CN104346798B - 目标轮廓多边形逼近方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种目标轮廓多边形逼近方法及其装置，所述方法包括：获取初始目标轮廓上的三个信息点并据此构造两条直线并获得该两条直线的夹角值，依据该夹角值的大小对处于中间位置的信息点进行权重界定，并将权重值超过预定阈值的信息点保存到新目标轮廓容器；依据新目标轮廓容器中的多个信息点构造新目标轮廓，并获取该新目标轮廓上任意相邻的两个信息点作为初始顶点，并获取该新目标轮廓上距离由该两个初始顶点形成的直线最长的一个最远点；依据所述两个初始顶点以及一个最远点，获取新目标轮廓上的其他至少一个多边形顶点。本发明能够达到目标轮廓的多边形的保真逼近，并且降低了多边形多个顶点确定的时间复杂度，提高了目标分类系统的工作效率。

Description

目标轮廓多边形逼近方法及其装置

技术领域

本发明属于视频监控中的目标分类技术领域，具体而言，尤其涉及一种快速的目标轮廓多边形逼近方法及其装置。

背景技术

目前，视频监控领域内的目标分类系统中，对于目标分类的方法主要有：基于纹理特征的分类，以及基于形状特征的分类。其中，基于形状特征的目标分类需要用到目标轮廓。

一般而言，从数字视频中提取的目标轮廓和边界大多以数字曲线轮廓的形式来表示，由于所有的数字曲线轮廓点信息全部参与计算，比较耗时，所以有必要对轮廓曲线进行简化，以减少数字曲线轮廓的数据点数，从而降低后续目标分类的计算量。因为数字曲线轮廓的信息主要集中在曲线轮廓的特征点以及决定曲线轮廓总体外形轮廓的一些特征点上，所以在模型简化时，就需要获取或保留数字曲线轮廓的主要信息，忽略其它次要信息。就此，通常采用数字曲线轮廓的多边形逼近方法是实现上述应用要求的主要技术之一。

在对实时性要求较高的目标分类系统中，多边形逼近算法的运行速度一定要快，因为多边形逼近的初衷就是简化模型、减少数据量，以少的数据量代表主要信息，从而提高后续的算法效率。

但是，本发明的发明人发现，传统的多边形逼近方法在运行速度上存在不足。例如，opencv中采用的道格拉斯—普克(Douglas-Peucker，简称DP逼近算法)逼近算法，其核心思想为：

以目标轮廓中相距最远的两个点作为两个初始顶点，将两个初始顶点连接成线段，并随之确定轮廓上其他点到该线段的垂直距离，如果最大的垂直距离是大于预定的门限值的话，该具有最大垂直距离的像素点被检测为顶点。

DP逼近方法是较为经典的方法，但它的时间复杂度为O(n2)，当目标轮廓曲线的坐标点数较多时，该方法将会耗费较长的时间。

在中国专利公开号CN1189056A、专利名称为“用于轮廓编码系统中的多边形逼近的方法和装置”的发明专利文献中，其采取了这样一种多边形逼近方法：

首先以目标轮廓中相距最远的两个点作为两个初始顶点；

然后将两个初始顶点连接成线段，加宽线段从而形成一个带状的线段，对应于线段的轮廓段由两个初始顶点和目标轮廓确定，随后带状段和轮廓段被匹配，从而确定一个新的顶点；

最后根据所确定的顶点，重复地执行上述顶点检测过程，知道在轮廓上的所有顶点都被确定为止。

然而，在实际应用中，确定相距最远的两个点的时间复杂度往往为O(n²)，也就是说该中国专利文献中公开的多边形逼近方法其时间复杂度同样存在着与DP方法同样的技术问题，它们都没有彻底地从时间复杂度上去进行多边形保形逼近。

为此，如何提供一种既追求多边形保形逼近、又加快多边形逼近收敛速度的方法即成了本领域技术人员亟需解决的一个技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种快速的目标轮廓多边形逼近方法及其装置。

为了达到本发明实施例的目的，本发明实施例采用以下技术方案实现：

本发明实施例提供的一种目标轮廓多边形逼近方法，其包括如下步骤：

获取初始目标轮廓上的三个信息点并据此构造两条直线并获得该两条直线的夹角值，依据该夹角值的大小对处于中间位置的信息点进行权重界定，并将权重值超过预定阈值的信息点保存到新目标轮廓容器；重复该步骤至少3次；

依据新目标轮廓容器中的多个信息点构造新目标轮廓，并获取该新目标轮廓上任意相邻的两个信息点作为初始顶点，并获取该新目标轮廓上距离由该两个初始顶点形成的直线最远的一个最远点；

依据所述两个初始顶点以及一个最远点，获取新目标轮廓上的其他至少一个多边形顶点。

优选地，所述获取初始目标轮廓上的三个信息点并据此构造两条直线并获得该两条直线所形成的夹角值的步骤包括：

从初始目标轮廓上任意选取一第一信息点，并以该第一信息点为基准、并沿着该初始目标轮廓向该第一信息点的两侧分别延伸预定数量像素点的距离以获取第二信息点以及第三信息点；

依据该第一信息点、第二信息点以及第三信息点任意构造两条直线；

计算该两条直线的夹角值。

更为优选地，依据所述第一信息点以及第二信息点构造第一直线，依据所述第一信息点以及第三信息点构造第二直线。

进一步更为优选地，所述依据该夹角值的大小对处于中间位置的信息点进行权重界定并将权重值超过预定阈值的信息点保存到新目标轮廓容器的方法为：

将第一直线与第二直线形成的第一夹角值与预设的第一门限值比较，若所述第一夹角值大于所述第一门限值，则将所述第一信息点保存到新目标轮廓容器中。

或者，优选地，所述依据该夹角值的大小对处于中间位置的信息点进行权重界定并将权重值超过预定阈值的信息点保存到新目标轮廓容器的方法为：

将两条直线形成的夹角值与预设的第二门限值比较，若所述夹角值大于所述第二门限值，则将获取的三个信息点中处于中间位置的信息点保存到新目标轮廓容器中。

优选地，，所述依据所述两个初始顶点以及一个最远点获取新目标轮廓上的其他至少一个多边形顶点的步骤包括：

将所述两个初始顶点分别与所述最远点相连接以获取两条相交线段；

以该两条相交线段为基础并依据道格拉斯普克DP逼近算法获取新目标轮廓上的其他至少一个多边形顶点。

本发明实施例提供的一种目标轮廓多边形逼近装置，其包括：

信息点初始处理单元，用于获取初始目标轮廓上的三个信息点并据此构造两条直线并获得该两条直线的夹角值，依据该夹角值的大小对处于中间位置的信息点进行权重界定，并将权重值超过预定阈值的信息点保存到新目标轮廓容器，所述新目标轮廓构造单元重复执行该新目标轮廓的构造操作至少3次；

新目标轮廓容器，用于保存信息点初始处理单元传来的信息点数据；

新目标轮廓构造单元，用于依据新目标轮廓容器中的多个信息点构造新目标轮廓；

多边形逼近处理单元，用于获取该新目标轮廓上任意相邻的两个信息点作为初始顶点，并获取该新目标轮廓上距离由该两个初始顶点形成的直线最远的一个最远点；以及进一步依据所述两个初始顶点以及一个最远点，获取新目标轮廓上的其他至少一个多边形顶点。

优选地，所述信息点初始处理单元包括：

信息点获取单元，用于从初始目标轮廓上任意选取一第一信息点，并以该第一信息点为基准、并沿着该初始目标轮廓向该第一信息点的两侧分别延伸预定数量像素点的距离以获取第二信息点以及第三信息点；

直线构造单元，用于依据该第一信息点、第二信息点以及第三信息点任意构造两条直线；

夹角值计算单元，用于计算该两条直线的夹角值。

进一步更为优选地，所述直线构造单元依据所述第一信息点以及第二信息点构造第一直线，依据所述第一信息点以及第三信息点构造第二直线。

或者，优选地，所述信息点初始处理单元还包括：

目标信息点保存处理单元，用于将第一直线与第二直线形成的第一夹角值与预设的第一门限值比较，若所述第一夹角值大于所述第一门限值，则将获取的三个信息点中处于中间位置的信息点保存到新目标轮廓容器中。

优选地，所述信息点初始处理单元还包括：

目标信息点保存处理单元，用于将两条直线形成的夹角值与预设的第二门限值比较，若所述夹角值大于所述第二门限值，则将所述第一信息点保存到新目标轮廓容器中。

优选地，所述多边形逼近处理单元包括：

顶点初始检测单元，用于获取该新目标轮廓上任意相邻的两个信息点作为初始顶点，并获取该新目标轮廓上距离由该两个初始顶点形成的直线最远的一个最远点；

第一处理单元，用于将所述两个初始顶点分别与所述最远点相连接以获取两条相交线段；

第二处理单元，用于以该两条相交线段为基础并依据道格拉斯普克DP逼近算法获取新目标轮廓上的其他至少一个多边形顶点。

通过上述本发明实施例的技术方案可以看出，与现有技术相比，本发明实施例提供的目标轮廓多边形逼近方法及其装置，能够达到目标轮廓的多边形的保真逼近，并且降低了多边形多个顶点确定的时间复杂度，提高了目标分类系统的工作效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的目标轮廓多边形逼近方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的夹角值计算方法流程示意图；

图3是本发明实施例提供的其余多边形顶点获取流程示意图；

图4是初始目标轮廓示意图；

图5是本发明实施例中在初始目标轮廓上获取权重较大的目标信息点的示意图；

图6是依照本发明实施例获取的新目标轮廓的示意图；

图7是本发明实施例提供的在新目标轮廓上获取多边形顶点的示意图；

图8是依照本发明实施例获取的目标多边形轮廓示意图；

图9是发明实施例提供的目标轮廓多边形逼近装置结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优异效果，下面将结合具体实施例以及附图做进一步的说明。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明实施例提供的一种目标轮廓多边形逼近方法，其包括如下步骤：

S10、获取初始目标轮廓上的三个信息点并据此构造两条直线并获得该两条直线的夹角值，依据该夹角值的大小对处于中间位置的信息点进行权重界定，并将权重值超过预定阈值的信息点保存到新目标轮廓容器；重复该步骤至少3次；

S20、依据新目标轮廓容器中的多个信息点构造新目标轮廓，并获取该新目标轮廓上任意相邻的两个信息点作为初始顶点，并获取该新目标轮廓上距离由该两个初始顶点形成的直线最远的一个最远点；

S30、依据所述两个初始顶点以及一个最远点，获取新目标轮廓上的其他至少一个多边形顶点。其中，所述多个多边形顶点可以与所述初始顶点以及所述最远点形成最终需要得到的目标多边形轮廓。

优选地一种实施方式中，如图2所示，在所述步骤S10中，获取初始目标轮廓上的三个信息点并据此构造两条直线并获得该两条直线所形成的夹角值的步骤包括：

S101、从初始目标轮廓上任意选取一第一信息点，并以该第一信息点为基准、并沿着该初始目标轮廓向该第一信息点的两侧分别延伸预定数量像素点的距离以获取第二信息点以及第三信息点；

S102、依据该第一信息点、第二信息点以及第三信息点任意构造两条直线；

S103、计算该两条直线的夹角值。

进一步更为优选地，在所述步骤S10中，所述依据该夹角值的大小对处于中间位置的信息点进行权重界定并将权重值超过预定阈值的信息点保存到新目标轮廓容器的方法为：

将第一直线与第二直线形成的第一夹角值与预设的第一门限值比较，若所述第一夹角值大于所述第一门限值，则将所述第一信息点保存到新目标轮廓容器中。

对于该实施方式，例如如图4、5所示，选取初始目标轮廓100上的B点并以该点为基准点，逆时针方向选取与基准点B点相隔一定数量像素点的像素点作为第二个像素点，即A点，顺时针方向选取与基准点B点相隔同样数量像素点的像素点作为第三个点，即C点，直线AB与BC相交于B点，其夹角为β；

计算夹角β的值，计算公式如下：

tgβ=|(k2-k1)/(1+k1*k2)|；

其中k1、k2分别为两直线的斜率。

如此，顺时针方向选取B点的下一个点，按以上步骤构造交于该点的两条直线并计算两条直线夹角值，重复执行下去直至算出多个像素点的夹角值。并最终得到如图6所示的用以形成新目标轮廓200的多个像素点。

更为优选地，在所述步骤S102中，依据所述第一信息点以及第二信息点构造第一直线，依据所述第一信息点以及第三信息点构造第二直线。

或者，对于另一种优选实施方式，在所述步骤S10中，所述依据该夹角值的大小对处于中间位置的信息点进行权重界定并将权重值超过预定阈值的信息点保存到新目标轮廓容器的方法为：

将两条直线形成的夹角值与预设的第二门限值比较，若所述夹角值大于所述第二门限值，则将获取的三个信息点中处于中间位置的信息点保存到新目标轮廓容器中。

优选地，在所述步骤S30中，如图3所示，所述依据所述两个初始顶点以及一个最远点获取新目标轮廓200上的其他至少一个多边形顶点的步骤包括：

S301、将所述两个初始顶点分别与所述最远点相连接以获取两条相交线段；

S302、以该两条相交线段为基础并依据道格拉斯普克DP逼近算法获取新目标轮廓200上的其他至少一个多边形顶点。

在该优选实施方式下，参考图7，在所述步骤S30中，新目标轮廓200中其他顶点的检测步骤如下：

(1) 在新目标轮廓200中选取相邻的两点A和B，到直线AB最远的点为C点;

(2)构造直线BC和AC，在新目标轮廓200上沿B点到C点所对应的由多条线段组成的曲线中，其到直线BC最远的点为D点，在新目标轮廓200上沿A点到C点所对应的由多条线段组成的曲线中，其到直线AC最远的点为E; 点

(3)构造直线BD、DC、CE、EA，则分别得到F点、G点；

(4)如图8所示，采用直线顺序连接A点、B点、F点、D点、C点、E点、G点、A点，从而得到逼近初始为曲线的初始目标轮廓100的目标多边形轮廓300。

如图9所示，本发明实施例提供的一种目标轮廓多边形逼近装置，其包括：

信息点初始处理单元10，用于获取初始目标轮廓100上的三个信息点并据此构造两条直线并获得该两条直线的夹角值，依据该夹角值的大小对处于中间位置的信息点进行权重界定，并将权重值超过预定阈值的信息点保存到新目标轮廓容器20，所述新目标轮廓构造单元重复执行该新目标轮廓200的构造操作至少3次；

新目标轮廓容器20，用于保存信息点初始处理单元10传来的信息点数据；

新目标轮廓构造单元30，用于依据新目标轮廓容器20中的多个信息点构造新目标轮廓200；

多边形逼近处理单元40，用于获取该新目标轮廓200上任意相邻的两个信息点作为初始顶点，并获取该新目标轮廓200上距离由该两个初始顶点形成的直线最远的一个最远点；以及进一步依据所述两个初始顶点以及一个最远点，获取新目标轮廓200上的其他至少一个多边形顶点。

优选地，所述信息点初始处理单元10包括：

信息点获取单元101，用于从初始目标轮廓100上任意选取一第一信息点，并以该第一信息点为基准、并沿着该初始目标轮廓100向该第一信息点的两侧分别延伸预定数量像素点的距离以获取第二信息点以及第三信息点；

直线构造单元102，用于依据该第一信息点、第二信息点以及第三信息点任意构造两条直线；

夹角值计算单元103，用于计算该两条直线的夹角值。

进一步更为优选地，所述直线构造单元依据所述第一信息点以及第二信息点构造第一直线，依据所述第一信息点以及第三信息点构造第二直线。

或者，优选地，所述信息点初始处理单元10还包括：

目标信息点保存处理单元104，用于将第一直线与第二直线形成的的第一夹角值与预设的第一门限值比较，若所述第一夹角值大于所述第一门限值，则将所述第一信息点保存到新目标轮廓容器20中。

优选地，所述信息点初始处理单元10还包括：

目标信息点保存处理单元104，用于将两条直线形成的夹角值与预设的第二门限值比较，若所述夹角值大于所述第二门限值，则将所述第一信息点保存到新目标轮廓容器20中。

优选地，所述多边形逼近处理单元40包括：

顶点初始检测单元401，用于获取该新目标轮廓200上任意相邻的两个信息点作为初始顶点，并获取该新目标轮廓200上距离该两个初始顶点的连线最长的一个最远点；

第一处理单元402，用于将所述两个初始顶点分别与所述最远点相连接以获取两条相交线段；

第二处理单元403，用于以该两条相交线段为基础并依据道格拉斯普克DP逼近算法获取新目标轮廓200上的其他至少一个多边形顶点。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种目标轮廓多边形逼近方法，其特征在于，包括：

获取初始目标轮廓上的三个信息点并据此构造两条直线并获得该两条直线的夹角值，依据该夹角值的大小对处于中间位置的信息点进行权重界定，并将权重值超过预定阈值的信息点保存到新目标轮廓容器；重复该步骤至少3次；

依据新目标轮廓容器中的多个信息点构造新目标轮廓，并获取该新目标轮廓上任意相邻的两个信息点作为初始顶点，并获取该新目标轮廓上距离由该两个初始顶点形成的直线最远的一个最远点；

依据所述两个初始顶点以及一个最远点，获取新目标轮廓上的其他至少一个多边形顶点；

其中，所述依据该夹角值的大小对处于中间位置的信息点进行权重界定，并将权重值超过预定阈值的信息点保存到新目标轮廓容器的方法为：

将所述夹角值与预设的第一门限值比较，若所述夹角值大于所述第一门限值，则将第一信息点保存到新目标轮廓容器中，其中，所述第一信息点为所述三个信息点中的一信息点，且分别与所述三个信息点中的另外两个信息点构造所述两条直线。

2.如权利要求1所述的目标轮廓多边形逼近方法，其特征在于，所述获取初始目标轮廓上的三个信息点并据此构造两条直线并获得该两条直线所形成的夹角值的步骤包括：

从初始目标轮廓上任意选取一第一信息点，并以该第一信息点为基准、并沿着该初始目标轮廓向该第一信息点的两侧分别延伸预定数量像素点的距离以获取第二信息点以及第三信息点；

依据该第一信息点、第二信息点以及第三信息点任意构造两条直线；

计算该两条直线的夹角值。

3.如权利要求2所述的目标轮廓多边形逼近方法，其特征在于，依据所述第一信息点以及第二信息点构造第一直线，依据所述第一信息点以及第三信息点构造第二直线。

4.如权利要求3所述的目标轮廓多边形逼近方法，其特征在于，所述依据该夹角值的大小对处于中间位置的信息点进行权重界定并将权重值超过预定阈值的信息点保存到新目标轮廓容器的方法为：

将第一直线与第二直线形成的第一夹角值与预设的第一门限值比较，若所述第一夹角值大于所述第一门限值，则将所述第一信息点保存到新目标轮廓容器中。

5.如权利要求2所述的目标轮廓多边形逼近方法，其特征在于，所述依据该夹角值的大小对处于中间位置的信息点进行权重界定并将权重值超过预定阈值的信息点保存到新目标轮廓容器的方法为：

将两条直线形成的夹角值与预设的第二门限值比较，若所述夹角值大于所述第二门限值，则将获取的三个信息点中处于中间位置的信息点保存到新目标轮廓容器中。

6.如权利要求2所述的目标轮廓多边形逼近方法，其特征在于，所述依据所述两个初始顶点以及一个最远点获取新目标轮廓上的其他至少一个多边形顶点的步骤包括：

将所述两个初始顶点分别与所述最远点相连接以获取两条相交线段；

以该两条相交线段为基础并依据道格拉斯普克DP逼近算法获取新目标轮廓上的其他至少一个多边形顶点。

7.一种目标轮廓多边形逼近装置，其特征在于，包括：

信息点初始处理单元，用于获取初始目标轮廓上的三个信息点并据此构造两条直线并获得该两条直线的夹角值，依据该夹角值的大小对处于中间位置的信息点进行权重界定，并将权重值超过预定阈值的信息点保存到新目标轮廓容器，所述新目标轮廓构造单元重复执行该新目标轮廓的构造操作至少3次；

新目标轮廓容器，用于保存信息点初始处理单元传来的信息点数据；

新目标轮廓构造单元，用于依据新目标轮廓容器中的多个信息点构造新目标轮廓；

多边形逼近处理单元，用于获取该新目标轮廓上任意相邻的两个信息点作为初始顶点，并获取该新目标轮廓上距离由该两个初始顶点形成的直线最远的一个最远点；以及进一步依据所述两个初始顶点以及一个最远点，获取新目标轮廓上的其他至少一个多边形顶点；

其中，所述依据该夹角值的大小对处于中间位置的信息点进行权重界定，并将权重值超过预定阈值的信息点保存到新目标轮廓容器的方法为：

将所述夹角值与预设的第一门限值比较，若所述夹角值大于所述第一门限值，则将第一信息点保存到新目标轮廓容器中，其中，所述第一信息点为所述三个信息点中的一信息点，且分别与所述三个信息点中的另外两个信息点构造所述两条直线。

8.如权利要求7所述的目标轮廓多边形逼近装置，其特征在于，所述信息点初始处理单元包括：

信息点获取单元，用于从初始目标轮廓上任意选取一第一信息点，并以该第一信息点为基准、并沿着该初始目标轮廓向该第一信息点的两侧分别延伸预定数量像素点的距离以获取第二信息点以及第三信息点；

直线构造单元，用于依据该第一信息点、第二信息点以及第三信息点任意构造两条直线；

夹角值计算单元，用于计算该两条直线的夹角值。

9.如权利要求8所述的目标轮廓多边形逼近装置，其特征在于，所述直线构造单元依据所述第一信息点以及第二信息点构造第一直线，依据所述第一信息点以及第三信息点构造第二直线。

10.如权利要求9所述的目标轮廓多边形逼近装置，其特征在于，所述信息点初始处理单元还包括：

目标信息点保存处理单元，用于将第一直线与第二直线形成的第一夹角值与预设的第一门限值比较，若所述第一夹角值大于所述第一门限值，则将获取的三个信息点中处于中间位置的信息点保存到新目标轮廓容器中。

11.如权利要求8所述的目标轮廓多边形逼近装置，其特征在于，所述信息点初始处理单元还包括：

目标信息点保存处理单元，用于将两条直线形成的夹角值与预设的第二门限值比较，若所述夹角值大于所述第二门限值，则将所述第一信息点保存到新目标轮廓容器中。

12.如权利要求8所述的目标轮廓多边形逼近装置，其特征在于，所述多边形逼近处理单元包括：

顶点初始检测单元，用于获取该新目标轮廓上任意相邻的两个信息点作为初始顶点，并获取该新目标轮廓上距离由该两个初始顶点形成的直线最远的一个最远点；

第一处理单元，用于将所述两个初始顶点分别与所述最远点相连接以获取两条相交线段；

第二处理单元，用于以该两条相交线段为基础并依据道格拉斯普克DP逼近算法获取新目标轮廓上的其他至少一个多边形顶点。