边界聚类椭圆快速检测方法
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Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈ ａｎｇｚｈｏｕ ３１００２７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｄｉａｎｚｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１８， Ｃｈｉｎａ；３．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ，Ｚｈ￣ｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎｉｎｇｂｏ ３１５１００，Ｃｈｉｎａ）
态 信 息 ，调 整 算 法 步 骤 、优 化 阈值 ，提 高 算 法 效 率 ，并 通 过 实 验 评 估 算 法 性 能 ．结 果 表 明 ，边 界 聚 类 方 法 可 准 确 、快 速
检 测 不 同 肜态 的椭 圆 ，改 进 后 用 时 可 缩 短 １４ ～ ７６ ．
关 键 词 ：椭 圆 检 测 ；图像 预 处 理 ；边 界 聚 类 ；直 接 最 小 二 乘 法
Ｖ０ｌ＿５０ Ｎｏ．３
Ｍ ａｒ． ２Ｏｌ６
吴 尧锋 。，王 文。，卢 科 青 ，魏 燕定 ，陈子辰
（１＿浙 江 大 学 机 械 工 程 学 院 浙 江省 先进 制 造 技 术 重 点 实 验 室 ，浙 江 杭 州 ３１００２７；２．杭 州 电子 科 技 大 学 机 械 工 程 学 院 ，浙 江 杭 州 ３１００１８；３．浙 江 大 学 宁 波 理 工 学 院 机 电 与 能 源 工 程 学 院 ，浙 江 宁波 ３１５１００）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｅｌｌｉｐｓｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍ ｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｄｇｅ ｇｒｏｕｐｉｎｇ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｌｏｗ ｄｅｔｅｃ— ｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ，ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ，ｏｃｃｌｕｄｅｄ ａｎｄ ｎｅｓｔｅｄ ｅｌｌｉｐｓｅｓ． Ｔｈｅ ｍ ｅｔｈｏｄ ｃｏｎｓｉｓｔｅｄ ｏｆ ｉｍａｇｅ ｐｒｅ— ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｅｄｇｅ ｇｒｏｕｐｉｎｇ，ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ ｆｉｔｔｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｍ ｏｖａｌ ｏｆ ｆａｌｓｅ ａｌａｒｍ ｓ． Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｍ ａｊｏｒｉｔｙ ｏｆ ｎｏｎ—ｅｌｌｉｐｔｉｃ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｐｉｘｅｌｓ ｗｅｒｅ ｒｅｍ ｏｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｉｍａｇｅ ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｄｇｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｅｄｇｅ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｄｕｎｄａｎｔ ＥＥＬｓ（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｅｄｇｅ ｌｉｓｔｓ） ｅｌｉｍ ｉｎａｔｉｏｎ． Ｔｈｅｎ，ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｃａｎｄｉｄａｔｅ ｅｌｌｉｐｔｉｃ ａｒｃｓ ａｎｄ ｅｌｌｉｐ— ｔｉｃ ａｒｃ ｐａｉｒｓ ｗ ｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｄｇｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｄｇｅ ｌｉｎｋｉｎｇ，ｌｉｎｅ—ｓｅｇｍ ｅｎｔ ｌｉｓｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ， ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄ ａｎｄ ｇｌｏｂａｌ ｍｅｒｇｉｎｇ ｏｆ ａｒｃｓ．Ｅｌｌｉｐｓｅ ｆｉｔｔｉｎｇ ｗａｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔ ｌｅａｓｔ—ｓｑｕａｒｅｓ ｍ ｅｔｈ— ｏｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆａｌｓｅ ａｌａｒｍｓ ｗｅｒｅ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｌｙ ｒｅｍｏｖｅｄ． Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｃｏｍ ｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｆｏｒｍｓ ｏｆ ｔａｒｇｅｔ ｅｌｌｉｐｓｅｓ，ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ｓｉｍ ｐｌｉｆｉｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｗａｓ ａｌｓｏ ｏｐｔｉｍ ｉｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍ ｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｂｏｔｈ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｎｄ ｒｅａｌ—ｗｏｒｌｄ ｉｍ ａｇｅｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｄｇｅ ｇｒｏｕｐｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｄｅｔｅｃｔ ｅｌｌｉｐｓｅｓ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ａｎｄ ｆａｓｔ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｆｏｒｍ ｓ，ｗｉｔｈ １４ ～ ７６ ｔｉｍｅ ｓｈｏｒｔｅｎｅｄ ａｆｔｅｒ ｏｐ— ｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｅｌｌｉｐｓｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｉｍ ａｇｅ ｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ； ｅｄｇｅ ｇｒｏｕｐｉｎｇ；ｄｉｒｅｃｔ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ ｍ ｅｔｈｏｄ
第 ５Ｏ卷 第 ３期 ２０１６年 ３月
Ｊｏｕ浙 ｒｎａ ｌ ｏｆ江 Ｚ ｈｅｊｉａ大ｎｇ Ｕｎ学ｉｖ ｅｒｓｉｔ学ｙ （Ｅｎ报ｇｉｎｅｅ（ｒ工ｉｎｇ学 Ｓ版ｃｉｅｎ） ｃｅ）
ＤＯＩ：１０．３７８５ ／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８—９７３Ｘ．２０１６．０３．００２
边 界 聚 类 椭 圆 快 速 检 测 方 法
化 边 界 和 消除 冗 余 等 价 边 界 列 （ＥＥＬｓ），去 除 多 数 非 椭 圆边 界 像 素 ．开 展 边 界 聚类 ，通 过 边 界 像 素 连 接 、线 段 列 提 取
和 圆 弧 聚 类 ，得 到 一 系 列 候 选 椭 圆弧 和椭 圆 弧 对 ．采 用 直 接 最 小 二 乘 方 法 拟 合 椭 圆 ，并 作 去 伪 处 理 ．利 用 椭 圆 的 形
源自文库
摘 要 ：针 对 多 个 椭 圆 因重 叠 、遮 挡 、嵌 套 情 况 而 存 在 检 测 效 率 与 精 度 较 低 的 问 题 ，提 出一 种 基 于 边 界 聚 类 的椭 圆
快 速 检 测 改 进 方 法 ．该 方 法 包 括 图像 预处 理 、边 界 聚 类 、椭 圆拟 合 和 去 伪 过 程 ．进 行 图 像 预 处 理 ，包 括 边 界 检 测 、细
中图 分 类 号 ：ＴＰ ３９１．７３
文 献 标 志码 ：Ａ
文章 编 号 ：１００８—９７３Ｘ（２０１６）０３一Ｏ７—０４０５
Ｆａｓｔ ｅｌｌｉｐｓｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｄｇｅ ｇｒｏｕｐｉｎｇ
Ｗ Ｕ Ｙａｏ一｛ｅｎｇ ，Ｗ Ａ ＮＧ Ｗ ｅｎ。，ＬＵ Ｋｅ—ｑｉｎｇ ，Ｗ ＥＩ Ｙａｎ—ｄｉｎｇ ，ＣＨ ＥＮ Ｚｉ—ｃｈｅｎ （１．Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｙ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ
态 信 息 ，调 整 算 法 步 骤 、优 化 阈值 ，提 高 算 法 效 率 ，并 通 过 实 验 评 估 算 法 性 能 ．结 果 表 明 ，边 界 聚 类 方 法 可 准 确 、快 速
检 测 不 同 肜态 的椭 圆 ，改 进 后 用 时 可 缩 短 １４ ～ ７６ ．
关 键 词 ：椭 圆 检 测 ；图像 预 处 理 ；边 界 聚 类 ；直 接 最 小 二 乘 法
Ｖ０ｌ＿５０ Ｎｏ．３
Ｍ ａｒ． ２Ｏｌ６
吴 尧锋 。，王 文。，卢 科 青 ，魏 燕定 ，陈子辰
（１＿浙 江 大 学 机 械 工 程 学 院 浙 江省 先进 制 造 技 术 重 点 实 验 室 ，浙 江 杭 州 ３１００２７；２．杭 州 电子 科 技 大 学 机 械 工 程 学 院 ，浙 江 杭 州 ３１００１８；３．浙 江 大 学 宁 波 理 工 学 院 机 电 与 能 源 工 程 学 院 ，浙 江 宁波 ３１５１００）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｅｌｌｉｐｓｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍ ｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｄｇｅ ｇｒｏｕｐｉｎｇ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｌｏｗ ｄｅｔｅｃ— ｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ，ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ，ｏｃｃｌｕｄｅｄ ａｎｄ ｎｅｓｔｅｄ ｅｌｌｉｐｓｅｓ． Ｔｈｅ ｍ ｅｔｈｏｄ ｃｏｎｓｉｓｔｅｄ ｏｆ ｉｍａｇｅ ｐｒｅ— ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｅｄｇｅ ｇｒｏｕｐｉｎｇ，ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ ｆｉｔｔｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｍ ｏｖａｌ ｏｆ ｆａｌｓｅ ａｌａｒｍ ｓ． Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｍ ａｊｏｒｉｔｙ ｏｆ ｎｏｎ—ｅｌｌｉｐｔｉｃ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｐｉｘｅｌｓ ｗｅｒｅ ｒｅｍ ｏｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｉｍａｇｅ ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｄｇｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｅｄｇｅ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｄｕｎｄａｎｔ ＥＥＬｓ（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｅｄｇｅ ｌｉｓｔｓ） ｅｌｉｍ ｉｎａｔｉｏｎ． Ｔｈｅｎ，ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｃａｎｄｉｄａｔｅ ｅｌｌｉｐｔｉｃ ａｒｃｓ ａｎｄ ｅｌｌｉｐ— ｔｉｃ ａｒｃ ｐａｉｒｓ ｗ ｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｄｇｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｄｇｅ ｌｉｎｋｉｎｇ，ｌｉｎｅ—ｓｅｇｍ ｅｎｔ ｌｉｓｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ， ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄ ａｎｄ ｇｌｏｂａｌ ｍｅｒｇｉｎｇ ｏｆ ａｒｃｓ．Ｅｌｌｉｐｓｅ ｆｉｔｔｉｎｇ ｗａｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔ ｌｅａｓｔ—ｓｑｕａｒｅｓ ｍ ｅｔｈ— ｏｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆａｌｓｅ ａｌａｒｍｓ ｗｅｒｅ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｌｙ ｒｅｍｏｖｅｄ． Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｃｏｍ ｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｆｏｒｍｓ ｏｆ ｔａｒｇｅｔ ｅｌｌｉｐｓｅｓ，ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ｓｉｍ ｐｌｉｆｉｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｗａｓ ａｌｓｏ ｏｐｔｉｍ ｉｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍ ｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｂｏｔｈ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｎｄ ｒｅａｌ—ｗｏｒｌｄ ｉｍ ａｇｅｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｄｇｅ ｇｒｏｕｐｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｄｅｔｅｃｔ ｅｌｌｉｐｓｅｓ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ａｎｄ ｆａｓｔ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｆｏｒｍ ｓ，ｗｉｔｈ １４ ～ ７６ ｔｉｍｅ ｓｈｏｒｔｅｎｅｄ ａｆｔｅｒ ｏｐ— ｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｅｌｌｉｐｓｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｉｍ ａｇｅ ｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ； ｅｄｇｅ ｇｒｏｕｐｉｎｇ；ｄｉｒｅｃｔ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ ｍ ｅｔｈｏｄ
第 ５Ｏ卷 第 ３期 ２０１６年 ３月
Ｊｏｕ浙 ｒｎａ ｌ ｏｆ江 Ｚ ｈｅｊｉａ大ｎｇ Ｕｎ学ｉｖ ｅｒｓｉｔ学ｙ （Ｅｎ报ｇｉｎｅｅ（ｒ工ｉｎｇ学 Ｓ版ｃｉｅｎ） ｃｅ）
ＤＯＩ：１０．３７８５ ／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８—９７３Ｘ．２０１６．０３．００２
边 界 聚 类 椭 圆 快 速 检 测 方 法
化 边 界 和 消除 冗 余 等 价 边 界 列 （ＥＥＬｓ），去 除 多 数 非 椭 圆边 界 像 素 ．开 展 边 界 聚类 ，通 过 边 界 像 素 连 接 、线 段 列 提 取
和 圆 弧 聚 类 ，得 到 一 系 列 候 选 椭 圆弧 和椭 圆 弧 对 ．采 用 直 接 最 小 二 乘 方 法 拟 合 椭 圆 ，并 作 去 伪 处 理 ．利 用 椭 圆 的 形
源自文库
摘 要 ：针 对 多 个 椭 圆 因重 叠 、遮 挡 、嵌 套 情 况 而 存 在 检 测 效 率 与 精 度 较 低 的 问 题 ，提 出一 种 基 于 边 界 聚 类 的椭 圆
快 速 检 测 改 进 方 法 ．该 方 法 包 括 图像 预处 理 、边 界 聚 类 、椭 圆拟 合 和 去 伪 过 程 ．进 行 图 像 预 处 理 ，包 括 边 界 检 测 、细
中图 分 类 号 ：ＴＰ ３９１．７３
文 献 标 志码 ：Ａ
文章 编 号 ：１００８—９７３Ｘ（２０１６）０３一Ｏ７—０４０５
Ｆａｓｔ ｅｌｌｉｐｓｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｄｇｅ ｇｒｏｕｐｉｎｇ
Ｗ Ｕ Ｙａｏ一｛ｅｎｇ ，Ｗ Ａ ＮＧ Ｗ ｅｎ。，ＬＵ Ｋｅ—ｑｉｎｇ ，Ｗ ＥＩ Ｙａｎ—ｄｉｎｇ ，ＣＨ ＥＮ Ｚｉ—ｃｈｅｎ （１．Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｙ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ