专利名称：数字图像中直线的快速检测方法
技术领域：
本发明涉及一种数字图像中直线的快速检测方法，属于数字图像处理领域。
背景技术：
直线是数字图像中物体的基本特征之一， 一些人造目标如房屋、道路、桥 梁具有明显的直线特征，而一般物体平面图像的轮廓也可以表示为直线及弧线 的组合，对物体轮廓的检测可以转化为对这些基本元素的提取和识别。因此， 研究数字图像中直线的检测方法对图像理解和模式识别具有重要意义。
由于Hough变换具有抗噪声干扰能力强、对边缘间断不敏感等特性而被广 泛应用于数字图像中的直线特征检测。但是，Hough变换运算量大、占用内存多 的缺陷己成为限制其发展的瓶颈。显然，不能将基于Hough变换的直线检测方 法直接应用于对实时性要求较高的场合。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数字图像中直线的检测方法，该方法具有实时 性好、占用内存少的特点。
该算法在数字信号处理系统中按照下述步骤进行
(1) 小波提升变换对输入的数字图像进行一次小波提升变换，取其低频分量构 建低分辨率图像；
(2) 二值化处理经小波提升后的低分辨率图像采用Prewitt算子进行二值化处 理；
(3) 采用改进的Hough变换检测直线对二值化处理后的图像运用改进的Hough
变换提取图像中直线的特征信息，即直线在极坐标系下的极角与极径，所采
用的改进的Hough变换的基本原理如下根据Hough变换过程中"图像空间
中一条直线上的多个点对应参数空间中一个点"以及"两点确定一条直线" 的原理，按照从局部到整体的检测顺序，将二值化后图像空间中非零点映射到参数空间中具有较大存在概率的累加单元，而不是所有可能的累加单元， 统计参数空间累加器中的数值并与阈值相比较，若大于阈值则认为直线存 在，该累加器的坐标便是低分辨率图像中直线在极坐标系下的极角与极径； (4)直线参数还原保持步骤(3)所求得的低分辨率图像中直线的极角保持不 变的，将极径扩大两倍便是所输入的数字图像中直线在极坐标系下的极角与 极径。
本发明的有益效果
本发明所涉及的一种数字图像中直线的快速检测方法不但具有抗干扰能力 强、对边缘间断不敏感等特性，还具有实时性好、占用内存少等优点，可应用 于基于机器视觉的目标边缘特征检测。
具体实施例方式
本发明所涉及的一种数字图像中直线的快速检测方法，可在数字信号处理系 统中实现。
图像空间的一条直线/可由公式(1)所示的参数方程表示-
p = ;ccos<9+;vsin6> (OS"") (1) 其中，p为极径，即坐标原点0到直线/的距离；0为极角，即坐标原点到
直线/的垂线与x轴正方向的夹角。 在硬件平台上按照如下步骤进行
(l)小波提升变换对输入的数字图像进行一次小波提升变换，取其低频分量构
建低分辨率图像。小波提升是一种更为快速有效的小波变换实现方法，被称 为第二代小波变换。小波提升不依赖于傅立叶变换，它继承了第一代小波的 多分辨率的特征，小波变换后的系数是整数，无需额外的内存，可用本位操
作进行运算，能够实现任意图像尺寸的小波变换。 一幅像素为Mx7V的图像，
经过一次小波提升后，取其低频分量构建低分辨率图像，其像素为！x^;
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而在原始图像中任意一条用(1)式表示的直线，其在所构建的低分辨率图 像中，^保持不变，p縮短为原来的一半。此外，由于噪声大多分布在图像的高频部分，因此基于小波提升所构建的低分辨率图像有效地抑制了高频噪 声。
(2) 二值化处理经小波提升后的低分辨率图像采用Prewitt算子进行二值化处 理。Prewitt算子是一个3X3算子，其利用像素点上下、左右邻域点灰度差 在边缘处达到极值的特点来检测图像中物体的边缘。
(3) 改进的Hough变换检测直线对二值化处理后的图像运用改进的Hough变换提 取图像中直线的特征信息，所采用的改进的Hough变换的基本原理如下根 据Hough变换过程中"图像空间中一条直线上的多个点对应参数空间中一个 点"以及"两点确定一条直线"的原理，按照从局部到整体的检测顺序，将 二值化后图像空间中非零点映射到参数空间中具有较大存在概率的累加单 元，而不是所有可能的累加单元，统计参数空间累加器中的数值并与阈值相 比较，若大于阈值则认为直线存在，该累加器的坐标便是低分辨率图像中直
线在极坐标系下的极角与极径。其具体步骤如下
a) 以非零点为基点确定子区域在二值图像中顺序搜索，将搜索到的图像 中的第一个非零点作为基准点J(;c。，h)，并顺序选择以^;c。,;;。)为起始点 的一个子区域/ (rxr个像素)；
b) 确定其他非零点与基准点所属直线的参数在该子区域中顺序搜索其他 的非零点B,.Oc,.，j;,.)，根据公式(2)计算每个非零点AOc,.,少,)与^c。,凡)所 属直线的参数对(A,《)；
A =义,.cos《.+ _y,. sin《.
C)局部区域阈值比较设p的偏差范围为^7， 0的偏差范围为c^，统计每 个参数区间(p,+^7,《.+卵)中参数对的个数",，找出对应参数个数最大 值《_的参数区间；设定阈值丄,，判断lx与阈值^的关系，当《_ ^丄,时，
并以参数(A，《)作为通过J(x。、v。)点的直线的参数，并跳转至步骤d)，当"max〈A时，则将^C。，凡)点清零，跳转至步骤a);
d) 扩展搜索范围将搜索范围扩展至除子区域i (rxr个像素)以外的部
分，对检测到的每个非零点C^，尺)，取《=《，根据公式(2)计算" 若辆足
(3)
则认为C(&，;0属于该直线，并在参数空间对该直线的累加器加l，然
后将C(X。，K)设为0;
e) 基准点清零全图搜索完毕后，将^&,;;。)点清零，跳转至步骤a)重新 搜索，直到图像中不再有非零点时结束；
f) 全局区域阈值比较统计参数空间中各累加器中的数值并与阈值丄2相比 较，若大于阈值则认为直线存在；反之则认为直线不存在。
(4)直线参数还原保持步骤(3)所求得的低分辨率图像中直线的极角保持不
变，将极径扩大两倍便是输入的数字图像中直线在极坐标系下的极角与极 径。
权利要求
1、一种数字图像中直线的快速检测方法，其特征在于在数字信号处理系统中按照下述步骤进行(1)小波提升变换对输入的数字图像进行一次小波提升变换，取其低频分量构建低分辨率图像；(2)二值化处理对经小波提升后的低分辨率图像采用Prewitt算子进行二值化处理；(3)采用改进的Hough变换检测直线对二值化处理后的图像运用改进的Hough变换提取图像中直线的特征信息，即直线在极坐标系下的极角与极径。与传统的Hough变换相比，所采用的改进的Hough变换的特征在于按照从局部到整体的检测顺序，将二值化后图像空间中非零点映射到参数空间中具有较大存在概率的累加单元，而不是所有可能的累加单元，统计参数空间累加器中的数值并与阈值相比较，若大于阈值则认为直线存在，该累加器的坐标便是低分辨率图像中直线在极坐标系下的极角与极径；(4)直线参数还原保持步骤(3)所求得的低分辨率图像中直线的极角保持不变，将极径扩大两倍便是所输入的数字图像中的直线在极坐标系下的极角与极径。
2、 如权利要求1所述的一种数字图像中直线的快速检测方法，其特 征在于该检测方法实现的步骤依次包括小波提升变换、二值化处理、 釆用改进的Hough变换检测直线、直线参数还原。
3、 如权利要求1所述的一种数字图像中直线的快速检测方法，其特 征在于所采用的改进的Hough变换与传统的Hough变换相比的改进如 下按照从局部到整体的检测顺序，将二值化后图像空间中非零点映射 到参数空间中具有较大存在概率的累加单元，而不是所有可能的累加单 元，统计参数空间累加器中的数值并与阈值相比较，若大于阈值则认为 直线存在，该累加器的坐标便是低分辨率图像中直线在极坐标系下的极 角与极径。
4、 如权利要求3所述的改进的Hough变换，其特征在于其实现步骤依次包括以非零点为基点确定子区域、确定其他非零点与基准点所属直线的参数、局部区域阈值比较、扩展搜索范围、基准点清零、全局 区域阈值比较。
5、如权利要求1所述的一种数字图像中直线的快速检测方法，其特 征在于应用于基于机器视觉的目标边缘检测。
全文摘要
一种数字图像中直线的快速检测方法，该方法主要包括小波提升变换、二值化处理、采用改进的Hough变换检测直线、直线参数还原等步骤，可快速地从数字图像中提取直线的特征信息；该方法不但具有抗干扰能力强、对边缘间断不敏感等特性，还具有实时性好、占用内存少等优点，可应用于基于机器视觉的目标边缘特征检测。
文档编号G06T7/60GK101645172SQ20091009228
公开日2010年2月10日 申请日期2009年9月9日 优先权日2009年9月9日
发明者霄 罗, 罗庆生, 赵小川, 威 郅, 陈少波, 韩宝玲 申请人:北京理工大学