全 文 ：第 27卷 第 6期 贵州大学学报(自然科学版) Vol.27 No.6
2010年　12月 JournalofGuizhouUniversity(NaturalSciences) Dec.2010
文章编号　1000-5269(2010)06-0077-04
基于图像分割和仿射变换的真实感枫树绘制方法①
刘德宽 ,徐津霞 ,舒　妮 ,陈孝威＊
(贵州大学计算机科学与信息学院 ,贵州贵阳 550025)
摘　要:提出了一种基于图像分割和仿射变换的真实感枫树绘制方法 。该方法采用图像分割技
术和形态学方法由真实枫叶获取枫叶的二值化掩模 ,然后在掩模的作用下 ,采用仿射变换在枫树
枝上绘制不同形状和大小的具有真实纹理的枫叶。实验表明 ,采用该方法绘制的枫树枝 ,不仅很
好地表现了枫树叶的形状 ,还保留了枫树叶的真实纹理。该方法可以推广到绘制任何真实感的
植物。
关键词:图像分割;仿射变换;二值化掩模;真实纹理;真实感枫树绘制
中图分类号:TP391　　文献标识码:A
　　随着虚拟现实技术的发展 ,植物作为景观的重
要组成部分 ,其真实感绘制越来越受到人们重视 ,
如何表现植物千变万化的真实感形态已成为当前
研究的热点[ 1] 。 3D建模软件 3DSMAX难于绘制
具有任意真实感形状和纹理的植物;形态学中的迭
代函数系统(IFS)可以很好地模拟出植物的外部
几何特性 ,然而却无法绘制植物的真实纹理。针对
上述问题 ,本文提出了一种基于图像分割和仿射变
换的真实感枫树绘制技术。该方法采用图像分割
技术和形态学方法由真实枫叶获取二值化掩模 ,然
后在掩模的作用下 ,采用仿射变换在枫树枝上绘制
形状和大小各异 、具有真实纹理的枫叶。采用该方
法绘制的枫树枝 ,不仅很好地表现了枫树叶的形
状 ,还保留了枫树叶的真实纹理 。该方法可以推广
到绘制任何真实感的植物 。
1　基于图像分割和仿射变换的真实
感枫树绘制方法
　　本文提出的绘制方法需要创建大小相同的三
幅图像:真实枫叶的图像 、枫叶的二值化图像以及
枫树枝的绘制图板 。真实枫叶的图像和枫树枝画
板由自然界中的枫叶经拍摄处理后得到 。对真实
枫叶的图像采用图像分割技术和形态学方法得到
枫叶的二值化图像 。图 1显示了所需要的三幅图
像 ,三幅图像采用相同的坐标系 ,其坐标原点在图
像左下角。
为了能在枫树枝的绘制图板上绘制不同形状
的枫叶 ,需要根据绘制枫叶的形状和位置确定由平
移 、旋转和缩放组成的仿射变换矩阵。得到仿射变
换矩阵后 ,在掩模的作用下 ,采用仿射变换可在枫
树枝上绘制形状和大小各异 、具有真实纹理的枫
叶。本文绘制方法的流程图如图 2所示 。
①收稿日期:2010-09-26
基金项目:国家教育部春晖计划重点资助项目(Z2004-1-520);贵州省省长基金(黔省专合字(2007)14号)
作者简介:刘德宽(1985-),男 ,河北赞皇人 ,硕士研究生 ,研究方向:虚拟现实技术 , Email:liudekuan@163.com.
＊通讯作者:陈孝威 , Email:gzu@vip.sina.com.cn.
DOI :10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2010.06.028
2　枫叶二值化图像的获取
本文提出的绘制方法需要边界精确的二值化
图像。对真实枫叶图像进行图像分割和形态学处
理可以得到该二值化图像 。其处理过程如下:
(1)将真实枫叶图像的彩色图转换为灰度图
采用如下公式可将枫叶的 RGB图像转换为灰
度图像 [ 2] 。
Y=0.299R+0.578G+0.114B (1)
其中的 R、G、B分别表示像素点上红色 、绿色和蓝
色通道上的分量值。 Y表示灰度图像中该像素点
的灰度值。其枫叶原图像及灰度图像分别如图 3
中(a)和(b)所示。
(2)提取枫叶的边界图像
得到枫叶的灰度图后 ,采用阈值分割方法对灰
度图进行处理[ 3, 4] ,得到二值化图像 ,如图 3中(c)
所示。采用罗伯特算子处理该二值化图像即可获
得一个粗糙的不连续的边界图像 ,如图 3中(d)所
示 。
(3)获取枫叶的精确边界图像
由上一步获得的边界图像可能是不连续的 ,需
要用形态学方法对其进行处理获得枫叶的精确边
界图像。
采用半径为 3的结构元素及如(2)所示膨胀
公式 ,对上一步获得的边界图像进行膨胀操作 ,可
得到连续的边界图像 ,如图 3中(e)所示[ 2] 。
A⊕ B= z [ (B )z∩ A] A (2)
在本文的方法中 ,要求得到具有精确边界的二
值化掩模 ,即边界为 1个像素的掩模 。否则将会影
响最终绘制图像的真实度。因此还需对图 3中
(e)进行细化 ,以求得到边界像素为 1的图像。
定义一个半径为 1的圆形结构元素 ,采用如
(3)所示腐蚀公式对图 3中(5)的图像进行腐蚀 ,
得到细化的边界图像 ,如图 3中(f)所示 [ 2] 。
A B= z Bz A (3)
(4)获取枫叶二值化的掩模图像
对细化的边界图进行孔洞填充得到填充后的
图像 ,如图 3中(g)所示 。最后对填充处理后的图
像进行二值化处理 ,得到枫叶的二值化掩模图像 ,
如图 3中(h)所示。
图 3　二值化图像的获取
3　确定仿射变换矩阵
为了在枫树枝绘制图板上绘制不同形状的枫
叶 ,需要确定仿射变换矩阵 [ 6] 。图 2中的平移变换
矩阵 T1和 T2 ,旋转缩放变换矩阵 TRS的确定方法
如下。
(1)平移变换矩阵 T1和 T2
为了能够将枫叶绘制在画板正确的位置上 ,首
先需要将图 4(a)中枫叶以根部节点(x1 , y1)为参
考点平移到坐标原点即图像的左下角处。然后 ,再
将枫叶从原点位置平移到绘制参考点 ,即图 4(b)
中的(x2, y2),由此可以分别确定平移变换矩阵 T1
和 T2如下所示:
图 4　确定平移变换矩阵的实例图
·78· 贵州大学学报(自然科学版) 第 27卷
T1 =
1 0 -x1
0 1 -y1
0 0 1
　T2 =
1 0 x2
0 1 y2
0 0 1
(2)缩放及旋转变换矩阵 TRS
因为枫叶有不同的大小和形态 ,所以当确定了
平移变换矩阵之后还需要对枫叶进行适当的缩放
变换和绕绘制点的旋转变换 ,以求达到对其最真实
的模拟 。假设绘制对象在 x轴上的缩放系数为 sx、
在 y轴上的缩放系数为 sy ,绘制对象围绕绘制参考
点的旋转角度为 θ,则缩放矩阵 S、旋转矩阵 R和
TRS分别如下所示:
S=
Sx 0 0
0 Sy 0
0 0 1
R=
cosθ -sinθ 0
sinθ cosθ 0
0 0 1
　TRS =S＊R
(3)仿射变换矩阵 T
最终的仿射变换矩阵即为三个变换矩阵的乘
积:T=TRS＊T2＊T1.
4　画板上像素的绘制
在本文所述绘制方法中 ,纹理图像与掩模图像
各个像素点之间是一一对应的。在确定仿射变换
矩阵 T后 ,掩模就决定了参与变换的纹理图像的
像素 ,只有落入掩模内的像素 ,才能由仿射变换矩
阵 T映射到绘制画板相应位置;否则 ,不参与变换
和绘制 。设落入掩模内的纹理图像像素的坐标为
(xt, yt),其颜色值为 f(xt, yt),画板上相应像素的
坐标为 (xd, yd),其颜色值为 g(xd, yd),则:
f(xt, yt) Tg(xd, yd),
即仿射变换 T将纹理图像上 (xt, yt)像素处的颜
色值 ,映射到画板上 (xd, yd)处 。
5　实验结果及分析
图 5是使用本文所述方法进行绘制的结果。
由结果可以看出 ,由于绘制枫叶时保留了其原有的
纹理 ,并且对枫叶进行了适当的旋转与缩放变换使
其具有不同的大小与形态 ,所以无论从单片枫叶的
外部几何特性 、纹理特征还是从整个枫树枝来看 ,
都达到了相当逼真的效果 。
6　结束语
本文在研究图像分割和仿射变换的基础上 ,提
出了基于图像分割和仿射变换相结合的真实感枫
叶绘制方法 。该方法采用图像分割技术得到绘制
对象的边界图像 ,然后运用形态学方法获得具有精
确边界的二值化掩模图像 ,并在此掩模控制下通过
仿射变换在枫树树枝上绘制形状和大小各异 、具有
真实纹理的枫叶。该方法可以推广到绘制任何真
实感的植物 。
图 5　本文方法绘制结果
参考文献:
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·79·第 6期 刘德宽 等:基于图像分割和仿射变换的真实感枫树绘制方法
MethodforDrawingRealisticMapleTreeBasedonImage
SegmentationandAfineTransformation
LIUDe-kuan, XUJin-xia, SHUni, CHENXiao-wei＊
(ColegeofComputerScienceandInformation, GuizhouUniversity, Guiyang550025, China)
Abstract:Onthebasisofimagesegmentationandafinetransformations, amethodofdrawingtherealisticmaple
treeisproposed.Thewholeprocesofthemethodcanbedescribedasfolows:byusingthetechnologyofimage
segmentationandimagemorphology, wecouldobtainthebinaryimagemaskofthemapleleafwhichhasthepre-
ciselyone-bit-widthboundary;thentheafinetransformationsareperformedonthemapleleafimagesothatwe
candrawthemapleleafonthediferentpositionsofthebranchesandchangethesizeandtherotationangleofit.
Theexperimentsshowthatthemaplebrancheswhicharedrawnwithourmethodnotonlyhavethesameshape
withthetrueonesbutalsoconservetherealtextureoftheleaf.Asaresult, themethodcanbeextendedtodraw
otherrealisticplants.
Keywords:imagesegmentation;afinetransformation;binaryimagemask;realtextures;thedrawingofthere-
alisticmapleleaves
(上接第 76页)
DetectingAnomalisticAccumulatorUnitby
On-lineInnerResistanceTestingMethod
LINZhi-qiang＊ , SUNShui-hua
(DepartmentofComputerandInformationScience, FujianUniversityofTechnology, Fujian350014, China)
Abstract:TakingthedefinitionofaccumulatorSoHasthestartingpoint, thelimitationsofdeepdischarging
measuringmethodandthefeasibilityofalternating-curenton-lineinnerresistancetestingmethodwereanalyzed.
AfterelaboratingthecorelationofinnerresistanceandSoH, itcomestoaconclusionthatbytheon-lineinner
resistancetestingmethod, thoseanomalisticaccumulatorunitscanbetimelydetectedandsomemeasureswere
takenproperlysoastoeliminatesourcesoftroubleoftheback-uppowersystem.
Keywords:SoH;alternating-currenton-lineinnerresistancetestingmethod;innerresistanceofaccumulator
·80· 贵州大学学报(自然科学版) 第 27卷