基于RHT的局部有遮挡圆形目标识别方法

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基于RHT 的局部有遮挡圆形目标识别方法

Based on the local RHT a sheltered circular target recognition

(中国海洋大学信息科学与工程学院)

顾肇瑞

GU Zhao-rui

摘要:本论文提出一种基于随机Hough 变换的新的圆形目标识别算法,并应用于有遮挡硬币的检测中,通过理论分析和实验结果验证了算法的可行性和有效性。

关键词:圆形;Hough 变换;局部有遮挡;数学形态学;目标识别中图分类号:TP391文献标识码:A

Abstract:This paper proposes a randomized Hough transform based on a new round object recognition algorithm,and applied to a block detection of the coin,through theoretical analysis and experimental results verify the feasibility and effectiveness.Key words:Circle;Hough transform(HT);Partially occluded;Morphology;Target recognition

文章编号:1008-0570(2012)10-0385-02

1引言

在计算机视觉系统中,对视觉场景中规则目标形状的识别与检测是机器视觉的重要任务,而检测的关键是如何从视觉场景中分离和获取有关基本几何图形的重要特征信息,作为目标检测的判断依据。圆形目标是最为基本的规则形状之一,长期以来,圆形目标检测在医学、工业、军事等众多领域受到广泛关注,圆形目标识别研究具有广泛的学术和实际应用价值。

Hough 变换是圆形目标识别的基本工具之一。1962年,Paul Hough 提出Hough 变换的基本思想,将原图像变换到参数空间,用大多数边界点满足的参数形式来描述图像中的曲线,通过设置累加器进行累积,求得峰值对应的点即为所需要的信息。Hough 变换对图像中的噪声不敏感,可有效滤除噪声的影响,并提高识别的置信度,同时Hough 变换便于并行计算,是提高检测速度的有效方法。Hough 变换所具有的诸多优点引起国内外众多学者的关注,并展开了广泛研究。

2目标图像预处理

2.1图像预处理概述

图像预处理是在图像分析中对输入图像进行特征抽取、分割和匹配前所进行的处理。图像预处理的主要目的是消除图像中无关的信息,恢复有用的真实信息,增强有关信息的可检测性,最大限度的简化数据,改进图像分析的可靠性。预处理过程一般包括数字化、几何变换、归一化、平滑、复原和增强等步骤。

本论文的图像预处理部分主要包括图像格式转换以及数学形态学处理两部分。图像格式转换依次进行RGB 转换、灰度化处理以及二值化处理等过程;数学形态学处理主要使用腐蚀技术对图像进行完善。

2.2图像格式转换

RGB 色彩模式是彩色图像的一种颜色标准,该标准几乎覆盖了人类视力所能感知的所有颜色,是目前运用最广的颜色系统之一。R 、G 、B 分别代表红、

绿、蓝三个通道的颜色,通过三个颜色通道的变化以及三者相互之间的叠加得到各式各样的颜

色。

彩色图像和灰度图像在计算问题上具有很大区别。灰度图像的每个像素值都是标量,可正常完成像素间加减乘除运算,而彩色图像每个像素值都是颜色模型的三维矢量,只能进行色差运算,运算结果不具正负方向性。由于颜色特性的限制,只有当像素间色差较小的情况下,像素间的加法运算可用于求取颜色的聚合中心;只有在RGB 模型中像素颜色矢量方向相同时,像素间的除法运算方有物理意义,但无实用价值。由于颜色矢量受到的严重限制,灰度图像处理算法无法推广到彩色图像处理中来。根据目标识别的设计要求,本论文对采集的彩色源图像进行灰度化处理。

2.3数学形态学处理

数学形态学是分析几何形状和结构的数学方法,是建立在集合代数基础上,用集合论方法定量描述几何结构的科学。1985年后,它逐渐成为分析图像几何特征的工具。腐蚀(Erosion)、膨胀(Delation)和细化(Thinning)属于数学形态学范畴内的运算。

数学形态学是由一组形态学的代数运算子组成的。最基本的形态学运算子有:腐蚀(Erosion)、膨胀(Delation)、开(Open)、闭(Close)。用这些算子及其组合来进行图像形状和结构的分析及处理,包括图像分割、特征提取、边界检测、图像滤波、图像增强和恢复等方面的工作。

由于形态学具有完备的数学基础,这为形态学用于图像分析和处理、形态滤波器的特性分析和系统设计奠定了坚实的基础,尤其突出的是实现了形态学分析和处理算法的并行,大大提高了图像分析和处理的速度。近年来,在图像分析和处理中形态学的研究和应用在国内外得到不断地发展。

3Hough 变换目标识别方法

3.1局部有遮挡圆形目标识别概述

当出现遮挡或缺损时,原来用于形状描述的全局性特征将失效,可以考虑将目标分成若干部分,对每一部分抽取反映该部分形状的局部特征,用这些局部特征完成对局部形状的描述。由

顾肇瑞：硕士研究生

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《微计算机信息》2012年第28卷第10期

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于每个特征矢量都从不同侧面反映着目标的属性,对于存在局部缺损或局部遮挡的情况,仍可由反映目标属性的其它部位的局部特征进行识别。这些局部特征可以对局部轮廓进行有效描述,并且具有平移、旋转和比例不变性。本文主要就是针对有遮挡目标,基于局部不变特征进行的分类目标识别。

3.2Hough 变换圆形目标识别思想

Hough 变换不仅适用于直线的检测,也适用于任何形式为f (x,a)=0的函数,这里x 是坐标向量,a 是系数向量。现介绍利用

Hough 变换检测圆的方法。对于圆心坐标为O(a,b)、

半径为r 的圆在参数空间中的表示为:

(3.1)

此时,x=,a=,其参数空间为三维。在参数空间中,式(1)表示的是一个三维锥面。它表示的物理意义是,图像空间中的圆对应着参数空间中的一个点,而图像空间中的一个点(x,y)对应着参数空间中的一个三维直立圆锥,该点约束了通过该点一族圆的参数(a,b,r),如图1所示。

对于图像空间中的一个圆,它的半径是固定不变的,圆周上的各个点组成的集合在参数空间中就表现为r 相等,a 、b 不等的各个圆锥的集合。如图2所示。

图1图像中一个点的映射图2图像中一个圆上的三个点的映射

显然,图像空间中圆上的点映射到参数空间中的一族圆锥的交点正好对应于圆的圆心坐标和圆的半径。

与直线检测类似,检测圆仍然需要对参数空间进行适当量化,这样就可以得到一个三维的计数器阵列,阵列中每一个立体小方格对应(a,b,r)的参数离散值。

对图像空间中的圆形目标识别时,先计算图像每点强度的梯度信息,然后根据适当阈值求出边缘,再计算与边缘上的每一点象素距离为r 的所有点(a,b),同时将对应(a,b,r)立方体小格的累加器加1。改变r 值再重复上述过程,当对全部边缘点变换完成后,对三维阵列的所有累加器的值进行比较,其峰值小格的坐标就对应着图像空间中圆形边界的圆参数(a,b,r)。

3.3Hough 变换有遮挡圆形目标识别算法

本文利用随机霍夫变换提取圆形特征参数,实现有遮挡圆形目标识别,主要进行以下工作。

技术路线图如下:

4实验结果分析

源图像

灰度图像

二值图像检测图像

检测所得几何参数

由检测所得几何参数可知,通过检测共得到8个圆与源图像完全吻合,且圆心,半径分布合理,实验原理得到充分验证。

5总结

在模式识别和计算机视觉领域中,常常需要对场景中的圆形图形进行检测,检测的关键是如何从场景中获取这些图形的重要特征信息,以作为检测的判断依据,这就需要对圆形目标识别算法进行研究。圆形目标识别在自动化检验和装配、目标定

位、

医学中的细胞分析等众多领域都有广泛应用。本文第一章介绍了数字图像处理特别是圆形目标识别的一些基本概念和圆形目标识别方法的研究现状以及本课题的意义,第二章主要介绍了本人的在图像预处理过程中进行了主要工作,从格式转换到数学形态学处理,其中走了一些弯路,也积累了不少经验。本文对Hought 变换检测圆及其在有遮挡目标圆形目标识别的应用进行了研究。

本文作者创新观点:本文提出了一种新随机Hough 变换圆形目标识别算法,在确认圆时能较好地排除非圆上的点,通过简化计算能更快地判断当前点是否为圆上的点,不需对所有可能落在圆上的点进行计算。

本文无抄袭,作者全权负责版权事宜。参考文献

[1]贾云芳,杨铁梅,马壮.基于MATLAB 的人脸图像预处理研究[J].科技信息,2009,(02x):76-77

[2]张汗灵.MATLAB 在图像处理中的应用[M].第一版.北京:清华大学出版社,2008.305-308

[3]苏勤.圆形目标识别算法研究及其在同心度测量中的应用.广西师范大学,2008

[4]杨治明,周齐国.基于Hough 变换理论的图形识别[J].重庆工业高等专科学校学报,2002,17(4):16-17,20

[5]郑戟明,曹玉茹等.基于MATLAB 的图像压缩处理及其实现[J].微计算机信息.2010,4-1:143-144

[6]赵建伟,刘重庆.适用于遮挡问题的目标跟踪算法[J].计算机辅助设计与图形学学报,2003,15(9):1091-1095

作者简介:顾肇瑞(1987~),男,汉族。中国海洋大学信息科学与工程学院硕士研究生。专业:电子与通信工程。

Biography:GU Zhao -rui (1987~),male,han.Now he is a postgraduate of Master of Engineering majoring in electronic communication engineering.

(266100山东青岛中国海洋大学信息科学与工程学院)

顾肇瑞

通讯地址:(266100山东青岛中国海洋大学信息科学与工程学院)顾肇瑞

(收稿日期:2011.10.28)(修稿日期:2012.01.28)

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