基于单义域邻接图的扫描工程图样自组织智能识别理论与技术研究

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扫描工程图样识别是图象处理、模式识别和人工智能等多种学科的综合应用,直接面向企业需求,具有很高的理论意义和应用价值,是CAD领域的重要课题。经过多年研究,扫描工程图样识别已经取得较大进展,部分实现象素到矢量的转换。但是,现有识别方法多拘泥局部,串行处理,已实现的识别能力与质量离实际需求还有很大差距,识别理论和方法有待突破。 工程图样是工程图元的有机集合,可看作线条图形,而扫描工程图样是象素的自然集合。为将象素聚合为工程图元,本文力求加强表达单元的整体性,提高表达层次,重视各种关联,根据启发信息选择和组织识别数据和知识,进行分层次处理和自组织推理。本文提出一种称为单义域的新的图象表达单元,先将象素矩阵转化为单义域及其拓扑关系的集合。同一层次数据之间相互关联。不同层次数据之间也相互关联。识别是一个反复自组织的推理过程。本文提出基于单义域邻接图的扫描工程图样自组织智能识别。在算法实现上,采用模糊分类、遗传算法和面向对象知识表示等。处理过程分为三个阶段: (1)提取扫描工程图样的线条特征,构建单义域邻接图来表达形状 与拓扑信息,统一表达字符和图形的结构特征,使后续的识别 处理能在较高层次的基本单元上进行。 (2)遍历单义域邻接图,提取字符及其笔划特征,提取完整的几何 图元,采用矢量邻接图来组织获取的信息。 (3)基于矢量邻接图,采用面向对象知识表示来组织矢量之间的约 束知识,组合工程图元,同时提取关联信息,从而构建工程图 元邻接图。 在识别单义域、矢量和工程图元时,既注重横向的关联又重视纵向的关联。横向关联指图面不同部分之间的直接关联,纵向关联指单义域和它所构成的高层工程图元之间的关联。在识别中,先获得部分特征再生成整体结构,然后又用整体结构去指导部分特征的进一步把握;高层信息从低层数据获得,反过来又去指导低层数据,不同层次之间相互作用。在智能推理中,根据启发信息自动选择相应的识别知识,同时不断调整识别参数,以适应不断的数据变化。自组织识别在关联数据相互依赖、相互影响和相互作用的协作中进行,错综复杂的关系相互协调完成整个识别。 工程图样包含的图形和字符均可看作线条,线条之间存在多种连接关系。扫描工程图样识别先要获取图象的线条及其关系表达。本文所提出的单义域表达单元扩大了连通域表达范围,包括线段、圆弧、箭头和交点。采用游程邻接图表达二值图象,然后作深度优先遍历,基于游程宽度和拓扑一致形成条形域。引人模糊逻辑对条形域进行分类,获取初步矢量信息,对其中多义域做单义分裂,以线段和圆弧为基元,采用遗传算法来实现。单义域是具有矢量特征的局部象素合理聚集,反映关联象素的整体特性。继承游程的拓扑关系,构建单义域邻接图。基于单义域邻接图自组织识别扫描工程图样,在处理效率和抑制噪音误差影响等方面更为优越。 在单义域邻接图基础上,可对字符和图形进行自组织识别,在字符笔划域基础上进行字符提取,同时提取其笔划特征,为将来字符识别提供结构信息。根据字符域大小对字符域外接矩形进行自适应膨胀。根据字符域膨胀矩形相交来判定字符邻近程度,再加上字符共线为判据来生成字符串域。利用同串字符的外接矩形中心和所附图形对字符进行定向。在提取线“段、圆弧和圆时,先从种子域线段或圆弧出发,按照同线或同圆的要求识别处理,进行邻接图深度捏索,种子矢量不断生长,几何参数不断调整,从而获得完整信息。提取的信息采用矢量邻接图来组织。 上述工作可以实现多种扫描工程图样中的字符、线段、圆弧、圆和箭头的提取。但是,工程图样是工程图元的集合。本文采用面向对象方法,对工程图元进行对象设计。给出基于矢量邻接图的工程图元识别方法,根据已经提取的几何图元和字符信息,从某一特征图元出发,选择相应的识别知识(工程图元组成语法),搜索所有其它组元,提取完整信息。文中分别提取点划线和虚线的线段、圆弧和圆,还提取剖面线和尺寸,同时与约束图元关联。 上述识别方法已在开发的扫描工程图样识别原型系统中实现,软件采 一用面向对象和过程技术分析和设计。基于单义域邻接图的自组织识别方法丰富了扫描工程图样识别方法,加强宏观和整体处理能力,利用了更多的关联,力求对识别数据和知识进行自组织。对多种扫描工程图样进行识别,效果较好。
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