CN101479770A - 简化矢量图像的装置和方法 - Google Patents

Abstract

将光栅图像转换为矢量图像的当今计算机程序没有优化/压缩矢量图像的矢量表示。它们只是为矢量图像内的矢量对象保留所有的复杂边缘。本文中描述的发明用于通过简化相邻矢量对象共享的共用复杂边缘的形状来创建压缩的矢量图像。矢量对象的压缩(无损压缩)在不影响矢量图像的感知质量的情况下完成。

Description

简化矢量图像的装置和方法

技术领域

本发明涉及通过在矢量对象中移除重复信息并简化复杂边缘的形状来压缩矢量图像的图像处理装置和方法。

背景

如今，电子图像的使用非常普遍，因为相比纸质图像它们易于存储、检索和处理。而且，当今电子图像的普遍使用还因为相比纸质图像它们易于分发。随着因特网的出现，这最后一个优点举足轻重。如有需要，纸质图像可以转换为电子图像以使其更易于处理和分发。这种转换可以使用扫描纸质图像再创建电子图像的扫描仪来实现。当然，可以使用(例如)数码相机之类的电子装置拍照再创建电子图像。在任一情况下，电子图像通过先生成光栅(位图)图像再将光栅图像转换为矢量图像(vector-based image)(矢量图形图像)来创建。用于将光栅图像转换为矢量图像的步骤在领域中被称为矢量化过程。

当今市场上有许多种类的矢量化程序，均可用于将光栅图像转换为矢量图像。一些比较著名的矢量化程序包括(例如)：Vector Eye、Adobe Streamline、Silhouette、Synthetik Studio Artist和MacromediaFreehand。这些矢量化程序的执行方式以及它们使用的参数如色彩数量、形状数量、形状复杂度等大有不同并且视所需的结果而定。但是，所有这些矢量化程序功能均用于分析光栅图像内的色彩信息再创建共享相同色彩的被称作矢量对象的若干较大的区域。提供了图1A-1B(现有技术)分别示出两部汽车的光栅图像和矢量图像(下文将根据本发明详细讨论矢量图像)。这些矢量化程序均可很好地创建适当的矢量图像，但是它们可以被改进以更好地压缩矢量图像的表示。本发明的图像处理装置和方法满足了这种需要和其它需要。

发明内容

将光栅图像转换为矢量图像的当今计算机程序没有优化/压缩矢量图像的矢量表示。它们只是为矢量图像内的矢量对象保留所有的复杂边缘。本文中描述的发明用于通过简化相邻矢量对象共享的共用复杂边缘的形状来创建压缩的矢量图像。矢量对象的压缩(无损压缩)在不影响矢量图像的感知质量的情况下完成。

附图说明

通过结合附图参照以下详细说明，可以更完整地了解本发明：

图1A-1B(现有技术)分别显示两部汽车的光栅图像和矢量图像，用于帮助解释本发明解决的当前矢量化程序面临的问题。

图2是框图，说明根据本发明压缩矢量图像的图像处理装置的基本部件。

图3是流程图，说明根据本发明用于压缩矢量图像的方法的基本步骤。

图4A-4D是用于帮助解释图3中所示根据本发明的方法如何压缩第一矢量图像的一组图。

图5A-5D是一组示意图，用于帮助解释图3中所示根据本发明的方法如何压缩第二矢量图像的一组图。

图6A-6E是用于帮助解释图3中所示根据本发明的方法如何压缩第三矢量图像的一组图。

图7A-7D是用于帮助解释图3中所示根据本发明的方法如何压缩第四矢量图像的一组图。

图8是流程图，说明根据本发明用于压缩传送到移动终端的矢量图像的方法的基本步骤。

具体实施方式

参照图2，显示了实施优选方法300以使其可以根据本发明压缩矢量图像的图像处理装置200的框图。图像处理装置200包含处理器202，处理器202处理存储在存储器204内的指令以压缩矢量图像212，(例如)如下所示：(1)识别作为矢量图像212的一部分的两个相邻非透明矢量对象208和210共享的复杂边缘206(图3中的步骤302)；(2)选择在稍后用于形成压缩的矢量图像212′时具有不变复杂边缘206的一个矢量对象(例如)208(图3中的步骤304)；(3)简化另一矢量对象(例如)210的复杂边缘206(其中不变的矢量对象208和简化的矢量对象210′分开显示)(图3中的步骤306)；以及(4)在简化的矢量对象210′的简化边缘206′的至少一部分上绘制不变的矢量对象208(和可能的其它矢量对象)以形成压缩的矢量图像212′(图3中的步骤308)。下文更详细地说明了此方法300如何压缩矢量图像，其中此方法用于压缩四个不同的矢量图像。

在示例#1中，方法300压缩位于图1B左侧所示汽车内的挡风玻璃的矢量图像。图4A中显示了挡风玻璃402的矢量图像(注：矢量图像显示比平常更暗以便更好地帮助描述本发明)。在图4B中，组成挡风玻璃402的矢量图像的三个矢量对象404a、404b和404c相互分开显示。在此示例中，方法300通过简化两个复杂边缘406a和406b来压缩挡风玻璃图像402，其中第一复杂边缘406a在矢量对象404a和404b之间共享，而第二复杂边缘406b在矢量对象404b和404c之间共享。

具体地说，方法300通过执行以下步骤简化第一复杂边缘406a：(1)识别由两个相邻矢量对象404a和404b共享的复杂边缘406a(步骤302)；(2)随机选择(或智能地/迭代地选择)矢量对象404a和404b之一(如矢量对象404b)来保持不变以使其稍后可用于形成压缩的矢量图像402′(但在此示例中，在简化另一共享的复杂边缘406b时矢量对象404b随后将变化，如下所述)(步骤304)；以及(3)通过使用更简单的形状410a取代复杂边缘406a的形状来简化与矢量对象404a关联的第一复杂边缘406a，在此例中，更简单的形状410a是直线，但任何形状均可使用，只要它是比原始复杂边缘406a更简单的形状(见图4C)(步骤306)。方法300重复这些步骤从而通过使用更简单的形状410b取代第二复杂边缘406b以简化第二复杂边缘406b(与矢量对象404b关联)，在此例中，更简单的形状410b是直线，但同样任何形状均可使用，只要它是比原始复杂边缘406b更简单的形状(见图4C)。

然后，方法300在变化的矢量对象404b′(具有原始复杂边缘406a和简化边缘410b)上绘制不变的矢量对象404c(具有原始复杂边缘406b)，而变化的矢量对象404b′在变化的矢量对象404a′(具有简化边缘410a)上绘制，从而形成挡风玻璃402′的压缩矢量图像(见图4D)(步骤308)。可以看到，矢量对象404a′、404b′和404c之间没有间隙，这意味着变化的矢量对象404a′的简化边缘410a的形成将使其完全隐藏在变化的矢量对象404b′和不变的矢量对象404c之下。此外，变化的矢量对象404b′的简化边缘410b的形成将使其完全隐藏在不变的矢量对象402c之下。为了绘制挡风玻璃402的压缩矢量图像，方法300可以使用深度缓冲器，或者更具体地说，使用深度缓冲器的矢量图形描述语言，使其可以描述要在另一矢量对象上绘制什么矢量对象。一种这样的语言是SVG(由W3C标准化的可缩放矢量图形)，它是一种基于XML的语言，以矢量对象在文件中出现的相同顺序显现矢量对象。

可以看到，图4A中所示挡风玻璃402的原始非压缩矢量图像看上去与图4D中所示挡风玻璃402′的压缩矢量图像一样。这说明方法300确实是对当前矢量化程序的改进，因为它减少了形成挡风玻璃402的相同视觉表示所需的信息量。基本上，方法300通过使用简化的共享边缘410a和410b取代其共享的复杂边缘406a和406b减少了描述矢量对象404a和404b所需的信息量。这个过程可称作无损压缩或无损优化。

在示例#2中，方法300压缩包含根据以下SVG文件定义的两个矢量对象502a和502b的矢量图像500：

     <？xml version＝＂1.0＂encoding＝＂utf-8＂？>

     <svg width＝＂400＂height＝＂400＂>

     <path fill＝＂#00015F＂d＝＂M0，0L100，0L150，50L100，100L0，100z＂/>

     <path                                                  fill＝＂#FF0100＂

d＝＂M200，0L100，0L150，50L100，100L200，100z＂/>

     </svg>

在绘制时，此SVG文件创建图5A中所示的矢量图像500(左上角坐标x，y＝0，0，右下角坐标x，y＝200，100)。图5B分别显示两个矢量对象502a和502b。接着，提供了讨论以解释SVG文件中的第一路径如何用于绘制矢量对象502a：

fill＝＂#00015F＂       -  使用此色彩填充形状。

d＝                     -  从此处开始路径。

M0，0                   -  移至0，0，表示从此坐标开始绘制(如将“笔”

                           放在此处)

L100，0                 -  线至(绝对的)100，0，表示绘制一条线至坐标x，

                           y＝100，0(从上一个点)

L150，50                -  线至(绝对的)150，50，表示绘制一条线至坐标

                           x，y＝150，50(从上一个点)

L100，100               -  线至(绝对的)100，100，表示绘制一条线至坐标

                           x，y＝100，100(从上一个点)

L0，100                 -  线至(绝对的)0，100，表示绘制一条线至坐标

                           x，y＝0，100(从上一个点)

z                       -  封闭形状，与从最后一点绘制一条线至结束点

                           相同。

注：SVG允许以几种方式描述路径，如在两种情况中使用“1”或“L”表示“线至”，但在第一种情况中是相关的(从上一个绘制点)，而在第二种情况中是限定的(至固定坐标)。此外，使用贝济埃曲线，可以使用“C”表示“曲线至”下一个坐标。

这样，在方法300对比SVG文件内的两条路径时，它看到在两条路径中＂L100，0L150，50L100，100＂部分是相同的。方法300就是这样识别两个矢量对象502a和502b共享的共用复杂边缘504(步骤302)。注：在SVG中，绘制路径的顺序可能会颠倒，意味着可以朝不同方向通过相同路径，这表示方法300还应对比SVG文件中的相反路径以发现共用边缘。在任一情况下，方法300对比路径的描述并判定它们是否确实相同，即指示相邻矢量对象的共用边缘。

方法300使用此知识、通过使用简化边缘506取代与矢量对象之一(如矢量对象502b)关联的复杂边缘504来简化矢量图像500。矢量对象502b可以在SVG文件中简化如下：

<？xml version＝＂1.0＂encoding＝＂utf-8＂？>

<svg width＝＂400＂height＝＂400＂>

<path fill＝＂#FF0100＂d＝＂M200，0L100，0L100，100L200，100z＂/>

<path fill＝＂#00015F＂d＝＂M0，0L100，0L150，50L100，100L0，100z＂/>

</svg>

如图5C中所示，方法300通过使用一条从x，y＝100，0到x，y＝100，100的垂直线506取代与矢量对象502b关联的复杂边缘504中的两条线以对其进行简化。此外，方法300更改了两个矢量对象502a和502b′的绘制顺序，使得不变的矢量对象502a现在在变化的矢量对象502b′上绘制以形成压缩的矢量图像500′(步骤308)(参见图5D)。因此，方法300减少了形成压缩的矢量图像500′所需的信息量。可以看到，压缩的矢量图像500′具有与非压缩矢量图像500相同的视觉表示(对比图5A和5D)。在此示例中，方法300实现198个字符中7个字符(L150，50)的获益，即大小约为3.5％的获益。

实际上，共享边缘越复杂，方法300通过使用接近50％的理论最大获益简化该共享边缘获益则越多。这是期望的，因为方法300通过有效简化共享边缘减少了描述关联矢量对象所需的信息量。

在示例#3中，方法300压缩图6A中所示的矢量图像600。图6B中分别显示了组成矢量图像600的三个矢量对象602a、602b和602c。可以看到，矢量对象602a和602b共享复杂边缘604a，而矢量对象602b和602c共享复杂边缘604b。假定，方法300简化了两个复杂边缘604a和604b并且创建作为图6C中所示简化的矢量图像600′的一部分的简化边缘604a′和604b′。如果发生这种情况，简化边缘604a′会太小，因为简化的矢量对象602a′和602b′之间会有间隔608。当然，方法300不会这样做，但是，有缺陷的简化边缘604a′创建用于说明简化边缘需要完全隐藏在一个或多个矢量对象之下这一要点。

实际上，方法300会简化两个复杂边缘604a和604b并且可能创建分别与变化的矢量对象602a＂和602b′关联的简化边缘604a＂和604b′以形成图6D中所示简化的矢量图像600＂。现在可以看到，与变化的矢量对象602a＂关联的简化边缘604a＂完全隐藏在简化的矢量对象602b′之下(对比图6C和6D)。这全都正常生效。但是，方法300还可具有逻辑，该逻辑了解何时可以在另两个矢量对象602a和602b上绘制另一矢量对象(在此例中为矢量对象602c)。然后，方法300可以使用该信息对简化边缘604a＂进行进一步简化以创建图6E中所示的简化边缘604a＂′。此特殊简化边缘604a＂′只是用于构造中极小部分(a bit of aconstruction)，但它有助于说明要点，即在需要时，可以简化边缘以使其隐藏在多个矢量对象之下。在任一情况下，简化矢量图像600＂和600＂′的视觉表示与非简化矢量图像600的视觉表示相同(对比图6A、6D和6E)。但是，相对形成与非简化矢量图像600关联的不变矢量对象602a和602b所需的数据，形成简化矢量对象602a＂、602a＂′和602b′所需的数据较少。

在示例#4中，方法300压缩图7A中所示的矢量图像700。图7B中分别显示了组成矢量图像700的三个矢量对象702a、702b和702c。可以看到，两个矢量对象702a和702b共享复杂边缘704a，而两个矢量对象702b和702c共享复杂边缘704b。方法300可以通过创建分别与变化的矢量对象702a′和702b′关联的两个简化边缘704a′和704b′来简化这两个复杂边缘704a和702b(参见图7C)。然后，方法300可以在变化的矢量对象702b′上绘制不变的矢量对象702c，而变化的矢量对象702b′在变化的矢量对象702a′上绘制，从而形成简化的矢量图像700′(参见图7D)。可以看到，变化的矢量对象702a′的简化边缘704a′完全隐藏在两个不同的矢量对象702b′和702c之下。而且，变化的矢量对象702b的简化边缘704b′完全隐藏在一个矢量对象702c之下。在此简化之后，简化矢量图像700′视觉外观保持与非简化矢量图像700的视觉外观相同(对比图7A和7D)。

根据上文可以理解，方法300的基本概念是简化在两个矢量对象之间共享的复杂边缘以得到一个复杂形状和一个简化边缘。简化边缘可以通过使用比原始复杂边缘更简单的线、曲线或任何其它形状来创建。此处更简单是指可以使用更少的信息定义。方法300还在具有简化边缘的变化矢量对象上绘制具有复杂边缘的不变矢量对象。绘制顺序可以通过使用指定哪个矢量对象要绘制在另一个之上的深度缓冲器来控制。此绘制顺序概念也称作“绘画模型(painters model)”。简单地说，它表示所看到的即最后绘制的。例如，如果屏幕上绘制了一张图，然后在它上面绘制一个红色圆圈，则无法看到红色圆圈之下的图的部分。由于此绘制顺序，方法300对不透明(非透明)相邻矢量对象可以正常生效，但无法用于“透明”矢量对象。最后，上述方法300有效地提供比矢量化程序输出的更紧凑的矢量图像表示。但是，方法300还可用作矢量化程序本身的一部分，表示增强的矢量化程序会立即创建和输出压缩的矢量图像。

在一种应用中，本发明可用于创建要发送到移动终端(如移动电话、PDA、膝上型计算机)的更小的文件以实现移动领域的重要目标。在这种情况下，增强的方法300′包括以下步骤：(1)识别作为矢量图像的一部分的两个相邻矢量对象共享的复杂边缘(图8中的步骤302)；(2)选择这些矢量对象中、在稍后用于形成压缩的矢量图像时具有不变复杂边缘的一个矢量对象(如第一矢量对象)(图8中的步骤304)；(3)简化另一矢量对象的复杂边缘(如第二矢量对象)(图8中的步骤306)；(4)使用可缩放矢量图形语言(如SVG、SVG Basic[SVGB]、SVG Tiny[SVGT])准备文件，该文件指示变化矢量对象(如简化的第二矢量对象)的简化边缘要绘制得完全隐藏在不变矢量对象(如不变的第一矢量对象)之下或绘制得完全隐藏在不变矢量对象(如不变的第一矢量对象)和至少一个其它矢量对象之下(图8中的步骤308)；以及(5)将该文件传送到移动终端，该移动终端随后绘制/形成压缩的矢量图像(图8中的步骤310)。注：SVGT是用于个人购物系统(PSS)和多媒体消息传递服务(MMS)的3GPP第5和第6版中包括的一种格式(参见3GPP PSS Release 5 & 6(3GPP TS 26.234 v5.7.0 & 3GPP TS 26.234 v.6.7.0)和3GPP MMSRelease 5 & 6(3GPP TS 26.140 v5.2.0 & 3GPP TS 26.140 v.6.3.0))。

虽然已经在附图以及在以上详细说明中说明了本发明的一个实施例，但大家理解，本发明不限于所公开的实施例，而还能够有许多重新配置、修改和替换，只要没有背离以下权利要求书限定的本发明。

Claims (21)

1.一种用于压缩矢量图像的方法，所述方法包括以下步骤：

识别由互相相邻并且均为所述矢量图像的一部分的第一矢量对象和第二矢量对象共享的复杂边缘；

选择在用于形成压缩的矢量图像时具有不变复杂边缘的第一矢量对象；

简化所述第二矢量对象的所述复杂边缘；以及

在所述第二矢量对象的简化边缘的至少一部分之上绘制所述第一矢量对象以形成所述压缩的矢量图像。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述识别步骤还包括对比所述第一矢量对象的第一对象路径与所述第二矢量对象的第二对象路径以识别由所述第一矢量对象和所述第二矢量对象共享的复杂边缘。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述选择步骤还包括随机选择在用于形成所述压缩的矢量图像时具有不变复杂边缘的第一矢量对象。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述选择步骤还包括迭代地/智能地选择在用于形成所述压缩的矢量图像时具有不变复杂边缘的第一矢量对象。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述简化步骤还包括确定要用于取代所述第二矢量对象的复杂边缘的简单形状，以使得在所述绘制步骤期间，所述第二矢量对象的简化边缘绘制得隐藏在所述第一矢量对象之下或绘制得隐藏在所述第一矢量对象和至少一个其它矢量对象之下以形成所述压缩的矢量图像。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述绘制步骤还包括使用可缩放矢量图形语言来指示要在所述第二矢量对象的简化边缘的至少一部分之上绘制所述第一矢量对象以形成所述压缩的矢量图像。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述第一矢量对象不是透明矢量对象并且未被所述第二矢量对象环绕。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述第二矢量对象不是透明矢量对象并且未被所述第一矢量对象环绕。

9.一种图像处理装置，包括：

处理器；以及

其中存储有指令的存储器，所述指令可由所述处理器访问和处理以促进矢量图像的压缩，所述压缩步骤如下：

识别由互相相邻并且均为所述矢量图像的一部分的第一矢量对象和第二矢量对象共享的复杂边缘；

选择在用于形成压缩的矢量图像时具有不变复杂边缘的第一矢量对象；

简化所述第二矢量对象的复杂边缘；以及

在所述第二矢量对象的简化边缘的至少一部分之上绘制所述第一矢量对象以形成所述压缩的矢量图像。

10.如权利要求9所述的图像处理装置，其中所述处理器通过对比所述第一矢量对象的第一对象路径与所述第二矢量对象的第二对象路径以识别由所述第一矢量对象和所述第二矢量对象共享的复杂边缘来促进所述识别步骤。

11.如权利要求9所述的图像处理装置，其中所述处理器通过随机选择在用于形成压缩的矢量图像时具有不变复杂边缘的第一矢量对象来促进所述选择步骤。

12.如权利要求9所述的图像处理装置，其中所述处理器通过迭代地/智能地选择在用于形成压缩的矢量图像时具有不变复杂边缘的第一矢量对象来促进所述选择步骤。

13.如权利要求9所述的方法，其中所述处理器通过确定用于取代所述第二矢量对象的复杂边缘的简单形状来促进所述简化步骤，以使得在所述绘制步骤期间，所述第二矢量对象的简化边缘绘制得隐藏在所述第一矢量对象之下或绘制得隐藏在所述第一矢量对象和至少一个其它矢量对象之下以形成所述压缩的矢量图像。

14.如权利要求9所述的图像处理装置，其中所述处理器通过使用可缩放矢量图形语言指示要在所述第二矢量对象的简化边缘的至少一部分之上绘制所述第一矢量对象来促进绘制步骤，从而形成所述压缩的矢量图像。

15.如权利要求9所述的图像处理装置，其中所述第一矢量对象不是透明矢量对象并且未被所述第二矢量对象环绕。

16.如权利要求9所述的图像处理装置，其中所述第二矢量对象不是透明矢量对象并且未被所述第一矢量对象环绕。

17.一种用于压缩传送到移动终端的矢量图像的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)识别由互相相邻并且均为所述矢量图像的一部分的第一矢量对象和第二矢量对象共享的复杂边缘，其中所述识别步骤还包括：

(a1)对比所述第一矢量对象的第一对象路径与所述第二矢量对象的第二对象路径以识别由所述矢量图像内的所述第一矢量对象和所述第二矢量对象共享的复杂边缘；

(b)选择在用于形成压缩的矢量图像时具有不变复杂边缘的第一矢量对象；

(c)简化所述第二矢量对象的所述复杂边缘；其中所述简化步骤还包括：

(c1)确定用于取代所述第二矢量对象的所述复杂边缘的简单形状；

(d)使用可缩放矢量图形语言准备文件，所述文件指示所述第二矢量对象的简化边缘要绘制得隐藏在所述第一矢量对象之下或绘制得隐藏在所述第一矢量对象和至少一个其它矢量对象之下；以及

(e)将所述文件传送到所述移动终端，所述移动终端随后将所述第二矢量对象的简化边缘绘制得隐藏在所述第一矢量对象之下或将所述第二矢量对象的简化边缘绘制得隐藏在所述第一矢量对象和至少一个其它矢量对象之下以形成所述压缩的矢量图像。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述选择步骤还包括随机选择在用于形成所述压缩的矢量图像时具有不变复杂边缘的第一矢量对象。

19.如权利要求17所述的方法，其中所述选择步骤还包括迭代地/智能地选择在用于形成所述压缩的矢量图像时具有不变复杂边缘的第一矢量对象。

20.如权利要求17所述的方法，其中所述第一矢量对象不是透明矢量对象并且未被所述第二矢量对象环绕。

21.如权利要求17所述的方法，其中所述第二矢量对象不是透明矢量对象并且未被所述第一矢量对象环绕。

Images