[发明专利]基于拓扑结构和CNN的几何图形识别方法

摘要

本发明涉及一种基于拓扑结构和CNN的几何图形识别方法，用于识别平面几何图形。首先，对原图形进行预处理，得到不包含字母的、前景为白色的几何图形；然后再进行霍夫直线检测，合并检测结果中属于同一条边的线段，提取几何图形的边；接着，计算边与边的交点，得到图形各顶点及形成顶点的边编号；之后，根据顶点与边的关联关系获取顶点间邻接关系，用以表示图形拓扑结构；在保证几何图形拓扑结构不变的前提下，通过在预设容忍度内移动图形顶点构建同构图形库作为基础训练集，并进行扩充；最后，以加深隐藏层层数、增加各层卷积核个数的方式改进LeNet‑5模型，基于同构图形训练集进行自动特征提取和学习，完成对平面几何图形的识别。

主权项

1.基于拓扑结构和CNN的几何图形识别方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，人工剔除几何图形中的字母，并做反向二值化操作，得到无字母干扰且前景色为白色的二值图；步骤二，提取待识别几何图形中的边，具体为：首先对步骤1中得到的二值图进行霍夫直线检测，检测结果是待识别几何图形中直线线段集合；然后，根据斜率对集合中的线段进行聚类，合并每类线段可得到一条边或几条平行边，每条边对应一个数组元素，用于保存边的端点坐标；步骤三，提取待识别几何图形中的顶点，具体为：求边所在直线方程式，计算每两条直线的交点，从计算得到的交点中剔除位于边的延长线上的交点，合并属于同一顶点的多个交点，得到待识别几何图形中的所有顶点，每个顶点对应一个数组元素，用于保存顶点坐标及顶点关联边编号；其中所述的关联边指对于一个顶点v_i，与其具有关联关系的边称作顶点v_i的关联边，所述的关联关系指对于几何图形中的顶点v_i，边e_i会经过v_i，则顶点v_i与边e_i是关联关系；步骤四，提取待识别几何图形的拓扑结构，拓扑结构指待识别几何图形所有顶点之间的关系，其中，顶点之间的关系包括两种，一种是两个顶点之间存在邻接关系，另一种是两个顶点之间不存在邻接关系；所述的邻接关系是指若对于顶点v_i，顶点v_j与v_i之间存在一条边AB，且顶点v_j与顶点vi直接连接而不存在其他顶点，则两顶点v_j与v_i间存在邻接关系；否则认为属于非邻接关系；步骤五，构建训练集：首先，在保证待识别几何图形拓扑结构不变的前提下，根据预设容忍度，构建同构图形库；然后，对同构图形加入仿射变换、投影变换、旋转和高斯噪声进行扩充，得到训练集；步骤六，加深LeNet‑5模型的深隐藏层层数、增加各层卷积核个数，构建卷积神经网络结构，并基于同构图形训练集进行自动特征提取和学习，完成对平面几何图形的识别。