基于方向特征和局部唯一性的矢量图形特征点提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于方向特征和局部唯一性的矢量图形特征点提取方法，分为方向特征值计算和局部唯一性筛选两部分，在方向特征值计算部分通过滑动窗口计算边缘特征；在局部唯一性筛选部分计算各区域之间的唯一性，结合方向特征与其唯一性并对各个窗口区域进行评分，降序排序得到前n个最优特征点。能够从矢量图中快速提取出若干对位特征点，且特征点具有良好的唯一性，目前该算法已经成熟应用到了自动对位设备当中。

【技术实现步骤摘要】
基于方向特征和局部唯一性的矢量图形特征点提取方法
本专利技术属于图像处理领域，具体涉及一种基于方向特征和局部唯一性的矢量图形特征点提取方法。
技术介绍
依据二维平面CAD/CAM制造的产品在进行自动化光学检查(AOI)时，其检测定位必须依赖于特征识别这一关键性技术。通过特征识别，我们可以得到产品的类型，位置(旋转和偏移)，甚至可以计算出形变量(拉伸，畸变)，这类应用集中在CAD图纸数字化存储，PCBAOI，胶片AOI等领域。随着科学技术不断发展，图像处理技术也与时俱进，不断创新。但目前主流研究仍然集中在自然图像及医学图像领域，对工业领域的研究偏少，工业领域的图像处理技术发展较为缓慢。特征点提取的目标图形为CAM矢量图，在CAM矢量图中，所有的图形都是标准的几何图案，如直线，圆弧组成的多边形，这些图形很容易就能转为点阵图像；但不同于位图，由于CAM图形十分标准会导致其中存在着大量结构相同的形状，从而导致寻找到的特征点在一定区域内，不具有唯一性，这使得在后期特征匹配对位时会出现错位的情况。利用传统的特征提取算法，例如SIFT，SUFT，OpencvFast算法等无法很好地解决这一问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于方向特征和局部唯一性的矢量图形特征点提取方法。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种基于方向特征和局部唯一性的矢量图形特征点提取方法，其包括以下步骤：步骤一、对矢量图进行预处理，获得图形轮廓，并对图形轮廓进行线段和圆弧的切割，并计算出总面积，并对获取的图形轮廓及线段和圆弧，将每一个轮廓的包框区域均分为若干cell，若干cell组成用于记录cell位置的表格grids；步骤二、获取线段的角度归类，获取线段的对应角度及特征长度，并存入表格grids；步骤三、获取圆弧的角度归类，获取圆弧的圆心角与对应的弧长，并存入表格grids；步骤四、将表格grids转化为窗口window，并以设定步长遍历表格grids中的所有区域，将窗口范围内的特征合并至八方向特征向量Vdir中，w为单个窗口的长度,并对所有窗口进行分数计算，并获得总分li为八方向中i方向的特征总长,lj为j方向的特征总长,αi为i方向对应角度，αj为j方向对应角度，最后根据正交对数对总分进行调整，得到ortho为正交对数,Z为窗口中没有正交对时的调整值；步骤五、以原窗口为中心，向外拓展长度λ的邻接区域，构成唯一性区域，并获取每一个窗口内的特征向量的差异度diff(m,n)，vm代表第m个窗口的特征向量,vn代表第n个窗口的方向特征向量；步骤六、根据步骤四获取的总分及步骤五获取的差异度diff(m,n)，获取最终总分为score＝score*diff(m,n)，对所有窗口进行打分后，按降序排序，即求得前N个最优特征点。步骤二中，通过斜率获取x轴单位长度为1时对应的纵轴偏移offsety，根据纵轴偏移offsety来判定线段的跨越cell的数量；hcell为cell的边长，(xstart,ystart)代表线段起点坐标，(xend,yend)代表线段终点坐标；同时根据斜率获取线段角度并将获取的线段角度归类至八方向中的一种，若线段跨度大于一个cell时，且中间线段位于同一cell内，线段在相邻cell中的长度和为固定值l，获取线段起点所在的cell横轴索引获取线段起点所在的cell纵轴索引获取首段线段的横轴长度与cell边长的百分比Pstart，xroi代表roi区域左边界的横坐标，然后获取首段线段的特征长度lstart，lstart＝hcell*Pstart*dpi，dpi代表像素密度，并将获取的首段线段的特征长度lstart及对应角度存入表格grids；获取线段终点所在的cell横轴索引获取线段终点所在的cell纵轴索引获取尾段线段的横轴长度与cell边长的百分比Pend，然后获取尾段线段的特征长度lend，lend＝hcell*Pend*dpi，并将获取的尾段线段的特征长度lend及对应角度存入表格grids。若中间线段不位于同一cell中，对中间线段切割形成首段与尾段，获取切割出的尾段所占cell百分比分别获取首段与尾段的特征长度ldown和lup，ldown＝hcell*Pdown*dpilup＝hcell*(1-Pdown)*dpi。步骤三中，通过圆拟合获得圆弧拟合圆半径r和顶点对应圆心角度；获取给定圆弧最小包框内整圆的横向及竖向交点，存储获取的交点，判断圆弧段是否为闭合圆弧，若为非闭合，则在集合中再增加起点和终点，按所成角度降序排序；若为圆弧，则去掉不属于它的点，直接按照圆弧的角度范围筛除多余点；得到所有交点后，按照所成圆心角度数进行顺序排序，依次遍历相邻的端点，并计算圆弧特征。在对圆弧上两点计算特征时，确定统计的方向的顺逆后，将已知线段两点角度进行归一化，根据定义的顺逆方向计算角度归类。若在顺时针下，获取起点角度的角度归类γstart为弧线起点对应的圆心角度，获取终点角度的角度归类γend为弧线终点对应的圆心角度，若两个角度归类一致，则获取该段弧长将角度归类重定位至8均分归类将角度归类与总弧长存入grids，为弧线起点和终点的平均cell横坐标，为弧线起点和终点的平均cell纵坐标；若两个角度归类不一致，则获取首段弧长获取尾段弧长将两角度归类重定位至八方向的角度归类中，首段角度归类mod8，尾段角度归类mod8，并将首段及尾段的弧长及角度归类存入grids；若两个角度归类相差不小于2，以角度归类为起点，为终点遍历，将沿途角度和弧长存入grids。若在逆时针下，获取起点角度归类获取终点角度归类若两个角度归类一致，则获取总弧长将角度归类重定位至8均分归类将角度归类与总弧长存入grids，若两个角度归类不一致，则获取首段弧长获取尾段弧长将两角度归类重定位至八方向的角度归类中，并将首段及尾段的弧长及角度归类存入grids；若两个角度归类相差不小于2，以为起点，为终点进行遍历。步骤五中，遍历所有窗口，每一窗口均和域内所有窗口计算一次差异度，对任意两窗口的特征向量vm、vn，并通过获取差异度，在唯一性区域内计算中心点与其他窗口的差异度，求得差异度后与两个窗口当前差异度进行比较并替换为最小值。创建一个窗口大小的纯净圆轮廓，并对该特征进行基准分数的计算，得到基准分数后，对已经按总分降序排序的窗口集合进行筛选，若窗口分数大于基准分时，此窗口是该区域得分最高的区域，直接清除清理其唯一性区域内的邻域窗口，若窗口分数小于基准分，则以八邻域搜索周围所有窗口并替换为差异值最大的窗口。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于方向特征和局部唯一性的矢量图形特征点提取方法，其特征在于：其包括以下步骤：/n步骤一、对矢量图进行预处理，获得图形轮廓，并对图形轮廓进行线段和圆弧的切割，并计算出总面积，并对获取的图形轮廓及线段和圆弧，将每一个轮廓的包框区域均分为若干cell，若干cell组成用于记录cell位置的表格grids；/n步骤二、获取线段的角度归类，获取线段的对应角度及特征长度，并存入表格grids；/n步骤三、获取圆弧的角度归类，获取圆弧的圆心角与对应的弧长，并存入表格grids；/n步骤四、将表格grids转化为窗口window，并以设定步长遍历表格grids中的所有区域，将窗口范围内的特征合并至八方向特征向量V

【技术特征摘要】
1.一种基于方向特征和局部唯一性的矢量图形特征点提取方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤一、对矢量图进行预处理，获得图形轮廓，并对图形轮廓进行线段和圆弧的切割，并计算出总面积，并对获取的图形轮廓及线段和圆弧，将每一个轮廓的包框区域均分为若干cell，若干cell组成用于记录cell位置的表格grids；
步骤二、获取线段的角度归类，获取线段的对应角度及特征长度，并存入表格grids；
步骤三、获取圆弧的角度归类，获取圆弧的圆心角与对应的弧长，并存入表格grids；
步骤四、将表格grids转化为窗口window，并以设定步长遍历表格grids中的所有区域，将窗口范围内的特征合并至八方向特征向量Vdir中，w为单个窗口的长度,并对所有窗口进行分数计算，并获得总分li为八方向中i方向的特征总长,lj为j方向的特征总长,αi为i方向对应角度，αj为j方向对应角度，
最后根据正交对数对总分进行调整，得到ortho为正交对数,Z为窗口中没有正交对时的调整值；
步骤五、以原窗口为中心，向外拓展长度λ的邻接区域，构成唯一性区域，并获取每一个窗口内的特征向量的差异度diff(m,n)，vm代表第m个窗口的特征向量,vn代表第n个窗口的方向特征向量；
步骤六、根据步骤四获取的总分及步骤五获取的差异度diff(m,n)，获取最终总分为score＝score*diff(m,n)，对所有窗口进行打分后，按降序排序，即求得前N个最优特征点。


2.根据权利要求1所述的基于方向特征和局部唯一性的矢量图形特征点提取方法，其特征在于：步骤二中，通过斜率获取x轴单位长度为1时对应的纵轴偏移offsety，根据纵轴偏移offsety来判定线段的跨越cell的数量；hcell为cell的边长，(xstart,ystart)代表线段起点坐标，(xend,yend)代表线段终点坐标；同时根据斜率获取线段角度并将获取的线段角度归类至八方向中的一种，


3.根据权利要求2所述的基于方向特征和局部唯一性的矢量图形特征点提取方法，其特征在于：若线段跨度大于一个cell时，且中间线段位于同一cell内，线段在相邻cell中的长度和为固定值l，
获取线段起点所在的cell横轴索引
获取线段起点所在的cell纵轴索引
获取首段线段的横轴长度与cell边长的百分比Pstart，

xroi代表roi区域左边界的横坐标，
然后获取首段线段的特征长度lstart，lstart＝hcell*Pstart*dpi，dpi代表像素密度，
并将获取的首段线段的特征长度lstart及对应角度存入表格grids；
获取线段终点所在的cell横轴索引
获取线段终点所在的cell纵轴索引
获取尾段线段的横轴长度与cell边长的百分比Pend，
然后获取尾段线段的特征长度lend，lend＝hcell*Pend*dpi，
并将获取的尾段线段的特征长度lend及对应角度存入表格grids。


4.根据权利要求2所述的基于方向特征和局部唯一性的矢量图形特征点提取方法，其特征在于：若中间线段不位于同一cell中，对中间线段切割形成首段与尾段，
获取切割出的尾段所占cell百分比
分别获取首段与尾段的特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟靖，张方德，贺兴志，
申请(专利权)人：浙江欧威科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33