《图像中直线检测算》PPT课件.ppt

图像中直线检测算法研究 姓 名：王鹏军 学 号：31080902 班 级：通信0803 指导老师：刘红敏论文基本概要n n 第一章 数字图像处理与直线检测 n n 第二章 直线检测算法简介n n 第三章 Hough变换直线检测的实现n n 第四章 改进型的Hough算法数字图像处理与直线检测 n n图图像像处处理（理（ImageProcessingImageProcessing）强调强调在在图图像之像之间进间进行的行的变换变换，狭，狭义义上的上的图图像像处处理主要理主要满满足足对图对图像像进进行各种加工以行各种加工以改善改善图图像的像的视觉视觉效果并效果并为为自自动识别动识别打下基打下基础础，或，或对图对图像像进进行行压缩编码压缩编码以减少所需存以减少所需存储储空空间间或存或存储时间储时间、传输传输通路的要求。通路的要求。图图像像处处理是理是图图像工程最底像工程最底层层的操作，主要在的操作，主要在图图像像素像像素级级上上进进行行处处理，理，处处理的数据量非常大理的数据量非常大 n n图图像分析（像分析（ImageAnalysisImageAnalysis）图图像分析是像分析是对图对图像中感像中感兴兴趣的目趣的目标进标进行行检测检测和和测测量，以量，以获获得目得目标标的客的客观观信息从而建信息从而建立立对图对图像的描述。像的描述。图图像分析是一个从像分析是一个从图图像到数据的像到数据的过过程。程。这这里的数据可以是里的数据可以是对对目目标标特征特征测测量的量的结结果，或是基于果，或是基于测测量的符号表示，其主要是以量的符号表示，其主要是以观观察着察着为为中心研究客中心研究客观观世世界。界。图图像分析是像分析是图图像工程中像工程中层层的操作，分割和特征的操作，分割和特征值值提取把原来以像素描述的提取把原来以像素描述的图图像像转变转变成比成比较简洁较简洁的非的非图图形式的描述形式的描述。n n图图像理解（像理解（ImageUnderstandingImageUnderstanding）图图像理解像理解进进一步研究一步研究图图像中各目像中各目标标的性的性质质和它和它们们之之间间的相互的相互联联系，并得出系，并得出对图对图像内像内容含容含义义的理解以及的理解以及对对原来客原来客观场观场景的解景的解释释，从而指，从而指导导和和规规划行划行动动。直线检测技术发展历史及现状直线检测技术发展历史及现状 图图像像检测检测作作为图为图像分析技像分析技术术的一个研究内容，它也是伴随着数字的一个研究内容，它也是伴随着数字图图像像处处理的理的发发展而展而发发展的。数字展的。数字图图像像处处理理这门这门学科的形成也是和社会生学科的形成也是和社会生产产力力发发展的展的需要分不开的。它已需要分不开的。它已经经广泛的广泛的应应用到科学研究、工用到科学研究、工农业农业生生产产、军军事技事技术术、政、政府部府部门门、医、医疗卫疗卫生等生等许许多多领领域，域，进进一步推一步推动动着社会生着社会生产产力的力的发发展。展。图图像像检测检测是是图图像分析研究内容的一部分。目前，在像分析研究内容的一部分。目前，在图图像分析像分析领领域已域已经经有很大有很大的的发发展。展。图图像分析是一种从一幅像分析是一种从一幅图图像中通像中通过过自自动动的或半自的或半自动动的方法提取的方法提取图图像像尺寸、数据或信息的方法。尺寸、数据或信息的方法。图图像分析方法通常因像分析方法通常因图图像分析系像分析系统统最后的最后的输输出是出是数字而不是画面，使它与其他数字而不是画面，使它与其他类类型的型的图图像像处处理方法，如理方法，如编码编码、恢复、放大等、恢复、放大等不同。不同。图图像分析源于像分析源于经经典的模式典的模式识别识别方法，根据定方法，根据定义义，分析系，分析系统统并不局限于并不局限于对对一个固定数量一个固定数量类别类别的的场场景区域的分景区域的分类类，而是更，而是更倾倾向于可向于可设计设计成用于描成用于描绘绘复复杂场杂场景。根据事先景。根据事先预测预测，该场该场景的种景的种类类可能是非常多的和不确定的。目前，可能是非常多的和不确定的。目前，图图像分析像分析领领域主要包括形域主要包括形态态学学图图像像处处理、理、边缘检测边缘检测、图图像特征提取、像特征提取、图图像分像分割、形状分析、割、形状分析、图图像像检测检测和配准等几个方面的内容。和配准等几个方面的内容。直线检测算法直线检测算法n n几种常几种常几种常几种常见见的直的直的直的直线检测线检测算法算法算法算法n nHoughHoughHoughHough直直直直线检测线检测算法算法算法算法n nFreemanFreemanFreemanFreeman直直直直线检测线检测算法算法算法算法n n尺蠖蠕行算法尺蠖蠕行算法尺蠖蠕行算法尺蠖蠕行算法Hough直线检测算法 HoughHough算法及其改算法及其改进进算法是利用坐算法是利用坐标标域域变换变换的代表。此的代表。此类类算法的算法的优优点是抗干点是抗干扰扰能力能力强强，对图对图像中的噪声不敏感。但是由于其算法特点使得其像中的噪声不敏感。但是由于其算法特点使得其时间时间复复杂杂度和度和空空间间复复杂杂度都很高，并且在度都很高，并且在变换过变换过程中程中丢丢失了失了线线段的段的长长度信息。度信息。HoughHough变换变换的基本思想是点的基本思想是点线线的的对对偶性。一方面偶性。一方面,图图像空像空间间中共中共线线的点的点对应对应在在参数空参数空间间里相交的里相交的线线;另一方面另一方面,在参数空在参数空间间中相交于同一个点的所有直中相交于同一个点的所有直线线在在图图像空像空间间里都有共里都有共线线的点与之的点与之对应对应。因此。因此HoughHough变换变换把在把在图图像空像空间间中的直中的直线线检测问题转换检测问题转换到参数空到参数空间间中中对对点的点的检测问题检测问题,通通过过在参数空在参数空间间里里进进行行简单简单的累的累加加统计统计完成完成检测检测任任务务。Freeman直线检测算法直线检测算法n nHoughHough由于其由于其应应用广泛和用广泛和简洁获简洁获得了很大程度上的得了很大程度上的认认可，但同可，但同时时有学者有学者对对HoughHough算法的低效率和高空算法的低效率和高空间间占用并不占用并不满满意，而且在意，而且在HoughHough变换时变换时直直线线将将丧丧失失其其长长度和具体位置的度和具体位置的问题问题也令一些学者不也令一些学者不满满意。于是，他意。于是，他们们提出了改提出了改进进的方的方案。与案。与HoughHough算法通算法通过过坐坐标转换标转换的方式不同，改的方式不同，改进进的方案更的方案更倾倾向与从直向与从直线线的直的直接特征中接特征中寻寻找突破点。找突破点。n nYuanYuan等提出了一种在等提出了一种在链码链码中中检测检测直直线线的算法。的算法。该该算法从起始算法从起始链码链码开始开始,对对每每一一链码链码确定一个直确定一个直线线穿行区域以及两条用于确定下一穿行区域以及两条用于确定下一链码链码是否属于同一直是否属于同一直线线的上下的上下边边界界线线。如果下一。如果下一链码链码位于上下位于上下边边界界线线之内之内,则该链码则该链码与上一与上一链码链码属于属于同一直同一直线线;否否则该链码则该链码属于另一直属于另一直线线。尺蠖蠕行算法尺蠖蠕行算法PCA-HT 对应对应于尺蠖的仿生学特点于尺蠖的仿生学特点,CCA,CCA在在边缘边缘像素子集内像素子集内检测检测直直线线的原理如下的原理如下:(1)(1)选择选择直直线线的初始搜索点的初始搜索点(2)(2)直直线线搜索的方向搜索的方向选择选择(3)(3)直直线线特征搜索特征搜索 基于基于基于基于OpenCvOpenCvOpenCvOpenCv的的的的HoughHoughHoughHough直直直直线检测线检测算法的算法的算法的算法的实现实现n n编译环编译环境境境境OpenCVOpenCVMicrosoftVisualStudioMicrosoftVisualStudion n实现过实现过程程获获取目取目标图标图像像对图对图像像进进行行边缘检测边缘检测由由图图像具体情况像具体情况设设置累加器大小置累加器大小对图对图像像进进行行HoughHough变换变换并存并存储结储结果果由累加器决定是否存在直由累加器决定是否存在直线线根据最后根据最后结结果果绘绘制直制直线线Hough算法的改进 随机随机HoughHough变换变换(RHT)(RHT)RHTRHT的基本思想是随机的基本思想是随机选选取两个取两个边缘边缘点，由点，由这这两点唯一确定参数空两点唯一确定参数空间间的的一个点，一个点，这这是多到一的映射，避免了是多到一的映射，避免了传统传统HoughHough变换变换一到多映射的一到多映射的庞庞大大计计算算量。在量。在实现实现累累积时积时，采用，采用动态链动态链表表结结构，只构，只对对多到一映射所得到的参数分配多到一映射所得到的参数分配单单元元进进行累行累积积，从而降低了内存需求，提高运算速度。，从而降低了内存需求，提高运算速度。基于随机基于随机HoughHough变换变换与最小二乘法与最小二乘法进进行直行直线检测线检测算法算法RHT-RHT-LSMLSM 首先用随机首先用随机HoughHough变换变换确定直确定直线线的大致位置；然后，利用所得直的大致位置；然后，利用所得直线线参数，参数，计计算算图图像中的点到直像中的点到直线线的距离，根据距离，可以确定每条直的距离，根据距离，可以确定每条直线线附近的点集，附近的点集，剔除干剔除干扰扰点和噪声；最后，用点和噪声；最后，用LSMLSM对对点集中的各点点集中的各点进进行行拟拟合，得到精确的直合，得到精确的直线线参量参量。基于局部基于局部PCAPCA方向方向统计统计分析的分析的HoughHough直直线检测线检测算法算法(PCA-HT)(PCA-HT)首先通首先通过边缘检测获过边缘检测获得得图图像像边缘边缘，对边缘对边缘像素像素进进行分行分块处块处理，利用理，利用PCAPCA所所得到所有掩膜范得到所有掩膜范围围内的主元方向，将内的主元方向，将获获得的局部方向信息映射到参数空得的局部方向信息映射到参数空间间，侧侧重利用其重利用其统计规统计规律来模糊律来模糊约约束束HoughHough变换变换极角范极角范围围，达到减少运算量和存，达到减少运算量和存储储累累计计矩矩阵阵的目的。的目的。结束束语n n本文首先本文首先对对当今的几种直当今的几种直线检测线检测算法做了一个大概的介算法做了一个大概的介绍绍，然后，然后针对针对具有具有经经典意典意义义的的HoughHough变换进变换进行了行了详细详细的的说说明，最后明，最后补补充了几种充了几种HoughHough变换变换的几种改的几种改进进算法。算法。n n经过经过两个多月的努力，直两个多月的努力，直线检测线检测算法研究算法研究论论文文终终于完成了，在整个于完成了，在整个设计过设计过程程中，出中，出现过现过很多的很多的难题难题，但都在自己的努力，但都在自己的努力还还有老有老师师和同学的帮助下和同学的帮助下顺顺利解利解决了，在此我深深地体会到：写决了，在此我深深地体会到：写论论文是一个不断学文是一个不断学习习的的过过程，也是一个不断程，也是一个不断发现发现困困难难并且解决困并且解决困难难的的过过程。从程。从刚刚开始开始对图对图像中直像中直线检测线检测算法模糊的算法模糊的认识认识，然后通然后通过过各种各种书书籍籍资资料不断地了解，到最后料不断地了解，到最后对图对图像中直像中直线检测线检测算法的深刻算法的深刻认认识识。在。在这这一一过过程中也程中也让让自己学到了很多知自己学到了很多知识识，更重要的是，更重要的是锻炼锻炼了自己了自己发现问发现问题题和解决和解决问题问题的能力。只有一次次不断地摸索，才能找的的能力。只有一次次不断地摸索，才能找的问题问题的真相，也才的真相，也才能克服困能克服困难难。n n总总之，通之，通过过本次本次毕业设计毕业设计,我深刻体会到要做好一个完整的事情，需要的不我深刻体会到要做好一个完整的事情，需要的不仅仅是自信，更需要有系是自信，更需要有系统统的思的思维维方式和方法，解决的方式和方法，解决的问题问题的耐心、和善于运用的耐心、和善于运用已有的已有的资资源。同源。同时时也深刻的也深刻的认识认识到，在到，在对对待一个新事物待一个新事物时时，一定要从整体考，一定要从整体考虑虑，完成一步之后再作下一步，完成一步之后再作下一步，这样这样才能更加有效。才能更加有效。n n 感谢各位老师的评阅