多分辨率线段提取方法及线段语义分析

宋 欣 王正玑 程章林

1(中国科学院深圳先进技术研究院 深圳 518055)

2(中国科学院大学深圳先进技术学院 深圳 518055)

3(中国科学技术大学软件学院 苏州 215123)

1 引 言

线段是一种常见的几何元素，在一些计算机辅助设计软件中常常作为基本的几何元素用于人造物体的设计。这使得生活中的一些人造物体，如工业零件、建筑、家具等都具有丰富的线段特征。因此，线段的检测和提取在数字图像处理、计算机视觉领域具有重要意义。

与各种点特征相比，线段特征是一种更具有全局特性的特征，不仅具有位置信息，还具有方向信息，在很多情况下鲁棒性更佳。线段特征已被广泛应用于场景理解[1-3]，几何与姿态估计[4,5]，同步定位与地图构建[6-8]及三维重建[9,10]等方面。

当前的许多线段提取方法都是从图像的灰度梯度角度来考虑的。线段特征在图像上的主要特点是，在某个方向上图像的灰度梯度较大，而在与之垂直的方向上灰度梯度较小。线段提取比较经典的一项工作是 Von Gioi 等[11]提出的线段检测器(Line Segment Detector，LSD)。该方法首先通过计算图像中每个像素的灰度梯度和灰度明暗变化的分界线生成一个单位向量场，再根据向量场中各个向量的方向将向量场分割成不同的连通区域，即在同一个连通区域中的向量方向具有一致性。然后，在这些连通区域上拟合出候选线段。最后，根据 Helmholtz 原则[12]来剔除错误检测。该方法能够得到亚像素精度的结果，并且能够很好地控制错误检测的数量。……