一種圖形的構建方法及匹配方法以及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種幾何圖形的特征提取以及匹配檢索方法，具體地說是一種幾何圖 形的構建方法及匹配方法。
【背景技術】
[0002] 幾何學是數(shù)學的一個重要分支，幾何學發(fā)展歷史悠長，內(nèi)容豐富，它和代數(shù)、分析、 數(shù)論等等關系極其密切。幾何思想是數(shù)學中最重要的一類思想。目前的數(shù)學各分支發(fā)展都 有幾何化趨向，即用幾何觀點及思想方法去探討各數(shù)學理論。因此，幾何教學也成為數(shù)學教 學中的重要科目之一。
[0003] 隨著越來越多的教學內(nèi)容實現(xiàn)了數(shù)字化，并以電子文檔的形式儲存，如何讓計算 機來理解電子文檔中的圖片則成為一個極其重要的問題。平面幾何題圖形是文檔圖形的一 種，可以將大量的幾何題目以電子文檔的形式存儲，方便老師和同學學習和應用。但是對于 大量的幾何題目，要獲取所需的幾何題目，則需要通過檢索來實現(xiàn)。
[0004] 目前幾何題的檢索只是利用題中文本部分的關鍵字來進行匹配檢索，但是，對于 幾何題目而言，其主要的特征都表現(xiàn)在圖形中，文字的描述并不能充分地代表整個幾何題， 如果僅使用題目中的文字進行檢索，很難得到準確的檢索結果。
[0005] 現(xiàn)有技術中有一些圖像檢索方法，但是對于圖像特征稀少、具有復雜的空間位置 關系以及復雜圖元種類的幾何圖形，現(xiàn)有技術無法提取有效特征來用于圖像檢索。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為此，本發(fā)明所要解決的技術問題在于現(xiàn)有技術中對于幾何題目只支持題干關鍵 詞來檢索且現(xiàn)有的圖像提取方法無法提取有效的特征進行檢索，從而提出一種幾何圖形的 構建方法及匹配方法。
[0007] 為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種幾何圖形的構建方法，包括提取幾何圖形 的直線圖形和非直線圖形；確定所述直線圖形的屬性信息；確定所述非直線圖形的屬性信 息；確定所述直線圖形和所述非直線圖形的位置信息；根據(jù)所述直線圖形的屬性信息、所 述非直線圖形的屬性信息和所述位置信息，構建所述幾何圖形。
[0008] 此外，本發(fā)明還提供一種幾何圖形的匹配方法，包括將第一圖形的直線圖形的屬 性信息與第二圖形的直線圖形的屬性信息進行比較得到第一匹配代價；將第一圖形的非直 線圖形的屬性信息與第二圖形的非直線圖形的屬性信息進行匹配得到第二匹配代價；將第 一圖形的直線圖形和非直線圖形的位置信息與第二圖形的所述直線圖形和所述非直線圖 形的位置信息進行比較得到第三匹配代價；根據(jù)所述第一匹配代價、第二匹配代價、第三匹 配代價確定綜合匹配代價。
[0009] 另外，本發(fā)明還提供一種獲取最優(yōu)匹配幾何圖形的方法，包括選擇一個或多個參 考圖形；采用所述幾何圖形的匹配方法計算每個參考圖形與目標幾何圖形的匹配代價；根 據(jù)所述匹配代價獲取最優(yōu)匹配幾何圖形。
[0010] 相應地，本發(fā)明還提供一種幾何圖形的構建系統(tǒng)，包括圖形提取單元：提取幾何圖 形的直線圖形和非直線圖形；第一信息確定單元：確定所述直線圖形的屬性信息；第二信 息確定單元：確定所述非直線圖形的屬性信息；第三信息確定單元：確定所述直線圖形和 所述非直線圖形的位置信息；構建單元：根據(jù)所述直線圖形的屬性信息、所述非直線圖形 的屬性信息和所述位置信息，構建所述幾何圖形。
[0011] 此外，還提供一種幾何圖形的匹配系統(tǒng)，包括第一匹配處理單元：將第一圖形的直 線圖形的屬性信息與第二圖形的直線圖形的屬性信息進行比較得到第一匹配代價；第二匹 配處理單元：將第一圖形的非直線圖形的屬性信息與第二圖形的非直線圖形的屬性信息進 行匹配得到第二匹配代價；第三匹配處理單元：將第一圖形的直線圖形和非直線圖形的位 置信息與第二圖形的所述直線圖形和所述非直線圖形的位置信息進行比較得到第三匹配 代價；綜合匹配單元：根據(jù)所述第一匹配代價、第二匹配代價、第三匹配代價確定綜合匹配 代價。
[0012] 最后，本發(fā)明還提供一種最優(yōu)匹配幾何圖形的系統(tǒng)，包括選擇單元：選擇一個或多 個參考圖形；匹配單元：采用所述幾何圖形的匹配方法計算每個參考圖形與目標幾何圖形 的匹配代價；最優(yōu)匹配單元：根據(jù)所述匹配代價獲取最優(yōu)匹配幾何圖形。
[0013] 本發(fā)明的上述技術方案相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點，
[0014] (1)本發(fā)明提供一種幾何圖形的構建方法，包括提取幾何圖形的直線圖形和非直 線圖形，分別確定直線圖形和非直線圖形的屬性信息，并確定直線圖形和非直線圖形的位 置關系。本方案中，將幾何圖形中的直線圖形和非直線圖形分別提取，便于更好的描述不同 類型圖形的屬性，此外，通過直線圖形和非直線圖形的位置關系進一步將該幾何圖形的圖 形屬性完整的表達，使用該方式可以很好的描述了幾何圖形的圖元屬性和空間結構特征， 可以分析有復雜結構、多種類型圖元的幾何特性，對于理解分析檢索幾何圖形發(fā)揮了重要 作用。
[0015] (2)本發(fā)明中還提供一種幾何圖形的匹配方法，對于兩個幾何圖形，將分別提取的 直線圖形的屬性信息、非直線圖形的屬性信息以及直線圖形和非直線圖形的位置信息分別 進行比較，然后綜合這三個比較結果獲取綜合匹配代價，從圖元特征、類型以及位置關系等 多個層面進行幾何圖形的匹配，從而可以獲得更好的匹配結果，提高了幾何圖形的匹配精 度和匹配效率，為幾何題目的檢索提供了更好的方式。
[0016] (3)本發(fā)明還提供一種獲取最優(yōu)匹配幾何圖形的方法，采用上述幾何圖形的匹配 方法，獲取所有目標圖形與幾何圖形庫中的所有參考圖形的匹配度，然后根據(jù)需要選取滿 足條件的參考圖形作為匹配結果，該方式便捷且易于實現(xiàn)，匹配結果按照需要來選取，如選 取匹配程度高于閾值的部分或者降序排列選取排列在前的部分，根據(jù)需要靈活設置。
[0017] (4)本發(fā)明還提供一種幾何圖形的構建系統(tǒng)，使用上述幾何圖形的構建方法來實 現(xiàn)，通過直線圖形、非直線圖形以及其位置關系來實現(xiàn)圖形重構，有利于對復雜、多元的幾 何圖形進行分析。
[0018] (5)此外，本發(fā)明還提供使用上述幾何圖形的匹配方法的匹配系統(tǒng)，也是從上述幾 何圖形重構的三層信息進行匹配，獲得綜合匹配代價，對幾何圖形之間的匹配實現(xiàn)了量化， 為檢索提供依據(jù)。
[0019] (6)在上述基礎上，本發(fā)明還提供一種獲取最優(yōu)匹配幾何圖形的系統(tǒng)，采用上述獲 取最優(yōu)匹配幾何圖形的方法，將量化的匹配結果根據(jù)需要進行最優(yōu)輸出，獲得最優(yōu)的結果， 從而實現(xiàn)了幾何圖形之間的檢索排序，獲取用戶所需數(shù)量的接近的幾何圖形。
【附圖說明】
[0020] 為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實施例并結合 附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中
[0021] 圖1是本發(fā)明實施例1中幾何圖形的構建方法的流程圖；
[0022] 圖2-1至圖2-4是本發(fā)明實施例2中幾何圖形構建過程的示意圖；
[0023] 圖2-5至圖2-10是本發(fā)明實施例2中圖2-1中的節(jié)點屬性示意圖；
[0024] 圖3-1至圖3-3是本發(fā)明實施例2中的幾何圖形的示意圖；
[0025] 圖3-4至圖3-9是本發(fā)明實施例2中圖3-1中的節(jié)點的屬性示意圖；
[0026] 圖4-1至圖4-3是本發(fā)明實施例3中的幾何圖形的示意圖；
[0027] 圖4-4至圖4-6是本發(fā)明實施例3中圖4-1中的節(jié)點的屬性示意圖；
[0028] 圖5-0至5-3是本發(fā)明實施例5中應用實例1的匹配示意圖；
[0029] 圖6-1至6-4是本發(fā)明實施例5中應用實例2的匹配示意圖；
[0030] 圖7-1、圖7-1-1至圖7-1-5、圖7-2、圖7-2-1、圖7-3是本發(fā)明實施例5中應用實 例3的匹配示意圖；
[0031] 圖8-1、圖8-1-1、圖8-1-2、圖8-2、以及圖8-2-1至圖8-2-3、圖8-3是本發(fā)明實施 例5中應用實例4的匹配示意圖；
[0032] 圖9是本發(fā)明實施例7中的流程圖；
[0033] 圖10是本發(fā)明實施例7中的直線圖形和非直線圖形的提取示意圖；
[0034] 圖11是本發(fā)明實施例7中的屬性結構圖；
【具體實施方式】
[0035] 實施例1 :
[0036] 本實施例中提供一種幾何圖形的構建方法，包括以下過程：
[0037] 首先，提取幾何圖形的直線圖形和非直線圖形。檢測圓形、弧形并將此類非直線型 的圖元分離出來形成非直線圖形，余下的部分自動形成直線圖形。
[0038] 然后，確定所述直線圖形的屬性信息，該屬性信息包括節(jié)點的度、節(jié)點鄰接邊屬 性、節(jié)點幾何屬性中的一種或幾種。節(jié)點的度是指與這個點連接的直線的分支的數(shù)量，也就 是說從這個點出發(fā)存在幾個分支。節(jié)點鄰接邊屬性包括相鄰邊最大邊長度、相鄰邊最小邊 長度中的一個或兩個。所述節(jié)點幾何屬性包括最大角度、最小角度、是否為中點、是否是端 點、是否是垂足、是否引出角分線、是否是切點、是否包含至少兩條等長的鄰接邊等中的一 個或多個。
[0039] 同時，確定所述非直線圖形的屬性信息，其中屬性信息包括以下一種或幾種：圖元 個數(shù)、圖元半徑均值、圖元半徑方差、圖元面積均值、圖元面積方差、圖元圓心角均值、圖元 圓心角方差、圖元周長均值、圖元周長方差、任意圖元中心之間距離的均值。
[0040] 此外，還需要確定所述直線圖形和所述非直線圖形的位置信息，其中位置關系包 含關系、內(nèi)切關系、外切關系、相交關系、相離關系中的一種或多種位置關系。
[0041] 最后，根據(jù)所述直線圖形的屬性信息、所述非直線圖形的屬性信息和所述位置信 息，構建所述幾何圖形。由于直線圖形的屬性信息、非直線圖形的屬性信息以及它們之間的 位置關系都已經(jīng)獲取，根據(jù)上述兩類屬性信息和位置關系則可以得到該圖形的整體特征， 構建出該幾何圖形。
[0042] 在其他的實施方式中，在上述步驟之前，首先對幾何圖形進行預處理，如對二值化 圖像膨脹腐蝕來填充空隙，細化提取圖形骨架線，檢測關鍵點和邊等。
[0043] 本實施例中提供一種幾何圖形的構建方法，包括提取幾何圖形的直線圖形和非直 線圖形，分別確定直線圖形和非直線圖形的屬性信息，并確定直線圖形和非直線圖形的位 置關系。該方案中，將幾何圖形中的直線圖形和非直線圖形分別提取，便于更好的描述不同 類型圖形的屬性，此外，通過直線圖形和非直線圖形的位置關系進一步將該幾何圖形的圖 形屬性完整的表達，使用該簡單的方式，可以很好的描述了幾何圖形的圖元屬性和空間結 構特征，可以分析有復雜結構、多種類型圖元的幾何特性，對于理解分析檢索幾何圖形發(fā)揮 了重