[發明專利]一種基于邊緣檢測與擬合曲線聚類的圓檢測方法

有效

• 申請號: 201410111415.6
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN103886597B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 王祥敏;董逢武;汪國有
• 申請（專利權）人: 武漢力成偉業科技有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司42104
• 代理人: 樊戎

1.一種基于邊緣檢測與擬合曲線聚類的圓檢測方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一，將輸入圖像轉換為灰度圖，在灰度圖上檢測邊緣，并通過曲線跟蹤得到初始的邊緣曲線集合，剔除像素點數小于像素點閾值ε的邊緣曲線，得到曲線集合T={T₁,T₂,…,T_N}，其中N為曲線T_i數目；

步驟二，計算曲線集合T中每個邊緣點在灰度圖中的水平方向梯度G_x和垂直方向梯度G_y，并記錄每個邊緣點的梯度方向矢量

步驟三，基于邊緣梯度方向約束的候選曲線標記與參數擬合，具體過程如下：

1）針對曲線集合T中每條曲線T_i通過最小二乘法進行圓擬合，得到每條曲線T_i對應的估算圓心c_fi和估算半徑r_fi；

2）計算曲線集合T中每條曲線T_i的邊緣點到對應估算圓心c_fi的方向矢量，曲線T_i的邊緣點到相對應的估算圓心c₀的方向矢量為：

3）基于梯度方向約束的候選點標記：計算每條曲線T_i中每個邊緣點的梯度方向矢量和到估算圓心c₀的方向矢量之間的夾角θ，由矢量內積公式可以得到：

其中，為矢量的內積，和為矢量的模，

如果|cosθ|>ξ，其中ξ為角度閾值，則所述邊緣點標記為候選點；

4）通過候選點投票的方式確定候選曲線集合：

對曲線集合T中所有曲線T_i的候選點進行統計：計算每條曲線T_i中的候選點占所述曲線T_i中所有點數的比例其中，t_i和N_i分別為每條曲線T_i中候選點點數和所有點點數，i=1,2,…,N，如果p_i大于百分比閾值η，則所述曲線T_i標記為候選曲線，從而得到候選曲線集合T_r={T_r1,T_r2,…,T_rk}，其中k為候選曲線T_ri數目；

5）候選曲線T_ri的圓參數校準：對候選曲線集合T_r中的每個候選曲線T_ri去掉非候選點后，再次通過最小二乘法進行圓擬合，得到擬合的圓心c_f和半徑參數r，組成所述候選曲線T_ri的三維特征矢量(a,b,r)，其中a和b為圓心c_f的橫縱軸坐標；

步驟四，候選曲線的聚類與融合：對候選曲線T_ri的三維特征矢量(a,b,r)進行聚類，將聚為一類的候選曲線T_ri作為一個圓，得到圓集合C={C₁,C₂,L,C_k},其中k為圓C_i數目，對每個圓C_i對應的所有候選曲線T_ri的候選點通過最小二乘法進行圓擬合，得到融合后的圓心c_ci和半徑r_ci。

2.根據權利要求1所述的基于邊緣檢測與擬合曲線聚類的圓檢測方法，其特征在于：還包括如下步驟：

步驟五，計算圓集合C中每個圓C_i的完整度，并輸出檢測結果：圓C_i的完整度定義為其中t_rj為圓C_i對應的候選曲線T_rj中候選點數；如果p_ci>p_min，其中p_min為完整度閾值，則對應的圓C_i作為檢測結果，并輸出所有滿足條件的圓。

3.根據權利要求2所述的基于邊緣檢測與擬合曲線聚類的圓檢測方法，其特征在于：在步驟五中，p_ci取值范圍為[0,1]。