点阵汉字细化算法及应用

樊留强　惠延波　曹一帆

摘要：细化算法在图像处理及模式识别具有十分重要的应用。细化是将图像逐层剥去轮廓边缘上的冗余点，得到图像的骨架结构。本文对火车上常用喷字字体进行研究，对16*24点阵的汉字点阵进行细化，利用Zhang算法提取点阵汉字的骨架，并对该算法进行扩展研究，该方法可为后续的火车的自动化喷码研究提供一种方法。

关键词：细化；Zhang算法；喷码

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）24-0181-02

细化，就是寻找图形、笔划的中轴线或骨架，以其骨架替代该图行或笔划[1]。细化技术在指纹识别、文字识别、物体轮廓提取等方面具有十分重要的应用。

细化算法可分为迭代算法和非迭代算法，迭代算法根据删除点阵的方式又分为串行算法和并行算法，在扫描点阵时，串行算法根据规则判断该点是否删除，若可以则立即删除；并行算法根据规则判断该点是否为可删除点，若是则先标记该点，等待点阵数组中所有的点阵都按照算法原则处理后再一并删除所有标记点。迭代算法迭代地删除图形边缘上满足规则的像素，直到得到单像素骨架图形为止。

铁道车辆标记中的汉字采用简化的宋体字，字体宽度约等于字体高度的2/3，字号以字体高度（mm）命名，本文对16*24的点阵汉字进行细化，该字体宽度为16个点阵，高度为24个点阵。本文利用Zhang快速并行细化算法来细化点阵汉字，它具有速度快和保持细化后点阵的连通性等优点[1]，本文对细化后的效果行评价，并对该算法进行扩展研究。

1 点阵汉字

一个点阵汉字是由若干字节的二进制代码“0”、“1”构成字模，产生点阵汉字的显示信息[2]。一个矢量汉字是由若干直线段组合得到，直线段条数（笔划数）和每条直线段的起止点坐标构成它的字模，形成矢量汉字的图形数据。根据火车喷字要求选择宽度为16高度为24的16*24点阵汉字，读取16*24点阵汉字字模，转换成点阵数组，其中“1”表示点，“0”表示空，在LCD上显示效果如图1所示（以宋体字“条”为例），图中左边的为16*24的点阵数组，右边为了便于比较显示效果，增加了16*16的汉字显示。

2 点阵汉字的细化

在两步完成以后，算法开始新的一次迭代，直至两步中都没有点阵被标记为可删除为止。点阵数组的细化结果如图3所示，从图中可以看出Zhang快速并行细化算法能够较好地保留笔划的骨架特征，并将两行点阵细化为一行点阵。

在Zhang算法中，若[P1]为端点，则[nP1=1]，该条件在大多数情况下是正确的，但对于呈[45o]或[135o]、两点阵宽的对角线时，由于端点的8个邻点中有两个为1，这些断点满足Zhang算法的所有条件，这些点将被删除，最终这些两点阵宽的对角线将会变成一个或两个点，出现过度腐蚀现象[4]，因为除端点外所有点阵都有[sP1=1]，此时该算法将会出现问题。

若P点满足以上条件，则将P点进行标记，在每次迭代循环中检查是否有点被标记，当某次迭代循环中无点被标记，则删除所有被标记的点，结束细化过程。

3 点阵汉字细化应用

火车喷码目前主要是采用人工喷涂的方式进行[5]，费时费力，因此研究自动化喷码技术十分必要，可利用点阵汉字的矢量化进行自动喷码技术的研究。

点阵汉字的矢量化过程需要点阵汉字的细化，经细化后的点阵汉字可以更快地进行光滑处理并提取笔划。细化后的点阵汉字转换为矢量汉字时，一些笔划会产生锯齿现象，这种现象影响了汉字的效果，因此消除锯齿，使笔划光滑可以显著提高汉字质量[6]。每个汉字是由若干曲线组成，每条曲线又由若干线段组成的，每条线段都可以由曲线的始点和方向矢量确定[7]，笔划的提取就是记录每一段笔划的点坐标和方向矢量，提取出的笔划还需进一步处理。文献[8][9]利用汉字的矢量化和机器人控制系统实现了绘字系统的研制，利用该方法可以实现汉字的自动化喷码，自动喷字方法如图4所示。

参考文献：

[1] 吴选忠.Zhang快速并行细化算法的扩展[J].福建工程学院学报，2006，4（1）：89-92.

[2] 林丕源.一种简单的自动生成矢量汉字库算法[J].计算机学报，1990，（4）：299-303.

[3] 牟少敏，杜海洋.一种改进的快速并行细化算法[J].微电子学与计算机，2013，30（1）：53-55.

[4] 宋海生.一种快速有效的细化算法[J].河北机电学院学报，1994，11（2）：48-52.

[5] 靳玉涛，冉浩.浅谈汽车自动化喷字工艺 [J].电子设计工程，2015，45（4）：79-82.

[6] 赵志远.点阵汉字笔划的光滑问题[J].山东矿业学院学报，1989，8（2）：75-78.

[7] 赵志远，周宗平.无坐标字库的绘图仪汉字处理技术[J].山东矿业学院学报，1986，（3）：6-10.

[8] 王光建， 梁锡昌.写字机器人的文字矢量化及应用[J].现代制造工程，2004，（7）：40-42.

[9] 谢光辉，梁锡昌.一种机器人绘字控制系统的研制[J].制造业自动化，2006，29（2）：60-62.