[發(fā)明專利]基于區(qū)域移動(dòng)的批量群圓矢量亞像素快速識(shí)別方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310465065.9
• 申請(qǐng)日: 2013-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103530630A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁建軍;劉陽(yáng)鵬;王豐東;馬福祿;李兵;蔣莊德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/38
• 分類號(hào): G06K9/38;G06K9/34
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種圖像識(shí)別方法，具體涉及一種批量群圓矢量亞像素識(shí)別方法。

背景技術(shù)

在微小印制電路板的精密設(shè)計(jì)與批量制造過(guò)程中，相關(guān)幾何要素的制造精度至關(guān)重要。印制電路板的檢測(cè)目前多以視頻圖像分析為主。

Hough變換是目前群圓自動(dòng)圖像識(shí)別領(lǐng)域最常用的算法。Hough變換的基本原理在于，利用點(diǎn)與線的對(duì)偶性，將原始的圖像空間給定的曲線根據(jù)曲線表達(dá)形式，轉(zhuǎn)變?yōu)閰?shù)空間的一個(gè)點(diǎn)。這樣就把原始圖像中給定曲線的檢測(cè)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為將與圖像空間內(nèi)具有一定關(guān)系的參數(shù)空間的像元進(jìn)行聚類，以尋找能把這些像元用某一解析形式聯(lián)系起來(lái)的參數(shù)空間累積對(duì)應(yīng)點(diǎn)，換句話說(shuō)，也就是尋找參數(shù)空間中的峰值問(wèn)題。

平面中任意一條直線可以用極坐標(biāo)方程來(lái)表示，即可以用ρ和θ兩個(gè)參數(shù)確定下來(lái)，對(duì)于圖像空間任意點(diǎn)(x,y)，其函數(shù)關(guān)系為：

ρ=xcosθ+ysinθ????(1)

其中ρ為原點(diǎn)到直線的距離(即原點(diǎn)到直線的垂直線的長(zhǎng)度)，θ確定了直線的方向(即原點(diǎn)到直線的垂直線與x軸方向的夾角)。數(shù)字圖像處理中圖像空間(x,y)和Hough空間H(ρ,θ)處理的都是離散量。每個(gè)像素點(diǎn)都能投影到圖像空間中的一些點(diǎn)上。如果對(duì)于同一直線l上的n個(gè)點(diǎn)進(jìn)行上述變換，則原圖像空間n個(gè)點(diǎn)在參數(shù)空間中對(duì)應(yīng)地得到n條正弦曲線，并且這些曲線相交于同一點(diǎn)。因此圖像空間中共線的點(diǎn)與參數(shù)空間中共點(diǎn)的線存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，只要找出參數(shù)空間中共點(diǎn)的曲線，就能確定圖像空間中的曲線。

Hough變換最早應(yīng)用在直線檢測(cè)上，大量試驗(yàn)表明其對(duì)各種噪聲、形變、邊緣斷續(xù)甚至區(qū)域殘缺都具有很好的魯棒性和適應(yīng)性。直線的Hough變換是一個(gè)兩參數(shù)的參數(shù)空間，推而廣之，其它常見(jiàn)曲線也存在對(duì)應(yīng)的參數(shù)空間。在坐標(biāo)平面上確定一個(gè)圓需要三個(gè)參數(shù)——圓的半徑、圓心的x軸坐標(biāo)和y軸坐標(biāo)，因此圓的Hough變換是一個(gè)以圓的半徑和圓心坐標(biāo)為參數(shù)的三維空間。

已知圓的一般方程為：

(x-a)²+(y-b)²=r²????（2）

式中：(a,b)—圓心，r—圓的半徑。

如果將式（2）的未知數(shù)反轉(zhuǎn)，x-y是常量，而a-b-r變作未知數(shù)，那么顯然式(2)就是一個(gè)圓錐的方程。換句話說(shuō)，x-y平面上的任一圓對(duì)應(yīng)由a-b-r確定的參數(shù)空間中的一個(gè)點(diǎn)。這樣，檢測(cè)x-y平面上的圓的問(wèn)題就轉(zhuǎn)換到檢測(cè)由a-b-r確定的參數(shù)空間中點(diǎn)的聚集程度的問(wèn)題。

但該方法在圓檢測(cè)過(guò)程中存在以下缺點(diǎn)：

1、圓檢測(cè)過(guò)程中，參數(shù)由直線的兩個(gè)參數(shù)，即截距和斜率，上升到三個(gè)，即圓心坐標(biāo)和半徑，是一到多映射，因而計(jì)算量大；

2、需占用大量?jī)?nèi)存空間，耗時(shí)久、實(shí)時(shí)性差；

3、現(xiàn)實(shí)中的圖像一般都受到外界噪聲的干擾，信噪比較低，此時(shí)常規(guī)Hough變換的性能將急劇下降，進(jìn)行參數(shù)空間極大值的搜索時(shí)由于合適的閾值難以確定，往往出現(xiàn)“虛峰”和“漏檢”的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于區(qū)域移動(dòng)的批量群圓矢量亞像素快速識(shí)別方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。

對(duì)采集的群圓圖像進(jìn)行二值化預(yù)處理，然后對(duì)圖像進(jìn)行連通分割，在連通分割所形成的各個(gè)連通區(qū)域內(nèi)依次建立數(shù)據(jù)采集窗口，通過(guò)在連通區(qū)域內(nèi)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集窗口進(jìn)行多次數(shù)據(jù)收集和圓擬合，在圓擬合結(jié)果的基礎(chǔ)上并結(jié)合識(shí)別精度確定對(duì)應(yīng)連通區(qū)域內(nèi)最優(yōu)的圓識(shí)別位置，在最優(yōu)的圓識(shí)別位置進(jìn)行精確圓擬合，得到圓要素。

所述二值化預(yù)處理的具體步驟為：采用Sobel梯度計(jì)算模型對(duì)采集的群圓圖像進(jìn)行處理，并采用梯度均值作為圖像二值化處理閾值。

所述數(shù)據(jù)采集窗口是一個(gè)以預(yù)設(shè)值為半徑、以連通區(qū)域的邊沿?cái)?shù)據(jù)中的一點(diǎn)為中心的圓區(qū)域，該圓區(qū)域包含邊沿點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)圓的弧長(zhǎng)不少于目標(biāo)圓周長(zhǎng)的1/6。

對(duì)參與完成目標(biāo)圓計(jì)算的數(shù)據(jù)采集窗口內(nèi)的邊沿點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，避免數(shù)據(jù)采集窗口在不同的位置上重復(fù)利用相同的邊沿點(diǎn)計(jì)算目標(biāo)圓。

在圓擬合結(jié)果的基礎(chǔ)上并結(jié)合識(shí)別精度確定對(duì)應(yīng)連通區(qū)域內(nèi)最優(yōu)的圓識(shí)別位置的具體步驟為：

1）根據(jù)數(shù)據(jù)采集窗口收集到的邊沿點(diǎn)進(jìn)行圓擬合；

2）以圓擬合得到的圓為基礎(chǔ)，根據(jù)圓擬合得到的圓的圓心以及預(yù)設(shè)的識(shí)別精度，建立新的邊沿?cái)?shù)據(jù)的識(shí)別范圍，若新的邊沿?cái)?shù)據(jù)的識(shí)別范圍內(nèi)邊沿點(diǎn)分布均勻，則記錄該新的邊沿?cái)?shù)據(jù)的識(shí)別范圍內(nèi)的邊沿點(diǎn)數(shù)量和分布情況；