索 靜

(太原工業(yè)學(xué)院，山西 太原 030008)

基于矢量的時序圖形圖像的研究

索 靜

(太原工業(yè)學(xué)院，山西 太原 030008)

隨著網(wǎng)絡(luò)科技的迅猛發(fā)展，人們對網(wǎng)絡(luò)圖形圖像的要求越來越高，網(wǎng)絡(luò)動畫的出現(xiàn)使得人們的這一需求得以滿足，網(wǎng)絡(luò)動畫技術(shù)發(fā)展迅速可以說是得益于時序圖形圖像的發(fā)展。文中主要從基于矢量的時序圖形圖像的模型、結(jié)構(gòu)、表示方法等方面進(jìn)行了深入的分析，對現(xiàn)有的研究成果做了對比，指出了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

矢量；時序；圖形圖像

早期的時序圖形圖像一般是指靜態(tài)的，隨著計算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，現(xiàn)在，時序圖形圖像的信息密度會隨著時間的變化而變化，也被稱為時變圖形圖像。在實(shí)際應(yīng)用中，時序圖形圖像的處理過程既要擁有較高的處理速度，又要在處理過程中盡量減小數(shù)據(jù)量，才能保證圖形圖像對計算機(jī)處理速度和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)确矫娴囊蟆?/p>

1 基于矢量的時序圖形圖像模型

1.1 柵格結(jié)構(gòu)模型

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以說是由一系列坐標(biāo)位置由行與列來確定的像元陣列構(gòu)成的，同時與之相對應(yīng)的存在一個灰度值，且每一個像元的值都是表示一個字節(jié)(或者多個字節(jié))，這些量化的表示方法和圖像信息的離散程度就是所謂的柵格數(shù)據(jù)。柵格數(shù)據(jù)擁有簡單，極易被人的肉眼識別的特點(diǎn)。在計算機(jī)存儲過程，處理過程，圖像的顯示過程中，柵格數(shù)據(jù)通常情況下用二維矩陣來表示，每一個相對應(yīng)的存在一個像元陣列的灰度值，故柵格數(shù)據(jù)二維數(shù)據(jù)矩陣的表達(dá)方式也被稱為位圖表達(dá)。柵格數(shù)據(jù)表達(dá)方式存在一定局限性，柵格數(shù)據(jù)并不存在任何數(shù)據(jù)信息與圖形幾何結(jié)構(gòu)的相關(guān)，在建立時序圖形圖像之間的相互關(guān)系時較為困難。在早期的圖形圖像處理技術(shù)中采用柵格結(jié)構(gòu)模型通常只是將其看成是靜止的來處理。

1.2 矢量結(jié)構(gòu)模型

實(shí)際上，矢量模型可以說是一系列坐標(biāo)的集合，通過這些坐標(biāo)，可以相對應(yīng)地定義圖形圖像的位置、形狀等特征。矢量結(jié)構(gòu)模型具有精度高、性能高、所占空間小的優(yōu)點(diǎn)，而且它主要關(guān)心的是幾何圖形，能夠比較準(zhǔn)確地對空間物體的點(diǎn)、線、面三維關(guān)系進(jìn)行表達(dá)。對比柵格結(jié)構(gòu)模型的特點(diǎn)，矢量結(jié)構(gòu)對于線條的質(zhì)量有著更好的保證，可保持原來的線條形狀。

2 時序圖形圖像的矢量結(jié)構(gòu)

雖然柵格結(jié)構(gòu)模型可較好地保持線條的形狀，但卻不能適應(yīng)分辨率的變化，因此為了滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，必須對時序圖形圖像進(jìn)行矢量化。

2.1 矢量輪廓數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

矢量輪廓數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用首尾相接的輪廓線段來描述時序圖形圖像的方法，但由于矢量輪廓的線寬和顏色的不同，使其相互關(guān)系相對復(fù)雜，在對圖形圖像的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行表示時較為困難，故存在一定的局限性。為了解決這些問題，研究者們提出一些新的方法加以改進(jìn)，例如將圖像中的每個圖形定義為組件的集合，組件通過定義寬度的不同，劃分為線型組件和面型組件兩種類型。同一圖形圖像中包含有多個組件，每個組件都對應(yīng)一個位置靠前程度的深度值，該值越大越不容易被覆蓋，同時，組件與組件之間還存在著分離、包含、相交三種位置關(guān)系。

盡管組件有深度值，采用輪廓結(jié)構(gòu)也會使組件在空間位置上發(fā)生重疊，所以在實(shí)際操作中會在獲得組件信息后對其刪除，避免影響其他組件信息的獲取。而其余的組件會因?yàn)榕c該組件存在重復(fù)部分，而被刪除一部分重復(fù)的組件，故在之后的跟蹤過程中如要恢復(fù)此刪除部分，則增加了數(shù)據(jù)的重復(fù)工作。組件矢量化后，需要將同一面型的組件組合起來。矢量輪廓數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示方法需要記錄的信息相當(dāng)多，對之后的處理加大了難度[1]。

2.2 矢量輪廓+骨架線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

矢量輪廓+骨架線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用矢量輪廓表示其形狀的同時，引入骨架線表示其幾何結(jié)構(gòu)，使得維持原有圖形形狀的同時較好地保持了圖形的幾何結(jié)構(gòu)。因骨架線只表示幾何結(jié)構(gòu)，所需精度不高，所以不會增加計算過程。

采用輪廓-骨架線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有利于減少數(shù)據(jù)量，其用矢量數(shù)據(jù)繪制整個圖形，可有效解決圖形縮放、分辨率發(fā)生變化時要求圖形質(zhì)量得以保障的要求。它能滿足進(jìn)行圖形局部線劃編輯的要求，彌補(bǔ)了柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不足。

2.3 矢量骨架線+線寬數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

線寬可將線條的形狀記錄下來，以恢復(fù)原始的圖形。骨架線-線寬數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對簡單，而且可以根據(jù)不同的精度要求做出相應(yīng)的調(diào)整，大大減少了數(shù)據(jù)量，在進(jìn)行進(jìn)一步圖形的處理工作時相當(dāng)有優(yōu)勢。與前兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相比較，骨架線-線寬數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有著更好的靈活性的優(yōu)點(diǎn)，圖形學(xué)上任何可采用的數(shù)據(jù)操作方法都可以直接應(yīng)用在時序圖形圖像上?？偠灾?，骨架線-線寬數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有減少數(shù)據(jù)量，提高智能分析水平，便于操作等優(yōu)點(diǎn)，并可以較好地實(shí)現(xiàn)圖形中間幀的內(nèi)插、自動填色、自動去色等功能。

3 時序圖形圖像矢量化的表示方法

時序圖形圖像矢量化有輪廓和骨架兩大類表示方法。

3.1 輪廓線跟蹤法

輪廓線跟蹤法是一種常用的矢量化表示方法，該方法指出在圖形等色區(qū)域搜索，并將搜索到輪廓線上的點(diǎn)記錄在列表中，一個點(diǎn)列表即對應(yīng)一條輪廓線。輪廓線跟蹤法搜尋時是沿著圖像的掃描方向進(jìn)行，檢查圖形中的像素點(diǎn)，如果檢查出來的像素點(diǎn)顏色是白色，則定義該點(diǎn)為起點(diǎn)。將此起點(diǎn)視為一個3*3的模板，在模板中按順序進(jìn)行檢查，檢查各個像素是否是白色，并依次進(jìn)行標(biāo)記，如果該模板中全部檢查出來為黑色，則停止跟蹤。按此方法依次跟蹤，可形成一條閉路的環(huán)線，即需要尋找的輪廓線，隨后進(jìn)行下一個跟蹤起點(diǎn)的搜尋工作，直至得到下一條輪廓線。

針對輪廓線跟蹤方法，有人提出將圖像中的每個圖形都看成是組件的改進(jìn)方法。依據(jù)組件的不同寬度將其分為面型組件和線型組件，圖像因?yàn)槭菆D形的一個集合故含有多個組件，在空間上，各組件的位置有所不同，可采用深度值來表示其前后的相對位置，以此表示組件的層次。進(jìn)行組件分類的最終目的是為了使處理過程簡單化，對法線寬度定義為一個閥值，對于不同的圖像不同的圖形定義的閥值不同，這個最好是由使用者自由選擇，根據(jù)實(shí)際圖像實(shí)際處理過程進(jìn)行定義[2]。

3.2 骨架線表示法

骨架線表示法主要有兩種方法，一種是像素剝離細(xì)化法，另一種是線跟蹤法。像素剝離細(xì)化法也叫細(xì)線化法，就是將圖像中的線、文字和形狀等沿著中軸線細(xì)化為像素級寬度的線條的過程。閉曲線處理方法是在處理過程中進(jìn)行多次處理，它可對圖形進(jìn)行一次性處理，但只適用于處理閉曲線圖形。線跟蹤細(xì)化法采用的是輪廓跟蹤算法，在跟蹤的同時計算輪廓點(diǎn)的曲率，若曲率較小，則該點(diǎn)不連續(xù)，重新選擇跟蹤起點(diǎn)。

4 時序圖形圖像相鄰幀的配準(zhǔn)

與處理靜止的圖像不同，時序圖形圖像存在許多幀瞬時狀態(tài)的相關(guān)因素，雖然可以采用相對獨(dú)立的算法來進(jìn)行時序圖形圖像的處理，但為了開發(fā)更有效的算法，有必要采用多幀處理技術(shù)。目前為止，國內(nèi)外較為流行的時序圖像研究方法有：相位相關(guān)法、貝斯法、光流分析法等等，這些方法都是從不同的角度對多幀圖像的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行研究，且應(yīng)用廣泛。由于時序圖形圖像的相鄰兩幀之間存在相當(dāng)大的關(guān)聯(lián)性，前一幀按照一定的運(yùn)動規(guī)律，則得到后一幀圖像，故需要對時序圖形圖像的相鄰幀匹配過程進(jìn)行研究。

4.1 時間序列的匹配

時間序列的匹配是指按照一定的時間順序進(jìn)行觀測，從而獲得一系列觀測值，它既指時間的順序，又指空間的順序。時間序列應(yīng)用廣泛，其包含很多重要信息，故對時間序列進(jìn)行研究分析有著重要的意義。時序圖形圖像可看成是由許多個多邊形，依循一定的空間順序進(jìn)行排列得到的一組序列，相對應(yīng)的時序圖形圖像中的每一幀圖形都是一個時間序列。

4.2 輪廓匹配

時序圖形圖像配準(zhǔn)的另一個重要方法則是采用兩個圖形的輪廓形狀進(jìn)行相似性判斷，參數(shù)判決法、模式匹配等方法在處理特殊形狀的匹配問題時都存在一定的局限性，因此該方向目前也是一個主要研究方向。多邊形輪廓的松弛迭代匹配法，是采用特定的算法對多邊形的輪廓上的特征點(diǎn)進(jìn)行有選擇的提取，并將提取的特征點(diǎn)近似多邊形，通過迭代最終得到多邊形匹配?；诿娴钠ヅ渌惴▌t是將主要特征為面積和質(zhì)量兩個參數(shù)進(jìn)行匹配。

5 小結(jié)

基于矢量的時序圖形圖像具有表達(dá)數(shù)據(jù)精度高、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)密和數(shù)據(jù)量小等優(yōu)點(diǎn)，同時又具有復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)難度較大等缺點(diǎn)，希望對今后的矢量圖形圖像的研究有一定的幫助。

[1] 鄭瑾.淺析關(guān)于矢量的時序圖形圖像處理技術(shù)[J].遼寧科技學(xué)院學(xué)報，2014,12(6):40-42.

[2] 張寶印.基于矢量的時序圖形圖像處理技術(shù)的研究和實(shí)踐[D].鄭州：解放軍信息工程大學(xué)，2001.

Research on Time-sequence Graphic Image Based on Vector

Suo Jing

(TaiyuanInstituteofTechnology,TaiyuanShanxi030008,China)

With the rapid development of network science and technology, People’s demand to the network graphic images is higher and higher. The emergence of network animation meets the needs of people. The rapid development of network animation technology can be said to benefit from the development of time-sequence graphic image. In this paper, it mainly analyzes the model, structure and representation of time-sequence image based on vector, compares the existing research results and points out the advantages and disadvantages of each method.

vector; time-sequence; graphic image

2016-11-30

索 靜(1982- )，女，山西原平人，講師，碩士，主要研究方向：單片機(jī)系統(tǒng)和數(shù)字圖像處理。

1674- 4578(2016)06- 0091- 02

TP391.41

A