一種基于數(shù)據(jù)平穩(wěn)性的圓檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于圖像分析與識(shí)別領(lǐng)域，具體涉及一種基于數(shù)據(jù)平穩(wěn)性的圓檢測(cè)方法。技術(shù)背景
[0002]隨著人工智能的不斷發(fā)展，其對(duì)圖像識(shí)別的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性要求愈來愈高，無論是在軍事、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)或者日常生活中，很多物體以圓形存在，為了實(shí)現(xiàn)圓形物體的定位，方便機(jī)械手的抓取，有效且實(shí)時(shí)地檢測(cè)出圓的位置和尺寸參數(shù)顯得十分必要。
[0003]常見的圓檢測(cè)方法有經(jīng)典Hough變換圓檢測(cè)法和隨機(jī)Hough變換圓檢測(cè)法。Hough變換是Paul Hough在1962年提出的一種圖像邊緣檢測(cè)技術(shù)，其可以檢測(cè)出圖像空間中的任意解析曲線。Hough變換的突出優(yōu)點(diǎn)在于將圖像中的全局檢測(cè)轉(zhuǎn)換為參數(shù)空間中的局部峰值檢測(cè)，此外，Hough變換對(duì)隨機(jī)噪聲具有很好的魯棒性且可檢測(cè)外形不完整的解析曲線，因而被廣泛使用。
[0004]但是，在經(jīng)典Hough變換中，圖像空間到參數(shù)空間的變換是一到多的變換，因此占用內(nèi)存大、計(jì)算量大，實(shí)時(shí)性不高。
[0005]針對(duì)經(jīng)典Hough變換存在的缺陷，隨機(jī)Hough變換應(yīng)運(yùn)而生，但其由于無目標(biāo)的隨機(jī)采樣，引起了大量的無效累計(jì)，降低了算法的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的圓檢測(cè)方法或者占用內(nèi)存大、計(jì)算量大，實(shí)時(shí)性不高；或者會(huì)引起了大量的無效累計(jì)，算法的準(zhǔn)確性低。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種基于數(shù)據(jù)平穩(wěn)性的圓檢測(cè)方法，包括以下步驟:步驟1:通過圖像預(yù)處理得到單像素寬度的圓弧輪廓；所述單像素寬度的圓弧輪廓是指在圓的徑向方向上，僅有一個(gè)像素點(diǎn)屬于圓弧輪廓；步驟2:任意取單像素寬度的圓弧輪廓上三個(gè)不同的點(diǎn)，將三點(diǎn)兩兩連接，得到三條弦，任取兩條弦，分別對(duì)兩條弦做其垂直平分線，通過兩垂直平分線的交點(diǎn)得到理論圓心；步驟3:以所述理論圓心為中心，給定一個(gè)圓心的波動(dòng)范圍寬度δ，δ的單位是像素，計(jì)算出每一個(gè)可能圓心到所述單像素寬度的圓弧輪廓上各個(gè)像素點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)，用以形成距離矩陣，求出每組距離數(shù)據(jù)的方差；所述距離矩陣為三維矩陣，第一維和第二維表征的是所述可能圓心的坐標(biāo)，第三維表征的是以某所述可能圓心為圓心時(shí)，其與所述單像素寬度的圓弧輪廓上各個(gè)像素點(diǎn)的距離；步驟4:運(yùn)用各個(gè)可能圓心對(duì)應(yīng)的距離數(shù)據(jù)求得的方差，形成方差矩陣，所述方差為距離矩陣在各個(gè)坐標(biāo)下第三維數(shù)據(jù)的方差，所述方差矩陣為二維矩陣；步驟5:尋找出所述方差矩陣的最小值，該最小值所對(duì)應(yīng)的可能圓心即為真實(shí)圓心，所述真實(shí)圓心對(duì)應(yīng)的所述距離數(shù)據(jù)的均值即為半徑。
[0008]本發(fā)明與經(jīng)典Hough變換圓檢測(cè)法相比，避免了一到多的空間變換，實(shí)時(shí)性更高；具有很好的魯棒性且可檢測(cè)外形不完整的圓?。槐景l(fā)明與隨機(jī)Hough變換圓檢測(cè)相比，本發(fā)明用圓弧上任意三點(diǎn)確定圓心的大概位置，該步驟對(duì)后續(xù)步驟中運(yùn)用數(shù)據(jù)平穩(wěn)性最終確定圓心位置的影響較小，故而準(zhǔn)確性較高。此外，由于噪聲、圖像處理過程等因素產(chǎn)生的影響，所述理論圓心會(huì)存在不同程度的偏差，為了克服此問題，給定一個(gè)圓心的波動(dòng)范圍寬度δ, δ的單位是像素，則可能圓心的位置范圍是，即行列寬度均是的矩陣；所述距離向量，是指以某一個(gè)可能圓心為圓心時(shí)，所述可能圓心到單像素寬度的圓弧輪廓上每一個(gè)像素點(diǎn)的距離，這是一個(gè)多維向量，向量的維數(shù)等于單像素寬度的圓弧輪廓的像素點(diǎn)數(shù)；所述距離矩陣，是由所有的所述可能圓心得到的所述距離數(shù)據(jù)的組合；所述方差矩陣，是分別對(duì)每一個(gè)所述距離向量求方差，再將所有的所述可能圓心得到的方差進(jìn)行組合；由數(shù)學(xué)常識(shí)可知，圓上各點(diǎn)到圓心的距離相等，換而言之，圓上個(gè)點(diǎn)到圓心的距離，這組數(shù)據(jù)的方差為零。考慮到數(shù)字圖像本身特性的影響，圖像處理所得的所述單像素寬度的圓弧輪廓到圓心的距離的方差不可能為零，只能盡量接近零。因此，尋找出所述方差矩陣中的最小元素，其對(duì)應(yīng)著真實(shí)圓心所在位置，其對(duì)應(yīng)的所述數(shù)據(jù)向量的均值即為真實(shí)半徑。
[0009]具體的，所述步驟1中預(yù)處理的方法包括以下步驟:1)將待處理的圖像灰度化，得到單通道的數(shù)據(jù)的灰度圖像；2)將灰度圖像進(jìn)行二值化處理，得到二值化圖像；3)對(duì)二值化圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理去除圖像噪音；4)對(duì)去除圖像噪音的二值化圖像進(jìn)行骨架提??；5)對(duì)骨架提取后的圖像進(jìn)行去毛刺處理，獲得該種圓弧輪廓，使其在圓的徑向方向上僅有一個(gè)像素點(diǎn)屬于圓，其余像素點(diǎn)均屬于背景。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:占用內(nèi)存小、計(jì)算量小，實(shí)時(shí)性高、算法的準(zhǔn)確性高。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的圓檢測(cè)流程圖。
[0012]圖2是本發(fā)明圓檢測(cè)方法的原理圖。
[0013]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的圖像處理過程展示。
[0014]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的圓檢測(cè)結(jié)果展示，(圓心由“ + ”標(biāo)記，虛線“一”顯示的是根據(jù)檢測(cè)到的圓心和半徑所繪制的圓)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例:
為了更加清楚地闡述本發(fā)明的技術(shù)能容，特舉實(shí)例并結(jié)合附圖予以說明。
[0016]圖1是本發(fā)明的流程圖，圖像經(jīng)過圖像預(yù)處理流程，得到單像素寬度的圓弧輪廓；再將所述單像素寬度的圓弧輪廓用于特征區(qū)域確定，具體地，用所述的單像素寬度的圓弧輪廓上的任意三點(diǎn)確定理論圓心，再以理論圓心為中心，給定可能圓心的波動(dòng)范圍；接著，在可能圓心范圍內(nèi)進(jìn)行特征量計(jì)算，具體而言涉及距離矩陣和方差矩陣；最后，由圓的特性和數(shù)據(jù)平穩(wěn)性的相關(guān)知識(shí)確定圓心的準(zhǔn)確位置和半徑。
[0017]圖2是本發(fā)明圓檢測(cè)方法的原理圖，由所述單像素寬度的圓弧輪廓上的任意三點(diǎn)Ρ0ΙΝΤ1、Ρ0ΙΝΤ2和Ρ0ΙΝΤ3確定理論圓心；以理論圓心為中心，給定可能圓心的波動(dòng)范圍寬度δ，δ的單位是像素，則可能圓心的位置是行列寬度均是的矩陣；求該矩陣上每一點(diǎn)，SP每一個(gè)可能圓心到所述單像素寬度的圓弧輪廓上每一個(gè)像素點(diǎn)的距離D( i, j, k)，最終得到了所述距離矩陣，所述距離矩陣是一個(gè)三維矩陣，第一維和第二維表征的是所述可能圓心的坐標(biāo)，第三維表征的是以某所述可能圓心為圓心時(shí)，其與所述單像素寬度的圓弧輪廓上各個(gè)像素點(diǎn)的距離。
[0018]圖3是本發(fā)明步驟1中預(yù)處理的方法，包括以下步驟:
1)將待處理的圖像灰度化，得到單通道的數(shù)據(jù)的灰度圖像；
2)將灰度圖像進(jìn)行二值化處理，得到二值化圖像；
3)對(duì)二值化圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理去除圖像噪音；
4)對(duì)去除圖像噪音的二值化圖像進(jìn)行裁剪，裁剪出圖像中圓所在的區(qū)域圖像；
5)對(duì)裁剪得到的圖像進(jìn)行骨架提?。?br> 6)對(duì)骨架圖像進(jìn)行去毛刺，獲得該種圓弧輪廓，使其在圓的徑向方向上僅有一個(gè)像素點(diǎn)屬于圓，其余像素點(diǎn)均屬于背景，即最終預(yù)處理完畢的圖像。
[0019]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的圓檢測(cè)結(jié)果展示，由該圖可以看出，本發(fā)明提出的基于數(shù)據(jù)平穩(wěn)性的圓檢測(cè)方法具有很高的精度。
[0020]以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做出詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的原理和技術(shù)思想的范圍內(nèi)，對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于數(shù)據(jù)平穩(wěn)性的圓檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1:通過圖像預(yù)處理得到單像素寬度的圓弧輪廓；所述單像素寬度的圓弧輪廓是指在圓的徑向方向上，僅有一個(gè)像素點(diǎn)屬于圓弧輪廓； 步驟2:任意取單像素寬度的圓弧輪廓上三個(gè)不同的點(diǎn)，將三點(diǎn)兩兩連接，得到三條弦，任取兩條弦，分別對(duì)兩條弦做其垂直平分線，通過兩垂直平分線的交點(diǎn)得到理論圓心； 步驟3:以所述理論圓心為中心，給定一個(gè)圓心的波動(dòng)范圍寬度δ，δ的單位是像素，計(jì)算出每一個(gè)可能圓心到所述單像素寬度的圓弧輪廓上各個(gè)像素點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)，用以形成距離矩陣，求出每組距離數(shù)據(jù)的方差；所述距離矩陣為三維矩陣，第一維和第二維表征的是所述可能圓心的坐標(biāo)，第三維表征的是以某所述可能圓心為圓心時(shí)，其與所述單像素寬度的圓弧輪廓上各個(gè)像素點(diǎn)的距離； 步驟4:運(yùn)用各個(gè)可能圓心對(duì)應(yīng)的距離數(shù)據(jù)求得的方差，形成方差矩陣，所述方差為距離矩陣在各個(gè)坐標(biāo)下第三維數(shù)據(jù)的方差，所述方差矩陣為二維矩陣； 步驟5:尋找出所述方差矩陣的最小值，該最小值所對(duì)應(yīng)的可能圓心即為真實(shí)圓心，所述真實(shí)圓心對(duì)應(yīng)的所述距離數(shù)據(jù)的均值即為半徑。2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的基于數(shù)據(jù)平穩(wěn)性的圓檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟1中預(yù)處理的方法包括以下步驟: 1)將待處理的圖像灰度化，得到單通道的數(shù)據(jù)的灰度圖像； 2)將灰度圖像進(jìn)行二值化處理，得到二值化圖像； 3)對(duì)二值化圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理去除圖像噪音； 4)對(duì)去除圖像噪音的二值化圖像進(jìn)行骨架提取， 5)對(duì)骨架提取后的圖像進(jìn)行去毛刺處理，獲得該種圓弧輪廓，使其在圓的徑向方向上僅有一個(gè)像素點(diǎn)屬于圓，其余像素點(diǎn)均屬于背景。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于數(shù)據(jù)平穩(wěn)性的圓檢測(cè)方法，第一步，通過圖像預(yù)處理得到單像素寬度的圓弧輪廓；第二步，運(yùn)用所述單像素寬度的圓弧輪廓上不同的三點(diǎn)確定理論圓心的位置；第三步，計(jì)算出每一個(gè)可能圓心到所述單像素寬度的圓弧輪廓上各個(gè)像素點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)；第四步，尋找真實(shí)圓心和真實(shí)半徑；求得真實(shí)圓心后，所述真實(shí)圓心對(duì)應(yīng)的所述距離數(shù)據(jù)的均值即為圓的半徑。本發(fā)明占用內(nèi)存小、計(jì)算量小，實(shí)時(shí)性高、算法的準(zhǔn)確性高。
【IPC分類】G06T7/00, G06T7/60
【公開號(hào)】CN105405122
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510699508
【發(fā)明人】帥立國, 魏有瑩, 陳慧玲, 劉金肖
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年10月26日