專利名稱：一種圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在圖像檢測技術(shù)領(lǐng)域中，往往 需要檢測出圖像中給定區(qū)域的四邊形。在完成圖像中給定區(qū)域四邊形檢測過程中，關(guān)鍵在于提取四邊形的四條邊界信息。目前，針對給定區(qū)域四邊形檢測的方法，一般采用直線擬合以及直線檢測算子(如Hough變換)的方式，直接獲取
直線信息。在采用直線擬合的方法中，首先求取給定區(qū)域外輪廓邊界，然后對外輪廓進(jìn)行直線擬合，求取四邊形的四個頂點(diǎn)，以此確定四邊形形狀。但是，由于在很多情況下，給定區(qū)域本身會出現(xiàn)破損的情況，這就給直線擬合帶來極大的影響。另外，直線擬合中，涉及到擬合樣本點(diǎn)選取數(shù)目的問題，針對不同尺度的區(qū)域，樣本點(diǎn)選取數(shù)目直接影響擬合結(jié)果，這對算法本身的尺度適應(yīng)性有較大的影響。直線檢測算子則是通過對給定區(qū)域外輪廓直接進(jìn)行直線檢測，根據(jù)各條直線交點(diǎn)的信息求取四邊形。目前直線檢測算子使用較多的如Hough變換，該方法在圖像全局范圍內(nèi)，對給定區(qū)域進(jìn)行直線檢測，但是該方法在干擾較強(qiáng)的情況下，容易出現(xiàn)漏檢、誤檢的情況，最終對質(zhì)量較差的區(qū)域也難以較好的適應(yīng)。以上兩種算法均難以適應(yīng)區(qū)域破損，甚至碎裂的情況。另外，針對直線擬合的方法，由于擬合質(zhì)量與擬合尺度相聯(lián)系，對不同尺度的區(qū)域，難以較好的實(shí)現(xiàn)尺度適應(yīng)性；而直線檢測算子，如Hough變換等，在計算過程中效率較低，并且針對區(qū)域碎裂嚴(yán)重的情況，也不能實(shí)現(xiàn)較好的檢測效果，抗干擾能力較弱。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種適應(yīng)性強(qiáng)的圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法及系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法，包括以下步驟對圖像中需要檢測四邊形的區(qū)域進(jìn)行數(shù)值標(biāo)記，標(biāo)記出單個或多個連通區(qū)域；根據(jù)所述數(shù)值標(biāo)記，對單個或者多個連通區(qū)域進(jìn)行邊界追蹤，獲取連通區(qū)域外輪廓信息；對單個或者多個連通域邊界追蹤結(jié)果進(jìn)行凸包檢測，并記錄各個相鄰?fù)拱c(diǎn)對信息；利用凸包檢測結(jié)果，根據(jù)記錄的各個相鄰?fù)拱c(diǎn)信息，分別估計待檢測區(qū)域四邊形各條直線。如上所述的圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法，其中，標(biāo)記的具體方法如下
同一個連通域的像素標(biāo)記為相同數(shù)值，而不同連通域的像素標(biāo)記為不同數(shù)值，在數(shù)值上區(qū)分出各個連通域。如上所述的圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法，其中，相鄰?fù)拱c(diǎn)對信息包括相鄰?fù)拱c(diǎn)對的間距，凸包點(diǎn)對構(gòu)成的直線與水平線角度，凸包點(diǎn)對的起點(diǎn)、終點(diǎn)信息。如上所述的圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法，其中，估計待檢測區(qū)域四邊形各條直線的過程包括以下步驟(I)通過各個相鄰?fù)拱c(diǎn)對中起點(diǎn)和終點(diǎn)信息，將各個相鄰的凸包點(diǎn)對分為四組，分別對應(yīng)四邊形的上邊界、右邊界、下邊界以及左邊界；(2)分別對四組凸包點(diǎn)對進(jìn)行直線估計，通過判斷某凸包點(diǎn)對在同組凸包點(diǎn)對中所占的組分來確定直線。如上所述的圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法，其中，將相鄰的凸包點(diǎn)對分為四組的方法如下按順時針方向記錄各個相鄰?fù)拱c(diǎn)的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo),計算相鄰兩個凸包點(diǎn)的坐標(biāo)差dx, dy ； 當(dāng)I dx H dy I時,為無效邊界；當(dāng)dx>0且I dx I > I dy I時,終點(diǎn)與起點(diǎn)構(gòu)成的直線屬于上邊界組；當(dāng)dy>0且| dx |〈 | dy |時,終點(diǎn)與起點(diǎn)構(gòu)成的直線屬于右邊界組；當(dāng)dx〈0且I dx I > I dy I時,終點(diǎn)與起點(diǎn)構(gòu)成的直線屬于下邊界組；當(dāng)dy〈0且| dx |〈 | dy |時,終點(diǎn)與起點(diǎn)構(gòu)成的直線屬于左邊界組。如上所述的圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法，步驟(2)中所述直線的確定方法如下①將同組凸包點(diǎn)對根據(jù)起點(diǎn)和終點(diǎn)間距從大到小排序；②將間距最大的凸包點(diǎn)對作為主成分，與該組內(nèi)剩余的凸包點(diǎn)對進(jìn)行合并判斷，依據(jù)為兩組凸包點(diǎn)對所構(gòu)成的直線是否共線，如果共線，則合并兩組凸包點(diǎn)對，構(gòu)成新的直線，以此類推，完成邊界直線的確定。如上所述的圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法，步驟②中，如果兩組凸包點(diǎn)對所構(gòu)成的直線之間的夾角不超過5度，則認(rèn)為該兩組凸包點(diǎn)對所構(gòu)成的直線共線。一種圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測系統(tǒng)，包括用于對圖像中需要檢測四邊形的區(qū)域進(jìn)行數(shù)值標(biāo)記，標(biāo)記出單個或多個連通區(qū)域的標(biāo)記裝置；用于根據(jù)所述數(shù)值標(biāo)記對單個或者多個連通區(qū)域進(jìn)行邊界追蹤，獲取連通域外輪廓信息的追蹤裝置；用于對單個或者多個連通域邊界追蹤結(jié)果進(jìn)行凸包檢測，并記錄各個相鄰?fù)拱c(diǎn)對信息的檢測裝置；用于利用凸包檢測結(jié)果，根據(jù)記錄的各個相鄰?fù)拱c(diǎn)信息，分別估計待檢測區(qū)域四邊形各條直線的估計裝置。本發(fā)明通過求取圖像中給定區(qū)域連通域標(biāo)記圖像的凸包，再利用凸包點(diǎn)估計給定區(qū)域四邊形，采用凸包點(diǎn)在直線中所占組分大小的原則，完成四邊形直線信息的提取。與直線擬合的方法相比，采用凸包的方式進(jìn)行四邊形檢測，不依賴擬合尺度的參數(shù)控制，因此對不同尺度的給定區(qū)域具有良好的尺度適應(yīng)性。與直線檢測算子相比，采用凸包的方式進(jìn)行四邊形檢測，具有更高的穩(wěn)定性，能夠較好的去除干擾，并且效率較高。


圖I是具體實(shí)施方式
中圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是具體實(shí)施方式
中圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法流程圖；圖3是具體實(shí)施方式
所舉實(shí)例中圖像中原始四邊形區(qū)域圖像；圖4是具體實(shí)施方式
所舉實(shí)例中圖像中待檢測四邊形區(qū)域圖像；圖5是具體實(shí)施方式
所舉實(shí)例中圖像中待檢測四邊形區(qū)域標(biāo)記圖像；圖6是具體實(shí)施方式
所舉實(shí)例中圖像中連通域邊界追蹤圖像；圖7是具體實(shí)施方式
所舉實(shí)例中圖像中凸包點(diǎn)示意圖像；圖8是具體實(shí)施方式
所舉實(shí)例中圖像中凸包點(diǎn)分組四邊形上邊界示意圖；圖9是具體實(shí)施方式
所舉實(shí)例中圖像中凸包點(diǎn)分組四邊形右邊界示意圖；圖10是具體實(shí)施方式
所舉實(shí)例中圖像中凸包點(diǎn)分組四邊形下邊界示意圖；圖11是具體實(shí)施方式
所舉實(shí)例中圖像中凸包點(diǎn)分組四邊形左邊界示意圖；圖12是具體實(shí)施方式
所舉實(shí)例中圖像中凸包點(diǎn)組估計四邊形邊界結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖I所示，本實(shí)施方式中圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測系統(tǒng)包括標(biāo)記裝置11、追蹤裝置12、檢測裝置13和估計裝置14。標(biāo)記裝置11用于對圖像中需要檢測四邊形的區(qū)域進(jìn)行數(shù)值標(biāo)記，標(biāo)記出單個或多個連通區(qū)域。追蹤裝置12用于根據(jù)所述數(shù)值標(biāo)記對單個或者多個連通區(qū)域進(jìn)行邊界追蹤，獲取連通域外輪廓信息。檢測裝置13用于對單個或者多個連通域邊界追蹤結(jié)果進(jìn)行凸包檢測，并記錄各個相鄰?fù)拱c(diǎn)對信息。估計裝置14用于利用凸包檢測結(jié)果，根據(jù)記錄的各個相鄰?fù)拱c(diǎn)信息，分別估計待檢測區(qū)域四邊形各條直線。如圖2所示，采用圖I所示系統(tǒng)檢測圖像中確定區(qū)域四邊形的方法包括以下步驟(I)標(biāo)記裝置11對圖像中需要檢測四邊形的區(qū)域進(jìn)行數(shù)值標(biāo)記，標(biāo)記出單個或多個連通區(qū)域。如圖3所示，該圖像為原始四邊形區(qū)域圖像，圖4為該四邊形區(qū)域破損圖像，即待檢測區(qū)域圖像。在實(shí)際生活中，圖3是理想狀況下的四邊形區(qū)域，而圖4則為檢測到的四邊形區(qū)域示意圖，檢測圖像往往由于環(huán)境的干擾而帶有破損，碎裂的情況，本發(fā)明的目的即是通過如圖4所示的檢測圖像，得到原始的四邊形區(qū)域的估計，即圖3所示四邊形區(qū)域。在完成圖像標(biāo)記的過程中，通過對圖4所示的圖像進(jìn)行連通域檢測，得到各個連通域的像素信息，并根據(jù)連通域信息，將屬于不同連通域的像素進(jìn)行標(biāo)記，具體方法為同一個連通域的像素標(biāo)記為相同數(shù)值，而不同連通域的像素標(biāo)記為不同數(shù)值，在數(shù)值上區(qū)分出各個連通域。如圖5所示，即為連通域數(shù)值標(biāo)記示意圖像。(2)追蹤裝置12根據(jù)所述數(shù)值標(biāo)記對單個或者多個連通區(qū)域進(jìn)行邊界追蹤，獲取連通域外輪廓信息。
邊界追蹤采用Moore-Neighborhood算法,該算法為現(xiàn)有算法(參考文獻(xiàn)http://en. wikipedia. org/wiki/Moore_neighborhood),此處不再贊述。如圖6所示，該圖像為對圖5所示各個連通區(qū)域進(jìn)行邊界追蹤后的邊界圖像。(3)檢測裝置13對單個或者多個連通域邊界追蹤結(jié)果進(jìn)行凸包檢測，并記錄各個相鄰?fù)拱c(diǎn)對信息。所述相鄰?fù)拱c(diǎn)對信息包括相鄰?fù)拱c(diǎn)對的間距，與水平線角度，起點(diǎn)、終點(diǎn)信息。凸包檢測過程采用Graham掃描線算法。 該算法為現(xiàn)有算法，此處不再贅述，可參考如下文獻(xiàn)Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest and CliffordStein.Introduction to Algorithms[M]。如圖7所示，該圖像為對圖6中所示邊界點(diǎn)求取凸包后的結(jié)果，其中紅色點(diǎn)所示為凸包點(diǎn)所在位置，藍(lán)色線表示為相鄰?fù)拱c(diǎn)連線。(4)估計裝置14利用凸包檢測結(jié)果，根據(jù)記錄的各個相鄰?fù)拱c(diǎn)信息，分別估計待檢測區(qū)域四邊形各條直線，具體步驟如下①通過各個相鄰?fù)拱c(diǎn)對中起點(diǎn)和終點(diǎn)信息，將各個相鄰的凸包點(diǎn)對分為四組，分別對應(yīng)四邊形的上邊界、右邊界、下邊界以及左邊界。凸包點(diǎn)對分組具體方式為按順時針方向記錄各個相鄰?fù)拱c(diǎn)的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)如下公式計算相鄰兩個凸包點(diǎn)的坐標(biāo)差dx, dy。
Ux = xmd -Xstart<
[dy = y- - y\u,H其中，xend, Xstart為相鄰?fù)拱c(diǎn)的終點(diǎn)、起點(diǎn)橫坐標(biāo)，ymd，Ystart為相鄰?fù)拱c(diǎn)的終點(diǎn)、起點(diǎn)縱坐標(biāo)。四組邊界判斷準(zhǔn)則為當(dāng)|dx| = |dy|時，為無效邊界，此時終點(diǎn)和起點(diǎn)構(gòu)成的直線與水平線夾角為45度，無法判斷該直線的屬性；當(dāng)dx>0且I dx I > I dy I時,此時終點(diǎn)與起點(diǎn)構(gòu)成的直線屬于上邊界組；當(dāng)dy>0且| dx |〈 | dy |時,此時終點(diǎn)與起點(diǎn)構(gòu)成的直線屬于右邊界組；當(dāng)dx〈0且I dx I > I dy I時,此時終點(diǎn)與起點(diǎn)構(gòu)成的直線屬于下邊界組；當(dāng)dy〈0且I dx I〈 I dy I時,此時終點(diǎn)與起點(diǎn)構(gòu)成的直線屬于左邊界組。根據(jù)以上準(zhǔn)則，可以將各個凸包點(diǎn)進(jìn)行分組，如圖8、9、10、11所示，分別為凸包點(diǎn)對分組結(jié)果，對應(yīng)檢測四邊形區(qū)域上邊界，右邊界，下邊界以及左邊界。②分別對四組凸包點(diǎn)對進(jìn)行直線估計，通過判斷某凸包點(diǎn)對在該類型凸包點(diǎn)對中所占的組分來確定直線方程，具體方法為a.將同組凸包點(diǎn)對根據(jù)起點(diǎn)和終點(diǎn)的間距從大到小排序；b.將間距最大的凸包點(diǎn)對作為主成分，與該組內(nèi)剩余的凸包點(diǎn)對進(jìn)行合并判斷，依據(jù)為兩組凸包點(diǎn)對所對應(yīng)的直線是否共線，如果共線，則合并兩組凸包點(diǎn)對，構(gòu)成新的直線，以此類推，完成邊界直線的確定。在兩組凸包點(diǎn)對是否共線的準(zhǔn)則中，允許存在一定的夾角，夾角不超過5度便認(rèn)為是同一條直線，以使直線的估計更為準(zhǔn)確。
如圖12所示，紅色線表示的即為通過上述方法所得到的四邊形四組邊界的估計。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍
之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟 對圖像中需要檢測四邊形的區(qū)域進(jìn)行數(shù)值標(biāo)記，標(biāo)記出單個或多個連通區(qū)域； 根據(jù)所述數(shù)值標(biāo)記，對單個或者多個連通區(qū)域進(jìn)行邊界追蹤，獲取連通區(qū)域外輪廓信息； 對單個或者多個連通域邊界追蹤結(jié)果進(jìn)行凸包檢測，并記錄各個相鄰?fù)拱c(diǎn)對信息； 利用凸包檢測結(jié)果，根據(jù)記錄的各個相鄰?fù)拱c(diǎn)信息，分別估計待檢測區(qū)域四邊形各條直線。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法，其特征在于，所述標(biāo)記的具體方法如下 同一個連通域的像素標(biāo)記為相同數(shù)值，而不同連通域的像素標(biāo)記為不同數(shù)值，在數(shù)值上區(qū)分出各個連通域。
3.如權(quán)利要求1所述的圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法，其特征在于所述相鄰?fù)拱c(diǎn)對信息包括相鄰?fù)拱c(diǎn)對的間距，凸包點(diǎn)對構(gòu)成的直線與水平線角度，凸包點(diǎn)對的起點(diǎn)、終點(diǎn)信息。
4.如權(quán)利要求1~3中任一項所述的圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法，其特征在于，所述估計待檢測區(qū)域四邊形各條直線的過程包括以下步驟 (1)通過各個相鄰?fù)拱c(diǎn)對中起點(diǎn)和終點(diǎn)信息，將各個相鄰的凸包點(diǎn)對分為四組，分別對應(yīng)四邊形的上邊界、右邊界、下邊界以及左邊界； (2)分別對四組凸包點(diǎn)對進(jìn)行直線估計，通過判斷某凸包點(diǎn)對在同組凸包點(diǎn)對中所占的組分來確定直線。
5.如權(quán)利要求4所述的圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法，其特征在于，所述將相鄰的凸包點(diǎn)對分為四組的方法如下 按順時針方向記錄各個相鄰?fù)拱c(diǎn)的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，計算相鄰兩個凸包點(diǎn)的坐標(biāo)差dx, dy ； 當(dāng)|dx | = |dy |時,為無效邊界； 當(dāng)dx>0且|dx|>|dy|時,終點(diǎn)與起點(diǎn)構(gòu)成的直線屬于上邊界組； 當(dāng)dy>0且|dx|〈|dy|時,終點(diǎn)與起點(diǎn)構(gòu)成的直線屬于右邊界組； 當(dāng)dx〈0且|dx|>|dy|時,終點(diǎn)與起點(diǎn)構(gòu)成的直線屬于下邊界組； 當(dāng)dy〈0且|dx|〈|dy|時,終點(diǎn)與起點(diǎn)構(gòu)成的直線屬于左邊界組。
6.如權(quán)利要求4所述的圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法，其特征在于，步驟(2)中所述直線的確定方法如下 ①將同組凸包點(diǎn)對根據(jù)起點(diǎn)和終點(diǎn)間距從大到小排序； ②將間距最大的凸包點(diǎn)對作為主成分，與該組內(nèi)剩余的凸包點(diǎn)對進(jìn)行合并判斷，依據(jù)為兩組凸包點(diǎn)對所構(gòu)成的直線是否共線，如果共線，則合并兩組凸包點(diǎn)對，構(gòu)成新的直線，以此類推，完成邊界直線的確定。
7.如權(quán)利要求6所述的圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法，其特征在于步驟②中，如果兩組凸包點(diǎn)對所構(gòu)成的直線之間的夾角不超過5度，則認(rèn)為該兩組凸包點(diǎn)對所構(gòu)成的直線共線。
8.一種圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測系統(tǒng)，包括用于對圖像中需要檢測四邊形的區(qū)域進(jìn)行數(shù)值標(biāo)記，標(biāo)記出單個或多個連通區(qū)域的標(biāo)記裝置(11); 用 于根據(jù)所述數(shù)值標(biāo)記對單個或者多個連通區(qū)域進(jìn)行邊界追蹤，獲取連通域外輪廓信息的追蹤裝直(12)； 用于對單個或者多個連通域邊界追蹤結(jié)果進(jìn)行凸包檢測，并記錄各個相鄰?fù)拱c(diǎn)對信息的檢測裝置(13); 用于利用凸包檢測結(jié)果，根據(jù)記錄的各個相鄰?fù)拱c(diǎn)信息，分別估計待檢測區(qū)域四邊形各條直線的估計裝置(14)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像中確定區(qū)域四邊形的檢測方法及系統(tǒng)，屬于圖像檢測技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首先對圖像中需要檢測四邊形的區(qū)域進(jìn)行數(shù)值標(biāo)記，標(biāo)記出單個或多個連通區(qū)域；然后根據(jù)所述數(shù)值標(biāo)記對單個或者多個連通區(qū)域進(jìn)行邊界追蹤，獲取連通域外輪廓信息；再對單個或者多個連通域邊界追蹤結(jié)果進(jìn)行凸包檢測，并記錄各個相鄰?fù)拱c(diǎn)對信息；最后利用凸包檢測結(jié)果，根據(jù)記錄的各個相鄰?fù)拱c(diǎn)信息，分別估計待檢測區(qū)域四邊形各條直線。本發(fā)明具有更高的穩(wěn)定性，能夠較好的去除干擾，并且效率較高。
文檔編號G06T7/60GK102881027SQ20121026160
公開日2013年1月16日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者楊鏡, 胡希馳 申請人:方正國際軟件有限公司, 方正國際軟件(北京)有限公司