專利名稱：旋轉對稱圖形的中心與旋轉角檢測方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及計算機視覺中的圖像特征自動檢測領域，特別是數字圖像中旋轉對稱圖形的中心與旋轉角檢測方法。
背景技術：
旋轉對稱性是計算機視覺形狀分析中的一類重要結構屬性。在目標識別中，具有旋轉對稱性的目標一般具有重復的旋轉單元和旋轉中心，是一類具有典型特征的目標群。旋轉單元和旋轉中心提供了重要的形狀信息以便于目標的識別和描述。近些年，一些方法被提出用以旋轉對稱圖形的檢測。Yip等利用Hough變換[1-2]實現旋轉對稱圖形中心定位及旋轉角的檢測(參考文獻[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)。該方法利用旋轉對稱圖形的特性，分三步實現(I)搜索圖像中等間距出現的點對，根據旋轉對稱圖形上任一點對連線的垂直平分線交叉于旋轉中心這一特性，計算每個像素點被通過的次數獲得2維累加矩陣，對該矩陣進行局部極大值檢測以確定旋轉中心的位置；(2)利用對中心點有貢獻的點對計算旋轉對稱圖形的旋轉角；(3)根據獲得的旋轉中心和旋轉角驗證旋轉圖形的存在。該方法對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，計算量較大，計算效率較低。此外，基于基因算法的傅立葉描述子[3]也被用于旋轉對稱圖形的檢測。針對現有檢測方法中存在的問題，本發明提出一種新的旋轉對稱圖形中心與旋轉角檢測方法。該方法利用旋轉對稱圖形具有重復旋轉單元這一特性，計算圖像中任一點在(0,180° ]范圍內各角度處的旋轉對稱能量，取其最大值作為該點的旋轉對稱能量，而以最大值對應的角度值作為該點的旋轉角，從而獲得圖像的旋轉對稱能量分布圖和旋轉角分布圖；檢測旋轉對稱能量分布圖上的局部極大值點，以獲得圖像中旋轉對稱圖形的中心點位置；在旋轉角分布圖上中心點所在位置處的值即為以該點為中心的旋轉對稱圖形的旋轉角。該方法利用旋轉對稱圖形的幾何特性，相比于現有的方法，不需要進行大量的投票或引入復雜的數學計算，計算效率較高且易于實現。
發明內容
本發明針對數字圖像中旋轉對稱圖形的檢測問題，提出一種旋轉對稱圖形的中心與旋轉角檢測方法。為了實現本目的，本發明提出的數字圖像中旋轉對稱圖形的中心與旋轉角檢測方法，包括步驟步驟1:計算圖像中任一點的旋轉對稱能量與旋轉角，獲得圖像的旋轉對稱能量分布圖和旋轉角分布圖；步驟2 :在閾值范圍內，在圖像的旋轉對稱能量分布圖上檢測局部極大值點，所述局部極大值點即為圖像中旋轉對稱圖形的旋轉中心；步驟3 :根據所述旋轉中心確定旋轉對稱圖形的旋轉角。本發明還提出了一種數字圖像中旋轉對稱圖形的中心與旋轉角檢測裝置，其包括計算圖像中任一點的旋轉對稱能量與旋轉角，獲得圖像的旋轉對稱能量分布圖和旋轉角分布圖的裝置；在閾值范圍內，在圖像的旋轉對稱能量分布圖上檢測局部極大值點的裝置，其中所述局部極大值點即為圖像中旋轉對稱圖形的旋轉中心的裝置；根據所述旋轉中心確定旋轉對稱圖形的旋轉角的裝置。本發明提出的旋轉對稱圖形中心與旋轉角檢測方法，主要利用該類圖形具有重復旋轉單元這一特性，定義圖像中任一位置處的旋轉對稱能量和旋轉角，獲得圖像的旋轉對稱能量分布圖和旋轉角分布圖；在此基礎上，通過檢測旋轉對稱能量分布圖上的局部極大值點，獲得圖像中旋轉對稱圖形的中心點位置，并利用旋轉角分布圖確定圖像中旋轉對稱圖形對應的旋轉角。本發明提供的方法運算簡單、易于實現，且計算效率較高。
圖1為本發明旋轉對稱圖形的中心與旋轉角檢測方法流程圖。圖2為本發明中計算任一點關于角度Θ的旋轉對稱能量的示意圖。圖3中，(a)為本發明一優選實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)為本發明提供的方法在圖像(a)上獲得的旋轉對稱能量分布圖及檢測獲得的3個局部極大值點；(d)為本發明提供的方法在(a)上檢測的旋轉對稱圖形的中心及其旋轉角。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。如圖1所示為本發明旋轉對稱圖形的中心與旋轉角檢測方法流程圖。該檢測方法包括采集圖像并輸入計算機、計算圖像的邊緣圖、計算圖像的旋轉對稱能量分布圖和旋轉角分布圖、閾值約束下在圖像的旋轉對稱能量分布圖上檢測局部極大值點、在旋轉角分布圖上確定任一局部極大值點處的值，即對應于以該極大值點為中心的旋轉對稱圖形的旋轉角。各步驟的具體實施細節如下步驟S1:采集圖像并輸入計算機。步驟S2 :利用Canny邊緣檢測算子計算圖像的邊緣圖，獲得該圖像的所有邊緣點Pi Ui，Yi)。步驟S3 :計算圖像中任一點的旋轉對稱能量和旋轉角，獲得圖像的旋轉對稱能量分布圖和旋轉角分布圖。具體包括以下幾個步驟步驟S31 :對于圖像中任一點X(x，y)，指定一個旋轉角度θ，Θ e (0,180° ]，計算點X關于角度Θ的旋轉對稱能量E (X，0)，具體步驟為①指定一個圓形鄰域G (X，r) = {q|0彡| | X_q | | ^ r}作為點X的支撐區域，其中q為該圓形鄰域中的任意一點，r為圓形鄰域半徑；②分別以點X、水平方向、垂直方向為原點、X軸、y軸建立直角坐標系，將點X關于角度Θ的旋轉對稱能量E (X，Θ)初始化為O;③記G(X,r)內的任一邊緣點為Pi (Xi, y) , i = I,. . . , η, η為G(X, r)內邊緣點的個數，利用 X' i = round (XiCos Θ -yjsin θ ), y' ^ = round (XiSin Θ +yjcos θ )計算點 Pi (Xi,yi)繞點X逆時針旋轉Θ角的對應點P' i(x' i，y' i)，其中round( ·)表示四舍五入取整；如果G(X，r)內存在邊緣點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G(X，r)內的所有邊緣點進行處理，獲得點X關于角度Θ的旋轉對稱能量E (X，Θ)。步驟S32:計算點X處的旋轉對稱能量
權利要求
1.一種數字圖像中旋轉對稱圖形的中心與旋轉角檢測方法，其特征在于，包括步驟 步驟1:計算圖像中任一點的旋轉對稱能量與旋轉角，獲得圖像的旋轉對稱能量分布圖和旋轉角分布圖； 步驟2:在閾值范圍內，在圖像的旋轉對稱能量分布圖上檢測局部極大值點，所述局部極大值點即為圖像中旋轉對稱圖形的旋轉中心； 步驟3 :根據所述旋轉中心確定旋轉對稱圖形的旋轉角。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟I具體包括 步驟11 :對于圖像中任一點X(x，y)，指定一個旋轉角度0，0 G (0,180° ]，計算點X關于角度9的旋轉對稱能量E (X，0)； 步驟12 :計算點X(x，y)處的旋轉對稱能量A’(l) =,E(X, 0 )取得最大值時對應的角度稱為點X處的旋轉角，記為O (X)； 步驟13 :根據步驟12計算出的圖像中各點的旋轉對稱能量和旋轉角，獲得圖像的旋轉對稱能量分布圖E和旋轉角分布圖O。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟11具體包括 ①指定一個圓形鄰域G(X，r) = {q|0彡||X_q||彡r}作為點X的支撐區域，其中q為該圓形鄰域中的任意一點，r為圓形鄰域半徑； ②分別以點X、水平方向、垂直方向為原點、X軸、y軸建立直角坐標系，將點X關于角度9的旋轉對稱能量E (X，0 )初始化為0 ; ③記G(X,r)內的任一邊緣點為PiUi, y) , i = I, . . . , n, n為G(X, r)內邊緣點的個數，利用 X' i = round(XiCos 0 IiSin 0 ), y' j = round(XiSin 0 +YiCos 0 )計算點 Pi (Xi,yi)繞點X逆時針旋轉0角的對應點P' i(x' i； j' i),其中round( )表示四舍五入取整；如果G(X，r)內存在邊緣點Pj滿足IlPj-P'< A , j = 1，...，11，則對￡仏0)累加I ; ④利用步驟③對G(X，r)內的所有邊緣點進行處理，獲得點X關于角度0的旋轉對稱能量 E(X，0)。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟13中獲得旋轉對稱能量分布圖E和旋轉角對稱分布圖O的過程具體如下 生成一幅與原始圖像大小相同的圖像，坐標U，y)處的值為E(X)，由此獲得該圖像的旋轉對稱能量分布圖E ;并以同樣的方式，獲得該圖像的旋轉角分布圖O。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述旋轉對稱能量分布圖E和旋轉角對稱分布圖O中任意一點的顏色灰度值分別代表所述對稱能量值和旋轉角的相對大小。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2具體包括 計算閾值T = k Mean(E)，其中Mean(E)表示步驟I獲得的旋轉對稱能量分布圖E上各點X所對應的對稱能量的均值，比例系數k的取值預先確定，在旋轉對稱能量分布圖E上檢測旋轉對稱能量值大于T且在預先確定的局部鄰域內為最大值的點，則該點即為局部極大值點。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3具體為對于步驟2獲得的任一局部極大值點Ck，k = 1，2，. . .，m，m為局部極大值點的個數，在旋轉角分布圖上Ck位置處的值即為以Ck為中心的旋轉對稱圖形的旋轉角o (Ck)。
8.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述△的取值范圍為2 3。
9.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述比例系數k的取值范圍為2 5。
10.一種數字圖像中旋轉對稱圖形的中心與旋轉角檢測裝置，其包括 計算圖像中任一點的旋轉對稱能量與旋轉角，獲得圖像的旋轉對稱能量分布圖和旋轉角分布圖的裝置； 在閾值范圍內，在圖像的旋轉對稱能量分布圖上檢測局部極大值點的裝置，其中所述局部極大值點即為圖像中旋轉對稱圖形的旋轉中心； 根據所述旋轉中心確定旋轉對稱圖形的旋轉角的裝置。
全文摘要
本發明公開了一種數字圖像中旋轉對稱圖形的中心與旋轉角檢測方法，包括采集圖像并輸入計算機、計算圖像的邊緣圖、計算圖像的旋轉對稱能量分布圖和旋轉角分布圖、閾值約束下在圖像的旋轉對稱能量分布圖上檢測局部極大值點、在旋轉角分布圖上確定任一局部極大值點位置處的值，即對應于以該極大值點為中心的旋轉對稱圖形的旋轉角。本發明提供的方法運算簡單、易于實現，且計算效率較高。
文檔編號G06T3/20GK103034998SQ20121051483
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者郝銀星, 譚湘敏 申請人:中國科學院自動化研究所