專利名稱：實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)Hough變換的光學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，特別是圖像處理和模式識(shí)別中的預(yù)處理和形狀特征提取。
Hough變化由于可對(duì)形狀進(jìn)行有效識(shí)別，因而得到極大的關(guān)注。
Hough變換具有可并行實(shí)現(xiàn)，而且對(duì)噪聲不敏感的突出優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于廣闊的目標(biāo)識(shí)別領(lǐng)域。但Hough變換計(jì)算量很大，并且需要很大的存儲(chǔ)空間。為解決這一問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者提出了多種快速Hough變換方法，特別是采用光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)Hough變換。但目前所采用的都是相干光學(xué)系統(tǒng)，主要存在以下問(wèn)題1、系統(tǒng)中需要采用激光器作為相干光源，即輸入圖像必須以相干形式出現(xiàn)，而實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，圖像多以非相干形式出現(xiàn)。
2、速度受限，輸入圖像需在計(jì)算機(jī)中計(jì)算旋轉(zhuǎn)，然后寫入Disp1ay，或采用旋轉(zhuǎn)棱鏡。要求的分辯率越高，需旋轉(zhuǎn)的次數(shù)就越多，因而降低了實(shí)時(shí)性。
3、系統(tǒng)復(fù)雜。由于系統(tǒng)中需要激光器、多個(gè)和多種棱鏡，因而系統(tǒng)復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)成本高。
總之，現(xiàn)有的Hough變換實(shí)現(xiàn)方法都很難滿足實(shí)時(shí)應(yīng)用的需要。
發(fā)明目的本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有實(shí)時(shí)性、簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)和使用的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)Hough變換的光學(xué)裝置。利用Hough變換的并行性，采用并行的非相干光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)Hough變換。
本實(shí)用新型解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用顯微透鏡矩陣實(shí)現(xiàn)圖像的并行傳輸，設(shè)置刻有權(quán)值矩陣、并完成以該權(quán)值矩陣與輸入圖像相乘運(yùn)算的固體掩膜，通過(guò)控測(cè)器的掃描完成信號(hào)累加。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于可以采用直接和反投影的兩種不同形式。其中直接形式即以所述的顯微透鏡矩陣接受模擬、連續(xù)的輸入信號(hào)、并倍增為Nk×Nl空間受限的、用于與所述固體掩膜上的權(quán)值矩陣wk，l(x，y)相乘的輸入圖像，所述探測(cè)器是對(duì)固體掩膜的圖像信號(hào)進(jìn)行累加。
反投影形式需要設(shè)置液晶顯示器，與所述固體掩膜上的權(quán)值矩陣wi，j(γ，θ)相乘的輸入圖像為來(lái)自液晶顯示器的圖像采樣信號(hào)，所述固體掩膜的輸出圖像經(jīng)顯微透鏡矩陣后在探測(cè)器上成像。
與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果體現(xiàn)在本實(shí)用新型利用Hough變換的并行性，采用并行的非相干光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)Hough變換，達(dá)到真正的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)Hough變換的目的。本實(shí)用新型從Hough變換的離散化入手，給出直接形式和反投影形式的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)Hough變換的并行光學(xué)裝置。該裝置具有實(shí)時(shí)、并行、簡(jiǎn)單、小巧、易于實(shí)現(xiàn)和使用的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于如機(jī)器人視覺、流水線工件的在線檢測(cè)和交通標(biāo)志識(shí)別等眾多實(shí)時(shí)形狀識(shí)領(lǐng)域。


圖1為本實(shí)用新型直接形式結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型反投影形式結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例利用Hough變換的并行性，采用并行的非相干光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)Hough變換。
對(duì)于輸入圖像為b(x＇，y＇)連續(xù)Hough變換的定義如下h(θ，γ)＝∫∫b(x′，y′)·δ[γ-(x＇·cosθ+y′·sinθ)]dx′dy′(1)為采用并行光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)Hough變換，需推導(dǎo)相應(yīng)的離散Hough變換。為此設(shè)輸入圖像為b(x，y)，其中x∈[-1，1]，y∈[-1，1]，輸入圖像大小為NI×NJ，在x和y方向上的采樣點(diǎn)i，j分別取值為i=-NI2,Λ,NI2-1]]>j=-NJ2,Λ,NJ2-1]]>這樣輸入圖像在x和y方向上的分辨率分別為Δx=2NI]]>Δy=2NJ.]]>同樣設(shè)經(jīng)Hough變換之后的圖像為hk，l，其大小為NK×NL，在Hough空間的采樣點(diǎn)k，l分別為k=-NK2,Λ,NK2-1l=0,Λ,NL-1]]>，這樣Hough空間的分辨率為Δγ=2NKΔθ=πNL]]>對(duì)于離散的Hough變換，hk，l＝h(kΔγ，lΔθ)可推得hk,l=∫x=-11∫y=-11wk,l(x,y)·b(x,y)dxdy---(2)]]>其中 公式(2)和(3)表示離散Hough變換，即直接形式。
另外，相對(duì)與公式(2)和(3)，可先將輸入圖像bi，j按Δx和Δy離散化，再同Hough權(quán)值wi，j(γ，θ)相乘、累加，即可得離散Hough變換的另一種形式，即反投影形式。
bi，j＝b(iΔx，jΔy)(4)h(γ,θ)=Σi,jwi,j(γ,θ)·bi,j---(5)]]>hk，l＝h(kΔγ，lΔθ) (6)其中權(quán)值矩陣wi，j(γ，θ)為 公式(2)(3)所表示的離散Hough變換，可采用直接形式的光學(xué)系統(tǒng)加以并行實(shí)現(xiàn)。該光學(xué)系統(tǒng)有三部分組成顯微透鏡矩陣1、固體掩膜2和探測(cè)器3。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。以顯微透鏡矩陣1接受模擬、連續(xù)的輸入信號(hào)、并倍增為Nk×Nl空間受限的輸入圖像，固體掩膜2上刻有權(quán)值矩陣wk，l(x，y)，它同輸入圖像相乘，完成公式(2)中的相乘運(yùn)算；公式(2)中的積分運(yùn)算在探測(cè)器3上通過(guò)掃描完成。
對(duì)于公式(4)(5)(6)(7)所表示的實(shí)現(xiàn)離散Hough變換的過(guò)程，可采用反投影形式的光學(xué)系統(tǒng)加以并行實(shí)現(xiàn)。該光學(xué)系統(tǒng)有四部分組成液晶顯示器4、顯微透鏡矩陣1、固體掩膜2和探測(cè)器3。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。設(shè)置液晶顯示器4，與固體掩膜2上的權(quán)值矩陣相乘的輸入圖象為來(lái)自液晶顯示器4的圖像采樣信號(hào)，固體掩膜2和輸出圖像經(jīng)顯微透鏡矩陣1后在探測(cè)器3上成像。在該結(jié)構(gòu)形式中，首先必須將輸入圖像寫入液晶顯示器，完成公式(4)的輸入圖像采樣；該采樣輸入圖像通過(guò)刻有權(quán)值矩陣wi，j(γ，θ)的固體掩膜2，完成公式(5)的乘法運(yùn)算；然后通過(guò)顯微透鏡矩陣1在探測(cè)器3上成像。
直接形式和反投影形式均可并行實(shí)現(xiàn)HT，但二者在以下方面有所不同

本實(shí)用新型的輸入圖像即為自然光照射的待識(shí)別物體；無(wú)須進(jìn)行圖像的旋轉(zhuǎn)計(jì)算；系統(tǒng)簡(jiǎn)單、小巧可制成光學(xué)器件安裝在CCD前面，CCD實(shí)時(shí)采集的圖像即為Hough變換后的圖像。可作為實(shí)時(shí)特征提取器，廣泛應(yīng)用于如機(jī)器人視覺、流水線工件的在線檢測(cè)和交通標(biāo)志識(shí)別等眾多實(shí)時(shí)形狀識(shí)別領(lǐng)域。
權(quán)利要求1.實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)Hough變換的光學(xué)裝置，其特征是采用顯微透鏡矩陣(1)實(shí)現(xiàn)圖像的并行傳輸，設(shè)置刻有權(quán)值矩陣、并完成以該權(quán)值矩陣與輸入圖像相乘運(yùn)算的固體掩膜(2)，通過(guò)探測(cè)器(3)的掃描完成信號(hào)累加。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)Hough變換的光學(xué)裝置，其特征是采用直接形式，即以所述的顯微透鏡矩陣(1)直接接受模擬、連續(xù)的輸入信號(hào)、并倍增為Nk×Nl空間受限的、用于與所述固體掩膜(2)上的權(quán)值矩陣wk，l(x，y)相乘的輸入圖像，所述探測(cè)器(3)是對(duì)固體掩膜(2)的圖像信號(hào)進(jìn)行累加。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)Hough變換的光學(xué)裝置，其特征是采用反投影形式，設(shè)置液晶顯示器(4)，與所述固體掩膜(2)上的權(quán)值矩陣wij(γ，θ)相乘的輸入圖像為來(lái)自液晶顯示器(4)的圖像采樣信號(hào)，所述固體掩膜(2)的輸出圖像經(jīng)顯微透鏡矩陣(1)后在探測(cè)器(3)上成像。
專利摘要實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)Hough變換的光學(xué)裝置，特征是采用顯微透鏡矩陣實(shí)現(xiàn)圖像的并行傳輸，設(shè)置刻有權(quán)值矩陣、并完成以該權(quán)值矩陣與輸入圖像相乘運(yùn)算的固體掩膜，通過(guò)探測(cè)器的掃描完成信號(hào)累加。本實(shí)用新型利用Hough變換的并行性，采用并行非相干光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)Hough變換，達(dá)到實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)Hough變換的目的。本實(shí)用新型從Hough變換的離散化入手，給出直接和反投影兩種形式的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)Hough變換并行光學(xué)裝置。裝置具有實(shí)時(shí)、并行、簡(jiǎn)單、小巧、易于實(shí)現(xiàn)和使用的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于如機(jī)器人視覺、流水線工件的在線檢測(cè)和交通標(biāo)志識(shí)別等眾多實(shí)時(shí)形狀識(shí)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G06K9/46GK2586213SQ02293039
公開日2003年11月12日 申請(qǐng)日期2002年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月24日
發(fā)明者高雋 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)