CN101667288A - 一种二值标志图像中连通区域角点检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种角点检测方法，尤其是公开了一种适用于电视台虚拟演播室摄像机标定系统的二值标志图像中连通区域角点检测方法。该方法在检测指定标号连通区域左上角点时，首先遍历二值标志图像，当遇到属于指定标号连通区域的像素点时，分别判断当前像素点的右上像素点、正上像素点、左上像素点和左前像素点的像素值是否均为255，如是，则将指定标号连通区域的左上角点坐标更新为当前像素点坐标，继续遍历二值标志图像；当再次遇到满足上述条件的像素点时，判断该像素点的横坐标是否小于左上角点横坐标，如果小于，则将左上角点坐标更新为当前像素点坐标。按照与上述过程类似的步骤检测其他角点。
Description
技术领域
本发明涉及一种角点检测方法，尤其是涉及一种二值标志图像中连通区域角点检测方法，适用于电视台虚拟演播室的摄像机标定系统。
背景技术
自从电视开播以来，电视节目中主持人身后的场景总是简单而且色彩单调。这些实景的搭建通常采用木料、纸板和油漆等材料。随着时间的推移，在节目中为电视观众提供更丰富的视觉效果变得越来越重要，这就需要突破早期传统场景制作方式的局限性。键技术是第一个获得突破的技术，在黑白电视时代，采用的是亮键技术，后来随着彩色电视的出现，出现了色键技术并得到应用。通过键技术，前景图像中的某一部分可以被计算机中一幅静态图像替代，也可以被事先录制好的视频、直播的视频或者任何其他的视频图像源所替代。但是要实现丰富的节目效果，仅依靠亮键或色键技术还是不够的-因为在摄像机运动拍摄时，合成视频输出中的前景信号和背景信号之间没有同步变化的关系。拍摄主持人的前景摄像机发生推、拉、摇、移等运动时，观众立刻会发现背景存在明显的虚假现象。虚拟演播室技术的诞生就是为了解决节目拍摄中使用色键简单抠像存在的诸多限制。虚拟演播室技术是在传统色键抠像技术的基础上，利用计算机三维图形技术和视频合成技术，根据前景摄像机的位置焦距等参数，使三维虚拟场景的透视关系与前景保持一致，经过色键合成后，使得前景中的人物道具看起来完全沉浸于计算机所产生的三维虚拟场景中，从而创造出逼真的、立体感很强的演播室效果。
虚拟演播室中的一个关键技术是摄像机标定技术，该技术也是跟踪技术的重要基础。摄像机标定技术能够测定摄像机的内部参数，初始定位技术能够获得摄像机的初始外部参数，而传感器的平摇、俯仰角度的变化可以修改外部参数，变焦、聚焦脉冲的变化可以修改内部参数，在内外参数的共同作用下来完成跟踪。
在摄像机标定过程中，测定摄像机的内部参数时首先需要采集许多标志图像，然后检测出这些标志图像中标志的最外边框上的角点，最后利用标志最外边框上的角点推导出摄像机的内部参数。检测标志最外边框上的角点，需要先检测二值标志图像中所有连通区域的角点，用于计算所有连通区域的重心及其与二值标准图像中心的距离，然后利用连通区域的重心与二值标准图像中心的距离以及连通区域的面积检测出标志的最外边框，进而检测出最外边框上的角点。现有的检测连通区域角点的方法采用的是在对二值化标志图像进行连通区域分割后，对连通区域边缘像素点集进行直线拟合求交点的技术，由于该方法的拟合算法不稳定，因而使得角点检测结果不能保持稳定。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种二值标志图像中连通区域角点检测方法，该方法能够准确的检测出连通区域的角点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种二值标志图像中连通区域角点检测方法，该方法首先对二值标志图像中的连通区域进行标号，然后进行以下操作：
检测指定标号连通区域左上角点：遍历二值标志图像，当遇到属于指定标号连通区域的像素点时，分别判断当前像素点的右上像素点、正上像素点、左上像素点和左前像素点的像素值是否均为255，如是，则将指定标号连通区域的左上角点坐标更新为当前像素点坐标，继续遍历二值标志图像；当再次遇到满足上述条件的像素点时，判断该像素点的横坐标是否小于左上角点横坐标，如果小于，则将左上角点坐标更新为当前像素点坐标；
检测指定标号连通区域右上角点：遍历二值标志图像，当遇到属于指定标号连通区域的像素点时，分别判断当前像素点的左上像素点、正上像素点、右上像素点和右后像素点的像素值是否均为255，如是，则指定该标号连通区域的左上角点坐标更新为当前像素点坐标，继续遍历二值标志图像；当再次遇到满足上述条件的像素点时，判断该像素点的横坐标是否大于右上角点横坐标，如果大于，则将右上角点坐标更新为当前像素点坐标；
检测指定标号连通区域右下角点：遍历二值标志图像，当遇到属于指定标号连通区域的像素点时，分别判断当前像素点的右后像素点、右下像素点、正下像素点和左下像素点的像素值是否均为255，如是，则将指定标号连通区域的左上角点坐标更新为当前像素点坐标，继续遍历二值标志图像；当再次遇到满足上述条件的像素点时，判断该像素点的横坐标是否大于右下角点横坐标，如果大于，则将右下角点坐标更新为当前像素点坐标；
检测指定标号连通区域左下角点：遍历二值标志图像，当遇到属于指定标号连通区域的像素点时，分别判断当前像素点的左前像素点、左下像素点、正下像素点和右下像素点的像素值是否均为255，如是，则将指定标号连通区域的左下角点坐标更新为当前像素点坐标，继续遍历二值标志图像；当再次遇到满足上述条件的像素点时，判断该像素点的横坐标是否小于左下角点横坐标，如果小于，则将左下角点坐标更新为当前像素点坐标。
如上所述的一种二值标志图像中连通区域角点检测方法，其中，遍历二值标志图像从二值标志图像的左上角像素点开始，按照从左到右、从上到下的顺序遍历；或者从二值标志图像的右上角像素点开始，按照从右到左、从上到下的顺序遍历；或者从二值标志图像的左下角像素点开始，按照从左到右、从下到上的顺序遍历；或者从二值标志图像的右下角像素点开始，按照从右到左、从下到上的顺序遍历。
本发明所述的方法避开了现有的角点检测方法中区域边缘像素点集作直线拟合的算法，排除了不稳定因素。大量试验表明本发明所述方法稳定性高于现有的方法，可靠性也得到了增强。
附图说明
图1是具体实施方式中所述的分割二值标志图像流程图；
图2是具体实施方式中检测连通区域左上角点流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所述的方法进行详细描述。
本发明适用于电视台虚拟演播室的摄像机标定系统，其目标是在一幅经过二值化处理及采用连通区域标记法分割过的标志图像中，准确地检测出连通区域的四个角点。所述的标志图像是指白纸或白色背景上画出的回字形黑色矩形边框，边框宽度一般大于等于20mm，边框数量可取大于等于两圈，最内侧边框可以是实心，也可以是空心。所述的连通区域是指二值图像中像素值为0或像素值为255的若干相邻像素的集合，所述的相邻是指两个像素点的横坐标或纵坐标之差等于1。
如图1所示，本实施方式中分割二值标志图像采用连通区域标记法，即从二值标志图像次边缘的左上角像素点开始，按照从左到右、从上到下的顺序遍历除边缘之外的二值标志图像，将二值标志图像中所有的像素值为0的像素点进行标号，属于同一连通区域的像素值为0的像素点标号相同，不属于同一连通区域的像素值为0的像素点标号不同，同时记录每个连通区域的面积。
像素值为0的像素点所属连通区域的标号用数组T1记录，该数组的长度为二值标志图像中像素点的总个数，每个像素点所属连通区域的标号用一个与其对应的数组元素来记录。数组T1中所有元素被初始化为0，表示扫描前所有像素点不属于任何区域，连通区域的标号从1开始有效。每个连通区域的面积用数组T2记录，该数组能够动态扩展，即能够动态增加连通区域的个数。数组T2的初始长度为1，扫描过程中遇到一个未标记的连通区域则长度加1。数组每个元素的索引作为连通区域的标号，对应元素值用来记录该标号连通区域的面积。标号从1开始有效，数组第一个元素标号为0，也即第一个元素不使用。标记和记录的过程包括以下步骤。
(1)判断当前像素点的像素值是否为0，如果当前像素点的像素值不为0，则继续判断下一个像素点。
(2)判断当前像素点的右上像素点的像素值是否为0，如果右上像素点的像素值为0，则将右上像素点所属连通区域的标号传给当前像素点，同时将该标号代表的连通区域面积加1；继续判断当前像素点的左前像素点的像素值是否为0，如果左前像素点的像素值为0并且左前像素点的标号与当前像素点的标号不同，则遍历二值标志图像，将二值标志图像中所有与左前像素点标号相同的像素点的标号更新为当前像素点的标号，并将当前像素点标号代表的连通区域面积进行累加，同时将所有与左前标号相同的连通区域面积清零；否则再判断当前像素点的左上像素点的像素值是否为0，如果左前像素点的像素值为0并且左前像素点的标号与当前像素点的标号不同，则遍历二值标志图像，将二值标志图像中所有与左前像素点标号相同的像素点的标号更新为当前像素点的标号，并将当前像素点标号代表的连通区域面积进行累加同时将所有与左上标号相同的连通区域面积清零。
(3)如果当前像素点的右上像素点的像素值不为0，则判断当前像素点的正上像素点的像素值是否为0，如果正上像素点的像素值为0，则将正上像素点所属连通区域的标号传给当前像素点，同时将该标号代表的连通区域面积加1；
(4)如果当前像素点的正上像素点的像素值不为0，则判断当前像素点的左上像素点，如果左上像素点的像素值为0，则将左上像素点所属连通区域的标号传给当前像素点，同时将该标号代表的连通区域面积加1；
(5)如果当前像素点的左上像素点的像素值不为0，则判断当前像素点的左前像素点，如果左前像素点的像素值为0，则将左前像素点所属连通区域的标号传给当前像素点，同时将该标号代表的连通区域面积加1。
(6)如果当前像素点的右上、正上、左上和左前像素点的像素值均不为0，则将当前像素点赋予一个新的标号，同时将该标号代表的连通区域面积加1。
(7)重复步骤(1)至(6)处理下一个像素点，直到处理完除边缘之外的二值标志图像中的所有像素点。
采用上述方法将二值标志图像中所有连通区域进行标号后，检测连通区域的角点包括以下操作。
检测指定标号连通区域左上角点，如图2所示：遍历二值标志图像，当遇到属于指定标号连通区域的像素点时，分别判断当前像素点的右上像素点、正上像素点、左上像素点和左前像素点的像素值是否均为255，如是，则将指定标号连通区域的左上角点坐标更新为当前像素点坐标，继续遍历二值标志图像；当再次遇到满足上述条件的像素点时，判断该像素点的横坐标是否小于左上角点横坐标，如果小于，则将左上角点坐标更新为当前像素点坐标。
检测指定标号连通区域右上角点：遍历二值标志图像，当遇到属于指定标号连通区域的像素点时，分别判断当前像素点的左上像素点、正上像素点、右上像素点和右后像素点的像素值是否均为255，如是，则将指定标号连通区域的左上角点坐标更新为当前像素点坐标，继续遍历二值标志图像；当再次遇到满足上述条件的像素点时，判断该像素点的横坐标是否大于右上角点横坐标，如果大于，则将右上角点坐标更新为当前像素点坐标。
检测指定标号连通区域右下角点：遍历二值标志图像，当遇到属于指定标号连通区域的像素点时，分别判断当前像素点的右后像素点、右下像素点、正下像素点和左下像素点的像素值是否均为255，如是，则将指定标号连通区域的左上角点坐标更新为当前像素点坐标，继续遍历二值标志图像；当再次遇到满足上述条件的像素点时，判断该像素点的横坐标是否大于右下角点横坐标，如果大于，则将右下角点坐标更新为当前像素点坐标。
检测指定标号连通区域左下角点：遍历二值标志图像，当遇到属于指定标号连通区域的像素点时，分别判断当前像素点的左前像素点、左下像素点、正下像素点和右下像素点的像素值是否均为255，如是，则将指定标号连通区域的左下角点坐标更新为当前像素点坐标，继续遍历二值标志图像；当再次遇到满足上述条件的像素点时，判断该像素点的横坐标是否小于左下角点横坐标，如果小于，则将左下角点坐标更新为当前像素点坐标。
上述遍历二值标志图像可以从二值标志图像的任意一个角点开始，按照一定的顺序遍历。例如：从左上角像素点开始，按照从左到右、从上到下的顺序遍历；或者从右上角像素点开始，按照从右到左、从上到下的顺序遍历；或者从左下角像素点开始，按照从左到右、从下到上的顺序遍历；或者从右下角像素点开始，按照从右到左、从下到上的顺序遍历。
本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。
Claims (5)
1.一种二值标志图像中连通区域角点检测方法，该方法首先对二值标志图像中的连通区域进行标号，然后进行以下操作：
检测指定标号连通区域左上角点：遍历二值标志图像，当遇到属于指定标号连通区域的像素点时，分别判断当前像素点的右上像素点、正上像素点、左上像素点和左前像素点的像素值是否均为255，如是，则将指定标号连通区域的左上角点坐标更新为当前像素点坐标，继续遍历二值标志图像；当再次遇到满足上述条件的像素点时，判断该像素点的横坐标是否小于左上角点横坐标，如果小于，则将左上角点坐标更新为当前像素点坐标；
检测指定标号连通区域右上角点：遍历二值标志图像，当遇到属于指定标号连通区域的像素点时，分别判断当前像素点的左上像素点、正上像素点、右上像素点和右后像素点的像素值是否均为255，如是，则将指定标号连通区域的左上角点坐标更新为当前像素点坐标，继续遍历二值标志图像；当再次遇到满足上述条件的像素点时，判断该像素点的横坐标是否大于右上角点横坐标，如果大于，则将右上角点坐标更新为当前像素点坐标；
检测指定标号连通区域右下角点：遍历二值标志图像，当遇到属于指定标号连通区域的像素点时，分别判断当前像素点的右后像素点、右下像素点、正下像素点和左下像素点的像素值是否均为255，如是，则将指定标号连通区域的左上角点坐标更新为当前像素点坐标，继续遍历二值标志图像；当再次遇到满足上述条件的像素点时，判断该像素点的横坐标是否大于右下角点横坐标，如果大于，则将右下角点坐标更新为当前像素点坐标；
检测指定标号连通区域左下角点：遍历二值标志图像，当遇到属于指定标号连通区域的像素点时，分别判断当前像素点的左前像素点、左下像素点、正下像素点和右下像素点的像素值是否均为255，如是，则将指定标号连通区域的左下角点坐标更新为当前像素点坐标，继续遍历二值标志图像；当再次遇到满足上述条件的像素点时，判断该像素点的横坐标是否小于左下角点横坐标，如果小于，则将左下角点坐标更新为当前像素点坐标。
2.如权利要求1所述的一种二值标志图像中连通区域角点检测方法，其特征在于：所述的遍历二值标志图像是从二值标志图像的左上角像素点开始，按照从左到右、从上到下的顺序遍历。
3.如权利要求1所述的一种二值标志图像中连通区域角点检测方法，其特征在于：所述的遍历二值标志图像是从二值标志图像的右上角像素点开始，按照从右到左、从上到下的顺序遍历。
4.如权利要求1所述的一种二值标志图像中连通区域角点检测方法，其特征在于：所述的遍历二值标志图像是从二值标志图像的左下角像素点开始，按照从左到右、从下到上的顺序遍历。
5.如权利要求1所述的一种二值标志图像中连通区域角点检测方法，其特征在于：所述的遍历二值标志图像是从二值标志图像的右下角像素点开始，按照从右到左、从下到上的顺序遍历。
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