[发明专利]一种粗线型十字圆环标记的图像检测方法

摘要

本发明提供了一种粗线型十字圆环标记的图像检测方法，首先将标记中粗细不同的直线线条单像素化；然后利用检测框识别出所有十字交叉处的中心点，即十字交叉中心点；最后根据检测框内的黑白像素个数比筛选出十字圆环标记，从而确定十字圆环标记中心点的精确位置。本发明不受标记线成像后线条粗细变化的影响，几乎不受光照变化的影响，对噪声具有一定的鲁棒性，当被测物体成像后发生平移、旋转、缩放时，均可取得良好的检测效果。

主权项

1.一种粗线型十字圆环标记的图像检测方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一、对原始图像进行灰度化、二值化处理，得到二值图像；其中，标记线条为黑色，背景为白色；步骤二、检测框为正方形，线宽为一个像素，定义其半边长为M个像素时，边长为(2M+1)个像素，检测框的半边长比圆环外轮廓半径大5个像素，图像原点位于图像左下角，检测框的中心点从图像原点出发，按照从左到右，从下到上的顺序依次扫描图像的所有像素，检测框中心点的坐标(i,j)为当前被检测像素在图像中的位置坐标；步骤三、部分非十字交叉中心点的初步排除与标记中直线线条的单像素化，分为以下几步：1.检测框以其中心点依次扫描图像的所有像素，对检测框四条边覆盖的黑像素情况进行检测：1）当检测框中心覆盖的被检测像素为白像素时，一定不是要检测的十字交叉中心点，检测框移至下一个像素；2）当检测框中心覆盖的被检测像素为黑像素时，有可能是要检测的十字交叉中心点，此时进一步检查检测框四条边覆盖的像素情况：（1）当检测框有一条及一条以上的边没有覆盖到黑像素时，意味着这些边与标记线条没有交点，被检测像素不是十字交叉中心点，检测框移至下一个像素；（2）当检测框四条边都覆盖有黑像素时，意味着检测框各边与标记线条均有交点，被检测像素可能是十字交叉中心点，此时对检测框四条边上的黑像素点进行处理，以确定构造标准直线的代表点，确定用于构造标准直线的代表点的方法由三步构成：①数据初始化，对每条边设置两个数据存储变量，用于存储检测到的候选代表点，即：上水平边数据存储变量：P_u1(x_u1,y_u1)，P_u2(x_u2,y_u2)；下水平边数据存储变量：P_d1(x_d1,y_d1)，P_d2(x_d2,y_d2)；左垂直边数据存储变量：P_l1(x_l1,y_l1)，P_l2(x_l2,y_l2)；右垂直边数据存储变量：P_r1(x_r1,y_r1)，P_r2(x_r2,y_r2)；并且，所有数据存储变量的x，y坐标初始值均赋值为-1；②对检测框四条边覆盖的黑像素作如下处理：当黑像素点连续时，说明是粗线条，取连续黑点的中间点作为候选代表点，存储其位置坐标；对于连续黑点个数为偶数的情况，在检测框的水平边上取中间偏右点为代表点，在垂直边上取中间偏上点作为代表点；当为独立黑像素点情况时，独立黑点就是候选代表点，存储其位置坐标；检测到的候选代表点按照从1点到2点的顺序对初始坐标值进行更新；③对候选代表点进行筛选，确定最终的代表点，用于构造单像素线宽的标准直线，分下列几种情况：（a）若某条边上只有一个候选代表点，该候选代表点坐标值必定保存于1点中，2点的x，y坐标值仍为﹣1，此时，确定1点为代表点；（b）若某条边上有两个候选代表点，两候选代表点距检测框中轴线距离不相等，则将距离检测框中轴线较近点的坐标值保存于1点中，2点坐标值恢复为﹣1，此时，确定1点为代表点；（c）若某条边上有两个点，两交点距检测框中轴线距离相等，则坐标值分别保存于1点和2点中，此时，确定1点和2点均为代表点；最终，坐标值仍为﹣1的点即是实际中不存在的点，根据1点和2点的坐标值判断检测框各边上代表点的个数，即检测框与标准直线的交点个数；2.对检测框四条边上的交点进行分析，构造单像素线宽的标准直线：（1）当检测框各边均有一个交点时，相对边的交点分别相连构成两条直线，即为实际直线细化后的线宽为单像素的标准直线，进入步骤四；（2）当检测框的四条边均有两个交点时，说明有四条单像素线宽的标准直线产生，进入步骤四；（3）不满足以上条件的其他情况下，位于检测框中心处的被测像素不是要检测的十字交叉中心点，检测框移至下一个像素；步骤四、十字交叉中心点识别，分两种情况进行：1．当标准直线与检测框各边有一个交点时，设上、下、左、右四个交点分别为P_u1(x_u1,y_u1)，P_d1(x_d1,y_d1)，P_l1(x_l1,y_l1)，P_r1(x_r1,y_r1)，检测框中心所在像素坐标为(i,j)，定义点P_u1，P_d1距检测框垂直中轴线的距离为|Δx_u1|，|Δx_d1|；点P_l1，Pr₁距检测框水平中轴线的距离为|Δy_l1|，|Δy_r1|，其中：Δx_u1＝x_u1-i,Δx_d1＝x_d1-i,Δy_l1＝y_l1-j,Δy_r1＝y_r1-j对于两条互相垂直的标准直线，具有性质：Δx_u1＝-Δx_d1且Δy_l1＝-Δy_r1设置一距离阈值DELTA，取值范围为1～3个像素，加入DELTA后，上述性质等效于：(Δx_u1·Δx_d1≤0)且|Δx_u1+Δx_d1|≤DELTA且(Δy_l1·Δy_r1≤0)且|Δy_l1+Δy_r1|≤DELTA；由此得十字交叉中心点的判别条件变为：当检测框检测到的四边交点坐标满足(Δx_u1·Δx_d1≤0)且|Δx_u1+Δx_d1|≤DELTA且(Δy_l1·Δy_r1≤0)且|Δy_l1+Δy_r1|≤DELTA时，判定检测到一个十字交叉中心点，其位于检测框中心处，位置坐标为(i,j)，进入步骤五；否则，检测框移至下一个像素；2.当标准直线与检测框各边有两个交点时，设上、下、左、右四个边上的交点分别为P_u1(x_u1,y_u1)，P_u2(x_u2,y_u2)；P_d1(x_d1,y_d1)，P_d2(x_d2,y_d2)P_l1(x_l1,y_l1)，P_l2(x_l2,y_l2)；P_r1(x_r1,y_r1)，P_r2(x_r2,y_r2)当检测框中心坐标为(i,j)时，有Δx_u1＝x_u1-i，Δx_u2＝x_u2-i；Δx_d1＝x_d1-i，Δx_d2＝x_d2-iΔy_l1＝y_l1-j，Δy_l2＝y_l2-j；Δy_r1＝y_r1-j，Δy_r2＝y_r2-j十字交叉中心点的判别条件变为：当检测框四个边上的交点坐标满足下列四组情况之一时，则(i,j)是十字交叉中心点，进入步骤五；否则，检测框移至下一个像素：(a)  (Δx_u1·Δx_u2＜0)且|Δx_u1+Δx_u2|≤DELTA且(Δy_l1·Δy_l2＜0)且|Δy_l1+Δy_l2|≤DELTA；(b)  (Δx_u1·Δx_u2＜0)且|Δx_u1+Δx_u2|≤DELTA且(Δy_r1·Δy_r2＜0)且|Δy_r1+Δy_r2|≤DELTA；(c)  (Δx_d1·Δx_d2＜0)且|Δx_d1+Δx_d2|≤DELTA且(Δy_r1·Δy_r2＜0)且|Δy_l1+Δy_l||≤DELTA；(d)  (Δx_d1·Δx_d2＜0)且|Δx_d1+Δx_d2|≤DELTA且(Δy_r1·Δy_r2＜0)且|Δy_r1+Δy_r2|≤DELTA；步骤五、对上一步检测出的十字交叉中心点做进一步识别，判断其是否为十字圆环标记：定义检测框内的黑白像素个数比其中，M为检测框的半边长，单位为像素，（2M+1）²为检测框内像素的总个数；B为检测框内的黑像素个数；对已检测到的十字交叉中心点按BW值进行筛选：设置阈值T，T的取值范围为0.674～1.045，依据检测框覆盖十字圆环标记时，黑白像素个数比的先验信息及实验测试结果确定，有两种情况：BW＞T时，检测到一个十字圆环标记，即图像上需要精确检测的点，其中心点是该十字交叉中心点；记录该十字圆环标记点，检测框移至下一个像素；BW≤T时，说明该十字交叉中心点仅仅是十字交叉线的中点，不是十字圆环标记的中点；检测框移至下一个像素；以上所有步骤完成对一个像素的检测，检测框移至下一个像素后，即是开始了一轮新的检测。