形中產(chǎn)生有意義的圖元。即直線和曲線的產(chǎn)生要求實際識別圖形及分析圖形中節(jié)點的功能。
在圖形細(xì)化單元13的處理之后，圖形的所有直線和曲線被轉(zhuǎn)換成一象素寬的線，由此易于獲得節(jié)點信息。圖形分解單元14使用這些節(jié)點和線的端點將圖形分解成粗圖元。
圖形分解單元14的處理步驟包括1)計算每個象素的8個連續(xù)相鄰點的數(shù)目，及2)連接8個連續(xù)的相鄰點，并且連接到兩個相鄰象素，由此產(chǎn)生粗圖元。
圖3顯示了分解一幅圖像的過程。
圖3A顯示了由兩條交叉曲線形成的圖形。黑色和灰色點表示沒有相鄰點的象素，并且白色圓圈表示具有兩個和更多相鄰點的象素。圖3B顯示圖形分解單元的處理結(jié)果，由兩個交叉曲線獲得四個粗圖元。在圖3B中1至4是標(biāo)號。
1.3合并-拆分單元15在圖形分解單元14的處理之后，圖形中所示的曲線可被分成多個粗圖元。實際上在圖3B中，兩條曲線被分成四個粗圖元。合并-拆分單元15以切線方向和空間距離合并粗圖元，并產(chǎn)生有意義的圖元。基本的標(biāo)準(zhǔn)為產(chǎn)生的圖元為最可能平滑的曲線。如圖4A所示，合并-拆分單元15包括兩部分，即合并單元16和拆分單元17。
1.3.1合并單元16合并處理是指合并從圖形分解單元14輸出的粗圖元。當(dāng)給定一個粗圖元，在合并過程中檢查靠近該目標(biāo)圖元的粗圖元，以確定是否滿足必要的條件。如果滿足條件，那么根據(jù)貪婪方法合并這兩個圖元。
圖4b為合并處理的流程圖。
合并處理必須滿足下列條件。
1)合并處理必須僅在粗圖元的端點處進行。
2)排他性。允許這種合并最多一次。由此，在一個粗圖元上最多進行兩次合并處理。
3)非線性性。僅當(dāng)在兩個粗圖元的端點處切線方向幾乎匹配時，他們才能在兩個端點處合并。
4)空間間距(spatial gap)。僅當(dāng)兩個粗圖元的端點之間的距離足夠短時，他們才能合并。
通常，在一個粗圖元的附近具有多個粗圖元。他們均是有可能被合并的候選者。根據(jù)上述規(guī)則，可減小粗圖元候選的范圍，并且基于貪婪方法進一步選擇適當(dāng)?shù)暮喜⒑蜻x的范圍。
在所有粗圖元上依次進行合并處理，并且處理每個粗圖元的兩個端點。假設(shè)ci是一個將被處理的粗圖元，合并處理步驟包括下列步驟。
(1)接收由圖形分解單元14輸出的粗圖元作為輸入，選擇一個粗圖元，選擇ci的任一端點，并表示為a(步驟S10)。
(2)排他性檢查。檢查ci是否在點a處已經(jīng)合并過了(步驟S11)。如果是，那么控制被轉(zhuǎn)到步驟(7)。否則控制被轉(zhuǎn)到下一步。
(3)通過空間間距使縮小候選的范圍。檢查其他由圖形分解單元14輸出的粗圖元，并且記錄滿足下述條件的粗圖元和各自的端點(步驟S12和S13)。
i.在這個端點處，該粗圖元靠近ci的端點a。
ii.該粗圖元的這個端點處的切線方向與ci的端點的切線方向匹配。
iii.在該粗圖元的這個端點處，不進行合并處理。
假設(shè)選定的候選集合為cim，m＝1，…，M。dim，m＝1，…，M是對應(yīng)該粗圖元的端點和ci的端點之間在切線方向上的差異。
在步驟S14中確定候選集合的大小是否為1。如果不是1，控制轉(zhuǎn)到S18。如果大小為1，那么控制被轉(zhuǎn)到S15。
(4)計算dim的最小值。di＝min{dim，m＝1，...，M}(5)設(shè)置允許值，并且進一步縮小候選集合的范圍(步驟S15)。cim＝{cim|dim＜di+允許值}，在此cim表示新的候選集合。
(6)即，當(dāng)cim的大小為1時，即當(dāng)在集合cim中僅有一個元素時，由ci表示。假設(shè)當(dāng)前的粗圖元為ci，并且在(3)至(5)中的對應(yīng)端點處計算ci的候選集合(在(3)中記錄)。如果ci的候選集合僅含有粗圖元ci，并且對應(yīng)ci的端點為a，那么對應(yīng)ci的端點與ci的端點a合并(步驟S16和S17)。
(7)ci的另一個端點是b，并且如同端點a重復(fù)步驟(2)至(6)。
(8)確定是否已經(jīng)對集合的所有粗圖元進行了處理(步驟S18)。如果沒有，下一個圖元設(shè)置為當(dāng)前圖元，并且控制返回到步驟(1)。否則，控制轉(zhuǎn)到(9)。
(9)確定是合并處理是否已經(jīng)完成(步驟S19)。如果沒有，則程序終止。否則，重復(fù)步驟(1)至(8)，并且對所有粗圖元進行處理。
如圖5和圖6所示，在圖形分解單元14的處理之后，獲得粗圖元。通過參考圖5，說明在粗圖元的一個端點(圖5所示的黑點)處進行的合并處理。假設(shè)由黑點表示的端點處滿足空間間距規(guī)則。在這些點處曲線c1至c6的切線方向為-1.3，-1.6，-1.05，-1.1，0.2及0.3。在圖5中，他們由箭頭表示。
·首先，選擇粗圖元c1，并且假定共同線性規(guī)則的切線方向上的差的閾值為π/3。從上述步驟(3)，確定c1的候選集合為{c2，c3}，并且在相應(yīng)的切線方向上差為0.3和0.25。從圖5所示的箭頭方向，c1和c4之間在切線方向上的差為1.3-1.1＝0.2。然而，假設(shè)在這個端點處連接兩個粗圖元以形成一個圖元，箭頭的一個方向就會被反轉(zhuǎn)，并且c1和c4之間在切線方向上的實際差為π-0.2＝2.94。
·從上述步驟(4)，可獲得切線方向上的最小差0.25。
·允許的值設(shè)置為0.15。在步驟(5)中，新的候選集合沒有改變，并且表示為{c2，c3}。
基于上述步驟(6)，在(7)中處理c1的另一個端點。然而，在這個實例中，僅考慮一個端點。由此，控制直接轉(zhuǎn)到(8)。對于下一個處理，選擇下面的粗圖元c2。
·基于上述(3)至(5)，獲得c2的最終候選集合，即{c1}。
·進行(6)。從上述計算中獲得c1的候選集合。然而，其大小不是1。由此，控制轉(zhuǎn)到(8)，并且選擇下一個粗圖元c3。
·從(3)獲得c3的候選集合，即{c1，c4}，并且相應(yīng)的切線方向差為0.25和0.05。
·從(4)，最小的切線方向差為0.05。
·設(shè)置允許值為0.15。從(5)，c3的候選集合變?yōu)閧c4}。
·進行(6)。計算c4的候選集合，即{c3}。這滿足了合并條件。由此，在相應(yīng)的端點(圖5中所示的黑點)處合并c3和c4。
·以相似的步驟，合并粗圖元c5和c6。
·因此，完成了第一次處理，并且控制轉(zhuǎn)到(9)。由于進行了合并處理，因此開始了第二次處理。
·選擇粗圖元c1。由于在前面的迭代處理中合并了c3，在(3)中獲得的c1的候選集合變?yōu)閧c2}。類似地，c2的候選集合為{c1}。從(6)，合并該兩個粗圖元。
因此，合并了所有的粗圖元，從而結(jié)束合并處理。
1.3.2拆分單元17在合并處理之后，由圖形分解單元14獲得的粗圖元被重新聚集，并且根據(jù)共同線性規(guī)則，合并了空間上彼此接近的粗圖元。然而，在上述處理中，對于粗圖元沒有對平滑度進行補償。即一些粗圖元的能顯示為銳角曲線(acute curve)。拆分處理根據(jù)可能的曲線點將粗圖元分成平滑的圖元。
下面描述拆分處理的步驟。
(1)計算合并了的粗圖元的每一點處的曲率?？刹捎脗鹘y(tǒng)方法來實現(xiàn)。參考J.Matas，Z.Shao，J.Kittler的“通過中值過濾差對曲率和切線方向的估計(Estimation of curvature and tangent direction by median filtereddifferencing)”，圖像分析和處理第八屆國際會議，San Remo，1995年9月。
(2)從圖元的曲率檢測最大值。
(3)在(2)中獲得的最大值的點處，將圖元分成平滑圖元。
2.屬性圖生成單元11在圖元提取單元10的處理之后，圖形被分解成一組圖元。屬性圖生成單元11將圖元和他們之間的關(guān)系描述到屬性圖。屬性圖生成單元由兩部分形成。
(1)以改進的德勞內(nèi)三角形方法，產(chǎn)生屬性圖的框架。即在屬性圖中圖元被表示為節(jié)點，并且圖元之間的鄰接關(guān)系被表示為邊。
(2)提取屬性，特別是計算屬性圖的節(jié)點和邊的屬性，并且定量地表達(dá)圖元和他們的空間關(guān)系。
2.1產(chǎn)生屬性圖框架的過程在圖形中，長圖元經(jīng)常在與其中點與端點不同的點處與其他圖元靠近。因此，生成的屬性圖必須表示所有的連接。然而，在一些傳統(tǒng)方法中，在屬性圖的產(chǎn)生期間，僅采用諸如中點的一點來表示一個圖元。由此，可能遺漏一些連接。
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的實施例，按以下步驟中生成屬性圖框架。
1.圖元取樣。在多個點處均等地對圖元取樣。然后，記錄相應(yīng)于每個取樣點的位置處的初始圖元。
2.生成德勞內(nèi)圖。通過輸入所有的取樣點，根據(jù)德勞內(nèi)三角形的分布(tessellation)產(chǎn)生屬性圖框架。在該圖中，每個取樣點由一個節(jié)點表示，并且在屬性圖中一個連接由一條邊來表示。
對于用于實現(xiàn)德勞內(nèi)三角形的分布的方法，參考Joseph O’Rourke，所著的“C語言計算幾何(computational geometry in C)”，第5章，第155-192頁，劍橋大學(xué)出版社。
3.圖的簡化。在步驟2獲得的圖中，來自相同圖元的取樣點被合并成一個節(jié)點，并且相應(yīng)的邊也被合并，由此實現(xiàn)簡化。通過將一個圖元的多個取樣點合并成一個節(jié)點，而連接至每個取樣點的邊也被合并，同時保持連接。由此，其表現(xiàn)為到一個節(jié)點的連接。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例的屬性圖產(chǎn)生方法中，由不同位置的多個取樣點表示一個圖元，并且保持了關(guān)于圖元的展開信息(developed information)，產(chǎn)生的圖更加可靠。
圖6為通過將一個圖元表達(dá)為一個點(中點)獲得的傳統(tǒng)的屬性圖。圖6A中所示的灰色方框表示圖元的取樣點，并且圖6B示出了通過德勞內(nèi)三角形細(xì)分方法使用這些取樣點獲得的屬性圖。如圖6A所示，圖元7空間相鄰于圖元1至6，并且圖元6和5與圖元7干涉。因此，它與圖元8不相鄰。然而在圖6B所示的使用一個取樣點產(chǎn)生的屬性圖中，遺漏了圖元7和圖元1至3之間的連接，并且錯誤地增加了到圖元8的連接。
圖7示出了在根據(jù)本發(fā)明的實施例的屬性圖框架產(chǎn)生方法中獲得的結(jié)果。圖7A示出了取樣結(jié)果，即用多個取樣點表示一個圖元。圖7B示出了一個屬性圖框架，其表示以德勞內(nèi)三角細(xì)分方法從取樣點獲得的屬性圖框架，而三角的每個頂點對應(yīng)圖7A所示的一個取樣點。在簡化圖之后，獲得圖7C所示的最終屬性圖框架。根據(jù)本發(fā)明的實施例的屬性圖產(chǎn)生方法比傳統(tǒng)方法明顯增強了產(chǎn)生的屬性圖的可靠性。
2.2提取屬性通過生成屬性圖，圖形中的圖元由屬性圖中的節(jié)點表示，并且圖元間的空間關(guān)系表示為屬性圖的邊。然而，屬性圖框架沒有定量描述空間關(guān)系和圖元的特征。
在本發(fā)明的一個實施例中，使用了具有方向性的屬性集合，來描述兩個直線圖元之間的空間關(guān)系。
如圖8所示，假定直線AB和CD是分離的圖元。AB是待處理的圖元，而CD是相鄰于AB的圖元，從AB到CD的具有方向性的屬性集顯示·AB和CD之間的相對角度。如圖8A所示，該角度定義為α。
·相對長度，其為通過除以AB的長度而獲得的CD的長度。
·相對位置，其為這兩個圖元之間的節(jié)點或潛在(latent)節(jié)點的位置。
如圖8A和8B所示，當(dāng)兩個圖元或CD的延長線的節(jié)點在AB上，則若OA比OB短，相對位置＝|OA|/|OB|，若OB比OA短，相對位置＝|OB|/|OA|，O表示一個節(jié)點，而| |表示一條線的長度。
如圖8C所示，當(dāng)節(jié)點位于圖元AB的外側(cè)時，若潛在節(jié)點靠近端點A，相對位置＝|OA|/|OB|，若潛在節(jié)點靠近端點B，相對位置＝|OB|/|OA|。
·相對距離。首先計算這兩個圖元的中點之間的距離。為了獲得相對距離的值，該距離除以AB的長度。
·最短相對距離。計算這些兩個圖元之間的最短距離，通過最短距離除以AB的長度，獲得最短相對距離。
上述屬性集描述兩個直線圖元之間的空間距離。然而，從圖形中提取的圖元不是直線的情況并不少見。為了描述不是直線的圖元之間的空間相互關(guān)系，由直線近似曲線。然后，描述相互關(guān)系。
為屬性圖的邊提供上述處理中提取的屬性，以進行屬性圖的比較。
3、屬性圖比較單元12在圖元提取單元10和屬性圖比較單元12處理之后，查詢圖形和比較圖形被轉(zhuǎn)化成屬性的表達(dá)格式。圖形比較就被簡化成屬性圖的比較。屬性圖比較單元12基于圖形的內(nèi)容獲得查詢圖形和比較圖形之間的對應(yīng)關(guān)系。利用該比較結(jié)果，在搜索文件的過程中，從數(shù)據(jù)庫中自動獲取與查詢圖形最相近似的圖形。
一些現(xiàn)有的方法可用于比較屬性圖。參考A.J.Stoddart，K.Brunnstrom，的“使用平均域理論的自由形式表面的匹配(Free-form surface matching usingmean field theory)”，英國加工視覺會議，Edinburgh，UK，1996；或S.Z.Li，H.wang，K.L.Chan的“能量最小化和寬松標(biāo)識(Energy minimization andrelaxation labeling)”，數(shù)學(xué)圖像與視覺雜志，第7卷，第149-161頁，1997年。
圖9至13示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例通過基于內(nèi)容的圖形比較裝置比較圖形的實際流程。
圖9A和9B分別示出了一幅查詢圖形和一幅比較圖形。圖9A的圖形表示機器軸承的一部分。圖9B示出了整個軸承。圖10A和10B分別示出了查詢圖形和比較圖形的粗圖元。圖11A和11B分別示出了查詢圖形和比較圖形的圖元。圖12A和12B分別是對應(yīng)查詢圖形和比較圖形的附圖。圖13示出了比較結(jié)果的一個實例。
圖9A和9B示出了輸入的查詢圖形和比較圖形。顯然查詢圖形的右部與比較圖形彼此類似。
首先，圖形細(xì)化單元13對輸入的查詢圖形和比較圖形進行細(xì)化處理，并且通過圖形分解單元14提取粗圖元。圖10A和10B示出了獲得的結(jié)果。
其次，合并-拆分單元15重組來自查詢圖形和比較圖形的粗圖元，以提取有意義的圖元。圖11A和11B示出了結(jié)果。在圖11A中，為易于理解，一個提取的圖元被指定一個標(biāo)號。由此，完成圖元提取單元10的整個處理。
再次，屬性圖生成單元11使用由圖元提取單元10提取的查詢圖形和比較圖形的圖元生成相應(yīng)于查詢圖形和比較圖形的屬性圖，如圖12A和12B所示。圖12B中所示的結(jié)構(gòu)的粗體部分與圖12A中所示的結(jié)構(gòu)非常相似。由圖形提取單元獲得的屬性集沒有在附圖中示出。
最后，屬性圖比較單元12計算相應(yīng)于查詢圖形和比較圖形的屬性圖之間的對應(yīng)關(guān)系，并獲得如圖13所示的結(jié)果。圖13示出了由屬性圖比較單元12確定的與查詢圖形匹配的部分。
圖14示出了當(dāng)通過程序?qū)崿F(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖形比較裝置時，用于執(zhí)行程序的信息處理裝置所需的硬件環(huán)境。
信息處理裝置具有CPU 20，其為算術(shù)單元并執(zhí)行程序。CPU 20通過總線21連接到RAM 22、ROM 23、通信接口24、存儲設(shè)備27、讀取設(shè)備28及輸入-輸出設(shè)備30。存儲設(shè)備27存儲程序，該程序在被復(fù)制到RAM 22時，由CPU 20執(zhí)行。ROM 23存儲BIOS等，用于信息處理裝置進行基本操作。存儲設(shè)備27存儲包含很多圖形的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫并不總是存儲在存儲設(shè)備27中，而是可存儲在例如信息供應(yīng)器26的存儲設(shè)備中，該信息供應(yīng)器26經(jīng)過連接到通信接口24的網(wǎng)絡(luò)25(通信接口24)連接到圖14中所示的信息處理裝置。讀取設(shè)備28是用于從便攜式存儲介質(zhì)29讀取數(shù)據(jù)的裝置。當(dāng)在便攜式存儲介質(zhì)29中存儲程序時，則程序安裝在圖14所示的信息處理裝置中并由CPU 20執(zhí)行。輸入-輸出設(shè)備30包括鍵盤、鼠標(biāo)、墊、顯示器等，用于執(zhí)行該程序的信息處理裝置的用戶通過輸入查詢圖形并確認(rèn)圖形的比較結(jié)果來使用。
權(quán)利要求
1.一種用來指示信息處理裝置實現(xiàn)一圖形比較方法的程序，該圖形比較方法用于對一查詢圖形與存儲在數(shù)據(jù)庫中的一比較圖形進行比較，該程序包括將輸入的一圖形分解成圖元，所述圖元為圖形的組成部分；生成一屬性圖，該屬性圖描述在該圖形中描述的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容；通過比較為該比較圖形和該查詢圖形獲得的屬性圖，得到該比較圖形和該查詢圖形之間的對應(yīng)關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的程序，其中所述分解步驟包括將在圖形中繪制的線條細(xì)化成預(yù)定寬度的線條；將細(xì)化的圖像分解成組成部分，并生成粗圖元，其為初步圖元；以及根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)合并及拆分該粗圖元，并生成最終的圖元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的程序，其中所述合并—拆分步驟以一優(yōu)化的方法在端點處合并切線方向相類似的粗圖元，所述粗圖元是從該細(xì)化的圖像的分解步驟中獲得的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的程序，其中所述屬性圖生成步驟通過以下步驟來生成圖使用多個取樣點取樣每個圖元，并且以表示空間關(guān)系的邊連接多個圖元的多個取樣點；所述屬性圖生成步驟還通過將多個取樣點和一條邊一起會聚在每個圖元的一個節(jié)點處來簡化該生成的圖，從而將一個圖元指定到一個節(jié)點。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的程序，其中在所述屬性圖生成步驟中生成的所述屬性圖至少具有作為圖元間的屬性值的一相對角度、一相對長度、一節(jié)點、一相對距離及一最短相對距離。
6.一圖形比較裝置，其用于對一查詢圖形與存儲在數(shù)據(jù)庫中的一比較圖形進行比較，該圖形比較裝置包括一圖元提取單元，將一輸入圖形分解成圖元，所述圖元為圖形的組成部分；一屬性圖生成單元，生成描述在該圖形中描述的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的屬性圖；一屬性圖比較單元，通過比較為該比較圖形和該查詢圖形獲得的屬性圖來獲得該比較圖形和該查詢圖形之間的對應(yīng)關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述圖元提取單元包括一細(xì)化單元，將圖形中繪制的線條細(xì)化成預(yù)定寬度的線條；一圖形分解單元，將細(xì)化的圖形分解成組成部分，并產(chǎn)生粗圖元，其為初步圖元；以及一合并—拆分單元，根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)合并和拆分該粗圖元，并生成最終的圖元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述合并—拆分單元以優(yōu)化的方法在端點處合并切線方向相類似的粗圖元，所述粗圖元是從該細(xì)化的圖像的分解步驟中獲得的。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述屬性圖生成單元通過以下步驟來生成圖使用多個取樣點取樣每個圖元，并且以表示空間關(guān)系的邊連接多個圖元的多個取樣點；所述屬性圖生成單元還通過將多個取樣點和一條邊一起會聚在每個圖元的一個節(jié)點處來簡化該生成的圖，從而將一個圖元指定到一個節(jié)點。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中由所述屬性圖生成單元生成的所述屬性圖至少具有作為圖元間的屬性值的一相對角度、一相對長度、一節(jié)點、一相對距離及一最短相對距離。
11.一種用于對一查詢圖形與存儲在數(shù)據(jù)庫中的一比較圖形進行比較的圖形比較方法，包括將輸入的一圖形分解成圖元，該圖元為該圖形的組成部分；生成一屬性圖，該屬性圖描述在該圖形中描述的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容；通過比較為該比較圖形和該查詢圖形獲得的屬性圖，來獲得該比較圖形和該查詢圖形之間的對應(yīng)關(guān)系。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述分解步驟包括將繪制在該圖形中的線條細(xì)化成預(yù)定寬度的線條；將細(xì)化的圖像分解成組成部分，并產(chǎn)生粗圖元，其為初步圖元；以及根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)合并及拆分該粗圖元，并生成最終的圖元。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述合并—拆分步驟以優(yōu)化的方法在端點處合并切線方向相類似的粗圖元，所述粗圖元是從該細(xì)化的圖像的分解步驟中獲得的。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述屬性圖生成步驟通過以下步驟來生成圖使用多個取樣點取樣每個圖元，并且以表示空間關(guān)系的邊連接多個圖元的多個取樣點；所述屬性圖生成步驟還通過將多個取樣點和一條邊一起會聚在每個圖元的一個節(jié)點處來簡化該生成的圖，從而將一個圖元指定到一個節(jié)點。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述屬性圖生成步驟中生成的所述屬性圖至少具有作為圖元間的屬性值的一相對角度、一相對長度、一節(jié)點、一相對距離及一最短相對距離。
全文摘要
在細(xì)化輸入圖像之后，提取圖元。首先，提取粗圖元，然后根據(jù)貪婪方法在合并—拆分處理中將粗圖元變成圖元。根據(jù)圖元和圖元之間的空間關(guān)系，生成描述該圖形的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的屬性圖。使用改進的德勞內(nèi)三角和屬性集產(chǎn)生該屬性圖。對于每個互相比較的查詢圖形和比較圖形產(chǎn)生具有該屬性集的屬性圖，由此進行圖形比較。
文檔編號G06F17/50GK1655144SQ200410054509
公開日2005年8月17日 申請日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月13日
發(fā)明者劉汝杰, 馬場孝之, 遠(yuǎn)藤進, 椎谷秀一, 上原佑介, 增本大器 申請人:富士通株式會社