基于標(biāo)簽傳播的交互式形狀協(xié)同分割方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于形狀協(xié)同分割【技術(shù)領(lǐng)域】，提供一種基于標(biāo)簽傳播的交互式形狀協(xié)同分割方法及裝置，所述方法包括：將給定的一組形狀過分割成子片，并構(gòu)建子片間的關(guān)系圖模型；當(dāng)其中部分子片接收到用戶指定的標(biāo)簽信息后，基于所述關(guān)系圖模型，沿著圖中的邊將已標(biāo)注的標(biāo)簽信息傳播至其他未標(biāo)注的子片上。本發(fā)明將標(biāo)簽傳播技術(shù)結(jié)合至形狀協(xié)同分割領(lǐng)域，相比目前基于半監(jiān)督學(xué)習(xí)的協(xié)同分割方法，本發(fā)明的交互手段更直接，交互速度更快，準(zhǔn)確率更高；同時(shí)，采用本發(fā)明方法同樣可以高效地對(duì)樣本外數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
【專利說明】基于標(biāo)簽傳播的交互式形狀協(xié)同分割方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于形狀協(xié)同分割【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于標(biāo)簽傳播的交互式形狀協(xié)同分割方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)幾何處理方法依賴于局部幾何信息來對(duì)三維幾何模型進(jìn)行分析和處理，然而近年來，人們?cè)絹碓桨l(fā)現(xiàn)僅僅利用局部幾何信息很難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的幾何處理任務(wù)。隨著研究工作的深入，人們開始挖掘和利用幾何形狀的整體和結(jié)構(gòu)信息，并提出了相應(yīng)的幾何處理方法，即形狀分析方法。近十年來，形狀分析方法在幾何處理領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注和發(fā)展，成為現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)。
[0003]最近，在形狀分析處理領(lǐng)域，學(xué)者們認(rèn)為對(duì)多個(gè)形狀進(jìn)行協(xié)同分析，能得到更多的有價(jià)值的信息，從而有效改進(jìn)對(duì)單個(gè)形狀作分析處理之后的結(jié)果。形狀協(xié)同分割是這一類工作的基礎(chǔ)，它是指同時(shí)分割一組形狀，并且建立分割后不同形狀子塊之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。形狀協(xié)同分割能有效輔助解決很多形狀處理問題，如建模、模型檢索、紋理映射等。
[0004]目前，協(xié)同分割方法可以大致分為三類:無監(jiān)督方法、監(jiān)督方法和半監(jiān)督方法。
[0005]在無監(jiān)督方法中，協(xié)同分割不能處理尺度變化大的情況，針對(duì)復(fù)雜的，或剛體差異性大的形狀并不能魯棒處理。后來又采用風(fēng)格來定義不同形狀間的塊伸縮性，并以此來優(yōu)化之前的方法，這樣能處理剛體對(duì)齊時(shí)部件伸縮，但本質(zhì)上它還是依賴于形狀之間的剛體對(duì)齊。為克服之前方法對(duì)剛體要求的依賴，有出現(xiàn)了一種基于特征描述符的方法，該方法采用多個(gè)特征描述符來度量子片之間的相似性，并構(gòu)造相似矩陣。通過對(duì)該相似矩陣作特征分解，該方法最終將形狀的協(xié)同分割問題看作為在譜空間中的聚類問題，并得到針對(duì)某一類形狀的協(xié)同分割結(jié)果。因?yàn)樾螤蠲枋龇仟?dú)立于形狀的位置和伸縮等變化的，從而能處理幾何和拓?fù)渥兓容^大的數(shù)據(jù)集。隨后將多個(gè)描述符作連接得到它們之間的相似性度量。然而，以上的無監(jiān)督方法都不能保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，協(xié)同分割的結(jié)果依賴于給定的數(shù)據(jù)集。
[0006]在監(jiān)督學(xué)習(xí)方法中，一般采用監(jiān)督學(xué)習(xí)的方法來同時(shí)分割和標(biāo)注形狀。給定一些已經(jīng)分割和標(biāo)注好的模型，使用描述符描述這些已分割和標(biāo)注好的數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，訓(xùn)練出一個(gè)分類器。當(dāng)給定一個(gè)待標(biāo)注的模型，基于該分類器，他們能快速得到模型的分割和標(biāo)注結(jié)果。如果將先驗(yàn)知識(shí)加入之前監(jiān)督學(xué)習(xí)方法的訓(xùn)練數(shù)據(jù)中，得到效果更優(yōu)的分類器。然而，這一類方法需要人工標(biāo)注大量的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，最終分割和標(biāo)注的結(jié)果也依賴于之前的訓(xùn)練集。
[0007]目前又有學(xué)者提出一種基于半監(jiān)督學(xué)習(xí)的協(xié)同分割方法，該方法允許用戶通過標(biāo)注一些成對(duì)約束，主動(dòng)協(xié)助參與協(xié)同分割過程。證明了僅需要指定少量的成對(duì)約束，他們能得到高準(zhǔn)確率的結(jié)果。但是這種方法交互方式并不是很直觀，需要用戶指定成對(duì)約束；另外還不能很好的處理樣本外的數(shù)據(jù)，給定一個(gè)樣本外的數(shù)據(jù)，他們方法需要重新執(zhí)行整個(gè)算法流程。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于標(biāo)簽傳播的交互式形狀協(xié)同分割方法裝置，旨在解決現(xiàn)有形狀協(xié)同分割方案需要用戶指定成對(duì)約束、不能很好處理樣本外數(shù)據(jù)的技術(shù)問題。
[0009]一方面，所述基于標(biāo)簽傳播的交互式形狀協(xié)同分割方法包括下述步驟:
[0010]將給定的一組形狀過分割成子片，并構(gòu)建子片間的關(guān)系圖模型；
[0011]當(dāng)其中部分子片接收到用戶指定的標(biāo)簽信息后，基于所述關(guān)系圖模型，沿著圖中的邊將已標(biāo)注的標(biāo)簽信息傳播至其他未標(biāo)注的子片上。
[0012]另一方面，所述基于標(biāo)簽傳播的交互式形狀協(xié)同分割裝置包括:
[0013]預(yù)處理單元，用于將給定的一組形狀過分割成子片，并構(gòu)建子片間的關(guān)系圖模型；
[0014]標(biāo)簽傳播單元，用于當(dāng)其中部分子片接收到用戶指定的標(biāo)簽信息后，基于所述關(guān)系圖模型，沿著圖中的邊將已標(biāo)注的標(biāo)簽信息傳播至其他未標(biāo)注的子片上。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明將標(biāo)簽傳播技術(shù)結(jié)合至形狀協(xié)同分割領(lǐng)域，首先對(duì)給定的一組形狀經(jīng)行預(yù)處理，包括過分割和構(gòu)建關(guān)系圖模型，然后與用戶進(jìn)行交互，用戶可以在一些子片上指定它們的標(biāo)簽信息，然后基于之前建立的關(guān)系圖模型，沿圖中的邊將已標(biāo)注的標(biāo)簽信息快速傳播至未標(biāo)注圖節(jié)點(diǎn)上，從而得到它們協(xié)同分割結(jié)果。相比目前基于半監(jiān)督學(xué)習(xí)的協(xié)同分割方法，本發(fā)明的交互手段更直接，交互速度更快，準(zhǔn)確率更高；同時(shí)，采用本發(fā)明方法同樣可以高效地對(duì)樣本外數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于標(biāo)簽傳播的交互式形狀協(xié)同分割方法的流程圖；
[0017]圖2是圖1中步驟SlOl的優(yōu)選流程圖；
[0018]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于標(biāo)簽傳播的交互式形狀協(xié)同分割裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；
[0019]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的預(yù)處理單元的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021]為了說明本發(fā)明所述的技術(shù)方案，下面通過具體實(shí)施例來進(jìn)行說明。
[0022]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的基于標(biāo)簽傳播的交互式形狀協(xié)同分割方法的流程，為了便于說明僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。
[0023]本實(shí)施例提供的基于標(biāo)簽傳播的交互式形狀協(xié)同分割方法包括:
[0024]步驟S101、將給定的一組形狀過分割成子片，并構(gòu)建子片間的關(guān)系圖模型。
[0025]在圖論中，圖由節(jié)點(diǎn)和連接節(jié)點(diǎn)的邊構(gòu)成，圖通常用來描述某些事物之間的某種特定關(guān)系，用點(diǎn)代表事物，用連接兩點(diǎn)的邊表示相應(yīng)兩個(gè)事物間具有這種關(guān)系。在本實(shí)施例中，本步驟首先對(duì)給定的一組形狀進(jìn)行預(yù)處理，包括過分割和建立關(guān)系圖模型。對(duì)于樣本外的幾何形狀(即樣本外數(shù)據(jù))，同樣可以采用本步驟進(jìn)行預(yù)處理。
[0026]步驟S102、當(dāng)其中部分子片接收到用戶指定的標(biāo)簽信息后，基于所述關(guān)系圖模型，沿著圖中的邊將已標(biāo)注的標(biāo)簽信息傳播至其他未標(biāo)注的子片上。
[0027]建立圖模型后，本步驟中需要與用戶進(jìn)行交互，用戶在部分子片上指定它們的標(biāo)簽信息，然后基于所述關(guān)系圖模型，按照標(biāo)簽傳播算法，沿著圖中的邊將已標(biāo)注的標(biāo)簽信息傳播至其他未標(biāo)注的子片上，從而得到它們協(xié)同分割結(jié)果。相比目前基于半監(jiān)督學(xué)習(xí)的協(xié)同分割方法，本實(shí)施例的交互手段更直接，交互速度更快。同時(shí)，可以高效處理樣本外數(shù)據(jù)。
[0028]作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，參照?qǐng)D2，上述步驟SlOl具體包括:
[0029]步驟S201、通過歸一化分割，將給定的一組形狀過分割，生成一系列子片；
[0030]步驟S202、用形狀描述符對(duì)每個(gè)子片進(jìn)行度量，根據(jù)度量值求出子片的相似性度量，以構(gòu)造子片間的關(guān)系圖模型，其中，圖中的節(jié)點(diǎn)表示每個(gè)子片，圖中的邊表示兩個(gè)子片的相似性度量。
[0031]本優(yōu)選實(shí)施方式中,采用Normalized Cut將形狀過分割生成一系列的子片,然后對(duì)這些子片構(gòu)建關(guān)系圖模型，這里以矩陣形式來表示該圖，其中圖的節(jié)點(diǎn)表示為每個(gè)子片，圖的邊表示兩個(gè)子片的相似性度量。為了能更準(zhǔn)確的度量每個(gè)子片，本優(yōu)選方式選擇五個(gè)魯棒和高效的形狀描述符來度量它們，從而能更好的區(qū)分出不同的語義塊。所述形狀描述符為形狀直徑函數(shù)、共形因子、形狀上下文、平均測(cè)地距離和到形狀底部的測(cè)地距離。所有這些描述符都是定義和計(jì)算在網(wǎng)格的面片上，即對(duì)模型的每個(gè)面片，都有五個(gè)描述符定義它在某個(gè)度量空間內(nèi)的屬性。并且采用直方圖來統(tǒng)計(jì)落在每個(gè)子片內(nèi)面片的對(duì)應(yīng)于每個(gè)形狀描述符的分布。在計(jì)算完針對(duì)每個(gè)子片的度量之后，可以根據(jù)這些度量值求出它們的相似性度量，并構(gòu)造它們的關(guān)系圖模型。
[0032]進(jìn)一步的，作為上述步驟S102的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，采用迭代算法實(shí)現(xiàn)用戶輸入和標(biāo)簽傳播過程，直至得到用戶滿意結(jié)果。具體的，每次迭代中，圖中節(jié)點(diǎn)沿著圖中的邊向其周圍傳播標(biāo)簽信息，同時(shí)吸收周圍節(jié)點(diǎn)傳播來的標(biāo)簽信息，重復(fù)執(zhí)行迭代傳播，直至所有節(jié)點(diǎn)的標(biāo)簽信息不再改變，得到子片的協(xié)同分割結(jié)果。
[0033]圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的基于標(biāo)簽傳播的交互式形狀協(xié)同分割裝置的結(jié)構(gòu)，為了便于說明僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。
[0034]本實(shí)施例提供的基于標(biāo)簽傳播的交互式形狀協(xié)同分割裝置包括:
[0035]預(yù)處理單元31，用于將給定的一組形狀過分割成子片，并構(gòu)建子片間的關(guān)系圖模型；
[0036]標(biāo)簽傳播單元32，用于當(dāng)其中部分子片接收到用戶指定的標(biāo)簽信息后，基于所述關(guān)系圖模型，沿著圖中的邊將已標(biāo)注的標(biāo)簽信息傳播至其他未標(biāo)注的子片上。
[0037]本實(shí)施例提供的功能單元31、32對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)了上述步驟S101、S102，具體的，首先預(yù)處理單元31對(duì)給定的一組形狀進(jìn)行預(yù)處理，包括過分割和建立關(guān)系圖模型，然后標(biāo)簽傳播單元32基于所述關(guān)系圖模型，沿著圖中的邊將已標(biāo)注的標(biāo)簽信息傳播至其他未標(biāo)注的子片上。
[0038]優(yōu)選的,如圖4所示,所述預(yù)處理單元31包括:
[0039]分割模塊311，用于通過歸一化分割，將給定的一組形狀過分割，生成一系列子片;
[0040]建圖模塊312，用于用形狀描述符對(duì)每個(gè)子片進(jìn)行度量，根據(jù)度量值求出子片的相似性度量，以構(gòu)造子片間的關(guān)系圖模型，其中，圖中的節(jié)點(diǎn)表示每個(gè)子片，圖中的邊表示兩個(gè)子片的相似性度量。
[0041]所述功能模塊311、312對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)了上述步驟S201、S202，采用了歸一化分割方法對(duì)形狀進(jìn)行過分割，得到一系列子片，然后用形狀描述符對(duì)每個(gè)子片進(jìn)行度量，求出子片的相似性度量，構(gòu)造子片間的關(guān)系圖模型。所述形狀描述符為形狀直徑函數(shù)、共形因子、形狀上下文、平均測(cè)地距離和到形狀底部的測(cè)地距離。
[0042]進(jìn)一步優(yōu)選的，上述標(biāo)簽傳播單元32包括迭代傳播模塊，所述迭代傳播模塊用于當(dāng)圖中部分節(jié)點(diǎn)接收到用戶指定的標(biāo)簽信息后，沿著圖中的邊向節(jié)點(diǎn)周圍傳播標(biāo)簽信息，同時(shí)吸收周圍節(jié)點(diǎn)傳播的標(biāo)簽信息，迭代傳播后直至所有節(jié)點(diǎn)的標(biāo)簽信息不再改變。
[0043]綜上，本發(fā)明將標(biāo)簽傳播技術(shù)結(jié)合至形狀協(xié)同分割領(lǐng)域，能得到交互方式更友好、準(zhǔn)確率更高的協(xié)同分割結(jié)果，同時(shí)對(duì)樣本外數(shù)據(jù)處理更高效。
[0044]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可以在存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)，如R0M/RAM、磁盤、光盤等。
[0045]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于標(biāo)簽傳播的交互式形狀協(xié)同分割方法，其特征在于，所述方法包括: 將給定的一組形狀過分割成子片，并構(gòu)建子片間的關(guān)系圖模型； 當(dāng)其中部分子片接收到用戶指定的標(biāo)簽信息后，基于所述關(guān)系圖模型，沿著圖中的邊將已標(biāo)注的標(biāo)簽信息傳播至其他未標(biāo)注的子片上。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述將給定的一組形狀過分割成子片，并構(gòu)建子片間的關(guān)系圖模型步驟，具體包括: 通過歸一化分割，將給定的一組形狀過分割，生成一系列子片； 用形狀描述符對(duì)每個(gè)子片進(jìn)行度量，根據(jù)度量值求出子片的相似性度量，以構(gòu)造子片間的關(guān)系圖模型，其中，圖中的節(jié)點(diǎn)表示每個(gè)子片，圖中的邊表示兩個(gè)子片的相似性度量。
3.如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，所述形狀描述符為形狀直徑函數(shù)、共形因子、形狀上下文、平均測(cè)地距離和到形狀底部的測(cè)地距離。
4.如權(quán)利要求3所述方法，其特征在于，所述當(dāng)其中部分子片接收到用戶指定的標(biāo)簽信息后，基于所述關(guān)系圖模型，沿著圖中的邊將已標(biāo)注的標(biāo)簽信息傳播至其他未標(biāo)注的子片上步驟，具體包括: 當(dāng)圖中部分節(jié)點(diǎn)接收到用戶指定的標(biāo)簽信息后，沿著圖中的邊向其周圍傳播標(biāo)簽信息，同時(shí)吸收周圍節(jié)點(diǎn)傳播的標(biāo)簽信息，迭代傳播后直至所有節(jié)點(diǎn)的標(biāo)簽信息不再改變。
5.一種基于標(biāo)簽傳播的交互式形狀協(xié)同分割裝置，其特征在于，所述裝置包括: 預(yù)處理單元，用于將給定的一組形狀過分割成子片，并構(gòu)建子片間的關(guān)系圖模型； 標(biāo)簽傳播單元，用于當(dāng)其中部分子片接收到用戶指定的標(biāo)簽信息后，基于所述關(guān)系圖模型，沿著圖中的邊將已標(biāo)注的標(biāo)簽信息傳播至其他未標(biāo)注的子片上。
6.如權(quán)利要求5所述裝置，其特征在于，所述預(yù)處理單元包括: 分割模塊，用于通過歸一化分割，將給定的一組形狀過分割，生成一系列子片； 建圖模塊，用于用形狀描述符對(duì)每個(gè)子片進(jìn)行度量，根據(jù)度量值求出子片的相似性度量，以構(gòu)造子片間的關(guān)系圖模型，其中，圖中的節(jié)點(diǎn)表示每個(gè)子片，圖中的邊表示兩個(gè)子片的相似性度量。
7.如權(quán)利要求6所述裝置，其特征在于，所述形狀描述符為形狀直徑函數(shù)、共形因子、形狀上下文、平均測(cè)地距離和到形狀底部的測(cè)地距離。
8.如權(quán)利要求7所述裝置，其特征在于，所述標(biāo)簽傳播單元包括: 迭代傳播模塊，用于當(dāng)圖中部分節(jié)點(diǎn)接收到用戶指定的標(biāo)簽信息后，沿著圖中的邊向節(jié)點(diǎn)周圍傳播標(biāo)簽信息，同時(shí)吸收周圍節(jié)點(diǎn)傳播的標(biāo)簽信息，迭代傳播后直至所有節(jié)點(diǎn)的標(biāo)簽信息不再改變。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK103700094SQ201310659606
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】汪云海, 吳子朝, 劉新國(guó), 黃惠 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院