專利名稱：數(shù)字圖像中直線的快速檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字圖像中直線的快速檢測(cè)方法，屬于數(shù)字圖像處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
直線是數(shù)字圖像中物體的基本特征之一， 一些人造目標(biāo)如房屋、道路、橋 梁具有明顯的直線特征，而一般物體平面圖像的輪廓也可以表示為直線及弧線 的組合，對(duì)物體輪廓的檢測(cè)可以轉(zhuǎn)化為對(duì)這些基本元素的提取和識(shí)別。因此， 研究數(shù)字圖像中直線的檢測(cè)方法對(duì)圖像理解和模式識(shí)別具有重要意義。
由于Hough變換具有抗噪聲干擾能力強(qiáng)、對(duì)邊緣間斷不敏感等特性而被廣 泛應(yīng)用于數(shù)字圖像中的直線特征檢測(cè)。但是，Hough變換運(yùn)算量大、占用內(nèi)存多 的缺陷己成為限制其發(fā)展的瓶頸。顯然，不能將基于Hough變換的直線檢測(cè)方 法直接應(yīng)用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)字圖像中直線的檢測(cè)方法，該方法具有實(shí)時(shí) 性好、占用內(nèi)存少的特點(diǎn)。
該算法在數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中按照下述步驟進(jìn)行
(1) 小波提升變換對(duì)輸入的數(shù)字圖像進(jìn)行一次小波提升變換，取其低頻分量構(gòu) 建低分辨率圖像；
(2) 二值化處理經(jīng)小波提升后的低分辨率圖像采用Prewitt算子進(jìn)行二值化處 理；
(3) 采用改進(jìn)的Hough變換檢測(cè)直線對(duì)二值化處理后的圖像運(yùn)用改進(jìn)的Hough
變換提取圖像中直線的特征信息，即直線在極坐標(biāo)系下的極角與極徑，所采
用的改進(jìn)的Hough變換的基本原理如下根據(jù)Hough變換過(guò)程中"圖像空間
中一條直線上的多個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)參數(shù)空間中一個(gè)點(diǎn)"以及"兩點(diǎn)確定一條直線" 的原理，按照從局部到整體的檢測(cè)順序，將二值化后圖像空間中非零點(diǎn)映射到參數(shù)空間中具有較大存在概率的累加單元，而不是所有可能的累加單元， 統(tǒng)計(jì)參數(shù)空間累加器中的數(shù)值并與閾值相比較，若大于閾值則認(rèn)為直線存 在，該累加器的坐標(biāo)便是低分辨率圖像中直線在極坐標(biāo)系下的極角與極徑； (4)直線參數(shù)還原保持步驟(3)所求得的低分辨率圖像中直線的極角保持不 變的，將極徑擴(kuò)大兩倍便是所輸入的數(shù)字圖像中直線在極坐標(biāo)系下的極角與 極徑。
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明所涉及的一種數(shù)字圖像中直線的快速檢測(cè)方法不但具有抗干擾能力 強(qiáng)、對(duì)邊緣間斷不敏感等特性，還具有實(shí)時(shí)性好、占用內(nèi)存少等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用 于基于機(jī)器視覺(jué)的目標(biāo)邊緣特征檢測(cè)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所涉及的一種數(shù)字圖像中直線的快速檢測(cè)方法，可在數(shù)字信號(hào)處理系 統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。
圖像空間的一條直線/可由公式(1)所示的參數(shù)方程表示-
p = ;ccos<9+;vsin6> (OS"") (1) 其中，p為極徑，即坐標(biāo)原點(diǎn)0到直線/的距離；0為極角，即坐標(biāo)原點(diǎn)到
直線/的垂線與x軸正方向的夾角。 在硬件平臺(tái)上按照如下步驟進(jìn)行
(l)小波提升變換對(duì)輸入的數(shù)字圖像進(jìn)行一次小波提升變換，取其低頻分量構(gòu)
建低分辨率圖像。小波提升是一種更為快速有效的小波變換實(shí)現(xiàn)方法，被稱 為第二代小波變換。小波提升不依賴于傅立葉變換，它繼承了第一代小波的 多分辨率的特征，小波變換后的系數(shù)是整數(shù)，無(wú)需額外的內(nèi)存，可用本位操
作進(jìn)行運(yùn)算，能夠?qū)崿F(xiàn)任意圖像尺寸的小波變換。 一幅像素為Mx7V的圖像，
經(jīng)過(guò)一次小波提升后，取其低頻分量構(gòu)建低分辨率圖像，其像素為！x^;
2 2
而在原始圖像中任意一條用(1)式表示的直線，其在所構(gòu)建的低分辨率圖 像中，^保持不變，p縮短為原來(lái)的一半。此外，由于噪聲大多分布在圖像的高頻部分，因此基于小波提升所構(gòu)建的低分辨率圖像有效地抑制了高頻噪 聲。
(2) 二值化處理經(jīng)小波提升后的低分辨率圖像采用Prewitt算子進(jìn)行二值化處 理。Prewitt算子是一個(gè)3X3算子，其利用像素點(diǎn)上下、左右鄰域點(diǎn)灰度差 在邊緣處達(dá)到極值的特點(diǎn)來(lái)檢測(cè)圖像中物體的邊緣。
(3) 改進(jìn)的Hough變換檢測(cè)直線對(duì)二值化處理后的圖像運(yùn)用改進(jìn)的Hough變換提 取圖像中直線的特征信息，所采用的改進(jìn)的Hough變換的基本原理如下根 據(jù)Hough變換過(guò)程中"圖像空間中一條直線上的多個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)參數(shù)空間中一個(gè) 點(diǎn)"以及"兩點(diǎn)確定一條直線"的原理，按照從局部到整體的檢測(cè)順序，將 二值化后圖像空間中非零點(diǎn)映射到參數(shù)空間中具有較大存在概率的累加單 元，而不是所有可能的累加單元，統(tǒng)計(jì)參數(shù)空間累加器中的數(shù)值并與閾值相 比較，若大于閾值則認(rèn)為直線存在，該累加器的坐標(biāo)便是低分辨率圖像中直
線在極坐標(biāo)系下的極角與極徑。其具體步驟如下
a) 以非零點(diǎn)為基點(diǎn)確定子區(qū)域在二值圖像中順序搜索，將搜索到的圖像 中的第一個(gè)非零點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)J(;c。，h)，并順序選擇以^;c。,;;。)為起始點(diǎn) 的一個(gè)子區(qū)域/ (rxr個(gè)像素)；
b) 確定其他非零點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)所屬直線的參數(shù)在該子區(qū)域中順序搜索其他 的非零點(diǎn)B,.Oc,.，j;,.)，根據(jù)公式(2)計(jì)算每個(gè)非零點(diǎn)AOc,.,少,)與^c。,凡)所 屬直線的參數(shù)對(duì)(A,《)；
A =義,.cos《.+ _y,. sin《.
C)局部區(qū)域閾值比較設(shè)p的偏差范圍為^7， 0的偏差范圍為c^，統(tǒng)計(jì)每 個(gè)參數(shù)區(qū)間(p,+^7,《.+卵)中參數(shù)對(duì)的個(gè)數(shù)",，找出對(duì)應(yīng)參數(shù)個(gè)數(shù)最大 值《_的參數(shù)區(qū)間；設(shè)定閾值丄,，判斷l(xiāng)x與閾值^的關(guān)系，當(dāng)《_ ^丄,時(shí)，
并以參數(shù)(A，《)作為通過(guò)J(x。、v。)點(diǎn)的直線的參數(shù)，并跳轉(zhuǎn)至步驟d)，當(dāng)"max〈A時(shí)，則將^C。，凡)點(diǎn)清零，跳轉(zhuǎn)至步驟a);
d) 擴(kuò)展搜索范圍將搜索范圍擴(kuò)展至除子區(qū)域i (rxr個(gè)像素)以外的部
分，對(duì)檢測(cè)到的每個(gè)非零點(diǎn)C^，尺)，取《=《，根據(jù)公式(2)計(jì)算" 若輛足
(3)
則認(rèn)為C(&，;0屬于該直線，并在參數(shù)空間對(duì)該直線的累加器加l，然
后將C(X。，K)設(shè)為0;
e) 基準(zhǔn)點(diǎn)清零全圖搜索完畢后，將^&,;;。)點(diǎn)清零，跳轉(zhuǎn)至步驟a)重新 搜索，直到圖像中不再有非零點(diǎn)時(shí)結(jié)束；
f) 全局區(qū)域閾值比較統(tǒng)計(jì)參數(shù)空間中各累加器中的數(shù)值并與閾值丄2相比 較，若大于閾值則認(rèn)為直線存在；反之則認(rèn)為直線不存在。
(4)直線參數(shù)還原保持步驟(3)所求得的低分辨率圖像中直線的極角保持不
變，將極徑擴(kuò)大兩倍便是輸入的數(shù)字圖像中直線在極坐標(biāo)系下的極角與極 徑。
權(quán)利要求
1、一種數(shù)字圖像中直線的快速檢測(cè)方法，其特征在于在數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中按照下述步驟進(jìn)行(1)小波提升變換對(duì)輸入的數(shù)字圖像進(jìn)行一次小波提升變換，取其低頻分量構(gòu)建低分辨率圖像；(2)二值化處理對(duì)經(jīng)小波提升后的低分辨率圖像采用Prewitt算子進(jìn)行二值化處理；(3)采用改進(jìn)的Hough變換檢測(cè)直線對(duì)二值化處理后的圖像運(yùn)用改進(jìn)的Hough變換提取圖像中直線的特征信息，即直線在極坐標(biāo)系下的極角與極徑。與傳統(tǒng)的Hough變換相比，所采用的改進(jìn)的Hough變換的特征在于按照從局部到整體的檢測(cè)順序，將二值化后圖像空間中非零點(diǎn)映射到參數(shù)空間中具有較大存在概率的累加單元，而不是所有可能的累加單元，統(tǒng)計(jì)參數(shù)空間累加器中的數(shù)值并與閾值相比較，若大于閾值則認(rèn)為直線存在，該累加器的坐標(biāo)便是低分辨率圖像中直線在極坐標(biāo)系下的極角與極徑；(4)直線參數(shù)還原保持步驟(3)所求得的低分辨率圖像中直線的極角保持不變，將極徑擴(kuò)大兩倍便是所輸入的數(shù)字圖像中的直線在極坐標(biāo)系下的極角與極徑。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字圖像中直線的快速檢測(cè)方法，其特 征在于該檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)的步驟依次包括小波提升變換、二值化處理、 釆用改進(jìn)的Hough變換檢測(cè)直線、直線參數(shù)還原。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字圖像中直線的快速檢測(cè)方法，其特 征在于所采用的改進(jìn)的Hough變換與傳統(tǒng)的Hough變換相比的改進(jìn)如 下按照從局部到整體的檢測(cè)順序，將二值化后圖像空間中非零點(diǎn)映射 到參數(shù)空間中具有較大存在概率的累加單元，而不是所有可能的累加單 元，統(tǒng)計(jì)參數(shù)空間累加器中的數(shù)值并與閾值相比較，若大于閾值則認(rèn)為 直線存在，該累加器的坐標(biāo)便是低分辨率圖像中直線在極坐標(biāo)系下的極 角與極徑。
4、 如權(quán)利要求3所述的改進(jìn)的Hough變換，其特征在于其實(shí)現(xiàn)步驟依次包括以非零點(diǎn)為基點(diǎn)確定子區(qū)域、確定其他非零點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)所屬直線的參數(shù)、局部區(qū)域閾值比較、擴(kuò)展搜索范圍、基準(zhǔn)點(diǎn)清零、全局 區(qū)域閾值比較。
5、如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字圖像中直線的快速檢測(cè)方法，其特 征在于應(yīng)用于基于機(jī)器視覺(jué)的目標(biāo)邊緣檢測(cè)。
全文摘要
一種數(shù)字圖像中直線的快速檢測(cè)方法，該方法主要包括小波提升變換、二值化處理、采用改進(jìn)的Hough變換檢測(cè)直線、直線參數(shù)還原等步驟，可快速地從數(shù)字圖像中提取直線的特征信息；該方法不但具有抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)邊緣間斷不敏感等特性，還具有實(shí)時(shí)性好、占用內(nèi)存少等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于基于機(jī)器視覺(jué)的目標(biāo)邊緣特征檢測(cè)。
文檔編號(hào)G06T7/60GK101645172SQ20091009228
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者霄 羅, 羅慶生, 趙小川, 威 郅, 陳少波, 韓寶玲 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)