用于检测数字图像中的圆的方法和系统技术方案

用于圆的霍夫变换可以用下列方式来实施：通过基于对关注的线投票的相应线中的边缘像素连续识别图像的每条线中的中心候选者而避免对霍夫累加器阵列的随机存取。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】用于圆的霍夫变换可以用下列方式来实施：通过基于对关注的线投票的相应线中的边缘像素连续识别图像的每条线中的中心候选者而避免对霍夫累加器阵列的随机存取。【专利说明】用于圆的霍夫变换
本专利技术大致涉及用于检测图像中的圆的系统和方法，且更具体地涉及用于圆的霍夫变换。
技术介绍
圆形物体的检测对于许多实际应用很重要。例如，其用于诸如自动装配和检验的工业应用中，其中许多组件的形状是圆的。此外，其可用于自动检测在多数欧洲和亚洲国家是圆形的交通标志。圆检测还可用于生物计量应用中，所述应用用于虹膜识别以定位虹膜的内边界和外边界。一种流行的用于圆检测的图像分析技术是用于圆的霍夫变换。霍夫变换产生图像中线的参数表示；其将实际空间中的图像(其通常以笛卡尔空间坐标为函数指定图像值(例如，亮度和色彩))映射至被适于关注线或曲线的参数横跨的霍夫空间。例如，二维图像中的直线可被映射至二维参数空间上，指定其从坐标系原点的方向和距离且二维图像中的圆可被映射至三维参数空间上，指定圆的中心坐标和半径。在用于圆的霍夫变换(也被称作标准霍夫变换或SHT)的简单实施中，维持被圆心(xc, y。)和半径r横跨的霍夫空间的三维累加器阵列，且对应于边缘(即，图像参数(诸如亮度、色彩或深度)经历离散变化的线)的实际空间图像中的像素被解析以通过使针对各自元素存储的计数器递增而给累加器阵列的元素“投票”。在最简单的实施方案中，各边缘像素给对应于包括所述像素的潜在圆的所有累加器阵列元素“投票”:例如，查找具有范围从rmin至rmax的半径的圆，具有坐标(X，y)的边缘像素给满足等式(x-x。)2+(y_y。)2=r2 (其中rfflin≤r≤rfflax)的累加器阵列中的所有元素(x。，y。，r)投票。每个边缘像素因此将被映射至霍夫参数空间中的锥形截 面上。对于位于实际空间中(即，原始图像中)的相同圆上的边缘点，这些锥形截面在单个点上相交。因此可通过查找累加器阵列中的局部最大值而识别圆。用于圆的SHT需要针对霍夫累加器阵列的大量执行时间和大存储器，其通常妨碍阵列存储在微处理器或微控制器的内部存储器中。此外，其需频繁随机存取累加器阵列，阻碍将直接存储器存取(DMA )及缓存用于典型的嵌入式微控制器和数字信号处理器(DSP)。因此，已提出减小处理和存储器要求的对SHT的不同修改。例如，利用对图像中边缘方向的了解，边缘像素所投票的累加器阵列元素的数量可减至对应于垂直于边缘的线上(或在所述线周围的区域中，以考虑边缘方向的不准确估计)的圆心的那些元素。此外，取代使用三维累加器阵列，可连续使用二维或更低维度阵列。例如，一些技术分两个步骤来检测圆:第一步骤是识别可能的中心且第二步骤是估计每个中心的半径。虽然这些修改可改进霍夫变换算法的性能，但是其通常不足以促进在本地存储器中缓冲累加器阵列。此外，当图像中存在同心圆或弧时，如现有技术中使用的两步骤算法无法高效运行。因此，亟需进一步减小存储器要求和/或执行时间的稳健技术。
技术实现思路
本专利技术提供用于圆和/或弧的基于霍夫变换的检测的系统和方法，其减少或消除对累加器阵列的随机存取并且由此缩短执行时间。不同实施方案采用两步骤方法，其中第一步，确定圆的中心坐标且第二步，估计对应于每个中心的半径。与现有技术方法不同，第一步骤无需解析所有边缘像素(例如，以所有边缘像素存储在边缘像素缓冲区中的顺序)及针对每个像素确定所述像素所投票的二维累加器阵列中的元素，投票将需要连续存取累加器阵列中的随机位置。而且，其涉及针对潜在的中心候选者逐条线搜索图像。识别特定线中的中心候选者可包括识别对所述特定线(其数量通常明显比图像中的总线数少)投票的边缘像素的线、解析所识别的边缘像素线以对可能的中心的一维累加器阵列投票并及确定对应于中心候选者的一维累加器阵列的最大值。在许多实施方案中，一维累加器阵列适于本地存储器(例如，缓存)并且可被再使用于连续的中心像素线。在一些实施方案中，投票步骤之前是过滤步骤，其共同分析边缘像素线(不考虑个别边缘像素)以确定其中的边缘像素总数并且基于这个总数消除未超过指定阈值的中心像素线；这个步骤可显著减小投票步骤中的计算总数。过滤步骤和投票步骤都可利用不同的各自边缘方向的柱条(bin)中边缘像素的存储及/或利用X坐标的单独缓冲区中边缘像素坐标的表示和每条线中的边缘像素的数量。这些特征可提供附加效率增益并且进一步减小存储器要求。因此，在第一方面中，本专利技术涉及一种用于检测数字图像中的圆的方法。所述方法涉及计算检测图像中的边缘像素和基于与像素相关的边缘角在多个边缘缓冲区中存储检测到的边缘像素的坐标信息。多个边缘缓冲区的每一个可仅存储边缘像素的边缘方向在与所述缓冲区相关的边缘方向的柱条内的边缘像素的坐标信息。共同地，多个边缘缓冲区可提供用于所有可能边缘方向的柱条。在一些实施方案中，坐标信息被存储在针对每个边缘角的两个一维边缘缓冲区中:第一边缘缓冲区存储边缘像素的水平位置，且第二缓冲区存储与图像的每条线相关的边缘像素的累加总数(即，在达到且包括所讨论的线的线中检测到的边缘像素的总数)。该方法还包括在图像的一条或多条所选线中连续计算识别具有在指定范围内的半径的圆心。这个步骤涉及(i )针对每个边缘角，识别与所选线的距离在半径的指定范围内的边缘像素的线；(ii)解析所识别的边缘像素的线且至少部分基于边缘角和检测到的边缘像素的坐标信息累加来自边缘像素对所选线的投票及(iii)至少部分基于累加投票识别所选线中的中心(及任选地还基于投票阈值和/或圆心的指定总数)。在一些实施方案中，以此方式处理图像的所有线。在其它实施方案中，在识别子集中的每条线的中心之前，通过消除与图像的所述线的距离在半径的指定范围内的边缘像素的各自线内的边缘像素的累加数低于指定正数个边缘方向(例如，一个、两个或更多个边缘方向)的指定阈值的图像的线而选择线的子集。在一些实施方案中，在一维累加器缓冲区中累加边缘像素对所选线的投票；这个缓冲区可连续再使用于所有所选线。解析针对图像的所选线的所识别的边缘像素线可包括迭代指定范围内的半径并且针对每个迭代确定边缘像素的相关线。所识别的边缘像素的线随后可被解析以通过计算与每个像素相关的中心坐标及递增用于中心坐标的计数器而累加对图像的所选线的投票。在一些实施方案中，该方法还包括针对每个所识别的圆心，通过针对所有边缘角、针对在指定范围内的半径累加来自边缘像素的投票及识别累加投票的最大值而确定相关半径。在第二个方面中，本专利技术提供一种用于检测包括所存储的像素阵列的数字图像中的圆的系统。该系统包括存储器，其用于基于与像素相关的边缘角在多个边缘缓冲区中存储图像中的边缘像素的坐标信息。如上所述，坐标信息可存储在用于每个边缘角的两个一维边缘缓冲区中(其分别存储边缘像素的水平位置和边缘像素的累加总数)，且边缘缓冲区可共同提供用于所有可能的边缘方向的柱条，每个个别缓冲区仅存储边缘像素的边缘方向在与所述缓冲区相关的柱条内的边缘像素的坐标信息。该系统还包括处理器，其被配置来在图像的一条或多条所选线的每一条中连续及以上述方式基于所存储的坐标信息(和任选地基于投票阈值或圆心的指定总数)识别具有指定范围内的半径的圆心。处理器还可被配置来检测图像中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测数字图像中的圆的方法，所述方法包括：（a）计算检测图像中的边缘像素和基于与所述像素相关的边缘角在多个边缘缓冲区中存储所述检测到的边缘像素的坐标信息；和（b）在所述图像的至少一条所选线的每一条中通过下列步骤连续计算识别具有在指定范围内的半径的圆心：（i）针对每个边缘角识别与所述所选线的距离在半径的所述指定范围内的所述边缘像素线；（ii）解析所述所识别的边缘像素线，且至少部分基于所述边缘角及所述检测到的边缘像素的所述坐标信息累加来自所述边缘像素对所述所选线的投票；以及（iii）至少部分基于所述累加投票识别所述所选线中的所述中心。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B·波伊勒，A·M·斯里帕达拉奥，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US