-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und einer Vorrichtung
zum Extrahieren von Skelettdaten aus Bilddaten.
-
In
dem speziellen Feld der Bildverarbeitung und der Mustererkennung
werden so genannte skelettale Algorithmen seit vielen Jahren verwendet.
Das dort bestehende Ziel ist üblicherweise
eine Beschreibung der Zeichen geschriebenen und/oder gedruckten
Texts, sodass die darauf folgende Bildanalyse und Wiedererkennung
weniger komplex ist. Seit dem Aufkommen von artifiziellen neuronalen
Netzen wurde das Erkennen von Zeichen weitgehend gelöst und das
Interesse an diesen Algorithmen hat in gewissem Maße abgenommen.
Jedoch können
neuen Probleme, beispielsweise die Wiederkennung von Text in zusammengeschriebener
Schrift (kursive Schrift) und die Segmentierung von Text, der über Dateneingabefelder
hinweg geschrieben wurde, tatsächlich
nur dann gut gelöst
werden, wenn Zugriff auf „unendlich dünne Schreiblinien
und Schnittpunkte" besteht,
auf denen das Binärbild
des geschriebenen oder gedruckten Texts basiert. Das Erhalten eines „Skeletts" mit guten Eigenschaften
ist daher sehr wichtig.
-
Stand der Technik
-
Das
US-Patent
US-B 6,377,710 beschreibt ein
Verfahren und ein System zum Extrahieren des Skeletts einer binären Figur
mittels konturbasierter Abtragung. Mit diesem Verfahren wird ein
Pixel (nach innen gerichtet) in jedem Fall von einer Kontur eines Bildes
entfernt, wenn spezifische Zustände
eintreten, wobei als Ergebnis letztlich ein Skelett von vollständigen,
miteinander verbundenen Pixel verbleibt.
-
Der
Artikel "A New Safe-Point
Thinning Algorithm Based an the Mid-Crack Code Tracing" von F. Shih et al.,
IEEE Transactions an Systems, Man and Cybernetics, 25 (1995) Februar,
Nr. 2, S. 370–378
offenbart einen Ausdünnungsalgorithmus
zum Vorsehen eines Binärbildes
mit einer ein-Pixel-breiten Skelettdarstellung als Ausgabe. In den
darauf folgenden iterativen Schritten wird jeder Pixeln mittels
eines Codes basierend auf der Analyse eines zugehörigen 3×3-Pixelfensters,
ausgehend von dem ursprünglichen
Bild, wiedergegeben. Das Löschen
von Pixel in dem Bild wird ermittelt, indem das zugehörige 3×3-Pixelfenster
unter Verwendung einer Look-up-Tabelle klassifiziert wird. In jeder
Iteration werden nur Grenzpixel verarbeitet, d. h. Pixel an der Kante
einer Form in dem (verarbeiteten) Bild.
-
Der
Artikel „Medial
Lines by Parallewise Erosion of Successive Contour Pairs" von C. Arcelli et al.,
IEEE Region 10 Conference, Tencon 1992, S. 66–70 offenbart einen iterierten
parallelen Ausdünnungsalgorithmus,
der lokale 3×3-Operationen
verwendet. Das offenbarte Verfahren erlaubt Pixelabtragung in einem
Bild in zwei Richtungen gleichzeitig.
-
Derartige
Skelettalgorithmen sind seit langem bekannt, einschließlich des
Gebiets der Zeichenerkennung. Die Mehrheit der Algorithmen basiert
auf Abtragen von Pixelbildern. Mit dieser Prozedur werden „schwarze" Pixel Schritt für Schritt
unter der Bedingung eliminiert, dass die Struktur des Bildes als
Ergebnis der Abtragung nicht unterbrochen oder verändert wird.
-
Es
werden manchmal deutliche Beschleunigungen mittels konturbasierter
Abtragungen des Pixelbilds erreicht, wie es in dem zitierten US-Patent
US-B 6,377,710 offenbart
ist. Es wurde erkannt, dass viele in der Literatur beschriebene
Algorithmen drei oder mehr der folgenden Nachteile aufweisen:
- 1. Die Skelettausgabe wird als ein Pixelbild
mit einer „Dicke" von 1 Pixel definiert.
Aufgrund der Definition der Verbindung ist dies eine erörterungswerte
Definition. In manchen Fällen
wird eine Binärstruktur
auf Grund dieser Vorraussetzung durch die bestehenden Abtragungsalgorithmen nicht
weiter verändert.
Dies kann zu einem Skelett führen,
das an einigen Stellen eine Dicke von deutlich mehr als 1 Pixel
aufweist. Jedoch entspricht die Skelettausgabe üblicherweise dem Erfordernis
der Dicke von 1 Pixel, und „Knoten" mit drei oder mindestens
vier „Zweigen" werden erzeugt.
- 2. Um die Beschreibung in Form von Knoten mit dazwischen liegenden
linearen Zweigen (unendlich dünn
und im Allgemeinen nicht geradlinig) zur weiteren Verarbeitung der
Skelettausgabe zu erhalten, beispielsweise zur Zeichenerkennung, muss
die unter Punkt 1 erwähnte
Skelettausgabe ebenso einem getrennten Prozess unterworfen werden.
Ein solcher Prozess ist mit Sicherheit nicht trivial.
- 3. Als eine Folge des Prinzips, demgemäß in jedem Fall komplette Pixel
aus der Struktur „eliminiert" werden, sehen die
bekannten Abtragungsalgorithmen per Definition eine asymmetrische Skelettausgabe
vor. In diesem Kontext soll beispielsweise eine vertikallineare
Struktur mit einer Dicke von 2 Pixel angenommen werden. Der eine Algorithmus
wird beispielsweise die Pixel auf der linken eliminieren, während ein
weiterer Algorithmus spezifisch die Pixel auf der rechten Seite
eliminiert. In beiden Fällen
kann von einem asymmetrischen Skelett gesprochen werden. In dem Fall
dieses einfachen Beispiels ist die Asymmetrie natürlich keine
Störung,
jedoch im Fall von komplexeren Strukturen sieht das Ergebnis „nicht
korrekt" aus, und
beispielsweise die Stelle der Knoten entspricht „visuell" im geringeren Maße dem tatsächlich darunter Liegenden,
als im Fall eines symmetrischen Skeletts.
- 4. Eine große
Anzahl von Skelettalgorithmen sind drehungsabhängig, d. h., dass die Skelettausgabe
sich ändert,
wenn das binäre
Muster in dem Bildspeicher um 90° oder
Vielfaches hiervon gedreht wird. Manchmal variiert sogar die Anzahl
an Zweigen. Dies tritt auf, während
hinsichtlich der Form das Bild auf Pixelebene exakt gleich bleibt.
- 5. Die Algorithmen, die auf konturgesteuerter Abtragung des
Pixelbildes basieren, sind hinsichtlich der Auswahl der Ursprünge auf
den äußeren und inneren
Konturen der Struktur empfindlich. Eine Änderung der Reihenfolge, in
der die äußere und innere
Struktur in jedem Abtragungsschritt bearbeitet wird, erzeugt im
Allgemeinen ebenso eine unterschiedliche Skelettausgabe. Die zu
Grunde liegende Ursache hierfür
ist tatsächlich
die gleiche, wie die für
das unter Punkt 3 erwähnte
Phänomen.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren und eine Vorrichtung
vorzusehen, die es möglich
macht, charakteristische Merkmale aus Bilddaten zu extrahieren,
beispielsweise zur Handschrifterkennung, die Nachteile des Stands
der Technik, die genannt wurden, zu reduzieren oder zu eliminierten.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Vorsehen einer Ausgabe in Skelettform vorgesehen, die eine vereinfachte
Wiedergabe eines Pixelbilds mit zusammengefügten Pixel ist. Das Verfahren
kann ebenso für
einen Satz von Bildern dieses Typs (beispielsweise eine „fünf mit abgelösten Balken") verwendet werden,
und umfasst:
Umwandeln des Pixelbilds mit zusammengefügten Pixel
in eine Konturliste, wobei eine Konturliste aus einer oder mehreren
Folgen (mehrere Folgen im Falle von ein oder mehreren inneren Konturen)
von zweidimensionalen Konturpunkten besteht bzw. bestehen, wobei
die Entfernung zwischen aufeinander folgenden Konturpunkten die
Breite eines Pixels aufweist;
Verdoppeln der Anzahl an Konturpunkten
durch Definieren eines weiteren Punkts zwischen zwei aufeinander
folgenden Konturpunkten, wodurch der Abstand zwischen zwei aufeinander
folgenden Konturpunkten die Hälfte
der Breite eines Pixels beträgt;
wiederholtes
(auch „iterativ" genanntes) Abziehen des
von der Konturauflistung beschriebenen Bildes durch wiederholtes
Erzeugen einer neuen Konturauflistung, bis die neue Konturauflistung
ein Bild beschreibt, das durchgehend eine Dicke von null hat, und
somit eine Ausgabe in Skelettform beschreibt, wobei das Abziehen
ausgeführt
wird durch Erzeugen von null, ein, zwei oder drei Punkten in der
neuen Konturauflistung für
jeden Konturpunkt, abhängig von
dem Konturpunkt, dem vorangehenden Konturpunkt und dem nachfolgenden
Konturpunkt in der Konturauflistung, und abhängig von weiteren Konturpunkten
in der Konturauflistung, die die gleichen zweidimensionalen Koordinaten
mit dem jeweiligen zugehörigen
vorangehenden Konturpunkt und dem folgenden Konturpunkt aufweisen,
wobei
die neuen Punkte entweder die gleichen Koordinaten wie der alte
Konturpunkt (an den Stellen, an denen kein Abziehen vorgenommen
werden kann) haben, oder die über
eine Entfernung verschoben wurden, die um die Hälfte einer Pixelbreite in der X-Richtung
und/oder der Y-Richtung zum Inneren des Bildes hin verschoben wurden,
das von der Konturauflistung beschrieben wird.
-
Durch
Verwendung dieses Verfahrens wird ein abgetragenes Konturbild erhalten,
wobei der Abtragungsprozess symmetrisch ist. Dies ist für die Qualität des erhaltenen
Ergebnisses vorteilhaft, wodurch sich in den folgenden Verarbeitungsschritten ein
besseres Erkennungsergebnis ergibt.
-
In
einer weiteren Ausführung
wird ein Code-Array mit einem spezifischen Bereich von zweidimensionalen
Adressen gespeichert. Der Bereich ist mindestens so groß wie der
Bereich der zweidimensionalen Koordinaten aller auftretenden Bildstrukturen
(beschrieben durch die verdoppelte Konturauflistung, die in den
vorangehenden Schritten erhalten wurde). In dieser Ausführung umfasst
das Abziehen:
- – Durchgehen der Folge oder
der Anzahl von Folgen von Konturpunkten in der Konturauflistung;
- – Bestimmen
eines aktualisierten Situationsindikators abhängig von dem Wert des Situationsindikators
(der bei einem Anfangswert von 0 startet), der bereits in dem Code-Array bei der Adresse vorliegt,
die dem Konturpunkt und dem vorangehenden und nächsten Konturpunkt in der Folge angehört, und
Speichern des Situationsindikators unter der selben Adresse;
- – wiederholtes
punktweises Durchgehen durch die Konturauflistung und Erzeugen einer
neuen Konturauflistung auf der Basis der jeweiligen Situationsindikatoren
in dem Code-Array.
Im Falle von vier spezifischen Situationsindikatoren (der 15) gibt
es in jedem Fall zwei „Verschiebungsschritte" anstatt eines. Welche
von den beiden gewählt wird,
hängt in
diesem Fall von der Konturrichtung in dem betreffenden Konturpunkt
ab, d. h. von der Richtung ausgehend von Punkt k zum Punkt k + 1.
Die Richtung ausgehend von Punkt k – 1 zu Punkt k kann als alternative
Zusatzinformation verwendet werden. Durch Verwendung eines derartigen
Code-Arrays ist es möglich,
den Abtragungsprozess in einer sehr effizienten Weise in dem iterativen
Prozess auszuführen.
-
In
einer weiteren Ausführung
sind die Konturpunkte in einem zweidimensionalen Raster angeordnet,
wobei der Rasterabstand einer halben Breite eines Pixels entspricht
und der Situationsindikator ein hexadezimaler Code ist. Durch Verwenden
eines solchen Rasters ist es möglich,
die Kontur in Schritten von einer halben Pixelbreite abzuziehen,
wodurch ein symmetrischer Prozess erzeugt wird und das Abziehen
rechtzeitig beendet werden kann.
-
Es
können
sich kleine Unregelmäßigkeiten bei
dem Abtragungs- oder Abziehprozess gemäß der vorliegenden Erfindung
ergeben. In einer weiteren Ausführung
der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren ferner Beschneiden
der neuen Konturauflistung, die nach einem Abziehschritt erzeugt
wurde, wobei das Beschneiden umfasst:
Ermitteln ob ein während dieses
Abziehschritts erzeugter Ursprung ein wesentlicher oder unwesentlicher
Ursprung ist, und Entfernen der unwesentlichen Ursprünge aus
der in der Konturliste vorliegenden Folge oder Anzahl von Folgen
von Konturpunkten, wobei ein Ursprung ein Konturpunkt ist, für den der direkt
vorangehende und der direkt folgende Konturpunkt in der Folge die
gleichen Koordinaten aufweisen.
-
In
einer weiteren Ausführung
wird jedem Konturpunkt in der Konturauflistung eine Iterationsnummer
zugeordnet, die den Iterationsdurchlauf angibt, in der der betreffende
Konturpunkt zum ersten Mal erzeugt wurde. Die Iterationsnummer wird
nicht weiter erhöht,
wenn der erzeugte Konturpunkt eine Kopie des alten Konturpunkts
ist. Dadurch wird eine (lokale) Information bzgl. des Abtragungsprozesses vorgesehen,
die effizient bei der weiteren Verarbeitung verwendet werden kann.
-
In
einer weiteren Ausführung
hängt die
Ermittlung, ob ein Ursprung ein wesentlicher oder ein unwesentlicher
Ursprung ist, von einem oder mehreren vorangehenden und einem oder
mehreren folgenden Konturpunkten in der Folge ab. Hinsichtlich der
vorgesehenen Details kann der Abtragungsprozess dadurch optimiert
werden, beispielsweise abhängig
von der Anwendung (getrennte Zeichen, zusammengefügte Zeichen,
...). In einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung umfasst das Beschneiden:
Durchgehen
der Folge von Konturpunkten;
Abhängig von einem oder mehreren
vorangehenden oder einem oder mehreren folgenden Konturpunkten der
Folge oder Anzahl von Folgen von Konturpunkten, Zuordnen eines Beschneidungsindikators
zu dem Konturpunkt und zu einem oder mehreren vorangehenden und/oder
folgenden Konturpunkten;
Erneutes Durchgehen der Folge von
Konturpunkten und Erzeugen einer neuen Folge von Konturpunkten auf
der Basis des Beschneidungsindikators. Der Beschneidungsindikator
ist in der Konturauflistung aufgenommen, um dadurch die vorliegende
Erfindung in effizienter Weise auszuführen.
-
Zur
weiteren Verarbeitung der Ausgabe in der erzeugten Skelettform ist
es vorteilhaft, die Ausgabe in einer Form bereitzustellen, die in
einfacher Weise weiterverarbeitet werden kann. Hierzu umfasst in
einer weiteren Ausführung
das Verfahren Transformieren der Konturauflistung, die aus einer Folge
oder Anzahl von Folgen von Konturpunkten mit einem zugehörigen Bild
mit einer Dicke von null besteht, in einer Auflistung der Ursprünge und
Knoten und Zweige, die zwischen den Ursprüngen und Knoten in dem Bild
bestehen.
-
Die
Transformation wird vorteilhaft und effizient gemäß einer
weiteren Ausführung
der vorliegenden Erfindung ausgeführt. In dieser Ausführung umfasst
das Transformieren:
Führen
eines Zählers
in dem Code-Array zweidimensionaler Adressen, der angibt, wie oft
eine spezifische zweidimensionale Koordinate in der Konturauflistung
auftritt, die das Bild wiedergibt, das eine Dicke von null aufweist;
Extrahieren
eines Zweigs durch Speichern sukzessiver Konturpunkte in der Folge,
für welche
der Zähler in
dem Code-Array bei der zugehörigen
zweidimensionalen Adresse zwei ist, unterstützt von Zweigpunkten, wobei
die Zweigpunkte durch den vorangehenden des ersten Punkts und den
Nachfolger des letzten Punkts gebildet werden (da ein Zweig an einem bestimmten
Punkt startet und endet, gehören
diese beiden Punkte zu dem Zweig);
Speichern spezieller Konturpunkte
aus der Folge, für die
der Zähler
in dem Code-Array eins oder mehr als zwei ist. Wenn der Zähler eins
ist, ist der Konturpunkt ein Ursprung, wenn der Zähler zwei
ist, dann ist der Konturpunkt Teil eines Zweigs, und wenn der Zähler größer als
zwei ist, ist der Konturpunkt ein Knoten.
-
In
einer weiteren Ausführung
wird ein extrahierter Zweig, für
den die ersten zwei Konturpunkte mit den letzten zwei Konturpunkten
eines bereits gespeicherten Zweigs übereinstimmen, nicht gespeichert.
Der Grund hierfür
ist es, zu vermeiden, einen Zweig doppelt zu speichern (in beiden
Durchlaufrichtungen). In gleicher Weise werden, wenn die speziellen
Punkte gespeichert werden, die Punkte, welche eine zweidimensionale
Koordinate aufweisen, die bereits gespeichert wurden, nicht in der
Liste spezieller Punkte gespeichert.
-
Zur
weiteren Verarbeitung wird die Ausgabe der durch das vorliegende
Verfahren vorgesehenen Skelettform in einer weiteren Ausführung ein
extrahierter Zweig räumlich
gefiltert, beispielsweise durch Ermitteln eines laufenden Mittelwerts
der jeweiligen zweidimensionalen Koordinatenwerte.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung
zum Vorsehen einer Ausgabe in Skelettform, die eine vereinfachte
Wiedergabe eines Pixelbild ist, bei dem Pixel aneinandergefügt sind,
umfassend:
einen Detektor zum Erfassen des Pixelbilds;
Verarbeitungsmittel,
die mit dem Detektor verbunden sind, wobei die Verarbeitungsmittel
eingerichtet sind, um:
das Pixelbild mit aneinander gefügten Pixeln
in eine Konturauflistung umzuwandeln, wobei eine Konturauflistung
aus ein oder mehreren Folgen zweidimensionaler Konturpunkte besteht,
wobei die Entfernung zwischen aufeinander folgenden Konturpunkten
die Breite von einem Pixel aufweist;
Verdoppeln der Anzahl
von Konturpunkten durch Definieren eines zusätzlichen Punkts zwischen zwei aufeinander
folgenden Konturpunkten, wodurch der Abstand zwischen zwei aufeinander
folgenden Konturpunkten die Hälfte
einer Pixelbreite ist;
Wiederholtes Abziehen des Bildes, das
von der Konturauflistung beschrieben ist, durch wiederholte Erzeugung
einer neuen Konturauflistung, bis die neue Konturauflistung ein
Bild beschreibt, das durchgehend eine Dicke von null aufweist und
somit die Ausgabe in Skelettform beschreibt,
wobei das Abziehen
ausgeführt
wird durch Erzeugen von null, einem, zwei oder drei Punkten in der
neuen Konturauflistung für
jeden Konturpunkt, abhängig von
dem Konturpunkt, dem vorangehenden Konturpunkt und dem folgenden
Konturpunkt in der Konturliste, und abhängig von den anderen Konturpunkten der
Konturauflistung, die die gleichen zweidimensionalen Koordinaten
mit dem betreffenden zugeordneten vorangehenden Konturpunkt und
dem folgenden Konturpunkt aufweisen,
wobei die neuen Punkte
entweder die gleichen Koordinaten wie die alten Konturpunkte aufweisen
oder um eine Distanz von der Hälfte
einer Pixelbreite in X-Richtung und/oder in Y-Richtung zur Innenseite
der binären
Struktur hin verschoben wurden, welche durch die Konturauflistung
beschrieben wird.
-
In
einer weiteren Ausführung
sind die Verarbeitungsmittel ferner eingerichtet, um das betreffende
Verfahren auszuführen.
-
Mittels
der vorliegenden Erfindung können Vorteile
erreicht werden, die mit den oben genannten Vorteilen hinsichtlich
des vorliegenden Verfahrens vergleichbar sind.
-
Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt,
das computerlesbaren Code enthält,
wobei, nachdem dieser in einen Computer geladen wurde, der computerlesbare
Code den Computer mit der Funktionalität des vorliegenden Verfahrens
vorsieht.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung detaillierter auf der Basis
einer Anzahl von darstellenden Beispielen unter Bezugnahme auf die
angefügten
Zeichnungen betrachtet, wobei:
-
1 ein
vereinfachtes Blockdiagramm eines Zeichenerkennungssystems ist,
in dem der Skelett-Prozess gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
-
2 ein
Flussdiagramm einer Ausführung des
vorliegenden Verfahrens ist;
-
3 diagrammartig
eine Konturauflistung darstellt, wie sie in einer Ausführung gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, wobei die Folge zweidimensionaler Koordinaten
(X und Y) um die Iterationsnummer und die Beschneidungskennung für die betreffenden
Konturpunkte erweitert wurde;
-
die 4a bis 4l Beispiele
möglicher
Situationen darstellen, die sich während des Abziehprozesses gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung ergeben;
-
5 ein
Beispiel einer Kontur ist, die gemäß einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung verarbeitet wurde;
-
6 ein
Beispiel einer spezifischen Situation ist, die bei einer Ausführung des
betreffenden Abziehprozesses auftreten kann;
-
7 Beispiele von Ursprüngen zeigt, die während des
Abziehprozesses ausgebildet wurden;
-
8 Beispiele weniger wesentlicher Ursprünge zeigt,
wobei die Konturpunkte k – 1
und k + 1 bzw. k – 2
und k + 2 die gleichen Koordinaten pro Paar aufweisen;
-
9 Beispiele weniger unwesentlicher Ursprünge darstellt;
-
10 Beispiele weniger weiterer unwesentlicher
Ursprünge
darstellt;
-
11 Beispiele weniger wesentlicher Ursprünge darstellt,
wobei die Konturpunkte k – 1
und k + 1, k – 2
und k + 2 bzw. k – 3
und k + 3 die gleichen Koordinaten pro Paar aufweisen;
-
12 Beispiele wesentlicher Ursprünge darstellt,
wobei die Konturpunkte k – 3
und k + 3 nicht übereinstimmend
sind;
-
13 Beispiele von zurückzuhaltenden Ursprüngen darstellt;
-
14 Beispiele spezieller Ursprünge darstellt;
-
15 Beispiele zu löschender Ursprünge darstellt;
-
16 ein
Beispiel eines Skeletts darstellt, welches sich durch die Verwendung
des vorliegenden Skelett-Verfahren ergibt, und auf dem dargestellten
Pixelbild basiert;
-
17 ein
Beispiel des Verfahrens zum Glätten
von Zweigen darstellt, die sich unter Verwendung des vorliegenden
Verfahrens ergeben, und insbesondere das Spiegeln von Konturpunkten
nahe an speziellen Punkten; und
-
18 das
Beispiel von 16 darstellt, nachdem die Zweige
unter Verwendung eines Sieben-Punkt-Filters gefiltert wurden.
-
Detaillierte Beschreibung beispielhafter
Ausführungen
-
Die
vorliegende Erfindung kann vorzugsweise in beispielsweise einem
System zur Erkennung von Handgeschriebenem oder von Zeichen verwendet
werden, wie es in einer vereinfachten Ausführung hiervon in 1 dargestellt
ist. Das Widererkennungssystem 15 hat einen Detektor 11,
beispielsweise eine CCD-Kamera, die ein digitales Pixelbild von beispielsweise
einem Umschlag aufzeichnet. Das Pixelbild wird an einen Skelett-Prozessor 10 gesendet, der
mit dem Detektor 11 verbunden ist, und ausgestattet ist,
die vorliegende Erfindung zu realisieren, indem eine mit dem Pixelbild
verknüpfte
Skelettdarstellung erzeugt wird. Die Skelettdarstellung wird daraufhin
an einen weiteren Prozessor 12 gesendet, der mit dem Skelett-Prozessor 10 verbunden
ist, und die weitere Erkennung und Verarbeitung (beispielsweise
Drucken eines Codes) ausführt.
-
Die
Begriffe Skelett-Prozessor 10 und weiterer Prozessor 12 sollen
für jedes
in Software, Hardware oder einer Kombination hiervon dargestelltes System
angeben, das eingerichtet ist, die zugehörige Funktion auszuführen. Diese
können
individuelle Computersysteme (zentralisiert oder verteilt) basierend
auf Mikroprozessortechnik sein, die mit Peripheriegeräten verknüpft sind,
jedoch auch Elemente, die insbesondere für die Funktion geeignet sind,
beispielsweise Digitalsignalprozessoren.
-
Der
vollständige
Prozess, der letztendlich zu einem Skelett führt, das mittels Zweigpunkte
und Ursprünge
(auch Endpunkte genannt) führt,
zwischen denen (glatte) Zweige gleichmäßig verlaufen, besteht aus
vier Hauptprozessen, die im Weiteren detailliert beschrieben sind.
-
Ein
Flussdiagramm, das den gesamten Prozess darstellt, ist in 2 gezeigt.
Der erste Hauptprozess ist ein Konturprozess 20, der eine
erste Konturauflistung erzeugt, die für den aktuellen Skelett-Prozess
eingegeben wird. Ein Beispiel einer Konturauflistung ist in 3 dargestellt.
Das von dem Detektor 11 erzeugte Pixelbild wird von dem
Skelett-Prozessor 10 mit Hilfe des Konturprozesses 20 in eine
Konturauflistung konvertiert, die aus einer oder einer Folge von
zweidimensionalen Konturpunkten (mehr als eine, wenn innere Konturen
bestehen), besteht, beispielsweise in Form von Koordinatenpaaren (X
und Y). Eine einzelne Folge von zweidimensionalen Konturpunkten
wird auch als ein (geschlossenes) Konturpolygon bezeichnet. In dieser
ersten Konturauflistung in diesem Fall sind die Konturpolygone „rechteckig" und der Abstand
zwischen zwei aufeinander folgenden Konturpunkten entspricht exakt
einer Pixelbreite. Beispielsweise ein binäres Bild, das nur aus einem
Pixel besteht, führt
zu einem Konturpolygon, das aus vier Konturpunkten besteht. Die hier
verwendete Konturauflistung besteht somit aus der Liste bzw. Listen
aus den zweidimensionalen Koordinaten der aufeinander folgenden
Konturpunkte. Dies steht im Gegensatz zu einer Liste oder Listen aufeinander
folgender Richtungen (die so genannten „Kettencodes") die üblicherweise
verwendet werden. Sofort nach der Umwandlung des binären Bilds
wird die Anzahl der Konturpunkte in der Konturauflistung verdoppelt,
indem das Koordinatensystem modifiziert wird (X- und Y-Werte werden mit
zwei multipliziert), und indem Konturpunkte, die in der Mitte zwischen
jedem originalen Paar von Konturpunkten liegen, eingearbeitet werden.
Der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Konturpunkten entspricht
dann exakt der Hälfte
einer Pixelbreite.
-
Der
zweite Hauptprozess ist ein iterativer Abtragungsprozess 21,
der aus den Unterprozessen 21a und 21b besteht,
die in einer Schleife untergebracht sind. Der erste Unterprozess
in dieser Schleife ist der Abziehprozess 21a.
-
Nach
Abschluss des iterativen Abtragungsprozesses 21 (die Schleife)
wird das provisorische Skelett von der Kontur beschrieben, die verbleibt, wenn
alles Schwarze von dem Binärbild
in einer symmetrischen Weise „abgestreift" wurde. Dies wird
umgesetzt, indem die Konturfunktion bzw. Konturfunktionen (in diesem
Fall geschlossene Polygone, Rechtecke nur beim Start mit acht möglichen
Richtungen im weiteren Prozess) „nach innen" über eine Distanz von einer
halben Pixelbreite pro Abstreifoperation in dem Abstreifprozess 21a verschoben
werden. Eine solche Verschiebung über einen Abstand bzw. Distanz über die
Hälfte
einer Pixelbreite ist möglich
mittels dem oben genannten Verdoppeln der Anzahl von Konturpunkten.
Der Prozess des nach innen Schiebens wird an den Punkten „verhindert", an denen das Bild
unendlich dünn
geworden ist (die Stellen, an denen exakt alles Schwarze in dem
vorangehenden Schritt abgestreift wurde), d. h. an den Punkten,
an denen die Kontur „sich
selbst berührt". Tatsächlich wurde
an diesen Stellen bereits ein Teil des Skeletts gebildet. Vorsehen,
dass die Kontur sich selbst berührt,
wird realisiert durch Zählen,
wie oft die Rasterpunkte in der zweidimensionalen Ebene (mit einem Rasterabstand
der Hälfte
einer Pixelbreite) von der Kontur „getroffen werden". Da die Verschiebungen einer
halben Pixelbreite bei der Verarbeitung verwendet werden, wird gewährleistet,
dass das Verschieben der Kontur immer sich selbst zuerst berührt, bevor
es an sich selbst vorbeigeleitet wird. Mit anderen Worten kann das
Abstreifen rechtzeitig an den bereits ausgebildeten Skelettpunkten
beendet werden. Der Prozess, der das Einwärtsverschieben der Konturpunkte
umfasst, wird beendet, wenn sich zwischen der (geschlossenen) Konturfunktion
bzw. Konturfunktionen kein schwarzer Bereich mehr befindet. Das durch
diese „endgültige Kontur" beschriebene Bild
ist dann unendlich dünn
geworden. Im Gegensatz zu der Situation bei bestehenden Algorithmen
wird das originale Pixelbild in dem oben genannten Abtragungsprozess
nicht verwendet. Es ist ferner klar, dass die Ausgabe des iterativen
Abtragungsprozesses 21 (die Schleife) kein Pixelbild ist,
sondern eine Konturbeschreibung oder Auflistung eines unendlich dünnen Bildes.
-
Wenn
das Skelett noch nicht vollständig
ausgebildet wurde (Entscheidungsblock 21c, Bilddicke = 0),
findet der Beschneidungsprozess 21b sofort nach jedem Abstreifungsprozess 21a statt,
wie in 2 dargestellt ist.
-
Ohne
den Beschneidungsprozess 21b würde das provisorische Skelett
(d. h. die oben genannte endgültige
Kontur) im Allgemeinen auch eine Anzahl kleiner Zweige beim Abschluss
des iterativen Abtragungsprozesses enthalten. Häufig sind diese Zweige unwesentlich
für die
Struktur des Binärmusters.
Tatsächlich
sind alle auf skelettbezogene Algorithmen durch dieses Phänomen in
größerem oder
geringerem Maße
betroffen, abhängig
von den „Beschneidungsmaßnahmen", die verwendet werden.
Da in dem vorliegenden Prozess die Erosion in einzelnen Schritten
mit einem halben Pixel stattfindet, geht kein einziges Detail verloren,
und jedes Pixel, das hervorsteht, führt zu der Erzeugung eines
sogenannten Ursprungs, der sozusagen der Start eines neuen Zweigs
ist. Relativ häufig
führt ein
derartiger Ursprung zu einem unwesentlichen Zweig. Ein getrennter Beschneidungsprozess 21b,
der auf einer expliziten Listen von Ursprüngen basiert, für die es
nicht gestattet ist, einen neuen Zweig zu erzeugen, wird daher in
den betreffenden iterativen Abtragungsprozess 21 eingefügt. Mit
dieser Prozedur nach jedem Abstreifungsschritt 21a wurden
alle neu erzeugten Ursprünge
der neuen Kontur, die nach innen geschoben werden, getestet, und
ein Beschneidungsindikator wird im Falle jeden neuen Ursprungs aufgezeichnet.
Diejenigen Ursprünge,
die eine „Form" aufweisen, die von
der Liste umfasst werden, werden daraufhin aus der betreffenden
Konturbeschreibung entfernt. Die Liste ist derart erstellt, dass
Skelette erzeugt werden, die in der Praxis verwendet werden können, und
nicht zu viele oder zuwenig Zweige aufweisen. Falls erforderlich,
kann die Liste mit weiteren Formen für unwesentliche Ursprünge erweitert
werden, um ein ausführlicheres
Beschneiden vorzusehen. Mit diesen Verfahren muss ein größerer, um
die Kontur herum vorgesehener benachbarter Bereich daraufhin untersucht
werden, wodurch die Berechnungszeit steigt. Jedoch ist in dem vorliegenden
Fall diese Steigerung nicht quadratisch, wie sie in dem Fall üblicher
skelettbezogener Algorithmen ist, bei denen zur ausführlicheren
Beschneidung ein größerer zweidimensionaler
benachbarter Bereich für
jedes zu eliminierende Pixel überprüft werden
muss. Anstatt mit einer Liste von Formen zu arbeiten, ist es auch
möglich,
mit einem Beschneidungskriterium oder basierend auf dem „zur Kontur
benachbarten Bereich" eines
Ursprungs zu arbeiten, wobei dieser benachbarte Bereich optional
gefiltert (geglättet) wird,
beispielsweise mittels Regression. Das beschriebene Beschneiden 21b wird
nach jedem Abstreifprozess 21a in dem iterativen Abtragungsprozess 21 (die
Schleife in 2) aktiv.
-
Eine
alternative Option ist das separate darauf folgende Beschneiden,
d. h. nach dem Abschluss des iterativen Abtragungsprozesses. Ein
solcher Prozess ist nicht unabsehbar, da in dem vorliegenden Fall
die ursprüngliche
Strukturdicke an allen Zweigpunkten bekannt ist, so dass grundsätzlich die
ursprüngliche
Form jedes Zweigs immer noch ermittelt werden kann.
-
Nachdem
in dem Entscheidungsblock 21c vorgesehen wurde, dass die
erzeugte Konturauflistung ein Bild mit einer Dicke von 0 beschreibt
(die Kontur wurde an keinem Punkt weiter verschoben), wird der Prozess
fortgeführt
mit der Extraktion von Knoten und Zweigen (Hauptprozess 22).
-
Eine
Eigenschaft der Ausgabe des iterativen Abtragungsprozesses 21 des
vorliegenden Prozesses liegt darin, dass die Transformation in einer „zweiten" Beschreibung mittels
Knoten und Zweigen einfach ist. Die erzeugte Konturauflistung ist,
wie sie war, doppelt: beim Durchlaufen durch die endgültige Kontur
werden die Zweige, die in dem endgültigen Skelett erzeugt werden
sollen, doppelt durchgegangen. Vereinfacht ist es dann lediglich
notwendig, die Hälfte
zu eliminieren. Wie angegeben wird in dem Abstreifprozess 21a ein
zweidimensionales Code-Array verwendet, welches unter anderem es
ermöglicht,
zu zählen,
wie oft die Kontur auf eine spezifische zweidimensionale Koordinate
trifft. Wenn eine solche Zählung
mit der endgültigen
Kontur ausgeführt
ist, ist daraufhin nach der Beendigung bekannt, welche Konturpunkte
einen Ursprung durchlaufen (einmal durchlaufen), und welche Punkte
einen Schnittpunkt (oder einen Knoten) durchlaufen (dreimal bis
zu einem Maximum von achtmal durchlaufen). Alle anderen zweidimensionalen
Koordinaten, auf die die Kontur trifft, werden genau zweimal durchlaufen,
wobei diese nun die „internen" Punkte der Zweige
sind, die zwischen den „speziellen" Punkten (Ursprünge und
Knoten) angeordnet sind. Durch ein erneutes Verarbeiten der endgültigen Kontur
nach der Zählung
kann die vollständige
Skelettbeschreibung aller speziellen Punkte und Zweige erzeugt werden.
-
Grundsätzlich ist
die auf diese Weise ausgeführte
Skelettbeschreibung eine nutzbare Beschreibung, in der ausgebildete
Zweige, die zwischen den speziellen Punkten angeordnet sind, mittels
der Folge der zweidimensionalen Koordinaten der Rasterpunkte beschrieben
sind, welche durchlaufen werden, wenn die Zweige in einer zu wählenden
Richtung durchgearbeitet werden. In diesem Fall sind die Punkte
auf einem Raster angeordnet, welches doppelt so dünn wie das
ursprüngliche
Raster ist, da jedes Mal die Hälfte
einer Pixelbreite abgezogen wird. Jedoch liegt ein Nachteil der
in dem Hauptprozess 22 gebildeten Skelettbeschreibung darin,
dass die kleinen Zweigelemente, sozusagen die Linienabschnitte von
Punkt i zu Punkt i + 1, nur acht Richtungen „aufweisen". Für
bestimmte Zwecke ist es besser, Zugriff auf eine Zweigbeschreibung
zu haben, die etwas „glatter" verläuft, beispielsweise
um Merkmale abzuleiten, in denen Winkelrichtungen eine Rolle spielen. Ein
letzter Hauptprozess 23 wurde daher ausgestattet, indem
spezielle Punkte dort bleiben, wo sie sind, wobei jedoch die dazwischen
liegenden Zweigpunkte „verschoben" werden, indem derart
gefiltert wird, dass glatt verlaufende (glatte) Zweige erzeugt werden.
Der Glätt-
oder Filterprozess 23, der im Weiteren detaillierter beschrieben
ist, hat eine einstellbare Stärke,
wobei die höchste
Stärke
die glattesten Zweige erzeugt. Das verwendete Prinzip ist ein so
genannter laufender Mittelwert über
eine wählbare
Anzahl an Zweigpunkten, wobei das Festhalten der speziellen Punkte
erreicht werden kann, indem die zu filternden Zweige an den speziellen
Punkten „gespiegelt" werden. Für den oben
genannten Zweck des Glättens
von Zweigen können
grundsätzlich
alle bekannten räumlichen
Filterverfahren zum Beschreiben einer Folge von Punkten in einer
flachen Ebene verwendet werden.
-
Es
ist dem Fachmann bekannt, dass die ersten zwei Hauptprozesse 20 und 21 zusammen
als eine getrennte Einheit in der vollständigen Prozedur des Zeichenerkennens
verwendet werden können, die
die bereits in der Beschreibungseinleitung bekannten Vorteile aufweist.
-
Der
Betriebsmodus der vorliegenden Erfindung und insbesondere die zahlreichen
Hauptprozesse und Unterprozesse werden in dem unten genannten Beispiel
detaillierter betrachtet.
-
Der
Prozess beginnt mit der Ermittlung der Konturbeschreibung des binären Musters.
Hier findet die Konturbeschreibung mit rechteckigen Konturpolygonen
statt, wobei die Entfernung von Punkt k zu Punkt k + 1 immer genau
einer Pixelbreite entspricht. Wie bereits oben anhand des Konturprozesses 20 betrachtet,
wird die Anzahl an Konturpunkten verdoppelt, indem ein zusätzlicher
Punkt in der Mitte zwischen zwei aufeinander folgenden Konturpunkten hinzugefügt wird.
Diese neue Konturbeschreibung führt
daraufhin Schritte einer halben Pixelbreite in jedem Fall durch.
Ferner wird der Maßstab
für die
zweidimensionalen Koordinaten derart gewählt, dass die „Mitte
zwischen Konturpunkten" ebenso
auf einem geradzahligen Raster liegt. Dies ist zweckdienlich, da die
zweidimensionale Position oder Koordinate dann der gleichen Position
(zweidimensionaler Index) in einem zweidimensionalen Code-Array
entspricht. Dieses Code-Array hat daher die gleiche Anzahl an Adressen
wie die Anzahl von Rasterprodukten (mit einem Rasterabstand von
einer halben Pixelbreite) in der zweidimensionalen Ebene eines Bereichs,
der ausreichend groß ist,
um alle Muster zu beschreiben, die auftreten. Das Code-Array ist
tatsächlich
ein Bildspeicher von hexadezimalen (4 Bit) Speicherelementen, das
doppelt so fein ist (sowohl in X- als auch in Y-Richtung). Nun gibt
nicht jedes Speicherelement ein Pixel wieder, das „schwarz" ist, oder nicht,
sondern gibt X-Y-Orte wieder, an denen die Kontur ein oder mehrere
Male durchlauft, laufen wird, oder nicht. Mit dieser Prozedur wird
die Art und Weise, in der das Durchlaufen stattfindet, vorgesehen,
indem dem Speicherelement ein spezieller Wert gegebenen wird, der
sogenannte Situationsindikator (0 = kein Durchlauf; die Werte 1
... 15 geben eine bestimmte Klassifikation der verschiedenen Situationen
an). Der Wert an jeder Adresse des Code-Arrays wird einmal auf „0" gesetzt und bei
0 bei jedem Durchlauf in dem Skelett-Prozess „belassen".
-
Der
erste Abziehschritt beginnt somit mit der oben genannten „verdoppelten" Konturbeschreibung und
mit Speicherelementen in dem Code-Array, die alle auf Null gesetzt
sind. Bei jedem Abziehschritt (ein Aufruf in dem Abziehprozess 21a)
des iterativen Abtragungsprozesses 21 erzeugt die letzte
Konturbeschreibung an dem aktuellen Punkt eine neue Beschreibung.
Diese neue Konturbeschreibung gibt dann die Kontur wieder, die einen
Schritt (1/2 Pixel) weiter nach innen verschoben wurde.
-
Gemäß einer
speziellen Vorgehensweise erzeugen während dieses Prozesses die „alten" Konturpunkte mindestens
null und maximal drei Punkte der neuen Kontur. Was genau von jedem
Punkt der alten Kontur erzeugt wird, hängt von der lokalen Situation
an dem Punkt ab. In diesem Zusammenhang ist unter anderem zu ermitteln,
ob ein Skelettpunkt bereits an der Stelle in der zweidimensionalen
Ebene erzeugt wurde, oder nicht. Falls dies der Fall ist, kann die
Kontur nicht länger
an diesen Punkt verschoben werden und ein Punkt mit den gleichen
Koordinaten wie der alte (Skelett-)Punkt wird in der neuen Konturbeschreibung
erzeugt. Daher wird, bevor die Kontur verschoben wird, die Kontur
als erstes einmal durchlaufen, wobei die Situation an allen Rasterpunkten, auf
die die Kontur trifft, in dem Code in dem zweidimensionalen Code-Array
aufgezeichnet wird. Ein hexadezimaler Code wurde als ausreichend
erachtet, um die zahlreichen Situationen zu unterscheiden, für die in
jedem einzelnen Fall eine andere „Verschiebeaktion" für den betreffenden
zweidimensionalen Konturpunkt anzuwenden ist. Das zweidimensionale
Code-Array oder Zähler-Array
ist daher ein „ökonomisches" Array mit Elementen
von 4 Bits. Grundsätzlich würde ein
Code genügen,
der sogar noch etwas ökonomischer
ist, jedoch wurde der Code ausgewählt, um eine effiziente Implementierung
zu ermöglichen.
-
Die
zahlreichen möglichen
Situationen für die
Punkte der alten Kontur mit den zugehörigen erzeugten Punkten der
neuen Kontur sind in den 4a bis 4l dargestellt,
die auf einem Raster mit einem Rasterabstand von einer halben Pixelbreite
aufgetragen wurden.
-
Eine
einfache Situation, in der die gesamte Kontur auf dem zweidimensionalen
Ort des Konturpunkts A nur einmal trifft, und die Kontur sich nicht
an Punkt A krümmt
(geradeaus verläuft),
ist in der 4a dargestellt. Der genannte
Code ist derart ausgestaltet, dass aus dem Wert des Code-Arrays
an der zweidimensionalen Adresse des Punkts A „erkannt" werden kann, dass diese spezifische
Situation zutrifft. In diesem Fall ist das Vorgehen einfach. Der Punkt
A erzeugt den Punkt B, der um einen halben Pixel in der neuen Konturbeschreibung
nach innen verschoben wurde. Wenn die Situation in der 4a dreimal
um 90° rotiert
wird, ergeben sich drei ähnliche
Situationen mit einer ähnlichen
Vorgehensweise. Diese drei Situationen können auch aus dem Code erkannt
werden, der in der zweidimensionalen Adresse in dem Code-Array aufgenommen
ist.
-
In
der 4b ist eine Situation dargestellt, in der der
zweidimensionale Ort nur einmal getroffen wird, und in der der Punkt
A in der alten Kontur drei aufeinander folgende Punkte B1, B2 und
B3 in der neuen Konturbeschreibung erzeugt. Die Situation ist nun
auch aus dem Code zu erkennen, der an der betreffenden zweidimensionalen
Adresse in dem Code-Array aufgezeichnet ist. Ferner trifft es abermals zu,
dass dreimaliges Rotieren um 90° drei ähnliche Situationen
mit einer ähnlichen
Abarbeitungsregel ergibt. Es wurden nun bis zu vier „Geradeaus"-Situationen und
vier „Linksabbiegen"-Situationen beschrieben.
Dies bedeutet, dass acht Werte des hexadezimalen Codes daher benutzt
wurden (zuzüglich
des Wertes 0).
-
Für die Situation
in 4c und die dadurch mittels Rotation erzeugten
drei Situationen wird nur ein Wert verwendet, insbesondere ein „Rechtsabbiegen"-Wert, unabhängig von
der Drehung. Die Regel für
diese vier Situationen ist, dass der Punkt A in der alten Kontur
keinen Punkt in der neuen Konturbeschreibung erzeugt. Daher ist
kein Punkt auf der rechten Seite der 4c zu
finden. Der Grund, warum der Punkt A hier keinen Punkt erzeugen
muss, liegt darin, dass an dem nach innen verschobenen Ort ein Punkt
bereits in der neuen Beschreibung von dem „Vorgänger" von Punkt A erzeugt wurde.
-
Zwei
Fälle in
einer etwas komplexeren Vorgehensweise in denen Punkt A zwei Punkte
B1 und B2 nacheinander erzeugt, sind in den 4d und 4e dargestellt.
In beiden Fällen
wurde der Ort des Punkts A zweimal von der Kontur getroffen, und es
wurde bereits ein Skelettpunkt an dieser Stelle erzeugt und in der
in 4d/e dargestellten Weise bearbeitet. Der Code
an dem Ort von Punkt A ist in beiden Fällen der gleiche, da in beiden
Fällen
die gleiche lokale Situation vorliegt. Welche Vorgehensweise zu
wählen
ist (4d oder 4e) wird
mittels des Konturpunkts A ermittelt: Der Punkt A, wo das bereits
ausgebildete Skelett „beginnt" (4d),
oder der Punkt A, bei dem das bereits ausgebildete Skelett „endet" (4e).
In beiden Fällen
wird der „Kontur-/Skelett-Punkt" A in der neuen Konturbeschreibung
wiederholt. In 4d ist dies B2 und in 4e B1.
Die lokale Situation in den 4d/e
stellt wieder die ähnlichen
Situationen dar, wenn eine dreimalige Drehung von 90° vorgesehen
wird. Wiederum werden vier Werte unseres Hexadezimalcodes verwendet,
um diese vier lokalen Situationen unterscheiden zu können. Durch
Untersuchen des Konturpunkts A selbst, sehen die zahlreichen Situationen
daher acht Vorgehensweisen vor.
-
Die
letzten zwei Werte des Hexadezimalcodes werden für alle anderen Situationen
verwendet, die während
des iterativen Abtragungsprozesses auftreten können. Es gibt daraufhin Kontur-/Skelettpunkte
des „einfachen" Typs, die bereits
erzeugt wurden und lediglich sich selbst in der neuen Konturbeschreibung
wiederholen (Kopie). Daher müssen
diese nur einen Punkt mit den gleichen Koordinaten erzeugen. Einige
wenige Beispiele für
Situationen dieses Typs, die umso öfter auftreten, je näher der
iterative Abtragungsprozess sich an der endgültigen Situation befindet,
sind in den 4f bis 4l dargestellt.
Alle diese Figuren sind Situationen, die graduell in dem Prozess
auftreten können.
In den Figuren, in denen Teile des Skeletts bereits produziert wurden, wurden
aus Gründen,
die mit der Erstellungstechnik zusammenhängen, dem Skelett eine endliche
Dicke zugeordnet, so dass die „Vorwärtsrichtung" und die „Rückwärtsrichtung" der Skelettkontur
erkannt werden kann. Die betreffenden Skelettpunkte wurden ferner „gestreckt". Beispielsweise
haben in 4g die drei Konturpunkte, die
in der Mitte dargestellt sind, tatsächlich dieselben zweidimensionalen
Koordinaten. Es wurde in „Skelettsprache" ein dreifacher Zweig
an dieser Stelle erzeugt. (Im Übrigen
wurde das gleiche Erzeugungsprinzip bereits in den 4e und 4d verwendet.)
-
In
der 4j ist eine Situation aufgezeichnet, in der der
zweidimensionale Ort von Punkt A von einer Kontur „bei 45
Grad", die geradeaus
führt,
doppelt durchlaufen wird. Eine solche Situation, in der der Ort
nur einmal getroffen wird, beispielsweise von Punkt A, scheint bei
dem iterativen Abtragungsprozess nicht vermieden werden zu können. Die
Codes „geradeaus", „links
abbiegen" und „rechts
abbiegen" in den 4a bis 4c inklusive
deren Drehungen sind daher explizit für Richtungen entlang des Rasters
reserviert. In dem Fall von Drehungen um ungefähr 45° oder um ungefähr 135° wird somit
garantiert, dass es Situationen gibt, in denen ein Skelettpunkt bereits
erzeugt wurde, und somit garantiert ist, dass der Ort mehr als einmal
durchlaufen wird. An derartigen Orten muss die Kontur nicht weitergehend
verschoben werden und die durchlaufenden Konturpunkte müssen lediglich
sich selbst in der neuen Konturbeschreibung wiederholen.
-
In
der 4l ist ein Ursprung für ein Skelett als ein endgültiges Beispiel
dargestellt. Die Skelettkontur durchlauft den Punkt nur einmal.
Hier kann die Kontur nicht weitergehend verschoben werden und der
Punkt A muss somit in der neuen Konturbeschreibung wiederholt werden.
So lange der Konturpunkt immer noch an andere Orte verschoben werden kann,
wird die Erzeugung der neuen Konturbeschreibungen einfach fortgeführt (der
Schleifenprozess ist noch nicht abgeschlossen). Wenn jedoch kein
weiteres Verschieben möglich
ist, wird die Abtragung beendet und dieser Hauptprozess ist somit
abgeschlossen (wenn keine weiteren Verschiebungen zulässig sind,
bedeutet dies „Bildfläche ist
null").
-
Jedoch
gibt es einen weiteren Punkt, der der Aufmerksamkeit bedarf. Insbesondere
wenn eine neue Konturbeschreibung gemäß den obigen 18 (4 + 4 + 1
+ 8 + 1) Vorgehensweisen erzeugt wurde, dann werden manchmal Konturpunkte
mit den gleichen zweidimensionalen Koordinaten direkt nacheinander erzeugt.
Ein Beispiel ist in 5 vorgesehen, in dem der komplette
Satz der erzeugten neuen Konturpunkte dargestellt ist. Die hiermit
verknüpfte
Konturbeschreibung ist kein echtes Polygon, da die obersten drei
aufeinander folgenden Punkte die gleichen Koordinaten aufweisen.
Dieses Problem kann unter anderem, neben der Situation in 4c,
durch Unterscheiden der anderen Situationen der Konturpunkte gelöst werden,
die ebenso keinen Punkt in der neuen Konturbeschreibung erzeugen
können.
-
Eine
für diese
Implementierung ausgewählte alternative
Lösung
ist wie folgt: Während
der Erzeugung der neuen Beschreibung wird für jeden Punkt, der gemäß der Vorgehensweisen
hätte erzeugt
werden müssen,
eine Überprüfung durchgeführt, um
zu ermitteln, ob der direkt davor erzeugte Punkt die gleichen zweidimensionalen
Koordinaten hat. Wenn dies der Fall ist, wird der zu erzeugende
neue Punkt einfach übergangen.
-
Wie
bereits bemerkt, wird die lokale Situation in den betreffenden Rasterpunkten
als Code jedes Mal aufgezeichnet, bevor die Kontur einen Schritt weiter
verschoben wird. Zu diesem Zweck wird die Kontur einmal durchgearbeitet
und das Code-Array wird aktualisiert. Mit dieser Prozedur beginnen
die relevanten Elemente in dem Code-Array bei einem Wert von Null.
Alle Konturpunkte werden dann durchgearbeitet und während dieser
Operation erfassen die zu den zweidimensionalen Orten in jedem Fall
gehörenden
Array-Elemente einen
neuen Wert, der von dem Konturweg an dem betreffenden Konturpunkt abhängt, und
von dem Wert, den das Array-Element bereits aufweist. Wenn der Wert
des Elements immer noch Null ist, dann bedeutet dies, dass dieser
Ort zum ersten Mal durchlaufen wird, wobei in diesem Fall die folgenden
Werte zugeordnet werden:
- – Die Werte von 1 bis 4 für die 4 „Linksabbiegen"-Konturpfade (4b +
Drehungen).
- – Der
Wert 5 bis 8 für
die 4 „Geradeaus"-Konturpfade (4a +
Drehungen).
- – Der
Wert 9 für
die 4 „Rechtsabbiegen"-Konturpfade (4c +
Drehungen).
- – Der
Wert 15 für
die Struktur, die zu einem Ursprung gehört (eine Krümmung um 180 Grad in der Kontur,
vgl. 4l).
- – Der
Wert 14 für
alle anderen Konturpfade.
-
Es
ist dann gewährleistet,
dass an dem Ort ein Skelettpunkt des „einfachen" Typs vorliegt, der bereits erzeugt
wurde, d. h. ein Punkt, der sich lediglich selbst wiederholt. Daher
ist auch dann, wenn der Ort zum ersten Mal getroffen wird, gewährleistet, dass
er mindestens ein weiteres Mal in einer Weise wiedergegeben wird,
die eine „Skelettbildung" umfasst. Beispiele
sind in den 4h bis 4k dargestellt,
in denen beispielsweise Punkt A der erste ist, der den betreffenden
zweidimensionalen Ort trifft.
-
Die
vier Codewerte 10 bis 13 sind für
die örtliche
Situation in den 4d/e sowie für die drei reserviert, die
sich daraus mittels Drehung ergeben. Es ist ersichtlich, dass ein
solcher Wert an dem Punkt rechtzeitig erzeugt wird, wenn die Kontur
den betreffenden Ort zum zweiten Mal durchläuft. An diesem Punkt muss der
Code rechtzeitig einen der Werte 1 bis 4 („Linksabbiegen") aufweisen. Wenn
die „Konturkrümmung" ein weiteres Mal „ein Linksabbiegen" auf dem zweiten
Durchlauf ist, wird einer der Werte 10 bis 13 erzeugt, abhängig von
dem genauen Ort der zwei „Linksabbiegen-Krümmungen" zueinander. Falls
dies nicht der Fall ist, wird ein weiteres Mal gewährleistet,
dass eine Skelettsituation des einfachen Typs vorliegt, und dass
das betreffende Array-Element den Wert 14 erhält. In der nächsten Stufe
des Abziehprozesses (das momentane Abziehen) ist dann bekannt, dass
die Konturpunkte, die diesen Ort durchlaufen, sich nur selbst wiederholen
müssen.
Ein Beispiel, in dem der Code 14 erzeugt werden muss, ist in 6 dargestellt,
wobei der Punkt à der
zweite Konturpunkt ist, der auf den betreffenden Ort trifft. In diesem
Fall ist es daher bereits zu diesem Zeitpunkt bekannt, dass die
Kontur diesen Ort mindestens ein weiteres Mal durchläuft, beispielsweise
entlang der punktiert dargestellten Linie. Der betreffende Skelettpunkt
ist daher ein Skelettpunkt des einfachen Typs. Im Gegensatz hierzu,
wie aus den Vorgehensweisen in den 4d und 4e (+
Drehungen) erkannt werden kann, stellen die Situationen mit den
Code-Werten 10 bis 13 Skelettpunkte eines weniger einfachen Typs
dar, die bereits erzeugt wurden. Dies sind dann Skelettpunkte, bei
denen sich dann die durchlaufenden von Konturpunkte nicht nur wiederholen,
sondern auch einen neuen Punkt erzeugen.
-
Oben
wurde beschrieben, wie vorgegangen wird, wenn ein Ort zum zweiten
Mal durchlaufen wird, und der Code zu diesem Zeitpunkt einen der
Werte 1 bis 4 aufweist. Wenn jedoch der Wert während des zweiten Durchlaufs
in den Bereich 5 ... 8, 9 (4 × geradeaus,
4 × rechts
abbiegen) fällt,
dann erhält
das Code-Array an diesem Ort den Wert 14. In diesem Fall ist ebenso
gewährleistet,
dass ein Skelettpunkt des einfachen Typs vorliegt. Wenn ein Ort
getroffen wird und der Code bereits einen der Werte 10 bis 13 aufweist,
dann ist ersichtlich, dass dieser Punkt zum dritten Mal durchlaufen
wurde, wobei in diesem Fall auch der Code an dem Ort wieder auf
14 gesetzt wird. Dies ist dann beispielsweise die Situation in der 4g,
in der der Punkt P der dritte ist, der den Ort durchläuft. Schließlich wird
der Code nicht weiter verändert,
wenn erfasst wurde, dass dieser Bereich 14 oder 15 ist, unabhängig davon,
wie oft der betreffende Ort im Weiteren noch getroffen wird. In
der endgültigen
Situation des iterativen Abtragungsprozesses erzeugt der Codierungsprozess
daher nur die Werte 14 und 15.
-
Kurz
zusammengefasst sind die vier Regeln für den Codierprozess (die erste
Operation des Abstreifprozesses), der oben detailliert beschrieben wurde,
wie folgt zusammengefasst:
- 1. Aktueller Wert
0, dann neuer Wert 1 ... 4, 5 ... 8, 9, 14 oder 15, abhängig von
der Konturkrümmung und
der Richtung.
- 2. Aktueller Wert 1 ... 4, dann neuer Wert 10 ... 13 oder 14,
abhängig
von der Konturkrümmung
und Richtung.
- 3. Aktueller Wert 5 ... 8, 9 oder 10 ... 13, dann neuer Wert
14.
- 4. Aktueller Wert 14 oder 15, dann aktuellen Wert unverändert lassen.
-
Der
folgende Unterprozess in der Schleife von 2 betrifft
das Beschneiden der neuen Kontur, die in dem ersten Unterprozess
ausgebildet wurde. Alle Ursprünge,
die zu der neuen Konturbeschreibung während der letzten Abziehoperation
hinzugefügt
wurden, werden untersucht. Durch Untersuchen der „benachbarten
Bereiche der Kontur" der
Ursprünge
ist es möglich,
zu ermitteln, ob die Ursprünge
eine Form aufweisen, die im Wesentlichen ausreicht, es zu ermöglichen,
das Ausbilden eines neuen Zweiges zu beginnen. Wenn dies nicht der
Fall ist, wird die „Projektion" von der Konturbeschreibung
entfernt, indem eine Anzahl aufeinander folgender Konturpunkte „übergangen" wird, d. h. indem
diese von der Liste zweidimensionaler Koordinaten gelöscht wird.
Die Kriterien bei dem Erfassungsprozess wurden derart gewählt, dass
in der Praxis Skelette erzeugt werden, die nicht zu viele und nicht
zu wenige Zweige aufweisen. Diese Kriterien können wie gewünscht erweitert werden,
beispielsweise um ein weitergehenderes Beschneiden vorzusehen. Grundsätzlich sind
auch andere Kriterien als die hier verwendeten möglich.
-
Der
in diesem darstellenden Beispiel implementierte Prozess arbeitet
wie folgt: Eine Konturpunktnummer k der letzten Kontur ist ein neuer
Ursprung, wenn zwei Erfordernisse erfüllt sind. Zunächst muss
dieser während
der letzten Erzeugung erstellt worden sein und darf daher keine
Kopie oder Wiederholung eines bereits vorher erzeugten Skelettpunkts
sein. Dies kann auf Basis einer Iterationsnummer ermittelt werden,
die mit dem Punkt assoziiert ist, und die für alle Konturpunkte während des
iterativen Abtragungsprozesses aktualisiert wird. Mit dieser Prozedur
erhalten nur die neu erzeugten Punkte eine Nummer der letzten Abziehoperation, während die
Nummer der bereits erzeugten Skelettpunkte nicht weiter verändert wird.
Ein zusätzlicher Vorteil
dieser Iterationsnummer liegt darin, dass bei der Beendigung des
Skelettprozesses für
jeden Skelettpunkt bekannt ist, in welcher Abziehiteration dieser
erzeugt wurde, so dass tatsächlich
die ursprüngliche
Strukturdicke an diesen bekannten Orten bekannt ist. Zweitens muss
der Konturpunkt k ein Ursprung sein, und somit müssen die Konturpunkte k – 1 und
k + 1 die gleichen zweidimensionalen Koordinaten aufweisen. Ein
derartiger Ursprung kann in einer Richtung gemäß dem Raster erzeugt worden sein
oder „bei
45 Grad". Vergleiche 7 für
einige Beispiele.
-
Soweit
es die Kriterien betrifft, werden nun die Ursprünge, die diagonal auf dem Raster
angeordnet sind, als erstes behandelt. Zu diesem Zweck werden die
Punkte k – 2
und k + 2 entlang der Kontur untersucht. Wenn diese zwei Punkte
auch die gleichen Koordinaten aufweisen, wird der Ursprung als wesentlich
bezeichnet, da die „Länge" des gerade erzeugten
Zweiges dann immer größer als
die eine Pixelbreite ist. Einige Beispiele sind in der 8 dargestellt. Wenn jedoch die zwei Punkte
nicht die gleichen Koordinaten aufweisen, dann liegt ein nicht wesentlicher
Ursprung mit einer Zweiglänge
von ½·√2, d. h. mit
einer Länge
von weniger als einer Pixelbreite vor. Ein solcher Ursprung wird
somit von der Konturbeschreibung entfernt, insbesondere durch einfaches Übergehen
der Punkte k und k + 1. Einige Beispiele können der 9 entnommen
werden.
-
Die
Ermittlung der Ursprünge,
die in einer Richtung erzeugt wurden, welche dem Raster folgt, ist
etwas komplexer. In diesem Fall werden die Punkte k – 2 und
k + 2 ebenso zunächst
untersucht und auch in diesem Fall, wenn die zwei Punkte nicht die gleichen
Koordinaten aufweisen, ist der betreffende der Ursprung ein unwesentlicher
Ursprung, insbesondere mit einer Zweiglänge von nur einer halben Pixelbreite.
Vergleiche 10 für einige Beispiele. Wenn jedoch
die Punkte k – 2
und k + 2 die gleichen Koordinaten aufweisen, wird die weitere Ermittlung etwas
komplexer. Es wurde in diesem Fall erkannt, dass immer zutrifft,
dass in diesem Teil des gerade gebildeten Zweiges keine Krümmung vorliegt,
und dass die Länge
dieses Teils somit eine Pixelbreite ist. Daraufhin werden nun die
Konturpunkte k – 3
und k + 3 untersucht. Wenn diese Punkte ebenso die gleichen Koordinaten
aufweisen, wird der Ursprung wiederum als wesentlich erfasst, unabhängig von
dem exakten Konturpfad. Vergleiche die Beispiele in der 11.
-
Die
Erfassung wird nur etwas schwieriger, wenn die Punkte k – 3 und
k + 3 nicht die gleichen Koordinaten aufweisen. Die Hauptregel ist
dann, dass die betreffenden Ursprünge nicht wesentlich sind,
es sei denn, dass eine von noch näher zu beschreibenden Situationen
besteht. Zunächst
sind alle diese vier Situationen in 12 dargestellt,
sowie die 12 Situationen, die aus diesen erzeugt werden, indem um
1, 2 oder 3 Mal um 90° gedreht
wird. Der Grund dafür, dass
diese Ursprünge
immer noch als wesentliche bezeichnet werden, ist die Tatsache,
dass in dem ursprünglichen
Bild eine andere „keilförmige" Projektion in der
Kontur an diesem Ort vorliegt. Die Formen in der 12 werden
detektiert, indem Punkte k – 4 bis
k + 6 bzw. k – 6
bis k + 4 untersucht werden. Zusätzlich
zu den Formen in 12 gibt es ferner
drei Ursprünge
mit einem Ort k – 3,
der nicht dem Ort k + 3 entspricht, die nicht gelöscht werden
können.
Deren Formen sind in der 13 dargestellt,
wobei diese Figur, wiederum mittels Drehung, 9 ähnliche Situationen vorsieht.
Diese Formen werden ebenso wieder detektiert, indem die Punkte in
dem Teil der Figur untersucht werden, die nicht in gestrichelten
Linien gezeigt sind. Die Punkte B und B ~ in 13 sind ebenso
Ursprünge
des Typs „Ort
k – 3
ist nicht der gleiche Ort wie k + 3", jedoch haben sie keine der Formen
der Ursprünge,
wie sie mittels k in 13 gekennzeichnet
sind, und ebenso nicht die Formen von 12.
Mit anderen Worten werden, wenn die Prozedur diese Punkte erreicht,
diese „Seitenzweige" mittels des vorliegenden
Beschneideprozesses entfernt. Tatsächlich führt dies auch zum gewünschten Ergebnis:
Die „Geradeaus"-Richtung wird bevorzugt. Schließlich können, zusätzlich zu
den sieben Formen (4 × 7
Situationen) in den 12 und 13 zwei spezielle Formen um den Koordinatenursprung
herum in dem Konturpfad entstehen, für die eine nicht standardmäßige Behandlung
notwendig ist, um klare Skelette zu erhalten, die nicht ausgefranst
sind. Das Letztere bedeutet, dass der Ursprung verbleiben kann,
wobei jedoch der Ort und die zugehörige Zweiglänge justiert werden. Diese
zwei speziellen Formen sind in der 14 dargestellt,
sowie deren Transformationen. Weitere sechs ähnliche Situationen werden
aus dieser Figur durch dreifaches Drehen erzeugt. Die beabsichtigte
Transformation ergibt sich durch Übergehen der Punkte k – 1 und
k + 2 und durch Übergehen
zu dem Punkt k an dem Ort Q. Die Ursprünge B in der 14 werden
mittels des vorliegenden Beschneideprozesses vollständig gelöscht, wie
diejenigen in 13. Die letztliche Wirkung
ist dann eine Zweigstruktur, die nicht ausgefranst ist und die „klar" geradeaus läuft.
-
Alle
anderen Formen von Ursprüngen
mit dem Ort k – 3,
der nicht dem Ort k + 3 entspricht, die daher nicht unter eine der
Formen in 12 bis 14 fallen,
werden daher vollständig
gelöscht.
Für diese Situationen
besteht eine Löschung
aus dem Übergehen
der Punkte k – 1,
k, k + 1 und k + 2 in der Konturbeschreibung. Einige dieser Situationen
sind in einem Beispiel in 14 dargestellt.
Der vollständige Beschneideprozess 21b wird
implementiert, indem die Kontur einmal durchgearbeitet wird und
indem während
dieses Schritts die Punkte markiert werden, die übergangen werden, sowie die
Punkte, die verschoben werden, beispielsweise die Ursprünge k in der 14. Nur dann wird die Kontur ein weiteres Mal
durchgearbeitet, wobei während
dieses Vorgehens die Liste von Konturpunkten gesäubert wird. Daher werden in
der ersten „Runde" Punkte nicht sofort
eliminiert oder verschoben, sondern nur markiert. Dies ist ein sicheres
Verfahren, in dem die Detektion der definierten Formen immer korrekt
stattfindet, da die Kontur noch nicht geändert wurde.
-
Unter
Verwendung der gemäß der oben
beschriebenen Prozedur beschnittenen Kontur wird dann (das Kodieren
und) der Abziehprozess 21a wieder mittels der Schleife
durchlaufen, wobei darauf wieder der Beschneideprozess 21b folgt,
usw. Diese Iterationen werden weitergeführt, bis kein einziger Konturpunkt
verschoben wird. Zu diesem Zeitpunkt gewährleistet der Entscheidungsprozess 21c,
dass der iterative Abtragungsprozess beendet wird. Die endgültige Kontur,
die durch den Abstreifprozess 21a erzeugt wird, ist dann
die gleiche wie die vorletzte Kontur, und wurde daher bereits beschnitten.
Das sich ergebende endgültige
Ergebnis ist die Konturbeschreibung eines unendlich dünnen Bildes
und daher wurde das Skelett in einer spezifischen Form vorgesehen.
-
Der
dritte Hauptprozess 23 umfasst die Transformation der Konturskelettbeschreibung,
die durch den iterativen Abtragungsprozess erzeugt wurde, in einer
Beschreibung aller Ursprünge
und Knoten und der zwischen diesen angeordneten Zweigen. Die erzeugte
Skelettkontur ist die endgültige
Kontur des iterativen Abtragungsprozesses 21. Mit Hilfe
des zweidimensionalen Code-Arrays oder Zähler-Arrays ist es dann möglich, zu
ermitteln, wie oft die endgültige
Kontur alle Skelettorte durchläuft.
Für die
Ursprünge
ist dies einmal, für
die Knoten ist dies drei- bis maximal achtmal, und für die „internen" Punkte der Zweige,
die zwischen den speziellen Punkten angeordnet sind, exakt zweimal.
Die endgültige
Kontur wird dann ein letztes Mal durchgearbeitet, und während dieses Schritts
wird die Zweigliste erzeugt. Sobald ein erster spezieller Punkt
angetroffen wird, der erkannt werden kann durch „Zähler ungleich 2", wird das Speichern des
ersten Zweigs begonnen, wo in Reihenfolge die zweidimensionalen
Koordinaten und die Iterationsnummer der durchlaufenden Kontur-/Skelettpunkte
in eine Liste platziert werden. Das Speichern des Zweiges endet,
sobald ein folgender Spezialpunkt angetroffen wird. Der erste und
der letzte Punkt eines Zweigs sind somit immer Spezialpunkte. Es
können zusätzliche
Daten pro Zweig gespeichert werden, falls erforderlich, beispielsweise
den „Abzweigungswert" des ersten und letzten
Werts (1 = Ursprung, 3 ... 8 = Knoten). Direkt nach dem Abschluss
des Speicherns eines Zweigs wird mit dem Beginn eines neuen Zweigs
begonnen. Jedoch wird das Speichern dieses neuen Zweigs abgebrochen,
wenn erkannt wird, dass die ersten zwei Punkte dieses Zweigs exakt
die gleichen sind wie die letzten zwei Punkte einer der Zweige,
die bereits in die Liste von Zweigen eingefügt wurden. Die Situation ist
dann diejenige, dass die Kontur beginnt, einen Zweig zu durchlaufen,
der bereits in der entgegengesetzten Richtung gespeichert wurde.
Daher wird in diesem Fall bis zu dem nächsten speziellen Punkt nichts
gespeichert, und der oben genannte Prozess beginnt wieder an diesem
Punkt.
-
Schließlich wird
die Liste spezieller Punkte aus der Zweigliste erzeugt, wobei eine
spezifische Datenquantität,
beispielsweise zweidimensionale Koordinaten, die Iterationsnummer
und der Abzweigewert pro speziellem Punkt, wie erforderlich, gespeichert
werden. Die Prozedur beginnt mit dem ersten Zweig und die Daten
für den
ersten Punkt werden unter Nr. 1 in der Liste spezieller Punkte gespeichert. Der
letzte Punkt des gleichen Zweigs wird im Allgemeinen als spezieller
Punkt Nr. 2 gespeichert, es sei denn, dass die Koordinaten die gleichen
sind wie die des bereits gespeicherten Punkts (in diesem Fall bildet
der Zweig eine Schleife). In dem Fall einer solchen Situation wird
das Speichern abgebrochen. Für die
folgenden Zweige werden der erste und der letzte Punkt dieser Zweige
mit den bereits gespeicherten speziellen Punkten verglichen. Dadurch
wird verhindert, dass Ursprünge
und Knoten mehr als einmal gespeichert werden. In dieser zweiten
Runde gibt es eine Beziehung zwischen den ersten und den letzten Punkten
der Zweige, und der Anzahl, die die zugehörigen speziellen Punkte in
der betreffenden Liste erhalten haben. Dies bedeutet, dass die Daten
in der Zweigliste optional mit einer Indexnummer für den ersten
und den letzten Punkt „angereichert" werden können, die
auf die Position in der Liste spezieller Punkte zeigt. Die in dieser
Ausführung
gewählte
Beschreibung ist eine der Möglichkeiten
zum Beschreiben eines Skeletts mittels spezieller Punkte und Zweige.
Andere oder weitere ausführliche
Beschreibungen können
in gleicher Weise von der Skelettkontur abgeleitet werden. Wenn
die mittels individueller Punkte dargestellten speziellen Punkte
und die Zweige mittels durchgezogener Linien dargestellt werden, ergibt
sich ein gutes Bild dieses sogenannten Basisskeletts. Ein durch
den kompletten Prozess erzeugtes Beispiel, einschließlich des
beschriebenen Beschneidens, kann in der 16 betrachtet
werden. In dieser Figur ist leicht zu erkennen, dass als Ergebnis
des Beschneidens das Skelett nicht zu viele Zweige aufweist.
-
Ein
abschließender,
optionaler Hauptprozess 23 umfasst das Filtern oder Glätten der
Zweige. Wie aus dem Beispiel von 16 erkannt
werden kann, erscheinen die Zweige, die zwischen den speziellen
Punkten angeordnet sind, etwas „gestört". Dies ergibt sich dadurch, dass der
Prozess Zweigelemente erzeugt (die Abschnitte der Linie von Punkt
i zu Punkt i + 1), die nur 8 mögliche
Richtungen aufweisen. Für
bestimmte Zwecke ist es notwendig, Zugriff zu Zweigen zu haben,
die etwas „glatter" sind, beispielsweise
um Eigenschaften abzuleiten, bei denen Winkelrichtungen und Krümmungen
eine Rolle spielen. Daher wurde ein Filterprozess ausgestaltet, in
dem spezielle Punkte bleiben, wo sie sind, aber die inneren Abzweigepunkte,
die zwischen diesen liegen, werden durch das Filtern derart verschoben, dass
glatt verlaufende (glatte) Zweige erzeugt werden. Grundsätzlich können viele
bekannte Näherungsverfahren
zum Beschreiben einer Folge von Punkten in einer flachen Ebene für diesen
Zweck verwendet werden. Der in dieser Ausführung implementierte Prozess
hat eine einstellbare „Stärke", wobei die größte Stärke die
glattesten Zweige erzeugt. Das verwendete Prinzip ist ein so genannter „laufender" Mittelwert, über eine
auswählbare
Anzahl von Abzweigepunkten. Beispielsweise im Fall eines „Fünf-Punkt"-Filters werden die
neuen Koordinaten für
jeden Abzweigepunkt i auf der Basis der folgenden Mittelung berechnet: Xn[i] = (X[i – 2] + X[i – 1] + X[i] + X[i + 1] + X[i
+ 2])/5 Yn[i] = (Y[i – 2] + Y[i – 1] + Y[i] + Y[i + 1] + Y[i
+ 2])/5
-
Jedoch
stellen diese Gleichungen ein Problem dar, wenn die Nähe des ersten
oder letzten Punkts des betreffenden Zweigs erreicht wird, d. h. sozusagen
in der Nähe
der speziellen Punkte. Es ist dann beispielsweise möglich, die
Filterbreite umso kürzer
vorzusehen, je mehr dem speziellen Punkt angenähert wird. Der Filter erfordert
dann eine Breite von nur „1" an den speziellen
Punkten selbst. Dadurch kann tatsächlich gewährleistet werden, dass die
speziellen Punkte dort bleiben, wo sie sind, wobei jedoch am Beginn
und am Ende eines Zweigs diese variable Filterbreite ein weniger
glattes Ergebnis als das hier gewählte Verfahren vorsieht.
-
Daher
wird an dem Beginn und an dem Ende eines zu filternden Zweigs ein
Teil des Zweigs an den betreffenden speziellen Punkten „gespiegelt". Dies hat den Vorteil,
dass die Filterbreite (beispielsweise 5) ausgehend von dem ersten
Zweigpunkt bis zu dem letzten Zweigpunkt gleich bleiben kann, während es trotzdem
gewährleistet
ist, dass die speziellen Punkte dort bleiben, wo sie sind. Eine
solche „imaginäre" Spiegelung für den unteren
linken Zweig der 16 ist in der 17 dargestellt.
Indem der Punkt 7 am Punkt 9 gespiegelt wird, ergibt sich der Punkt 7 ~.
In gleicher Weise ist der Punkt 3 ~ der Spiegelpunkt von Punkt 3, wenn
wir am Punkt 1 spiegeln. Als Ergebnis des Spiegelns „arbeitet" der Fünfpunkt-Filter,
der als ein Beispiel gewählt
wurde, somit beispielsweise auch am Punkt 8: X8n
= (X6 + X7 + X8 + X9 + X8 ~)/5 Y8n = (Y6 + Y7
+ Y8 + Y9 + Y8 ~)/5
-
Es
ist ersichtlich, dass als ein Ergebnis des Spiegelns diese Gleichungen
zu unveränderten
Koordinaten für
die Punkte 1 und 9 führen.
Das Ergebnis eines Sieben-Punkt-Filters, der an dem Basisskelett
in 16 angewandt wurde, ist in 18 dargestellt.
Schließlich
wird hier dargestellt, dass die Verwendung von zwei Filtern nacheinander,
beispielsweise an einem Sieben-Punkt-Filter, gefolgt von einem Drei-Punkt-Filter,
zu einem sogenannten Faltungsfilter führt, der wiederum einen etwas
anderen Effekt vorsieht.
-
Die
so erhaltene Skelettbeschreibung kann dem weiteren Prozessor 12 eingegeben
werden, in welchem beispielsweise Zeichenerkennung ausgeführt wird.
Es ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung insbesondere
bei der automatischen Zeichenerkennung kursiver Schrift verwendet
werden kann, insbesondere bei dem Segmentieren des Bildes in getrennte
Zeichen oder Zeichenteile.