专利名称：基于径向叠加及对称性判别的圆形结构图像边缘检测方法
技术领域：
本发明属于图像边缘检测技术领域，特别涉及一种基于径向叠加及对称性判别的圆形结构图像边缘检测方法。
背景技术：
圆形图像或近似圆形图形的边缘检测及直径测量有广泛的用途，如眼科临床检测中，通过相机对眼睛表面成像，通过图像处理的方法确定瞳孔的中心位置及直径、对虹膜的边缘进行检测确定白到白的距离及中心位置等。常用的边缘检测的方法是通过比较边界灰度的变化特性确定边界，这种方法对于边界明显的情况效果比较好，但是对于不具有明显边界的情况，如虹膜的边缘就会产生较大的误差。中国专利文献公开了名称为“瞳孔检测装置和虹膜认证装置”，公开号为:CN101317754、CN1805702、CN1805701、CN1842819、CN1805703、CN1842818。它是通过把图像沿多个同心圆相加，检测环圆周积分值相对于圆周半径阶跃性变化的方法确定瞳孔和虹膜的中心位置，这种方法的优点是以环圆周积分值进行边缘判断，可以克服局部差异的影响，但是环圆周积分的方法导致计算量比较大，同时，环圆周积分值对圆周中心的变化不敏感，当圆形结构图像的局部被污染时，误差较大。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于径向叠加及对称性判别的圆形结构图像边缘检测方法，它为圆形图像、近似圆形图像提供了一种中心确定、边缘识别及直径计算的方法。本发明所提出的技术解决方案是这样的:
一种基于径向叠加及对称性判别的圆形结构图像边缘检测方法，该方法包括如下步
骤:
(1)圆形结构圆心的水平坐标的确定:首先，以预设点为圆形结构假定的圆心，在图像上沿水平方向对称地选取两个扇形区域，把两个扇形区域分别分解成沿径向分布的一维数据并进行叠加，形成两个一维数据序列，计算两个一维数据序列的互相关；然后，沿水平方向改变假定圆心的位置，重复以上过程，根据圆形结构的对称性，当两个一维数据序列的零偏移互相关为最大时，对应的假定圆心水平坐标即为圆形结构圆心的水平坐标；
(2)圆形结构圆心的竖直坐标的确定:以步骤(I)确定的圆形结构圆心水平坐标值和预设点的竖直方向坐标值，作为圆形结构假定的圆心，在图像上沿竖直方向对称地选取两个扇形区域，把两个扇形区域分别分解成沿径向分布的一维数据并进行叠加，形成两个一维数据序列，计算两个一维数据序列的互相关；然后，沿竖直方向改变假定圆心的位置，重复以上过程，根据圆形图像的对称性，当两个一维数据序列的零偏移互相关为最大时，对应的假定圆心竖直坐标即为圆形结构圆心的竖直坐标；
(3)圆形结构边缘检测:以已经确定的圆形结构的圆心坐标为圆心，任取一段扇形区域，把扇形区域分解成沿径向分布的一维数据并进行叠加，形成一维数据序列，该一维数据序列一阶导数极大值对应的位置为圆形 结构的边缘，并计算圆形半径。
与现有技术相比，本发明具有如下显著效果:
(1)本方法用圆弧积分代替圆周积分，可以提高计算速度；
(2)选取未被污染的圆形结构图像的局部作为分析区域，提高了准确性；
(3)以两个对称扇形区域径向叠加的相似性作为圆形结构中心的判断标准，故灵敏度
闻，误差小。本发明的基于径向叠加及对称判别的圆形结构图像边缘检测方法主要用于计算瞳孔的中心位置及直径、计算白到白的距离及中心位置。
图1 (a)表示具有圆形结构的图像。图1 (b)表示以Ptl为假定的圆形结构的圆心，在图像上沿水平方向选取对称的两个扇形区域。图1 (C)表示把图1 (b)所示的左右两个扇形区域分别分解成沿径向分布的一维数据。图1 (d)表示把图1 (C)所示的左扇形区域分解成沿径向分布的一维数据，并按顺序重新排列。图1 (e)表示把图1 (C)所示的右扇形区域分解成沿径向分布的一维数据，并按顺序重新排列。 图1 (f)所示的点线和实线分别是图1 (d)和图1 (e)所示一维数据沿水平方向叠加的结果。图1 (g)表示当Pn (Xn, Y。)的水平坐标Xn是圆形结构实际圆心的水平坐标时，左右扇形完全吻合。图2表示在图像上沿竖直方向对称地选取两个扇形区域。图3 (a)所示为眼睛的图像。图3 (b)是在图3 (a)所示图像上沿水平方向选取对称的左右两个扇形区域，扇形角度为90度。图3 (c)表示把扇形区域分解成沿径向分布的一维数据并进行叠加，计算该一维数据序列的一阶导数，其极大值对应的位置为圆形结构的边缘。图3 Cd)表示瞳孔的边缘检测结果，以已经确定的瞳孔的圆心及半径的圆就是瞳孔的边缘。
具体实施例方式通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。一种基于径向叠加及对称性判别的圆形结构图像边缘检测方法，其方法步骤为:
(I)圆形结构圆心的水平坐标的确定，如图1 (a) (g)所示，其中图1 (a)表示具有
圆形结构的图像。首先以预设点Ptl (Xci, Ytl)为假定的圆形结构的圆心，在图像上沿水平方向选取对称的两个扇形区域，如图1 (b)所示，把左右两个扇形区域分别分解成沿径向分布的一维数据，如图1 (C)所示，并分别按顺序重新排列，如图1 (d)、图1 (e)中矩形框内数据所示，把如图1 (d)、图1 (e)中矩形框内所示数据分别沿水平方向叠加，形成两个一维数据序列，如图1 (f)中的点线和实线所示。由于圆形结构具有左右对称性，当Ptl (X0, Y0)的水平坐标XtlS圆形结构的实际圆心的水平坐标时，则图1 (b)中所取的两个扇形完全吻合，因此叠加得到的图1 (f)中的两条曲线应重合；当PO (Xtl, Ytl)的水平坐标Xtl不是圆形结构的实际圆心的水平坐标时，则图1 (b)中所取的两个扇形有差异，因此叠加得到的图1 (f)中的两条曲线不重合。因此，通过计算这两条曲线的互相关，比较这两条曲线的相似程度，如果零偏移互相关的值不是最大值时，继续沿水平方向改变假定圆心的位置(即沿图(b)中点线改变假定圆心的位置)，重复选取左右扇形，重复以上过程，当叠加的两条曲线的零偏移互相关的值为最大值时，说明所选取的左右扇形完全吻合，如图1 (g)所示，此时假定的圆心Pn (Xn, Y0)的水平坐标Xn就是圆形结构实际圆心的水平坐标，定义为Xc。(2)圆形结构圆心的竖直坐标的确定，如图2所示，在本实施例步骤(I)的基础上，在直线X= Xe (图2中点线所示)上选取不同的点作为假定的圆形结构圆心，沿竖直方向对称的选取两部分扇形区域，重复步骤(I)的过程，计算圆形结构实际圆心的竖直坐标，定义为Yc。(3)圆形结构边缘检测，以已经确定的圆形结构圆心坐标(X。Yc)为圆心,任取一段扇形区域，把扇形区域分解成沿径向分布的一维数据并进行叠加，形成一维数据序列，该一维数据序列一阶导数极大值对应的位置为圆形结构的边缘，并计算圆形半径。眼睛的图像如图3 (a)所示，首先以图像的中心I假定为瞳孔2中心，在图像上沿水平方向选取对称的左、右两个扇形区域3、4，扇形角度为90度，如图3 (b)所示。把左、右两个扇形区域3、4分别分解成沿径向分布的一维数据，分别按顺序重新排列，并分别沿水平方向叠加，形成两个一维数据序列，计算这两个一维数据序列的互相关，比较这两条曲线的相似程度，如果零偏移互相关的值不是最大值时 ，继续沿水平方向改变假定圆心的位置，重复选取左、右扇形，重复以上过程，当叠加的两条曲线的零偏移互相关的值为最大值时，说明所选取的左、右扇形完全吻合，此时假定的圆心Pn(Xn，Ytl)的水平坐标Xn就是圆形结构实际圆心的水平坐标，定义为X。。沿曲线Χ=Χ。选取不同的点作为假定的圆形结构圆心，沿竖直方向对称的选取两部分扇形区域，重复上述步骤，计算出圆形结构实际圆心的竖直坐标，定义为\。以已经确定的圆形结构圆心坐标(Xt;, Yc)为圆心，任取一段扇形区域，把扇形区域分解成沿径向分布的一维数据并进行叠加，形成一维数据序列5，计算一维数据序列5的一阶导数6，一阶导数6极大值位置到零点的水平距离7为瞳孔2的半径，以(X。，Y。)为圆心及以距离7为半径的圆周，就是瞳孔2的边缘，如图3 (d)所示。
权利要求
1.一种基于径向叠加及对称性判别的圆形结构图像边缘检测方法，其特征在于:该方法包括如下步骤:(1)圆形结构圆心的水平坐标的确定:首先，以预设点为圆形结构假定的圆心，在图像上沿水平方向对称地选取两个扇形区域，把两个扇形区域分别分解成沿径向分布的一维数据并进行叠加，形成两个一维数据序列，计算两个一维数据序列的互相关；然后，沿水平方向改变假定圆心的位置，重复以上过程，根据圆形结构的对称性，当两个一维数据序列的零偏移互相关为最大时，对应的假定圆心水平坐标即为圆形结构圆心的水平坐标；(2)圆形结构圆心的竖直坐标的确定:以步骤(I)确定的圆形结构圆心水平坐标值和预设点的竖直方向坐标值，作为圆形结构假定的圆心，在图像上沿竖直方向对称地选取两个扇形区域，把两个扇形区域分别分解成沿径向分布的一维数据并进行叠加，形成两个一维数据序列，计算两个一维数据序列的互相关；然后，沿竖直方向改变假定圆心的位置，重复以上过程，根据圆形图像的对称性，当两个一维数据序列的零偏移互相关为最大时，对应的假定圆心竖直坐标即为圆形结构圆心的竖直坐标；(3)圆形结构边缘检测:以已经确定的圆 形结构的圆心坐标为圆心，任取一段扇形区域，把扇形区域分解成沿径向分布的一维数据并进行叠加，形成一维数据序列，该一维数据序列一阶导数极大值对应的位置为圆形结构的边缘，并计算圆形半径。
全文摘要
一种基于径向叠加及对称性判别的圆形结构图像边缘检测方法，其操作步骤为(1)圆形结构圆心的水平坐标的确定；(2)圆形结构圆心的竖直坐标的确定；(3)圆形结构边缘检测，以已经确定的圆形结构圆心坐标为圆心，任取一段扇形区域，把扇形区域分解成沿径向分布的一维数据并进行叠加，形成一维数据序列，其一阶导数极大值对应的位置为圆形结构的边缘，并计算圆形半径。本方法具有计算速度快、准确性高的优点，由于采用以两个对称扇形区域径向叠加的相似性作为圆形结构中心的判断标准，故灵敏度高，误差小。
文档编号A61B3/11GK103226702SQ20131016127
公开日2013年7月31日 申请日期2013年5月6日 优先权日2013年5月6日
发明者王毅, 周红仙 申请人:王毅