專利名稱：旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的中心與旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺中的圖像特征自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域，特別是數(shù)字圖像中旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的中心與旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性是計(jì)算機(jī)視覺形狀分析中的一類重要結(jié)構(gòu)屬性。在目標(biāo)識(shí)別中，具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性的目標(biāo)一般具有重復(fù)的旋轉(zhuǎn)單元和旋轉(zhuǎn)中心，是一類具有典型特征的目標(biāo)群。旋轉(zhuǎn)單元和旋轉(zhuǎn)中心提供了重要的形狀信息以便于目標(biāo)的識(shí)別和描述。近些年，一些方法被提出用以旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的檢測(cè)。Yip等利用Hough變換[1-2]實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形中心定位及旋轉(zhuǎn)角的檢測(cè)(參考文獻(xiàn)[l]R.K.K.Yip，A houghtransform technique for the detection of parallel projectedrotational symmetry,Pattern Recognition Letters20 (1999)991-1004 ; [2]R.Κ.K.Yipa，W.C.Y.Lamb,P. K. S. Tama, D. N. K. Leungb.A Hough transformtechnique for the detection ofrotational symmetry. Pattern Recognition Letters, 15(1994)919-928 ； [3]R. Κ. K. Yip.Genetic Fourier descriptor for thedetection of rotational symmetry.1mage andVision Computing25(2007) 148-154)。該方法利用旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的特性，分三步實(shí)現(xiàn)(I)搜索圖像中等間距出現(xiàn)的點(diǎn)對(duì)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形上任一點(diǎn)對(duì)連線的垂直平分線交叉于旋轉(zhuǎn)中心這一特性，計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)被通過(guò)的次數(shù)獲得2維累加矩陣，對(duì)該矩陣進(jìn)行局部極大值檢測(cè)以確定旋轉(zhuǎn)中心的位置；(2)利用對(duì)中心點(diǎn)有貢獻(xiàn)的點(diǎn)對(duì)計(jì)算旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的旋轉(zhuǎn)角；(3)根據(jù)獲得的旋轉(zhuǎn)中心和旋轉(zhuǎn)角驗(yàn)證旋轉(zhuǎn)圖形的存在。該方法對(duì)圖形遮擋和噪音具有一定的魯棒性，但由于采用投票的方式，計(jì)算量較大，計(jì)算效率較低。此外，基于基因算法的傅立葉描述子[3]也被用于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的檢測(cè)。針對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)方法中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種新的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形中心與旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)方法。該方法利用旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形具有重復(fù)旋轉(zhuǎn)單元這一特性，計(jì)算圖像中任一點(diǎn)在(0,180° ]范圍內(nèi)各角度處的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量，取其最大值作為該點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量，而以最大值對(duì)應(yīng)的角度值作為該點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)角，從而獲得圖像的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖和旋轉(zhuǎn)角分布圖；檢測(cè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖上的局部極大值點(diǎn)，以獲得圖像中旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的中心點(diǎn)位置；在旋轉(zhuǎn)角分布圖上中心點(diǎn)所在位置處的值即為以該點(diǎn)為中心的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的旋轉(zhuǎn)角。該方法利用旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的幾何特性，相比于現(xiàn)有的方法，不需要進(jìn)行大量的投票或引入復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，計(jì)算效率較高且易于實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)數(shù)字圖像中旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的檢測(cè)問(wèn)題，提出一種旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的中心與旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)方法。為了實(shí)現(xiàn)本目的，本發(fā)明提出的數(shù)字圖像中旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的中心與旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)方法，包括步驟步驟1:計(jì)算圖像中任一點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量與旋轉(zhuǎn)角，獲得圖像的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖和旋轉(zhuǎn)角分布圖；步驟2 :在閾值范圍內(nèi)，在圖像的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖上檢測(cè)局部極大值點(diǎn)，所述局部極大值點(diǎn)即為圖像中旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的旋轉(zhuǎn)中心；步驟3 :根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)中心確定旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的旋轉(zhuǎn)角。本發(fā)明還提出了一種數(shù)字圖像中旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的中心與旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置，其包括計(jì)算圖像中任一點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量與旋轉(zhuǎn)角，獲得圖像的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖和旋轉(zhuǎn)角分布圖的裝置；在閾值范圍內(nèi)，在圖像的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖上檢測(cè)局部極大值點(diǎn)的裝置，其中所述局部極大值點(diǎn)即為圖像中旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的旋轉(zhuǎn)中心的裝置；根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)中心確定旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的旋轉(zhuǎn)角的裝置。本發(fā)明提出的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形中心與旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)方法，主要利用該類圖形具有重復(fù)旋轉(zhuǎn)單元這一特性，定義圖像中任一位置處的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量和旋轉(zhuǎn)角，獲得圖像的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖和旋轉(zhuǎn)角分布圖；在此基礎(chǔ)上，通過(guò)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖上的局部極大值點(diǎn)，獲得圖像中旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的中心點(diǎn)位置，并利用旋轉(zhuǎn)角分布圖確定圖像中旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角。本發(fā)明提供的方法運(yùn)算簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，且計(jì)算效率較高。


圖1為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的中心與旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)方法流程圖。圖2為本發(fā)明中計(jì)算任一點(diǎn)關(guān)于角度Θ的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量的示意圖。圖3中，(a)為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例中使用的原始圖像；(b)為利用Canny算子在(a)上獲得的邊緣圖；(c)為本發(fā)明提供的方法在圖像(a)上獲得的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖及檢測(cè)獲得的3個(gè)局部極大值點(diǎn)；(d)為本發(fā)明提供的方法在(a)上檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的中心及其旋轉(zhuǎn)角。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的中心與旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)方法流程圖。該檢測(cè)方法包括采集圖像并輸入計(jì)算機(jī)、計(jì)算圖像的邊緣圖、計(jì)算圖像的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖和旋轉(zhuǎn)角分布圖、閾值約束下在圖像的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖上檢測(cè)局部極大值點(diǎn)、在旋轉(zhuǎn)角分布圖上確定任一局部極大值點(diǎn)處的值，即對(duì)應(yīng)于以該極大值點(diǎn)為中心的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的旋轉(zhuǎn)角。各步驟的具體實(shí)施細(xì)節(jié)如下步驟S1:采集圖像并輸入計(jì)算機(jī)。步驟S2 :利用Canny邊緣檢測(cè)算子計(jì)算圖像的邊緣圖，獲得該圖像的所有邊緣點(diǎn)Pi Ui，Yi)。步驟S3 :計(jì)算圖像中任一點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量和旋轉(zhuǎn)角，獲得圖像的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖和旋轉(zhuǎn)角分布圖。具體包括以下幾個(gè)步驟步驟S31 :對(duì)于圖像中任一點(diǎn)X(x，y)，指定一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度θ，Θ e (0,180° ]，計(jì)算點(diǎn)X關(guān)于角度Θ的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量E (X，0)，具體步驟為①指定一個(gè)圓形鄰域G (X，r) = {q|0彡| | X_q | | ^ r}作為點(diǎn)X的支撐區(qū)域，其中q為該圓形鄰域中的任意一點(diǎn)，r為圓形鄰域半徑；②分別以點(diǎn)X、水平方向、垂直方向?yàn)樵c(diǎn)、X軸、y軸建立直角坐標(biāo)系，將點(diǎn)X關(guān)于角度Θ的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量E (X，Θ)初始化為O;③記G(X,r)內(nèi)的任一邊緣點(diǎn)為Pi (Xi, y) , i = I,. . . , η, η為G(X, r)內(nèi)邊緣點(diǎn)的個(gè)數(shù)，利用 X' i = round (XiCos Θ -yjsin θ ), y' ^ = round (XiSin Θ +yjcos θ )計(jì)算點(diǎn) Pi (Xi,yi)繞點(diǎn)X逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)Θ角的對(duì)應(yīng)點(diǎn)P' i(x' i，y' i)，其中round( ·)表示四舍五入取整；如果G(X，r)內(nèi)存在邊緣點(diǎn)Pj滿足IlPj-P'< Δ , j = l，...，n^l^^E(X，Θ)累加1，其中Λ的取值范圍為2 3 ;④利用步驟③對(duì)G(X，r)內(nèi)的所有邊緣點(diǎn)進(jìn)行處理，獲得點(diǎn)X關(guān)于角度Θ的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量E (X，Θ)。步驟S32:計(jì)算點(diǎn)X處的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字圖像中旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的中心與旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)方法，其特征在于，包括步驟 步驟1:計(jì)算圖像中任一點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量與旋轉(zhuǎn)角，獲得圖像的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖和旋轉(zhuǎn)角分布圖； 步驟2:在閾值范圍內(nèi)，在圖像的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖上檢測(cè)局部極大值點(diǎn)，所述局部極大值點(diǎn)即為圖像中旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的旋轉(zhuǎn)中心； 步驟3 :根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)中心確定旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的旋轉(zhuǎn)角。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟I具體包括 步驟11 :對(duì)于圖像中任一點(diǎn)X(x，y)，指定一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度0，0 G (0,180° ]，計(jì)算點(diǎn)X關(guān)于角度9的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量E (X，0)； 步驟12 :計(jì)算點(diǎn)X(x，y)處的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量A’(l) =,E(X, 0 )取得最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的角度稱為點(diǎn)X處的旋轉(zhuǎn)角，記為O (X)； 步驟13 :根據(jù)步驟12計(jì)算出的圖像中各點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量和旋轉(zhuǎn)角，獲得圖像的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖E和旋轉(zhuǎn)角分布圖O。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟11具體包括 ①指定一個(gè)圓形鄰域G(X，r) = {q|0彡||X_q||彡r}作為點(diǎn)X的支撐區(qū)域，其中q為該圓形鄰域中的任意一點(diǎn)，r為圓形鄰域半徑； ②分別以點(diǎn)X、水平方向、垂直方向?yàn)樵c(diǎn)、X軸、y軸建立直角坐標(biāo)系，將點(diǎn)X關(guān)于角度9的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量E (X，0 )初始化為0 ; ③記G(X,r)內(nèi)的任一邊緣點(diǎn)為PiUi, y) , i = I, . . . , n, n為G(X, r)內(nèi)邊緣點(diǎn)的個(gè)數(shù)，利用 X' i = round(XiCos 0 IiSin 0 ), y' j = round(XiSin 0 +YiCos 0 )計(jì)算點(diǎn) Pi (Xi,yi)繞點(diǎn)X逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)0角的對(duì)應(yīng)點(diǎn)P' i(x' i； j' i),其中round( )表示四舍五入取整；如果G(X，r)內(nèi)存在邊緣點(diǎn)Pj滿足IlPj-P'< A , j = 1，...，11，則對(duì)￡仏0)累加I ; ④利用步驟③對(duì)G(X，r)內(nèi)的所有邊緣點(diǎn)進(jìn)行處理，獲得點(diǎn)X關(guān)于角度0的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量 E(X，0)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟13中獲得旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖E和旋轉(zhuǎn)角對(duì)稱分布圖O的過(guò)程具體如下 生成一幅與原始圖像大小相同的圖像，坐標(biāo)U，y)處的值為E(X)，由此獲得該圖像的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖E ;并以同樣的方式，獲得該圖像的旋轉(zhuǎn)角分布圖O。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖E和旋轉(zhuǎn)角對(duì)稱分布圖O中任意一點(diǎn)的顏色灰度值分別代表所述對(duì)稱能量值和旋轉(zhuǎn)角的相對(duì)大小。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2具體包括 計(jì)算閾值T = k Mean(E)，其中Mean(E)表示步驟I獲得的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖E上各點(diǎn)X所對(duì)應(yīng)的對(duì)稱能量的均值，比例系數(shù)k的取值預(yù)先確定，在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖E上檢測(cè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量值大于T且在預(yù)先確定的局部鄰域內(nèi)為最大值的點(diǎn)，則該點(diǎn)即為局部極大值點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3具體為對(duì)于步驟2獲得的任一局部極大值點(diǎn)Ck，k = 1，2，. . .，m，m為局部極大值點(diǎn)的個(gè)數(shù)，在旋轉(zhuǎn)角分布圖上Ck位置處的值即為以Ck為中心的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的旋轉(zhuǎn)角o (Ck)。
8.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述△的取值范圍為2 3。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述比例系數(shù)k的取值范圍為2 5。
10.一種數(shù)字圖像中旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的中心與旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置，其包括 計(jì)算圖像中任一點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量與旋轉(zhuǎn)角，獲得圖像的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖和旋轉(zhuǎn)角分布圖的裝置； 在閾值范圍內(nèi)，在圖像的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖上檢測(cè)局部極大值點(diǎn)的裝置，其中所述局部極大值點(diǎn)即為圖像中旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的旋轉(zhuǎn)中心； 根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)中心確定旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的旋轉(zhuǎn)角的裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字圖像中旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的中心與旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)方法，包括采集圖像并輸入計(jì)算機(jī)、計(jì)算圖像的邊緣圖、計(jì)算圖像的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖和旋轉(zhuǎn)角分布圖、閾值約束下在圖像的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱能量分布圖上檢測(cè)局部極大值點(diǎn)、在旋轉(zhuǎn)角分布圖上確定任一局部極大值點(diǎn)位置處的值，即對(duì)應(yīng)于以該極大值點(diǎn)為中心的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形的旋轉(zhuǎn)角。本發(fā)明提供的方法運(yùn)算簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，且計(jì)算效率較高。
文檔編號(hào)G06T3/20GK103034998SQ20121051483
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者郝銀星, 譚湘敏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所