一種圖像中確定區域四邊形的檢測方法及系統的製作方法

2023-09-19 14:26:40

專利名稱：一種圖像中確定區域四邊形的檢測方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於圖像檢測技術領域，具體涉及一種圖像中確定區域四邊形的檢測方法及系統。
背景技術：
在圖像檢測技術領域中，往往 需要檢測出圖像中給定區域的四邊形。在完成圖像中給定區域四邊形檢測過程中，關鍵在於提取四邊形的四條邊界信息。目前，針對給定區域四邊形檢測的方法，一般採用直線擬合以及直線檢測算子(如Hough變換)的方式，直接獲取
直線信息。在採用直線擬合的方法中，首先求取給定區域外輪廓邊界，然後對外輪廓進行直線擬合，求取四邊形的四個頂點，以此確定四邊形形狀。但是，由於在很多情況下，給定區域本身會出現破損的情況，這就給直線擬合帶來極大的影響。另外，直線擬合中，涉及到擬合樣本點選取數目的問題，針對不同尺度的區域，樣本點選取數目直接影響擬合結果，這對算法本身的尺度適應性有較大的影響。直線檢測算子則是通過對給定區域外輪廓直接進行直線檢測，根據各條直線交點的信息求取四邊形。目前直線檢測算子使用較多的如Hough變換，該方法在圖像全局範圍內，對給定區域進行直線檢測，但是該方法在幹擾較強的情況下，容易出現漏檢、誤檢的情況，最終對質量較差的區域也難以較好的適應。以上兩種算法均難以適應區域破損，甚至碎裂的情況。另外，針對直線擬合的方法，由於擬合質量與擬合尺度相聯繫，對不同尺度的區域，難以較好的實現尺度適應性；而直線檢測算子，如Hough變換等，在計算過程中效率較低，並且針對區域碎裂嚴重的情況，也不能實現較好的檢測效果，抗幹擾能力較弱。

發明內容
針對現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種適應性強的圖像中確定區域四邊形的檢測方法及系統。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下一種圖像中確定區域四邊形的檢測方法，包括以下步驟對圖像中需要檢測四邊形的區域進行數值標記，標記出單個或多個連通區域；根據所述數值標記，對單個或者多個連通區域進行邊界追蹤，獲取連通區域外輪廓信息；對單個或者多個連通域邊界追蹤結果進行凸包檢測，並記錄各個相鄰凸包點對信息；利用凸包檢測結果，根據記錄的各個相鄰凸包點信息，分別估計待檢測區域四邊形各條直線。如上所述的圖像中確定區域四邊形的檢測方法，其中，標記的具體方法如下
同一個連通域的像素標記為相同數值，而不同連通域的像素標記為不同數值，在數值上區分出各個連通域。如上所述的圖像中確定區域四邊形的檢測方法，其中，相鄰凸包點對信息包括相鄰凸包點對的間距，凸包點對構成的直線與水平線角度，凸包點對的起點、終點信息。如上所述的圖像中確定區域四邊形的檢測方法，其中，估計待檢測區域四邊形各條直線的過程包括以下步驟(I)通過各個相鄰凸包點對中起點和終點信息，將各個相鄰的凸包點對分為四組，分別對應四邊形的上邊界、右邊界、下邊界以及左邊界；(2)分別對四組凸包點對進行直線估計，通過判斷某凸包點對在同組凸包點對中所佔的組分來確定直線。如上所述的圖像中確定區域四邊形的檢測方法，其中，將相鄰的凸包點對分為四組的方法如下按順時針方向記錄各個相鄰凸包點的起點和終點坐標,計算相鄰兩個凸包點的坐標差dx, dy ； 當I dx H dy I時,為無效邊界；當dx>0且I dx I > I dy I時,終點與起點構成的直線屬於上邊界組；當dy>0且| dx |〈 | dy |時,終點與起點構成的直線屬於右邊界組；當dx〈0且I dx I > I dy I時,終點與起點構成的直線屬於下邊界組；當dy〈0且| dx |〈 | dy |時,終點與起點構成的直線屬於左邊界組。如上所述的圖像中確定區域四邊形的檢測方法，步驟(2)中所述直線的確定方法如下①將同組凸包點對根據起點和終點間距從大到小排序；②將間距最大的凸包點對作為主成分，與該組內剩餘的凸包點對進行合併判斷，依據為兩組凸包點對所構成的直線是否共線，如果共線，則合併兩組凸包點對，構成新的直線，以此類推，完成邊界直線的確定。如上所述的圖像中確定區域四邊形的檢測方法，步驟②中，如果兩組凸包點對所構成的直線之間的夾角不超過5度，則認為該兩組凸包點對所構成的直線共線。一種圖像中確定區域四邊形的檢測系統，包括用於對圖像中需要檢測四邊形的區域進行數值標記，標記出單個或多個連通區域的標記裝置；用於根據所述數值標記對單個或者多個連通區域進行邊界追蹤，獲取連通域外輪廓信息的追蹤裝置；用於對單個或者多個連通域邊界追蹤結果進行凸包檢測，並記錄各個相鄰凸包點對信息的檢測裝置；用於利用凸包檢測結果，根據記錄的各個相鄰凸包點信息，分別估計待檢測區域四邊形各條直線的估計裝置。本發明通過求取圖像中給定區域連通域標記圖像的凸包，再利用凸包點估計給定區域四邊形，採用凸包點在直線中所佔組分大小的原則，完成四邊形直線信息的提取。與直線擬合的方法相比，採用凸包的方式進行四邊形檢測，不依賴擬合尺度的參數控制，因此對不同尺度的給定區域具有良好的尺度適應性。與直線檢測算子相比，採用凸包的方式進行四邊形檢測，具有更高的穩定性，能夠較好的去除幹擾，並且效率較高。


圖I是具體實施方式
中圖像中確定區域四邊形的檢測系統的結構框圖；圖2是具體實施方式
中圖像中確定區域四邊形的檢測方法流程圖；圖3是具體實施方式
所舉實例中圖像中原始四邊形區域圖像；圖4是具體實施方式
所舉實例中圖像中待檢測四邊形區域圖像；圖5是具體實施方式
所舉實例中圖像中待檢測四邊形區域標記圖像；圖6是具體實施方式
所舉實例中圖像中連通域邊界追蹤圖像；圖7是具體實施方式
所舉實例中圖像中凸包點示意圖像；圖8是具體實施方式
所舉實例中圖像中凸包點分組四邊形上邊界示意圖；圖9是具體實施方式
所舉實例中圖像中凸包點分組四邊形右邊界示意圖；圖10是具體實施方式
所舉實例中圖像中凸包點分組四邊形下邊界示意圖；圖11是具體實施方式
所舉實例中圖像中凸包點分組四邊形左邊界示意圖；圖12是具體實施方式
所舉實例中圖像中凸包點組估計四邊形邊界結果示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細描述。如圖I所示，本實施方式中圖像中確定區域四邊形的檢測系統包括標記裝置11、追蹤裝置12、檢測裝置13和估計裝置14。標記裝置11用於對圖像中需要檢測四邊形的區域進行數值標記，標記出單個或多個連通區域。追蹤裝置12用於根據所述數值標記對單個或者多個連通區域進行邊界追蹤，獲取連通域外輪廓信息。檢測裝置13用於對單個或者多個連通域邊界追蹤結果進行凸包檢測，並記錄各個相鄰凸包點對信息。估計裝置14用於利用凸包檢測結果，根據記錄的各個相鄰凸包點信息，分別估計待檢測區域四邊形各條直線。如圖2所示，採用圖I所示系統檢測圖像中確定區域四邊形的方法包括以下步驟(I)標記裝置11對圖像中需要檢測四邊形的區域進行數值標記，標記出單個或多個連通區域。如圖3所示，該圖像為原始四邊形區域圖像，圖4為該四邊形區域破損圖像，即待檢測區域圖像。在實際生活中，圖3是理想狀況下的四邊形區域，而圖4則為檢測到的四邊形區域示意圖，檢測圖像往往由於環境的幹擾而帶有破損，碎裂的情況，本發明的目的即是通過如圖4所示的檢測圖像，得到原始的四邊形區域的估計，即圖3所示四邊形區域。在完成圖像標記的過程中，通過對圖4所示的圖像進行連通域檢測，得到各個連通域的像素信息，並根據連通域信息，將屬於不同連通域的像素進行標記，具體方法為同一個連通域的像素標記為相同數值，而不同連通域的像素標記為不同數值，在數值上區分出各個連通域。如圖5所示，即為連通域數值標記示意圖像。(2)追蹤裝置12根據所述數值標記對單個或者多個連通區域進行邊界追蹤，獲取連通域外輪廓信息。
邊界追蹤採用Moore-Neighborhood算法,該算法為現有算法(參考文獻http://en. wikipedia. org/wiki/Moore_neighborhood),此處不再贊述。如圖6所示，該圖像為對圖5所示各個連通區域進行邊界追蹤後的邊界圖像。(3)檢測裝置13對單個或者多個連通域邊界追蹤結果進行凸包檢測，並記錄各個相鄰凸包點對信息。所述相鄰凸包點對信息包括相鄰凸包點對的間距，與水平線角度，起點、終點信息。凸包檢測過程採用Graham掃描線算法。 該算法為現有算法，此處不再贅述，可參考如下文獻Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest and CliffordStein.Introduction to Algorithms[M]。如圖7所示，該圖像為對圖6中所示邊界點求取凸包後的結果，其中紅色點所示為凸包點所在位置，藍色線表示為相鄰凸包點連線。(4)估計裝置14利用凸包檢測結果，根據記錄的各個相鄰凸包點信息，分別估計待檢測區域四邊形各條直線，具體步驟如下①通過各個相鄰凸包點對中起點和終點信息，將各個相鄰的凸包點對分為四組，分別對應四邊形的上邊界、右邊界、下邊界以及左邊界。凸包點對分組具體方式為按順時針方向記錄各個相鄰凸包點的起點和終點坐標，根據如下公式計算相鄰兩個凸包點的坐標差dx, dy。
Ux = xmd -Xstart<
[dy = y- - y\u,H其中，xend, Xstart為相鄰凸包點的終點、起點橫坐標，ymd，Ystart為相鄰凸包點的終點、起點縱坐標。四組邊界判斷準則為當|dx| = |dy|時，為無效邊界，此時終點和起點構成的直線與水平線夾角為45度，無法判斷該直線的屬性；當dx>0且I dx I > I dy I時,此時終點與起點構成的直線屬於上邊界組；當dy>0且| dx |〈 | dy |時,此時終點與起點構成的直線屬於右邊界組；當dx〈0且I dx I > I dy I時,此時終點與起點構成的直線屬於下邊界組；當dy〈0且I dx I〈 I dy I時,此時終點與起點構成的直線屬於左邊界組。根據以上準則，可以將各個凸包點進行分組，如圖8、9、10、11所示，分別為凸包點對分組結果，對應檢測四邊形區域上邊界，右邊界，下邊界以及左邊界。②分別對四組凸包點對進行直線估計，通過判斷某凸包點對在該類型凸包點對中所佔的組分來確定直線方程，具體方法為a.將同組凸包點對根據起點和終點的間距從大到小排序；b.將間距最大的凸包點對作為主成分，與該組內剩餘的凸包點對進行合併判斷，依據為兩組凸包點對所對應的直線是否共線，如果共線，則合併兩組凸包點對，構成新的直線，以此類推，完成邊界直線的確定。在兩組凸包點對是否共線的準則中，允許存在一定的夾角，夾角不超過5度便認為是同一條直線，以使直線的估計更為準確。
如圖12所示，紅色線表示的即為通過上述方法所得到的四邊形四組邊界的估計。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其同等技術的範圍
之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種圖像中確定區域四邊形的檢測方法，其特徵在於，包括以下步驟 對圖像中需要檢測四邊形的區域進行數值標記，標記出單個或多個連通區域； 根據所述數值標記，對單個或者多個連通區域進行邊界追蹤，獲取連通區域外輪廓信息； 對單個或者多個連通域邊界追蹤結果進行凸包檢測，並記錄各個相鄰凸包點對信息； 利用凸包檢測結果，根據記錄的各個相鄰凸包點信息，分別估計待檢測區域四邊形各條直線。
2.如權利要求1所述的圖像中確定區域四邊形的檢測方法，其特徵在於，所述標記的具體方法如下 同一個連通域的像素標記為相同數值，而不同連通域的像素標記為不同數值，在數值上區分出各個連通域。
3.如權利要求1所述的圖像中確定區域四邊形的檢測方法，其特徵在於所述相鄰凸包點對信息包括相鄰凸包點對的間距，凸包點對構成的直線與水平線角度，凸包點對的起點、終點信息。
4.如權利要求1~3中任一項所述的圖像中確定區域四邊形的檢測方法，其特徵在於，所述估計待檢測區域四邊形各條直線的過程包括以下步驟 (1)通過各個相鄰凸包點對中起點和終點信息，將各個相鄰的凸包點對分為四組，分別對應四邊形的上邊界、右邊界、下邊界以及左邊界； (2)分別對四組凸包點對進行直線估計，通過判斷某凸包點對在同組凸包點對中所佔的組分來確定直線。
5.如權利要求4所述的圖像中確定區域四邊形的檢測方法，其特徵在於，所述將相鄰的凸包點對分為四組的方法如下 按順時針方向記錄各個相鄰凸包點的起點和終點坐標，計算相鄰兩個凸包點的坐標差dx, dy ； 當|dx | = |dy |時,為無效邊界； 當dx>0且|dx|>|dy|時,終點與起點構成的直線屬於上邊界組； 當dy>0且|dx|〈|dy|時,終點與起點構成的直線屬於右邊界組； 當dx〈0且|dx|>|dy|時,終點與起點構成的直線屬於下邊界組； 當dy〈0且|dx|〈|dy|時,終點與起點構成的直線屬於左邊界組。
6.如權利要求4所述的圖像中確定區域四邊形的檢測方法，其特徵在於，步驟(2)中所述直線的確定方法如下 ①將同組凸包點對根據起點和終點間距從大到小排序； ②將間距最大的凸包點對作為主成分，與該組內剩餘的凸包點對進行合併判斷，依據為兩組凸包點對所構成的直線是否共線，如果共線，則合併兩組凸包點對，構成新的直線，以此類推，完成邊界直線的確定。
7.如權利要求6所述的圖像中確定區域四邊形的檢測方法，其特徵在於步驟②中，如果兩組凸包點對所構成的直線之間的夾角不超過5度，則認為該兩組凸包點對所構成的直線共線。
8.一種圖像中確定區域四邊形的檢測系統，包括用於對圖像中需要檢測四邊形的區域進行數值標記，標記出單個或多個連通區域的標記裝置(11); 用 於根據所述數值標記對單個或者多個連通區域進行邊界追蹤，獲取連通域外輪廓信息的追蹤裝直(12)； 用於對單個或者多個連通域邊界追蹤結果進行凸包檢測，並記錄各個相鄰凸包點對信息的檢測裝置(13); 用於利用凸包檢測結果，根據記錄的各個相鄰凸包點信息，分別估計待檢測區域四邊形各條直線的估計裝置(14)。
全文摘要
本發明涉及一種圖像中確定區域四邊形的檢測方法及系統，屬於圖像檢測技術領域。本發明首先對圖像中需要檢測四邊形的區域進行數值標記，標記出單個或多個連通區域；然後根據所述數值標記對單個或者多個連通區域進行邊界追蹤，獲取連通域外輪廓信息；再對單個或者多個連通域邊界追蹤結果進行凸包檢測，並記錄各個相鄰凸包點對信息；最後利用凸包檢測結果，根據記錄的各個相鄰凸包點信息，分別估計待檢測區域四邊形各條直線。本發明具有更高的穩定性，能夠較好的去除幹擾，並且效率較高。
文檔編號G06T7/60GK102881027SQ20121026160
公開日2013年1月16日 申請日期2012年7月26日 優先權日2012年7月26日
發明者楊鏡, 胡希馳 申請人:方正國際軟體有限公司, 方正國際軟體(北京)有限公司