图像分割 霍夫变换(Hough Transform)

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开篇废话

废话开始,要过年了,到处人心惶惶,沉下心写篇博客,下一篇就等农历新年以后了。马上新年了,希望自己在新年能提高技术,找到一份图像处理的好工作,也希望大家都能学习到更多的知识,做自己喜欢做的事情。 以前基本每天都写博客,坚持了三个月感觉确实有提高,也能把知识总结分享出来,看着每天博客的访问量不断增长,心里很有成就感,共同学习,共同进步,喜欢分享的人,才能获得别人的分享,好多优秀的同学并不喜欢分享知识,或者用很高深的话显示出自己的知识,现在想想,能用俗话说清相对论的人才是高手,让那些故弄玄虚,作假,抄袭欺骗国家欺骗人民的院士,专家都去shi吧。 废话稍微多了一点点,说说霍夫变换,Hough Transform,由Hough提出,问题原型是如何找到图像中的直线,后来延伸到可以检测出任何可以表示成方程的图形,霍夫变换的检测可以检测不完整的图形,也就是中间有间断的,并且霍夫变换对旋转具有不变性,对噪声不敏感,但是霍夫变换的缺点是需要的存储量较大,标准的霍夫变换运算量大,相对较慢。 本篇只介绍标准霍夫变换对直线的检测,放在图像分割这部分是因为冈萨雷斯书中将霍夫变换用于连接边缘。

数学原理

我们本篇只介绍检测直线,对于图像中直线,一般用方程表示直线相对于y轴的截距,如图中所示:

如果按照正常思维,搜索图中的直线,使用穷举的方法,假设图像一共有N个像素任意两点可以构成一条直线,所以过一点应该有(N-1)/2条,所以全图像存在N(N-1)/2条直线,如果要确定一点是否是直线上的点,一共需要至少次计算,这个代价的算法在实际中基本没有价值,于是,Hough提出了一种巧妙的方法,将直线表示成,绘制出两条曲线:

可以根据上图得出k=2,b=4,那么在的点的在k,b坐标系上的交点都在(2,-4)处, 根据上面我们可以利用这个特点,将一幅图像从(x,y)坐标系,转换到(k,b)坐标系,假设原图中有k个亮点,可以在(k,b)坐标系画出k条直线,那么越多的直线交于一点,说明该点的坐标为斜率和截距的直线点在原图中出现频率越大,那么我们就能根据这个特点找出这些点。 问题来了,当原图直线和x轴垂直时,斜率k趋近于无穷大,所以在(k,b)坐标系内无法表示,所以我们换一种方法,使用直线。 将上面的思想应用到坐标系,我们将得到,如下的信息,原图:

转换到参数坐标系:

交点出就是两条对角线的参数。 我们来观察一条直线的参数坐标系: 水平直线:

对应参数坐标系:

垂直直线:

对应参数坐标系:

45°直线:

对应参数坐标系:

-45°直线:

对应参数坐标系:

五条直线交于一点:

对应参数坐标系:

上图中越明亮的点说明重叠参数方程越多,我们来观察两条直线对应参数坐标系的立体情况: 原图:

平面的参数方程坐标系:

参数方程坐标系的立体显示:

代码void SHT(int x,int y,int zero,double * polar){double angle_step=POLARSTEP;double angle=-M_PI_2;for(int i=0;i<POLARWIDTH;i++){int p_y=(int)(((sin(angle)*y+cos(angle)*x)+0.5)*POLARHEIGHT_ZOOM)+zero;polar[p_y*POLARWIDTH+i]++;angle+=angle_step;}}//void HoughLine(double *src,double *dst,int width,int height,int lineLength){int polar_height=2*POLARHEIGHT_ZOOM*(int)(sqrt(width*width+height*height)+1);int polar_width=POLARWIDTH;double *polar=(double *)malloc(sizeof(double)*polar_height*polar_width);Zero(polar,polar_width,polar_height);for(int j=0;j<height;j++){for(int i=0;i<width;i++){if(src[j*width+i]==255.0)SHT(i, j,polar_height/2,polar);}}for(int j=0; j<polar_height;j++)for(int i=0;i<polar_width;i++){if(polar[j*polar_width+i]>lineLength){double theta=i*POLARSTEP;if(theta==M_PI_2)DrawLine(dst, width, height, theta, abs(j-polar_height/2)/POLARHEIGHT_ZOOM);else if (theta==0)DrawLine(dst, width, height, theta, abs(j-polar_height/2)/POLARHEIGHT_ZOOM);else{DrawLine(dst, width, height, theta, -(int)((j-polar_height/2)/cos(i*POLARSTEP))/POLARHEIGHT_ZOOM);}}}free(polar);}效果

Hough变换输入图像因为边缘图像,或是二值图像效果如下图: 原图:

边缘检测:

霍夫直线检测:

原图:

边缘检测:

霍夫直线检测:

结论人的价值,在遭受诱-惑的一瞬间被决定

图像分割 霍夫变换(Hough Transform)

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