Способ обработки сигналов для обнаружения и определения толщины прямых линий на изображении



Способ обработки сигналов для обнаружения и определения толщины прямых линий на изображении
Способ обработки сигналов для обнаружения и определения толщины прямых линий на изображении

Владельцы патента RU 2651176:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области цифровой обработки изображений. Технический результат – обеспечение обнаружения и оценка толщины прямолинейных протяженных объектов на изображении. Способ обработки сигналов включает: вычисление градиентного поля изображения; задание шага изменения по смещению и множеству углов ориентации; суммирование вдоль всех прямых линий, определяемых возможным смещением в пределах изображения, значений проекции градиента на перпендикуляр к текущей прямой линии; представление результатов суммирования в виде второго двумерного изображения; произвольный выбор направления обхода второго изображения по координате, соответствующей смещению; формирование на основе второго изображения третьего изображения, в котором интенсивность каждого пикселя вычисляется как сумма всех пикселей второго изображения; расширение третьего изображения с последующим размытием и обрезкой до исходных размеров; вычисление местоположения локальных экстремумов третьего изображения, обладающих тем свойством, что одна из координат местоположения экстремума определяет смещение прямой, проходящей вдоль протяженного объекта, а другая координата - угол ориентации этой прямой.

 

Изобретение относится к области цифровой обработки изображений и может быть использовано в охранных системах, системах мониторинга, оптоэлектронных системах сопровождения объектов, контрольно-измерительных системах, медицине, логистике и др.

Известен способ применения модифицированного преобразования Хафа для обнаружения штриховых кодов и текстовых областей, описанный в [Визильтер Ю.В., Желтов С.Ю., Бондаренко А.В. и др. Методы анализа свидетельств // Обработка и анализ изображений в задачах машинного зрения. Курс лекций и практических занятий.- М.: Физматкнига, 2010. С. 341-343. ISBN 978-5-89155-201-2], в котором для повышения точности и надежности обнаружения полос выполняется оценка градиентного поля исходного изображения. Все точки, имеющие модуль градиента выше порогового значения, участвуют в голосовании, по результатам которого в каждой ячейке аккумулятора хранится количество лежащих на соответствующей прямой точек, со значительным уровнем градиента и направлением градиента, отличающимся от перпендикулярного этой прямой не более чем на заданное пороговое значение. Далее над аккумулятором выполняются специфические для задач поиска кодосодержащих полос операции.

К недостаткам данного способа можно отнести крайнюю ограниченность областей использования алгоритма, и неприменимость в нем быстрого преобразования Фурье (БПФ) для ускорения вычислений. Следует отметить тот факт, что узкий диапазон значений углов голосования накладывает дополнительные ограничения на область применимости подхода.

Наиболее близким к заявляемому способу является подход, основанный на преобразовании Радона. Преобразование Хафа во многом схоже с преобразованием Радона, но, в отличие от тотального преобразования Радона, позволяет выполнять преобразование произвольной части изображения. В то же время преобразование Радона использует БПФ, что дает значительный прирост производительности в сравнении с преобразованием Хафа всего изображения.

В качестве прототипа используется [Пат. РФ №2522924 опубликован 20.07.2014], в котором предложен способ обработки изображений, основанный на преобразовании Радона с целью выделять прямолинейные границы на изображении в условиях значительных шумовых искажений. Несмотря на эффективность данного подхода, он рассчитан на обнаружение прямолинейных границ и для обнаружения прямых линий не применим без модификации.

Недостатком прототипа является возведение проекции градиента в квадрат, что приводит к частичной потере информации, важной при обнаружении прямых линий. Таким образом, знак проекции вектора градиента исключался из рассмотрения при поиске прямолинейных границ.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в создании вычислительно эффективного способа обнаружения прямых линий на изображении посредством обработки, использующей преобразование Радона.

Технический результат достигается тем, что заявляемый способ обработки сигналов для обнаружения прямых линий на дискретном изображении выполняется с учетом направления вектора перепада уровня яркости изображения.

Предлагаемый способ состоит из шести этапов.

1) Вычисление поля градиентов. Для каждого пикселя исходного изображения L вычисляется значение вектора градиента .

2) Вычисление двух обычных преобразований Радона от изображений, полученных на основе градиентного поля по выражениям:

rx=R[gx],

ry=R[gy],

где - оператор преобразования Радона;

rx и ry - результаты преобразований Радона от gx и gy соответственно (имеют размеры Nρ×Nθ).

rx и ry представляют собой дискретные изображения с координатами пикселей (s,α), где , . Каждой точке (s,α) соответствует прямая с параметрами (ρ(s), θ(α)), где ρ(s) - расстояние от начала координат до ближайшей к нему точки на прямой, θ(α) - угол поворота нормали к прямой относительно абсциссы (оси x) против часовой стрелки.

3) Вычисление вектора весов wx и wy для всех значений , которые были использованы в преобразованиях rx и ry:

;

.

4) Вычисление промежуточной двумерной функции r'(s,α) путем взвешенного суммирования трех обычных преобразований Радона по выражению:

r'(s,α)=rx(s,α)⋅wx(α)+ry(s,α)⋅wy(α), , .

5) Вычисление двумерной функции r''(s,α) в каждой его точке путем суммирования яркостей пикселей r'(s,α) вдоль оси s от какого-либо из краев изображения, выбранного заранее, до пикселя, соответствующего текущему пикселю на r''(s,α):

6) Рассмотрение двумерной функции r''(s,α) как растрового изображения с последующим применением к нему размытия, учитывающего периодичность функции r''(s,α). Для этого размываемое изображение r''(s,α) предварительно расширяется в каждую сторону на половину размера фильтра размытия, при этом недостающие элементы, выходящие за исходные границы изображения r''(s,α) по оси α, восстанавливаются согласно следующему выражению:

r''(s,α±l80°)=r''(-s,α).

Остальные элементы заполняются нулями. Полученное расширенное изображение подвергается размытию с последующей обрезкой до исходных размеров.

На результирующем изображении производится поиск локальных экстремумов, предположительно, соответствующих прямым линиям на исходном изображении [Д.Б. Волегов, В.В, Гусев, Д.В. Юрин. Обнаружение прямых линий на изображениях на основе преобразования Хартли. Быстрое преобразование Хафа // в: 16-я международная конференция по компьютерной графике и ее приложениям ГрафиКон2006. Россия, Новосибирск, Академгородок, 2006, с. 182-191.]. При этом размер по оси s области, принадлежащей экстремуму, пропорционален толщине линии в пикселях.

Предлагаемый способ обработки сигналов для обнаружения прямолинейных границ объектов может быть реализован на базе персональной электронной вычислительной машины (ПЭВМ) общего назначения. Использование двух преобразований Радона от независимых параметров позволяет эффективно распараллелить процесс обработки изображения, сократив время вычисления почти в два раза.

В случаях, когда использование ПЭВМ общего назначения невозможно (например, в бортовых системах обработки изображений), предлагаемый способ обработки сигналов может быть реализован на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), либо совместного использования ПЛИС и специализированных цифровых процессоров обработки сигналов.

При использовании предлагаемого способа в системах обработки видеоизображений реального времени рекомендуется использовать преобразование Радона, реализованное с помощью БПФ или преобразования Хартли [Д.Б. Волегов, В.В, Гусев, Д.В. Юрин. "Обнаружение прямых линий на изображениях на основе преобразования Хартли. Быстрое преобразование Хафа" // в: 16-я международная конференция по компьютерной графике и ее приложениям ГрафиКон2006. Россия, Новосибирск, Академгородок, 2006, с. 182-191.]. Это позволит снизить требования, предъявляемые к аппаратному обеспечению.

Заявляемый способ отличается невысокой вычислительной сложностью и может быть реализован на существующей и перспективной элементной базе.

Способ обработки сигналов для обнаружения и оценки толщины прямолинейных протяженных объектов на двумерном изображении, включающий:

- вычисление градиентного поля изображения;

- задание шага изменения по смещению и множеству углов ориентации;

- суммирование вдоль всех прямых линий, определяемых возможным смещением в пределах изображения, шагом изменения смещения и множеством углов ориентации, значений проекции градиента на перпендикуляр к текущей прямой линии;

- представление результатов суммирования в виде второго двумерного изображения, в котором значение пикселя определяется результатом суммирования вдоль прямой, смещение которой определяется одной из координат пикселя, а угол ориентации определяется оставшейся координатой;

- произвольный выбор одного из двух направлений обхода второго изображения по координате, соответствующей смещению, в сторону увеличения смещения или в сторону уменьшения смещения;

- формирование на основе второго изображения третьего изображения, в котором интенсивность каждого пикселя вычисляется как сумма всех пикселей второго изображения, у которых координата, соответствующая углу ориентации, совпадает с координатой текущего пикселя, а координата, соответствующая смещению, не превосходит значение соответствующей координаты текущего пикселя при выборе направления обхода в сторону увеличения значения смещения, либо имеет значение большее или равное значению соответствующей координаты текущего пикселя при выборе направления обхода в сторону уменьшения значений смещения;

- расширение третьего изображения с последующим размытием и обрезкой до исходных размеров, причем расширение изображения производится на размер размывающего фильтра, а сами недостающие элементы третьего изображения, выходящие за исходные границы по углу, заполняются копиями противоположных краев третьего изображения, отраженными по оси сдвига, а элементы, выходящие за исходные границы по сдвигу, заполняются нулями;

- вычисление местоположения локальных экстремумов третьего изображения, обладающих тем свойством, что одна из координат местоположения экстремума определяет смещение прямой, проходящей вдоль протяженного объекта, а другая координата - угол ориентации этой прямой; при этом, если рассмотреть как одномерную дискретную функцию вектор точек второго изображения, координаты которых по оси, соответствующей углу поворота прямой, равны соответствующей координате найденного экстремума на третьем изображении, то расстояние в дискретных единицах между ближайшими двумя экстремумами этой функции, между которыми оказывается точка, положение которой соответствует найденному на третьем изображении экстремуму, помноженное на шаг изменения смещения, определяет толщину прямолинейного протяженного объекта.



 

Похожие патенты:

Способ определения пространственных координат точечных источников по двухмерным изображениям заключается в регистрации под разными ракурсами изображений контролируемой области пространства, в которой находятся источники, разбиении этой области пространства на элементы разрешения (ЭР), нумерации их и фиксации пространственных координат, определении расчетным путем положений ЭР на плоскостях изображений.
Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам для калибровки системы введения воздействующего элемента в объект. Калибровочное приспособление содержит узел предоставления изображений для предоставления первого изображения, показывающего удлиненное устройство введения, и устройство слежения, выполненное с возможностью отслеживать устройство введения и вставляться в устройство введения настолько далеко по длине устройства введения, насколько возможно, и второго изображения, показывающего устройство введения и калибровочный элемент, который имеет те же размеры, что и воздействующий элемент, и который должен быть вставлен в устройство введения настолько далеко по длине устройства введения, насколько возможно, узел идентификации для идентификации конца устройства введения, устройства слежения и калибровочного элемента на первом и втором изображениях, узел определения относительного положения в пространстве устройства слежения и калибровочного элемента из первого и второго изображений, на которых были идентифицированы конец устройства введения, устройство слежения и калибровочный элемент.

Изобретение относится к области обработки сигнала трехмерного изображения. Технический результат – обеспечение возможности уменьшения глубины к жестко закодированным наложениям в сигнале трехмерного изображения.

Настоящее изобретение относится к сканирующему устройству (10, 10') для сканирования объекта (12).Технический результат заключается в повышении точности нахождения правильного положения сканирующего устройства.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для управления процессом изготовления пористого изделия. В способе оценки распределения пористости внутри пористого изделия, такого как гофрированный фильтр, табачный штранг или сигарета, получают цифровое изображение поперечного участка изделия и определяют долю пор на участке для каждой из нескольких имеющих идентичные размеры подобластей поперечного участка изделия.

Группа изобретений относится к области медицины, а именно к диагностике заболеваний. При помощи компьютера определяют из последовательности пикселей на изображении внешней черепно-лицевой мягкой ткани вероятности того, что субъект подвержен воздействию генетических нарушений.

Изобретение относится к области обработки изображений. Технический результат – определение реального расстояния на основе изображения без сравнения с эталонным объектом, имеющимся в изображении.

Изобретение относится к области передачи служебных сигналов, а более конкретно к обработке кодированных данных. Технический результат – упрощение обработки изображений посредством использования управляющих данных.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах автоматизированного обнаружения и распознавания наземных объектов на радиолокационных изображениях земной поверхности.

Группа изобретений относится к технологиям воспроизведения изображений. Техническим результатом является устранение искажения цветопередачи при воспроизведении изображений.

Изобретение относится к области обработки изображений, а именно к распознаванию категории объекта изображения. Технический результат – повышение скорости и точности распознавания категории объекта изображения.

Изобретение относится к области обработки изображений. Технический результат – определение реального расстояния на основе изображения без сравнения с эталонным объектом, имеющимся в изображении.

Изобретение относится к способам и системам симплификации кривой. Технический результат заключается в повышении скорости симплификации кривой.

Изобретение относится к медицине и предназначено для наглядного представления результатов флюорографического обследования и может быть использовано во врачебной практике с целью повышения качества оказываемых медицинских услуг.

Изобретение относится к способам и системам создания симплифицированных границ графических объектов. Технический результат заключается в уменьшении требуемых вычислительных ресурсов компьютера при обработке графических объектов.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в экономии компьютерных ресурсов, идущих на отрисовку симплифицированных графических объектов на экране.

Изобретение относится к области обработки данных. Технический результат – обеспечение распознавания фигур среди элементов геометрической модели.

Способ регистрации малоконтрастных точечных объектов используют оптико-электронный прибор, объектив которого формирует оптические изображения точечных объектов на матричном приемнике излучения.

Изобретение относится к технологиям обнаружения прямых линий и геометрических форм с помощью электронных устройств. Техническим результатом является повышение точности обнаружения прямой линии за счет определения возможного варианта направления прямой линии, с учетом вычисления совпадающего расстояния, отражающего степень близости.

Изобретение относится к области моделирования 3D (трехмерных) объектов. Способ трехмерного моделирования заданного гидрогеологического объекта, реализуемый в вычислительной системе, заключается в том, что предварительно моделируемый объект виртуально разбивают на определенное количество слоев, затем определяют и сохраняют в запоминающем устройстве параметрические координаты точек граничных контуров моделируемого объекта и его образованных слоев в виде набора точек, упорядоченных по часовой стрелке, далее для каждой поверхности раздела слоев посредством соответствующих вычислительных ядер строят двухмерную неструктурированную сетку, включающую список координат узлов, списки узлов и ячеек, затем производят разбиение каждой полученной двухмерной неструктурированной сетки на подобласти и сохраняют координаты узлов, упорядоченный набор номеров узлов каждой ячейки и список номеров соседних с ней ячеек каждой образованной подобласти в памяти соответствующего вычислительного ядра; далее в параллельном режиме производят построение трехмерной вычислительной сетки заданного гидрогеологического объекта, в ходе которого одновременно посредством соответствующего вычислительного ядра из каждой ячейки каждой образованной подобласти двухмерной неструктурированной сетки, используя координаты точек контуров ячеек, вдоль оси аппликат образуют многогранник, затем одновременно в каждой подобласти определяют граничные условия для каждого образованного многогранника путем доопределения граней, являющихся общими с соседними многогранниками, после чего производят разбиение каждого многогранника определенным способом вдоль оси аппликат на определенное число ячеек, далее доопределяют граничные ячейки и грани многогранников, соприкасающихся с поверхностями раздела слоев, затем сохраняют в соответствующем вычислительном ядре координаты узлов, списки узлов граней, списки граней ячеек каждого многогранника каждой образованной подобласти трехмерной вычислительной сетки.

Изобретение относится к области обработки изображений, а именно к распознаванию категории объекта изображения. Технический результат – повышение скорости и точности распознавания категории объекта изображения.

Изобретение относится к области цифровой обработки изображений. Технический результат – обеспечение обнаружения и оценка толщины прямолинейных протяженных объектов на изображении. Способ обработки сигналов включает: вычисление градиентного поля изображения; задание шага изменения по смещению и множеству углов ориентации; суммирование вдоль всех прямых линий, определяемых возможным смещением в пределах изображения, значений проекции градиента на перпендикуляр к текущей прямой линии; представление результатов суммирования в виде второго двумерного изображения; произвольный выбор направления обхода второго изображения по координате, соответствующей смещению; формирование на основе второго изображения третьего изображения, в котором интенсивность каждого пикселя вычисляется как сумма всех пикселей второго изображения; расширение третьего изображения с последующим размытием и обрезкой до исходных размеров; вычисление местоположения локальных экстремумов третьего изображения, обладающих тем свойством, что одна из координат местоположения экстремума определяет смещение прямой, проходящей вдоль протяженного объекта, а другая координата - угол ориентации этой прямой.

Наверх