手绘几何图形的识别研究

论文摘要

手绘图也称之为草图,是设计师在概念设计阶段表达其设计意图的常用表达方式,它提供给设计师一个展现设计思维,开展创造性设计工作的平台。但手绘图信息的模糊性和用户输入的随意性阻碍了手绘图识别技术的发展。随着计算机软硬件性能的不断提高,计算机图形学、模式识别、人工智能和人机交互技术等学科的迅速发展,目前国内外许多机构对基于人机交互技术的草图识别展开了相关的研究,出现了许多具有代表性的识别方法,如基于笔划和图元表示法、基于统计几何特征的方法等。本文对手绘几何图形识别理论与技术进行了深入研究,并设计实现了相应功能的原型系统。本文研究以几何特征为基础,在原型系统中提供了手绘图形,并采用基于图元表示法对手绘图形进行识别。文中将图元分为:直线、椭圆弧、椭圆、圆弧和圆以及其他非二次曲线。根据图元表示法识别流程:图形绘制完毕后,首先对组成图形的笔划组进行笔划分割,分割成基本的图元;笔划分割以笔划中的曲率较大、绘制速度较低的采样点为依据,采用尺度空间法进行分割;接着对每个图元进行直线性判断,对于非直线的图元采用二次曲线不变量理论对其进行识别,并对图元拟合与矢量化描述;然后在图元识别的基础上,判断各个图元间的位置关系,提取图元个数、闭合性、凹凸性等13个特征数据,运用结构模式识别理论对整个图形进行识别;最后根据图形规整规则对识别后的图形进行规整矢量化输出。本文基于图元表示法识别流程及相关理论,设计和实现了在线手绘几何图形识别系统,并对文中提出的部分识别算法进行了有效验证;同时对常见几何图形识别结果进行了分析。结果证明:基于图元表示法对常见手绘几何图形识别速度快、准确率高;虽然系统还存在着一些需要进一步解决的问题,但其中的一些识别算法对复杂图形识别及其他领域的草图识别有一定的借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 手绘图
• 1.3 手绘图识别
• 1.4 草图理解
• 1.5 手绘图识别研究现状
• 1.6 本文研究内容及整体结构
• 第2章 手绘图识别相关知识
• 2.1 联机手绘图识别的方法
• 2.2 本文采用的方法及识别流程
• 2.3 基本概念与图元分类
• 2.3.1 基本概念
• 2.3.2 图元分类
• 2.4 数据采集与预处理
• 2.4.1 数据采集
• 2.4.2 预处理
• 2.5 本章小结
• 第3章 笔划分割
• 3.1 笔划的特性
• 3.1.1 曲率
• 3.1.2 绘制速度
• 3.2 特征点检测
• 3.2.1 均值滤波法
• 3.2.2 尺度空间法（Scale Space）
• 3.3 本章小结
• 第4章 图元识别与拟合
• 4.1 直线识别与拟合
• 4.1.1 直线识别
• 4.1.2 直线拟合
• 4.2 曲线识别与拟合
• 4.2.1 二次曲线的不变量理论
• 4.2.2 曲线拟合
• 4.2.3 曲线识别
• 4.3 图元矢量化和非二次曲线处理
• 4.3.1 直线矢量化
• 4.3.2 椭圆型曲线矢量化
• 4.3.3 非二次曲线处理
• 4.4 本章小结
• 第5章 图形识别与规整
• 5.1 图形识别
• 5.1.1 结构模式识别概论
• 5.1.2 图元位置关系
• 5.1.3 特征提取
• 5.1.4 分类器及模板库结构
• 5.2 图形规整
• 5.3 本章小结
• 第6章 手绘几何图形在线识别系统
• 6.1 手绘几何图形在线识别系统概述
• 6.1.1 数据存储
• 6.1.2 结构设计
• 6.2 图形矢量化与编辑
• 6.2.1 图形矢量化
• 6.2.2 图形编辑
• 6.3 识别结果及分析
• 6.3.1 识别结果
• 6.3.2 结果分析
• 6.4 本章小结
• 总结与展望
• 1.本文研究工作总结
• 2.存在问题及近一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参研项目情况