Hough變換檢測直線 1 Hough變換檢測直線的理論 11 Hough變換 在

Hough變換檢測直線Hough變換檢測直線的理論Hough變換在計算機識別中，常常需要從圖像上尋找特定形狀的圖形，如果直接利用圖像點陣進行搜索判斷顯然難以實現(xiàn)，這時就需要將圖像像素按一定的算法映射到參數(shù)空間。Hough變換提供了一種將圖像像素信息按坐標映射到參數(shù)空間的方法，通過它構建的參數(shù)空間可以容易地對特定形狀進行判斷。Hough變換是一種利用圖像的全局特征將特定形狀的邊緣像素連接起來，形成連續(xù)平滑邊緣的一種方法。它通過將源圖像上的點映射到用于累加的參數(shù)空間，實現(xiàn)對已知解析式曲線的識別。Hough變換常用于對圖像中的直線和圓進行識別。1.2直線的Hough變換直線的解析式有多種形式，由于用斜率描述的直線存在斜率無窮大的特殊情況,這里選用直線的極坐標描述：p=xcos（0）+ysin（0）式中p為直線到原點的距離，0為限定了直線的斜率。對于任意一組確定的（p，0），上式都可以唯一確定一條直線。開辟二維參數(shù)空間H（p，0），對p，0整數(shù)化，則對于任意有限平面區(qū)域，參數(shù)空間H可以表示為有限個點的集合。而H（p，0）中任意點都一一對應原平面區(qū)域上的一條直線。將上述結論推廣到任意平面圖像上可知，圖像上任意直線區(qū)域都可以一一對應參數(shù)空間H（p，0）中一個點，而圖像上的任意像素都同時存在于很多直線區(qū)域之上?？梢詫D像上的直線區(qū)域想象為容器，把特定像素想象成放在容器中的棋子，只不過在這里，每個棋子都可以同時存在于多個容器中。那么Hough變換可以理解為依次檢查圖像上的每個棋子（特定像素），對于每個棋子，找到所有包含它的容器（平面上的直線區(qū)域），并為每個容器的計數(shù)器加1，這們就可以統(tǒng)計出每個容器所包含的棋子數(shù)量。當圖像中某個直線區(qū)域包含的特定像素足夠多（大于設定的閾值K）時，就可以認為直線區(qū)域表示的直線存在。用二維向量（p，0）描述圖像上的每一條直線區(qū)域，則可將圖像上的直線區(qū)域計數(shù)器映射到參數(shù)空間H（p，0）中的存儲單元。由于p為直線區(qū)域到原點的距離，因此對于對角線長度為n的圖像，固定左上角為原點，可得到p的取值范圍為[0,n],令0以1度為增量，可得到0的取值范圍為[0,360]。定義二維數(shù)組HoughBuf[n][360]作為存儲單元，其中對于任意（p，0）決定的直線區(qū)域，計數(shù)器為HoughBuf[p][0]。對于直線的Hough變換過程可以簡單描述為，依次遍歷圖像的所有像素，對于每個像素判斷是否滿足特定的條件，若滿足則對經(jīng)過該像素的所有直線區(qū)域的計數(shù)器加1，否則繼續(xù)判斷下一個像素。為了得到經(jīng)過某個像素的所有直線區(qū)域，可以依次用0的所有可能取值，借助此像素的坐標和直線的極坐標方程計算p，而每一組（p，0）就對應了一條經(jīng)過此像素的直線區(qū)域。為了避免在Hough變換中多次重復計算三角函數(shù)值，可以采用查表的方法提高效率。在進行變換之前，首先對0到359度范圍內(nèi)所有整數(shù)角度的三角函數(shù)值進行計算，將計算結果按下標保存在線性數(shù)組中，使用時只需按照下標從數(shù)值中取值即可。此方法可用如下代碼來實現(xiàn)：doublesinvalue[360];doublecosvalue[360];for（inti=0;i<360;i++）{sinvalue[i]=sin（i*3.1415926/180）;cosvalue[i]=cos（i*3.1415926/180）;Hough變換的主要流程可用以下代碼來實現(xiàn)：for(y=0;y<h;y++)for(x=0;x<w;x++){//對的所有取值進行計算for(i=0;i<360;i++){if(pixel[y*w+x]>k)//若像素灰度大于閾值{tp=(int)(x*sinvalue[i]+y*cosvalue[i]);if(tp<0)continue;//計數(shù)器累加houghBuf[tp][i]+=1;}}}w=360;//將寬度設定為Hough變換圖像的寬度h=p;//將高度設定為Hough變換圖像的高度若將Hough變換得到的各直線區(qū)域的計數(shù)器的值看作圖像的灰度，把用于存儲的二維數(shù)組看做像素矩陣，則可得到Hough變換的圖像，圖中灰度較高的點標示出特定像素較集中的直線區(qū)域。Hough變換圖像按照(p，0)坐標系分布，水平方向為8軸，垂直方向為p軸，每個(p，0)坐標點對應源圖像的一條直線區(qū)域，對于同一行的坐標點對應的直線區(qū)域與原點具有相同的距離，處于同一列的坐標點對應的直線區(qū)域相互平行。同時，源圖像中直線越長越規(guī)則，Hough變換圖像上對應的點灰度就越高，源圖像中直線線寬越寬，Hough變換圖像上對應的點直徑就越大。源圖像中有幾條直線，在此Hough變換圖像中就有幾個亮點，根據(jù)每個亮點中心所在的坐標，就很容易得到原直線的解析式。OpencvOpencv簡介OpenCV是Intel開源計算機視覺庫。它由一系列C函數(shù)和少量C++類構成，實現(xiàn)了圖像處理和計算機視覺方面的很多通用算法oOpenCV擁有包括300多個C函數(shù)的跨平臺的中、高層API。它不依賴于其它的外部庫一盡管也可以使用某些外部庫。OpenCV對非商業(yè)應用和商業(yè)應用都是免費(FREE)的。OpenCV為IntelIntegratedPerformancePrimitives(IPP)提供了透明接口。這意味著如果有為特定處理器優(yōu)化的的IPP庫，OpenCV將在運行時自動加載這些庫。OpenCV由四大模塊組成。CV(開發(fā)庫的核心函數(shù))，主要專注于圖像處理及計算機視覺方面的功能；CVAUX(開發(fā)庫的輔助函數(shù))，是cv函數(shù)中的一些輔助及擴展；CVCORE(開發(fā)庫的核心結構及核心函數(shù))，定義了系統(tǒng)庫中數(shù)據(jù)結構，如IplImage圖像結構、CvMat等矩陣結構，并提供了一些對結構進行操作的函數(shù)，如初始化、拷貝、映射變換、線性代數(shù)、數(shù)學邏輯操作等。這些是cv圖像開發(fā)函數(shù)的的一些基礎性操作；同時還定義了一些container,用于存儲各種類型的數(shù)據(jù)，如CvSeq結構，采用自己的存儲組織方式，如由CvMemStorage、CvMemBlock、CvSeq、CvSeqBlock及CvSet還有些輔助性的結構，這些結構可組成復雜的存儲體系，使資源利用的更高效及方便；Highgui(gui開發(fā)庫)，便利在console下開發(fā)窗口程序；提供了一定的事件處理機制，但界面簡單還可?？傊?，OpenCV是一個很優(yōu)秀的圖像處理、計算機視覺的處理庫，一般可把其看作一個開發(fā)庫，與其他的高級開發(fā)環(huán)境結合，可開發(fā)出優(yōu)美界面的應用。使用Opencv進行直線檢測對圖像進行直線檢測之前，先得進行邊緣檢測，這里用Canny算法做邊緣檢測。Opencv提供的Canny邊緣檢測函數(shù)：voidcvCanny(constCvArr*image,CvArr*edges,doublethreshold1,doublethreshold2,intaperture_size=3);各參數(shù)分別表示：image輸入圖像，edges輸出的邊緣圖像，threshold】第一個閾值，threshold2第二個閾值，aperture_sizeSobel算子內(nèi)核大小。函數(shù)cvCanny采用CANNY算法發(fā)現(xiàn)輸入圖像的邊緣而且在輸出圖像中標識這些邊緣。threshold1和threshold2當中的小閾值用來控制邊緣連接，大的閾值用來控制強邊緣的初始分割。得到邊緣圖像后，對其進行Hough變換以檢測直線。Opencv提供的cvHoughLines2函數(shù)：CvSeq*cvHoughLines2(CvArr*image,void*line_storage,intmethod,doublerho,doubletheta,intthreshold,doubleparam1=0,doubleparam2=0);各參數(shù)分別表示：輸入8-比特、單通道(二值)圖像，檢測到的線段存儲倉，變換變量，與象素相關單位的距離精度，弧度測量的角度精度，閾值參數(shù)。VC開發(fā)的程序?qū)崿F(xiàn)的功能使用MicrosoftVisualStudio2005創(chuàng)建一基于對話框的MFC框架程序?qū)D像實現(xiàn)檢測直線的功能。在對話框上放置一按紐，用于在磁盤中打開一灰度圖像，再在對話框上增加一編輯框，供用戶修改Hough變換時的閾值參數(shù)，之后再放置一個按紐，對打開的源灰度圖像進行Cann邊緣檢測得到邊緣圖像，再進行Hough變換，并在邊緣圖像用藍色標記出檢測到的直線，最后在對話框上放置一按紐來保存變換后的圖像。程序主要代碼響應"打開源圖"按紐的代碼：voidCHoughDlg::OnBnClickedOpenClicked(){//TODO:在此添加控件通知處理程序代碼CStringfileName;CFileDialogOpenDlg(TRUE,NULL,NULL,OFN_HIDEREADONLY|OFN_EXPLORER,L"圖像文件格式(*.bmp)|*.bmp|jPGfileformat(*.jpg)|*.jpg|",NULL);if(OpenDlg.DoModal()!=IDOK)return;fileName=OpenDlg.GetPathName();//將CString轉(zhuǎn)換為constchar*std::stringtempName=(LPCSTR)CStringA(fileName);constchar*tmp=tempName.c_str();if(0==(src=cvLoadImage(tmp,CV_LOAD_IMAGE_ANYCOLOR)))return;cvNamedWindow("源圖"，1);cvShowImage("源圖",src);}響應"Hough變換〃按紐的代碼：voidCHoughDlg::OnBnClickedHoughClicked(){//TODO:在此添加控件通知處理程序代碼intthreshold=GetDlgItemInt(IDC_EDIT1);dst=cvCreateImage(cvGetSize(src),8,1);color_dst=cvCreateImage(cvGetSize(src),8,3);cvCanny(src,dst,50,200,3);cvCvtColor(dst,color_dst,CV_GRAY2BGR);lines=cvHoughLines2(dst,storage,CV_HOUGH_PROBABILISTIC,1,CV_PI/180,threshold,50,10);for(i=0;i<lines->total;i++){CvPoint*line=(CvPoint*)cvGetSeqElem(lines,i);cvLine(color_dst,line[0],line[1],CV_RGB(0,0,255),3,CV_AA,0);}cvNamedWindow("Hough",1);cvShowImage("Hough",color_dst);cvWaitKey(0);}響應"保存"按紐的代碼：voidCHoughDlg::OnBnClickedSaveClicked(){//TODO:在此添加控件通知處理程序代碼CFileDialogSaveDlg(FALSE,L"bmp",L"未命名",OFN_HIDEREADONLY|OFN_OVERWRITEPROMPT,L"圖像文件格式(*.bmp)|*.bmp|jPGfileformat(*.jpg)|*.jpg|",NULL);if(SaveDlg.Do