[发明专利]面向圆形标志符的两级优化霍夫变换快速检测定位方法

摘要

本发明提供了一种面向圆形标志符的两级优化霍夫变换快速检测定位方法，首先对基准点进行霍夫变换，然后通过一级优化霍夫变换减少图像空间参与平移霍夫变换的点数和参数空间的无效累加，快速确定圆形标志符圆心所在的区域，最终通过二级优化霍夫变换高效控制参数空间累加范围，快速确定圆形标志符的圆心位置。本发明能够准确定位圆形标志符区域，快速精确计算出圆形标志符的圆心坐标，时间开销大大优于平移霍夫变换，具有快速、准确和鲁棒的特点。

主权项

一种面向圆形标志符的两级优化霍夫变换快速检测定位方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一、定义图像坐标系为X轴正方向水平向右，Y轴正方向垂直向上，原点位于左下角；定义霍夫变换后的参数空间坐标系为a轴正方向水平向右，b轴正方向垂直向上，原点位于左下角；设图像I_bi为形状质量检测达到合格标准的N行M列圆形标志符二值化图像，I_bi＝f(x,y)，0≤x≤M‑1，0≤y≤N‑1；对I_bi进行轮廓提取，构造边缘点集V＝{(x_vi,y_vi)|i＝1,2,...,Q}，式中，Q为边缘点的总个数，由边缘点集可得到圆形标志符的外接矩形，外接矩形的宽W＝Δx_v＝x_{v_m}，外接矩形的高H＝Δy_v＝y_{v_max}‑y_{v_min}，式中，x_{v_max}，x_{v_min}分别为V中的X坐标的最大值和最小值；y_{v_max}，y_{v_min}分别为V中的Y坐标的最大值和最小值，取W和H中较小者为d_min，较大者为d_max；在图像空间中任取I_bi上的一点(x_base，y_base)作为基准点，以内径r_in＝d_min/2，外径r_out＝d_max/2作为半径r的约束条件对该点进行圆形霍夫变换；规定x_base的取值范围为[r_out,M‑r_out]，y_base的取值范围为[r_out,N‑r_out]；则基准点经过霍夫变换后在参数空间得到的变换圆边缘点集合F_base＝{(a,b)|(a‑x_base)²+(b‑y_base)²＝r,r_in＜r＜r_out}，式中，(a，b)为变换圆的边缘点坐标，记F_base中变换圆边缘点的个数为D；步骤二、对圆形标志符边缘点集V中的Q个元素，以3个像素为周期进行等间隔采样，得到边缘采样点集V′＝{(x′_vj,y′_vj)|j＝1,2,...,Q′}，式中，Q′为边缘采样点的个数，仅边缘采样点参与平移霍夫变换；当采样到点(x′_vj,y′_vj)时，可计算得到该点在X方向和Y方向相对于(x_base，y_base)的偏移量，点(x′_vj,y′_vj)经过霍夫变换后在参数空间得到的变换圆边缘点集合F_j＝{(a_j,b_j)|a_j＝a+(x′_vj‑x_base),b_j＝b+(y′_vj‑y_base)}，式中(a_j，b_j)为变换圆的边缘点坐标；对F_j中处于此范围内的变换圆边缘点进行累加，累加器累加区域为$x_{v\_\min }+\frac{\sqrt{2}*r_{\mathrm{out}}}{2}\<a_j\<x_{v\_\max }-\frac{\sqrt{2}*r_{\mathrm{out}}}{2},$$y_{v\_\min }+\frac{\sqrt{2}*r_{\mathrm{out}}}{2}\<b_j\<y_{v\_\max }-\frac{\sqrt{2}*r_{\mathrm{out}}}{2},$式中代表了圆内接矩形的最大边长；对于每一个F_i，以3像素为周期对处于累加区域范围内的坐标进行采样累加统计，记需要统计的变换圆边缘点个数为D′；在参数空间建立一个数组累加器A₁(a_j，b_j)，A₁(a_j，b_j)的初始值均为0；当参数空间中变换圆的边缘点坐标(a_j，b_j)满足F_j的计算时，相应的累加器A₁(a_j，b_j)的值加1；寻找累加值最大的峰值累加器，峰值累加器所在位置代表了一级优化霍夫变换的圆心位置(x_cent，y_cent)；圆形标志符圆心所在区域确定为以(x_cent，y_cent)为中心的7×7像素的小区域，即x_cent‑3≤a_j≤x_cent+3，y_cent‑3≤b_j≤y_cent+3；步骤三、在图像空间中，对圆形标志符的边缘点集V中的元素逐像素进行遍历，得到参数空间中变换圆边缘点集F_i＝{(a_i,b_i)|a_i＝a+(x_vi‑x_base),b_i＝b+(y_vi‑y_base)}；对于每一个F_i，在步骤二确定的7×7区域中对变换圆边缘点进行逐点累加统计；在参数空间建立一个数组累加器A₂(a_i，b_i)，A₂(a_i，b_i)的初始值均为0；当参数空间中变换圆的边缘点坐标(a_i，b_i)满足式F_i的计算时，相应的累加器A₂(a_i，b_i)的值加1；寻找累加值最大的峰值累加器，峰值累加器所在位置即为二级优化霍夫变换得到的精确圆心位置(x_center，y_center)。