专利名称：旋转对称图形的中心与旋转角检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机视觉中的图像特征自动检测领域，特别是数字图像中旋转对称图形的中心与旋转角检测方法。
背景技术：
旋转对称性是计算机视觉形状分析中的一类重要结构属性。在目标识别中，具有旋转对称性的目标一般具有重复的旋转单元和旋转中心，是一类具有典型特征的目标群。旋转单元和旋转中心提供了重要的形状信息以便于目标的识别和描述。近些年，一些方法被提出用以旋转对称图形的检测。Yip等利用Hough变换[1-2]实现旋转对称图形中心定位及旋转角的检测(参考文献[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)。该方法利用旋转对称图形的特性，分三步实现(I)搜索图像中等间距出现的点对，根据旋转对称图形上任一点对连线的垂直平分线交叉于旋转中心这一特性，计算每个像素点被通过的次数获得2维累加矩阵，对该矩阵进行局部极大值检测以确定旋转中心的位置；(2)利用对中心点有贡献的点对计算旋转对称图形的旋转角；(3)根据获得的旋转中心和旋转角验证旋转图形的存在。该方法对图形遮挡和噪音具有一定的鲁棒性，但由于采用投票的方式，计算量较大，计算效率较低。此外，基于基因算法的傅立叶描述子[3]也被用于旋转对称图形的检测。针对现有检测方法中存在的问题，本发明提出一种新的旋转对称图形中心与旋转角检测方法。该方法利用旋转对称图形具有重复旋转单元这一特性，计算图像中任一点在(0,180° ]范围内各角度处的旋转对称能量，取其最大值作为该点的旋转对称能量，而以最大值对应的角度值作为该点的旋转角，从而获得图像的旋转对称能量分布图和旋转角分布图；检测旋转对称能量分布图上的局部极大值点，以获得图像中旋转对称图形的中心点位置；在旋转角分布图上中心点所在位置处的值即为以该点为中心的旋转对称图形的旋转角。该方法利用旋转对称图形的几何特性，相比于现有的方法，不需要进行大量的投票或引入复杂的数学计算，计算效率较高且易于实现。
发明内容
本发明针对数字图像中旋转对称图形的检测问题，提出一种旋转对称图形的中心与旋转角检测方法。为了实现本目的，本发明提出的数字图像中旋转对称图形的中心与旋转角检测方法，包括步骤步骤1:计算图像中任一点的旋转对称能量与旋转角，获得图像的旋转对称能量分布图和旋转角分布图；步骤2 :在阈值范围内，在图像的旋转对称能量分布图上检测局部极大值点，所述局部极大值点即为图像中旋转对称图形的旋转中心；步骤3 :根据所述旋转中心确定旋转对称图形的旋转角。本发明还提出了一种数字图像中旋转对称图形的中心与旋转角检测装置，其包括计算图像中任一点的旋转对称能量与旋转角，获得图像的旋转对称能量分布图和旋转角分布图的装置；在阈值范围内，在图像的旋转对称能量分布图上检测局部极大值点的装置，其中所述局部极大值点即为图像中旋转对称图形的旋转中心的装置；根据所述旋转中心确定旋转对称图形的旋转角的装置。本发明提出的旋转对称图形中心与旋转角检测方法，主要利用该类图形具有重复旋转单元这一特性，定义图像中任一位置处的旋转对称能量和旋转角，获得图像的旋转对称能量分布图和旋转角分布图；在此基础上，通过检测旋转对称能量分布图上的局部极大值点，获得图像中旋转对称图形的中心点位置，并利用旋转角分布图确定图像中旋转对称图形对应的旋转角。本发明提供的方法运算简单、易于实现，且计算效率较高。
图1为本发明旋转对称图形的中心与旋转角检测方法流程图。图2为本发明中计算任一点关于角度Θ的旋转对称能量的示意图。图3中，(a)为本发明一优选实施例中使用的原始图像；(b)为利用Canny算子在(a)上获得的边缘图；(c)为本发明提供的方法在图像(a)上获得的旋转对称能量分布图及检测获得的3个局部极大值点；(d)为本发明提供的方法在(a)上检测的旋转对称图形的中心及其旋转角。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。如图1所示为本发明旋转对称图形的中心与旋转角检测方法流程图。该检测方法包括采集图像并输入计算机、计算图像的边缘图、计算图像的旋转对称能量分布图和旋转角分布图、阈值约束下在图像的旋转对称能量分布图上检测局部极大值点、在旋转角分布图上确定任一局部极大值点处的值，即对应于以该极大值点为中心的旋转对称图形的旋转角。各步骤的具体实施细节如下步骤S1:采集图像并输入计算机。步骤S2 :利用Canny边缘检测算子计算图像的边缘图，获得该图像的所有边缘点Pi Ui，Yi)。步骤S3 :计算图像中任一点的旋转对称能量和旋转角，获得图像的旋转对称能量分布图和旋转角分布图。具体包括以下几个步骤步骤S31 :对于图像中任一点X(x，y)，指定一个旋转角度θ，Θ e (0,180° ]，计算点X关于角度Θ的旋转对称能量E (X，0)，具体步骤为①指定一个圆形邻域G (X，r) = {q|0彡| | X_q | | ^ r}作为点X的支撑区域，其中q为该圆形邻域中的任意一点，r为圆形邻域半径；②分别以点X、水平方向、垂直方向为原点、X轴、y轴建立直角坐标系，将点X关于角度Θ的旋转对称能量E (X，Θ)初始化为O;③记G(X,r)内的任一边缘点为Pi (Xi, y) , i = I,. . . , η, η为G(X, r)内边缘点的个数，利用 X' i = round (XiCos Θ -yjsin θ ), y' ^ = round (XiSin Θ +yjcos θ )计算点 Pi (Xi,yi)绕点X逆时针旋转Θ角的对应点P' i(x' i，y' i)，其中round( ·)表示四舍五入取整；如果G(X，r)内存在边缘点Pj满足IlPj-P'< Δ , j = l，...，n^l^^E(X，Θ)累加1，其中Λ的取值范围为2 3 ;④利用步骤③对G(X，r)内的所有边缘点进行处理，获得点X关于角度Θ的旋转对称能量E (X，Θ)。步骤S32:计算点X处的旋转对称能量
权利要求
1.一种数字图像中旋转对称图形的中心与旋转角检测方法，其特征在于，包括步骤 步骤1:计算图像中任一点的旋转对称能量与旋转角，获得图像的旋转对称能量分布图和旋转角分布图； 步骤2:在阈值范围内，在图像的旋转对称能量分布图上检测局部极大值点，所述局部极大值点即为图像中旋转对称图形的旋转中心； 步骤3 :根据所述旋转中心确定旋转对称图形的旋转角。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤I具体包括 步骤11 :对于图像中任一点X(x，y)，指定一个旋转角度0，0 G (0,180° ]，计算点X关于角度9的旋转对称能量E (X，0)； 步骤12 :计算点X(x，y)处的旋转对称能量A’(l) =,E(X, 0 )取得最大值时对应的角度称为点X处的旋转角，记为O (X)； 步骤13 :根据步骤12计算出的图像中各点的旋转对称能量和旋转角，获得图像的旋转对称能量分布图E和旋转角分布图O。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤11具体包括 ①指定一个圆形邻域G(X，r) = {q|0彡||X_q||彡r}作为点X的支撑区域，其中q为该圆形邻域中的任意一点，r为圆形邻域半径； ②分别以点X、水平方向、垂直方向为原点、X轴、y轴建立直角坐标系，将点X关于角度9的旋转对称能量E (X，0 )初始化为0 ; ③记G(X,r)内的任一边缘点为PiUi, y) , i = I, . . . , n, n为G(X, r)内边缘点的个数，利用 X' i = round(XiCos 0 IiSin 0 ), y' j = round(XiSin 0 +YiCos 0 )计算点 Pi (Xi,yi)绕点X逆时针旋转0角的对应点P' i(x' i； j' i),其中round( )表示四舍五入取整；如果G(X，r)内存在边缘点Pj满足IlPj-P'< A , j = 1，...，11，则对￡仏0)累加I ; ④利用步骤③对G(X，r)内的所有边缘点进行处理，获得点X关于角度0的旋转对称能量 E(X，0)。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤13中获得旋转对称能量分布图E和旋转角对称分布图O的过程具体如下 生成一幅与原始图像大小相同的图像，坐标U，y)处的值为E(X)，由此获得该图像的旋转对称能量分布图E ;并以同样的方式，获得该图像的旋转角分布图O。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述旋转对称能量分布图E和旋转角对称分布图O中任意一点的颜色灰度值分别代表所述对称能量值和旋转角的相对大小。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括 计算阈值T = k Mean(E)，其中Mean(E)表示步骤I获得的旋转对称能量分布图E上各点X所对应的对称能量的均值，比例系数k的取值预先确定，在旋转对称能量分布图E上检测旋转对称能量值大于T且在预先确定的局部邻域内为最大值的点，则该点即为局部极大值点。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体为对于步骤2获得的任一局部极大值点Ck，k = 1，2，. . .，m，m为局部极大值点的个数，在旋转角分布图上Ck位置处的值即为以Ck为中心的旋转对称图形的旋转角o (Ck)。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述△的取值范围为2 3。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述比例系数k的取值范围为2 5。
10.一种数字图像中旋转对称图形的中心与旋转角检测装置，其包括 计算图像中任一点的旋转对称能量与旋转角，获得图像的旋转对称能量分布图和旋转角分布图的装置； 在阈值范围内，在图像的旋转对称能量分布图上检测局部极大值点的装置，其中所述局部极大值点即为图像中旋转对称图形的旋转中心； 根据所述旋转中心确定旋转对称图形的旋转角的装置。
全文摘要
本发明公开了一种数字图像中旋转对称图形的中心与旋转角检测方法，包括采集图像并输入计算机、计算图像的边缘图、计算图像的旋转对称能量分布图和旋转角分布图、阈值约束下在图像的旋转对称能量分布图上检测局部极大值点、在旋转角分布图上确定任一局部极大值点位置处的值，即对应于以该极大值点为中心的旋转对称图形的旋转角。本发明提供的方法运算简单、易于实现，且计算效率较高。
文档编号G06T3/20GK103034998SQ20121051483
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者郝银星, 谭湘敏 申请人:中国科学院自动化研究所