基於徑向疊加及對稱性判別的圓形結構圖像邊緣檢測方法
2023-11-11 14:08:12
專利名稱：基於徑向疊加及對稱性判別的圓形結構圖像邊緣檢測方法
技術領域：
本發明屬於圖像邊緣檢測技術領域，特別涉及一種基於徑向疊加及對稱性判別的圓形結構圖像邊緣檢測方法。
背景技術：
圓形圖像或近似圓形圖形的邊緣檢測及直徑測量有廣泛的用途，如眼科臨床檢測中，通過相機對眼睛表面成像，通過圖像處理的方法確定瞳孔的中心位置及直徑、對虹膜的邊緣進行檢測確定白到白的距離及中心位置等。常用的邊緣檢測的方法是通過比較邊界灰度的變化特性確定邊界，這種方法對於邊界明顯的情況效果比較好，但是對於不具有明顯邊界的情況，如虹膜的邊緣就會產生較大的誤差。中國專利文獻公開了名稱為「瞳孔檢測裝置和虹膜認證裝置」，公開號為:CN101317754、CN1805702、CN1805701、CN1842819、CN1805703、CN1842818。它是通過把圖像沿多個同心圓相加，檢測環圓周積分值相對於圓周半徑階躍性變化的方法確定瞳孔和虹膜的中心位置，這種方法的優點是以環圓周積分值進行邊緣判斷，可以克服局部差異的影響，但是環圓周積分的方法導致計算量比較大，同時，環圓周積分值對圓周中心的變化不敏感，當圓形結構圖像的局部被汙染時，誤差較大。
發明內容
本發明目的在於提供一種基於徑向疊加及對稱性判別的圓形結構圖像邊緣檢測方法，它為圓形圖像、近似圓形圖像提供了一種中心確定、邊緣識別及直徑計算的方法。本發明所提出的技術解決方案是這樣的:
一種基於徑向疊加及對稱性判別的圓形結構圖像邊緣檢測方法，該方法包括如下步
驟:
(1)圓形結構圓心的水平坐標的確定:首先，以預設點為圓形結構假定的圓心，在圖像上沿水平方向對稱地選取兩個扇形區域，把兩個扇形區域分別分解成沿徑向分布的一維數據並進行疊加，形成兩個一維數據序列，計算兩個一維數據序列的互相關；然後，沿水平方向改變假定圓心的位置，重複以上過程，根據圓形結構的對稱性，當兩個一維數據序列的零偏移互相關為最大時，對應的假定圓心水平坐標即為圓形結構圓心的水平坐標；
(2)圓形結構圓心的豎直坐標的確定:以步驟(I)確定的圓形結構圓心水平坐標值和預設點的豎直方向坐標值，作為圓形結構假定的圓心，在圖像上沿豎直方向對稱地選取兩個扇形區域，把兩個扇形區域分別分解成沿徑向分布的一維數據並進行疊加，形成兩個一維數據序列，計算兩個一維數據序列的互相關；然後，沿豎直方向改變假定圓心的位置，重複以上過程，根據圓形圖像的對稱性，當兩個一維數據序列的零偏移互相關為最大時，對應的假定圓心豎直坐標即為圓形結構圓心的豎直坐標；
(3)圓形結構邊緣檢測:以已經確定的圓形結構的圓心坐標為圓心，任取一段扇形區域，把扇形區域分解成沿徑向分布的一維數據並進行疊加，形成一維數據序列，該一維數據序列一階導數極大值對應的位置為圓形 結構的邊緣，並計算圓形半徑。
與現有技術相比，本發明具有如下顯著效果:
(1)本方法用圓弧積分代替圓周積分，可以提高計算速度；
(2)選取未被汙染的圓形結構圖像的局部作為分析區域，提高了準確性；
(3)以兩個對稱扇形區域徑向疊加的相似性作為圓形結構中心的判斷標準，故靈敏度
聞，誤差小。本發明的基於徑向疊加及對稱判別的圓形結構圖像邊緣檢測方法主要用於計算瞳孔的中心位置及直徑、計算白到白的距離及中心位置。
圖1 (a)表示具有圓形結構的圖像。圖1 (b)表示以Ptl為假定的圓形結構的圓心，在圖像上沿水平方向選取對稱的兩個扇形區域。圖1 (C)表示把圖1 (b)所示的左右兩個扇形區域分別分解成沿徑向分布的一維數據。圖1 (d)表示把圖1 (C)所示的左扇形區域分解成沿徑向分布的一維數據，並按順序重新排列。圖1 (e)表示把圖1 (C)所示的右扇形區域分解成沿徑向分布的一維數據，並按順序重新排列。 圖1 (f)所示的點線和實線分別是圖1 (d)和圖1 (e)所示一維數據沿水平方向疊加的結果。圖1 (g)表示當Pn (Xn, Y。)的水平坐標Xn是圓形結構實際圓心的水平坐標時，左右扇形完全吻合。圖2表示在圖像上沿豎直方向對稱地選取兩個扇形區域。圖3 (a)所示為眼睛的圖像。圖3 (b)是在圖3 (a)所示圖像上沿水平方向選取對稱的左右兩個扇形區域，扇形角度為90度。圖3 (c)表示把扇形區域分解成沿徑向分布的一維數據並進行疊加，計算該一維數據序列的一階導數，其極大值對應的位置為圓形結構的邊緣。圖3 Cd)表示瞳孔的邊緣檢測結果，以已經確定的瞳孔的圓心及半徑的圓就是瞳孔的邊緣。
具體實施例方式通過下面實施例對本發明作進一步詳細闡述。一種基於徑向疊加及對稱性判別的圓形結構圖像邊緣檢測方法，其方法步驟為:
(I)圓形結構圓心的水平坐標的確定，如圖1 (a) (g)所示，其中圖1 (a)表示具有
圓形結構的圖像。首先以預設點Ptl (Xci, Ytl)為假定的圓形結構的圓心，在圖像上沿水平方向選取對稱的兩個扇形區域，如圖1 (b)所示，把左右兩個扇形區域分別分解成沿徑向分布的一維數據，如圖1 (C)所示，並分別按順序重新排列，如圖1 (d)、圖1 (e)中矩形框內數據所示，把如圖1 (d)、圖1 (e)中矩形框內所示數據分別沿水平方向疊加，形成兩個一維數據序列，如圖1 (f)中的點線和實線所示。由於圓形結構具有左右對稱性，當Ptl (X0, Y0)的水平坐標XtlS圓形結構的實際圓心的水平坐標時，則圖1 (b)中所取的兩個扇形完全吻合，因此疊加得到的圖1 (f)中的兩條曲線應重合；當PO (Xtl, Ytl)的水平坐標Xtl不是圓形結構的實際圓心的水平坐標時，則圖1 (b)中所取的兩個扇形有差異，因此疊加得到的圖1 (f)中的兩條曲線不重合。因此，通過計算這兩條曲線的互相關，比較這兩條曲線的相似程度，如果零偏移互相關的值不是最大值時，繼續沿水平方向改變假定圓心的位置(即沿圖(b)中點線改變假定圓心的位置)，重複選取左右扇形，重複以上過程，當疊加的兩條曲線的零偏移互相關的值為最大值時，說明所選取的左右扇形完全吻合，如圖1 (g)所示，此時假定的圓心Pn (Xn, Y0)的水平坐標Xn就是圓形結構實際圓心的水平坐標，定義為Xc。(2)圓形結構圓心的豎直坐標的確定，如圖2所示，在本實施例步驟(I)的基礎上，在直線X= Xe (圖2中點線所示)上選取不同的點作為假定的圓形結構圓心，沿豎直方向對稱的選取兩部分扇形區域，重複步驟(I)的過程，計算圓形結構實際圓心的豎直坐標，定義為Yc。(3)圓形結構邊緣檢測，以已經確定的圓形結構圓心坐標(X。Yc)為圓心,任取一段扇形區域，把扇形區域分解成沿徑向分布的一維數據並進行疊加，形成一維數據序列，該一維數據序列一階導數極大值對應的位置為圓形結構的邊緣，並計算圓形半徑。眼睛的圖像如圖3 (a)所示，首先以圖像的中心I假定為瞳孔2中心，在圖像上沿水平方向選取對稱的左、右兩個扇形區域3、4，扇形角度為90度，如圖3 (b)所示。把左、右兩個扇形區域3、4分別分解成沿徑向分布的一維數據，分別按順序重新排列，並分別沿水平方向疊加，形成兩個一維數據序列，計算這兩個一維數據序列的互相關，比較這兩條曲線的相似程度，如果零偏移互相關的值不是最大值時 ，繼續沿水平方向改變假定圓心的位置，重複選取左、右扇形，重複以上過程，當疊加的兩條曲線的零偏移互相關的值為最大值時，說明所選取的左、右扇形完全吻合，此時假定的圓心Pn(Xn，Ytl)的水平坐標Xn就是圓形結構實際圓心的水平坐標，定義為X。。沿曲線Χ=Χ。選取不同的點作為假定的圓形結構圓心，沿豎直方向對稱的選取兩部分扇形區域，重複上述步驟，計算出圓形結構實際圓心的豎直坐標，定義為\。以已經確定的圓形結構圓心坐標(Xt;, Yc)為圓心，任取一段扇形區域，把扇形區域分解成沿徑向分布的一維數據並進行疊加，形成一維數據序列5，計算一維數據序列5的一階導數6，一階導數6極大值位置到零點的水平距離7為瞳孔2的半徑，以(X。，Y。)為圓心及以距離7為半徑的圓周，就是瞳孔2的邊緣，如圖3 (d)所示。
權利要求
1.一種基於徑向疊加及對稱性判別的圓形結構圖像邊緣檢測方法，其特徵在於:該方法包括如下步驟:(1)圓形結構圓心的水平坐標的確定:首先，以預設點為圓形結構假定的圓心，在圖像上沿水平方向對稱地選取兩個扇形區域，把兩個扇形區域分別分解成沿徑向分布的一維數據並進行疊加，形成兩個一維數據序列，計算兩個一維數據序列的互相關；然後，沿水平方向改變假定圓心的位置，重複以上過程，根據圓形結構的對稱性，當兩個一維數據序列的零偏移互相關為最大時，對應的假定圓心水平坐標即為圓形結構圓心的水平坐標；(2)圓形結構圓心的豎直坐標的確定:以步驟(I)確定的圓形結構圓心水平坐標值和預設點的豎直方向坐標值，作為圓形結構假定的圓心，在圖像上沿豎直方向對稱地選取兩個扇形區域，把兩個扇形區域分別分解成沿徑向分布的一維數據並進行疊加，形成兩個一維數據序列，計算兩個一維數據序列的互相關；然後，沿豎直方向改變假定圓心的位置，重複以上過程，根據圓形圖像的對稱性，當兩個一維數據序列的零偏移互相關為最大時，對應的假定圓心豎直坐標即為圓形結構圓心的豎直坐標；(3)圓形結構邊緣檢測:以已經確定的圓 形結構的圓心坐標為圓心，任取一段扇形區域，把扇形區域分解成沿徑向分布的一維數據並進行疊加，形成一維數據序列，該一維數據序列一階導數極大值對應的位置為圓形結構的邊緣，並計算圓形半徑。
全文摘要
一種基於徑向疊加及對稱性判別的圓形結構圖像邊緣檢測方法，其操作步驟為(1)圓形結構圓心的水平坐標的確定；(2)圓形結構圓心的豎直坐標的確定；(3)圓形結構邊緣檢測，以已經確定的圓形結構圓心坐標為圓心，任取一段扇形區域，把扇形區域分解成沿徑向分布的一維數據並進行疊加，形成一維數據序列，其一階導數極大值對應的位置為圓形結構的邊緣，並計算圓形半徑。本方法具有計算速度快、準確性高的優點，由於採用以兩個對稱扇形區域徑向疊加的相似性作為圓形結構中心的判斷標準，故靈敏度高，誤差小。
文檔編號A61B3/11GK103226702SQ20131016127
公開日2013年7月31日 申請日期2013年5月6日 優先權日2013年5月6日
發明者王毅, 周紅仙 申請人:王毅