Parametrik eğrilerle bir nesne şablonunun 2B şeklini yeniden oluşturmak için yeni bir kontur izleme algoritması
A new contour tracing algorithm for reconstructing 2D shape of an object template with  parametric curves
Yazar: NİHAT ARSLAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KALİ GÜRKAHRAMAN
Sivas Bilim ve Teknoloji Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Bilgisayar destekli tasarım, görüntü işleme ve bilgisayarla görme alanlarında Bézier ve B spline gibi parametrik eğriler yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir görüntüdeki nesnenin farklı ölçek ve yönelimlerde yeniden oluşturulması bu parametrik eğriler kullanılarak gerçekleştirilebilmektedir. Bu çalışmada, ölçekleme ve döndürme koşullarında şablon eşleştirmenin zor olması nedeniyle parametrik eğriler kullanılarak ölçekleme ve döndürme problemlerine dayanıklı yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Nesne şeklinin parametrik eğriler ile oluşturulması için ön koşul, nokta bulutundaki noktaların sıralı olarak elde edilmesidir. Geleneksel kenar tespit algoritmaları noktaları sıralı elde etmediğinden bu çalışmada, şablonun dış sınırını oluşturan noktaları sıralı tespit eden özgün bir algoritma geliştirilmiştir. Algoritmamız literatürdeki diğer kontur izleme algoritmalarından farklı olarak ağırlıklar içeren bir filtre kullanılarak gerçekleştirilmiştir. İkili formatta belirlenen görüntüde belirli bir konumda bulunan filtre, ağırlıkları sayesinde bir sonraki izleme yönünü belirleyen benzersiz bir sayısal değer üretmektedir. Geliştirilen kontur izleme algoritmasıyla elde edilen sıralı sınır noktaları hem nesne şeklini temsil eden eğrilerin yeniden oluşturulması hem de şablon eşleştirme işleminde kullanılmıştır. Bu çalışmada kullanılan şablon eşleştirme yöntemi üç aşamada gerçekleştirilmektedir. Birinci aşamada, geliştirilen kontur izleme algoritması ile şablon ve eşleştirme yapılan nesnelerin dış sınır noktaları sıralı olarak elde edilmektedir. İkinci aşamada, bu noktalar kullanılarak oluşturulan B-spline eğrisi ile nesne şeklini içeren ikili görüntüler oluşturulmuştur. Son aşamada ise B-spline eğrisi ile oluşturulan 2B görüntüdeki nesnelerin sınır nokta konumlarının şekil merkezine olan uzaklıkları hesaplanarak bir sinyal elde edilmiştir ve bu sinyal, şablon eşleştirme amacıyla kullanılmıştır. Tüm aşamalara ait performans değerleri deneysel olarak ortaya konmuştur. Kontur izleme algoritmasının çıktılarını kullanan eşleştirme yönteminin deney sonuçları izleme algoritmamızın başarılı olduğunu ortaya koymaktadır.

Abstract:
Parametric curves such as Bézier and B-splines are widely used in computer aided design, image processing and computer vision. Using these parametric curves, an object in an image can be reconstructed at different scales and orientations. In this study, a novel method that is robust to scaling and rotation problems has been developed by using parametric curves, since performing the template matching is challenging in scaling and rotation conditions. The prerequisite for creating the object shape with parametric curves is to obtain sequentially the points in the point cloud belonging to the outer boundary of the object. Since traditional edge detection algorithms do not obtain the points sequentially, a novel algorithm has been developed in this study, which sequentially detects the points constituting the outer boundary of the template. Unlike other contour tracing algorithms in the literature, our algorithm is implemented using a filter containing weights. The filter, which is located at a certain position in the binary image, produces a unique numerical value that determines the next tracing direction thanks to its weights. Sequential boundary points obtained with the developed contour tracing algorithm are used both in the reconstruction of the curves representing the object shape and in the template matching process. The template matching method used in this study is carried out in three steps.  In the first step, the outer boundary points of the template and matching objects are obtained sequentially with the developed contour tracing algorithm. In the second step, binary images containing the object shape are created with the B-spline curve created using these points. In the last step, a signal is obtained by calculating the distances of the boundary points of the objects in the 2D image created with B-spline curve to the shape center, and this signal is used for template matching. The performance values of all steps were determined experimentally. The experimental results of the matching method using the outputs of the contour tracing algorithm show that our tracing algorithm is successful.