本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自帶邊框的圖像校正方法。

背景技術(shù)：

紙質(zhì)資料作為日常交流的主要媒介，常用于承載重要信息。而在對紙質(zhì)資料的版權(quán)認(rèn)證中通常需要對紙質(zhì)資料進(jìn)行數(shù)字化還原，且還原精度要求較高。

在圖紙的數(shù)字化還原過程中，需要先對其進(jìn)行掃描，該過程不可避免會發(fā)生幾何失真，如旋轉(zhuǎn)、縮放、非均勻形變等。而已有的圖像校正方法中，多數(shù)需要大量復(fù)雜的計(jì)算，才能檢測圖像的傾斜角解決旋轉(zhuǎn)失真，如hough變換的方法、基于fourier變換的方法和基于交叉相關(guān)性的方法。也有方法在圖像中添加定位點(diǎn)，通過計(jì)算掃描圖像中各個位置像素點(diǎn)與定位點(diǎn)之間的關(guān)系校正圖像。然而上述方法都難以達(dá)到精度要求。本圖像校正方法不需在圖像上添加任何標(biāo)記信息，適用于對圖像還原精度要求較高的場合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種圖像校正方法，要求圖像內(nèi)容自帶邊框，校正還原精度高可以達(dá)到像素級，適用于紙質(zhì)資料版權(quán)保護(hù)中的數(shù)字化還原過程。

基于網(wǎng)格構(gòu)造的二值圖像校正方法，所述方法包括：

(1)將待校正圖像掃描成灰度圖，然后將灰度圖像二值化，擬合其邊框方程。

(2)打印掃描一張校正圖，用于生成豎直及水平偏移系數(shù)表。

(3)根據(jù)待校正圖像的邊框方程及豎直、水平偏移系數(shù)表構(gòu)造網(wǎng)格。

(4)選擇合適的閾值再次將灰度圖二值化，統(tǒng)計(jì)每個網(wǎng)格中黑白像素的數(shù)目，以確定還原后圖像中相應(yīng)位置像素點(diǎn)的取值。

步驟(1)中，將灰度圖像二值化的閾值選擇為一個經(jīng)驗(yàn)值，當(dāng)邊框厚度較小時，可將閾值略微調(diào)大。

步驟(1)中，擬合邊框方程，首先需要將圖像進(jìn)行膨脹處理，保證邊框連續(xù)；而后利用形態(tài)學(xué)孔洞填充，找到圖像中最大的孔洞，保留其中的內(nèi)容，濾除掉邊框外噪聲以免干擾邊框擬合；最后遍歷得到目標(biāo)像素點(diǎn)集，運(yùn)用最小二乘法擬合出邊框方程。

步驟(2)中，生成豎直及水平偏移系數(shù)表，包括：

(a)將校正圖打印之后，將其掃描成二值圖，擬合出其邊框方程；

(b)擬合出校正掃描圖中所有橫條矩形的橫向?qū)ΨQ軸，求出每一條橫向?qū)ΨQ軸與左右邊框的交點(diǎn)，計(jì)算得到豎直偏移系數(shù)表；

(c)通過豎直偏移系數(shù)表與校正掃描圖的邊框方程在該圖中生成水平網(wǎng)格線；

(d)擬合出校正掃描圖中所有的豎條矩形的豎向?qū)ΨQ軸，求出每一條豎向?qū)ΨQ軸與每一條水平網(wǎng)格線的交點(diǎn)，計(jì)算得到水平偏移系數(shù)表。

根據(jù)待校正圖像的邊框方程及豎直、水平偏移系數(shù)表構(gòu)造網(wǎng)格，計(jì)算每一個網(wǎng)格中黑白像素點(diǎn)數(shù)目的比值，以確定相應(yīng)位置像素點(diǎn)的取值，此時待校正圖像需重新選定閾值二值化。

在待校正圖像中構(gòu)造網(wǎng)格后，將灰度圖像二值化需要對不同的閾值進(jìn)行窮舉，統(tǒng)計(jì)校正后的圖像最外t+1層黑、白像素的數(shù)目，選擇黑白像素比值最接近t:1的二值化閾值作為最終的閾值，其中t為原始圖像邊框厚度。

本發(fā)明提出了一種圖像校正方法，利用構(gòu)造網(wǎng)格解決打印掃描帶來的旋轉(zhuǎn)及縮放失真，利用校正圖生成豎直、水平偏移系數(shù)表解決非均勻形變失真。

附圖說明

圖1是本校正方法流程圖

圖2是形態(tài)學(xué)處理效果圖

圖3是橫向邊框擬合及殘差圖

圖4是縱向邊框擬合及殘差圖

圖5是校正圖樣例

具體實(shí)施方式

圖像校正完整流程如下：

步驟1：打印校正圖計(jì)算得到豎直偏移系數(shù)表及水平偏移系數(shù)表。

步驟2：將待校正圖紙掃描成灰度圖，然后將其二值化，擬合出其邊框方程，其中上下邊框用直線擬合，左右邊框用四次曲線擬合。

步驟3：根據(jù)豎直偏移系數(shù)表及待校正圖邊框方程計(jì)算得到水平網(wǎng)格線lineh。

步驟4：根據(jù)lineh及水平偏移系數(shù)表計(jì)算得到每個網(wǎng)格中心點(diǎn)坐標(biāo)。

步驟5：選擇合適的閾值再次將灰度圖二值化。

步驟6：根據(jù)網(wǎng)格中心點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)建網(wǎng)格，計(jì)算每個網(wǎng)格內(nèi)部黑白像素點(diǎn)數(shù)目的比值以確定對應(yīng)位置像素點(diǎn)還原后的取值，還原得到校正后的圖像。

將待校正圖像掃描成灰度圖，選擇經(jīng)驗(yàn)值將其二值化，用于擬合邊框方程。在后續(xù)校正還原中還需重新選擇閾值將其二值化。

邊框擬合，以上邊框的擬合為例：

(a)對掃描得到的圖像m進(jìn)行形態(tài)學(xué)膨脹及濾波處理，得到圖m′。

(b)首先通過形態(tài)學(xué)開操作將豎直方向的像素帶濾除，然后對每一列自上而下遍歷，獲得每一列中第一個連續(xù)黑色像素序列的首尾坐標(biāo)，求得其中間位置坐標(biāo)，獲得采樣點(diǎn)集。

(c)對求得的采樣點(diǎn)集，運(yùn)用最小二乘法進(jìn)行擬合，從而獲得邊框多項(xiàng)式gu。

同理，可擬合出下、左、右邊框多項(xiàng)式gd、gl、gr。其中上下邊框可用直線擬合如圖3，左右邊框用四次曲線擬合如圖4。

設(shè)置校正圖，如圖5示。校正圖大小及位置與待校正圖像原圖保持一致，橫向邊框及縱向邊框分別為w、h個像素，邊框厚度為t(默認(rèn)為奇數(shù))。圖中除邊框外共有n1個厚度為t(與邊框一致)的橫條矩形，n2個厚度為t豎條矩形，每兩個橫條矩形相隔k1像素，上邊框與第一個橫條矩形及下邊框與最后一個橫條矩形分別相隔k1、m1像素。每兩個豎條矩形相隔k3像素，左邊框與第一個豎條矩形及右邊框與最后一個豎條矩形分別相隔k3、m3像素。

以上邊框的橫向?qū)ΨQ軸為x軸，左邊框的豎向?qū)ΨQ軸為y軸建立坐標(biāo)系。設(shè)k2＝k1+t、m2＝m1+t。則第i個橫條矩形的橫向?qū)ΨQ軸(后文簡稱橫向?qū)ΨQ軸)方程為y＝k2×i，下邊框的橫向?qū)ΨQ軸方程為y＝n1×k2+m2。設(shè)k4＝k3+t、m4＝m3+t。則第j個豎條矩形的豎向?qū)ΨQ軸(后文簡稱豎向?qū)ΨQ軸)方程為x＝k4×j，右邊框的豎向?qū)ΨQ軸方程為x＝n2×k4+m4。

將校正圖經(jīng)過打印掃描之后，先擬合出邊框方程，求得四個頂點(diǎn)左上plu(xlu,ylu)、右上pru(xru,yru)、左下pld(xld,yld)、右下prd(xrd,yrd)坐標(biāo)。然后擬合出圖中所有的橫向?qū)ΨQ軸，得到擬合直線集并求得中所有直線與左右邊框gl、gr交點(diǎn)的縱坐標(biāo)集:其中函數(shù)intersecty(g,l)求得兩直線(曲線)交點(diǎn)返回其y坐標(biāo)。

生成豎直偏移系數(shù)表ratiol(rl,y|0≤y≤h-t)、ratior(rr,y|0≤y≤h-t)，以ratiol的計(jì)算為例，同理可得ratior。

當(dāng)y處于第i-1條橫向?qū)ΨQ軸與第i條橫向?qū)ΨQ軸之間，即(i-1)×k2≤y≤i×k2(1≤i≤n1)時，當(dāng)i取1時即y處于x軸與第一條橫向?qū)ΨQ軸之間。

當(dāng)y處于第n1條橫向?qū)ΨQ軸與下邊框橫向?qū)ΨQ軸之間，即n1×k2≤y≤n1×k2+m2時。

其中代表第i條橫向?qū)ΨQ軸與左邊框交點(diǎn)在線段plupld中的相對位置即而兩條橫向?qū)ΨQ軸之間的豎直偏移系數(shù)值按局部等分的方式求得。

生成水平網(wǎng)格線lineh，以在校正掃描圖中構(gòu)造網(wǎng)格線為例，用于生成水平偏移系數(shù)表，步驟如下：

i.通過ratiol、ratior及校正掃描圖的邊框方程，計(jì)算出點(diǎn)集pl′＝{p′l,i(x′l,i,y′l,i)|0≤i≤h-t}、pr′＝{p′r,i(x′r,i,y′r,i)|0≤i≤h-t}。p′l,i的y坐標(biāo)y′l,i計(jì)算公如式(3)，將其帶入到左邊框的擬合方程中(4)。即可求得x坐標(biāo)x′l,i。

y′l,i＝(yld-ylu)×rl,y(3)

x＝a×y⁴+b×y³+c×y²+d×y+e(4)

ii.同理計(jì)算pr′。pl′、pr′中頂點(diǎn)一一對應(yīng)，計(jì)算得水平網(wǎng)格線集

將校正圖打印掃描，在其中構(gòu)造水平網(wǎng)格線之后，用四次曲線方程擬合該圖中所有豎向?qū)ΨQ軸得到擬合曲線集將中的四次曲線與lineh中直線兩兩相交求得其交點(diǎn)的橫坐標(biāo)集其中函數(shù)intersectx(g,l)求得兩直線(曲線)交點(diǎn)返回其x坐標(biāo)。

豎直偏移系數(shù)表ratioh＝{rh,i,x|0≤i≤h-t,0≤x≤w-t}的計(jì)算如下：

當(dāng)x處于第j-1條豎向?qū)ΨQ軸與第j條豎向?qū)ΨQ軸之間，即(j-1)×k4≤y≤j×k4(1≤j≤n2)時。當(dāng)j取1時，x位于y軸與第一條豎向?qū)ΨQ軸之間。

當(dāng)n2×k4≤x≤n2×k4+m4即x處于第n2條豎向?qū)ΨQ軸與右邊框豎向?qū)ΨQ軸之間。

應(yīng)用偏移系數(shù)構(gòu)造網(wǎng)格：

對于待校正圖像，先將其掃描成灰度圖選擇經(jīng)驗(yàn)值將其二值化，擬合其邊框方程。根據(jù)邊框方程及ratiol、ratior計(jì)算出點(diǎn)集pl′＝{(x′l,i,y′l,i)|0≤i≤h-t}、pr′＝{(x′r,i,y′r,i)|0≤i≤h-t}，再在該圖中構(gòu)造水平網(wǎng)格線

構(gòu)造矩陣c＝{pc(i,j)|0≤i≤h-t,0≤j≤w-t}，pc(i,j)為網(wǎng)格中心點(diǎn)坐標(biāo)。其橫坐標(biāo)xc(i,j)計(jì)算公式如式(7)。式(8)為水平網(wǎng)格線lh,i的直線方程，將xc(i,j)代入即可求得yc(i,j)：

xc(i,j)＝x′l,i+(x′r,i-x′l,i)×rh,i,j(7)

y＝ki×x+bi(8)

構(gòu)造二值圖g＝{gi,j|0≤i≤h-t,0≤j≤w-t}，其中g(shù)(i,j)的值取決于以pc(i,j)為中心，長為(min(xru-xlu,xrd-xld))/(w-t)，寬為(min(yld-ylu,yrd-yru))/(h-t)的矩形中黑白像素點(diǎn)數(shù)目的比值，其中min(a,b)為取較小值函數(shù)。最后在二值圖g的外層加上厚度為的邊框完成校正。

灰度轉(zhuǎn)二值閾值選擇：

在網(wǎng)格構(gòu)建完成后，需對不同的二值化閾值進(jìn)行窮舉，校正還原得到的圖像最外t層應(yīng)為邊框即黑色像素，第t+1層應(yīng)為白色像素。統(tǒng)計(jì)恢復(fù)后的圖像最外t+1層黑白像素的總數(shù)，選擇黑白像素比值最接近t：1的二值化閾值作為最終的閾值。

本發(fā)明主要應(yīng)用于對圖像還原精度要求較高的情況，如針對紙質(zhì)資料的數(shù)字水印提取、掃描圖像與原始圖像的相關(guān)性檢測等。該方法無需添加任何定位標(biāo)示，一切操作都可自動完成，無需人工輔助。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施案例，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。