CN102999681A - 基于圆环匹配的圆心计算方法 - Google Patents

Abstract

一种基于圆环匹配的圆心计算方法，利用计算机对目标图片中圆形区域进行分析，圆形区域具有一个已知的半径，在目标图片的圆形区域上叠加一个圆环形模板，圆环内圆的半径等于圆形区域的半径，将模板的中心点遍历目标图片中的全部像素点，在任意一个像素点上，均以该点为轴心、以水平方向向右为x轴、以逆时针方向为正，将x轴绕轴心旋转360度，在旋转过程中记录圆环与目标图片中圆形区域发生重合的角度的数目，最后找出发生重合的角度的最大数目，以最大数目发生时、模板的中心点所在的像素点为目标图片中圆形区域的圆心位置。本发明对目标图片的依赖程度低，目标图片无需分出明显和完整的圆形区域，适合有干扰物的现场环境。

Description

基于圆环匹配的圆心计算方法

技术领域

本发明涉及物理领域，尤其涉及测量技术，特别涉及机器视觉领域中测量物体圆心的技术，具体的是一种基于圆环匹配的圆心计算方法。

背景技术

在机器视觉领域中，有很多寻找圆形物体圆心的应用。现有技术中，通过计算圆形区域像素点的x、y坐标并分别求取他们的平均值，从而求得圆形区域的重心，即圆心。这种方法对图片的依赖程度太高，需要在图片中明显地区分出圆形区域，但是由于现场环境的一些不可控因素，所以难以实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于圆环匹配的圆心计算方法，所述的这种基于圆环匹配的圆心计算方法要解决现有的机器视觉技术中通过计算圆形区域像素点坐标求圆心的方法不可靠的技术问题。

本发明的这种基于圆环匹配的圆心计算方法，包括一个利用计算机对目标图片中圆形区域进行分析的过程，所述的目标图片呈矩形，所述的圆形区域具有一个已知的半径，其中，在所述的对目标图片中圆形区域进行分析的过程中，在目标图片上叠加一个正方形的模板，所述的正方形的模板内设置有一个圆环，所述的圆环的外圆周与模板的四边相切，圆环的内圆的半径等于已知的圆形区域的半径，将圆环的内圆叠加在目标图片中的圆形区域上，然后根据模板的四边位置在目标图片中设定待处理图像的边缘，然后将模板的中心点移动到待处理图像中的任意一个像素点，以该点为轴心、以水平方向向右为x轴、以逆时针方向为正，将x轴绕轴心旋转360度，在旋转过程中记录圆环与目标图片中圆形区域发生重合的次数，在旋转过程中记录圆环与目标图片中圆形区域发生重合的角度的数目，然后将模板的中心点移动到待处理图像中的其余像素点，以相同的旋转方式记录所在像素点上圆环与目标图片中圆形区域发生重合的角度的数目，最后找出发生重合的角度的最大数目，以角度最大数目的重合发生时、模板的中心点所在的像素点为目标图片中圆形区域的圆心位置。即在[0,360]上每一个角度处查看是否有重合点，如有则记为1次，若有多个点也只记录1次，当遍历完所有角度，有重合点的角度总个数，最后找出发生重合的最大次数。

进一步的，设模板的宽度和高度均为a，目标图片的高度和宽度分别为w和h，模板在目标图片上的起始移动位置是目标图片上的（(a+1)/2,(a+1)/2）像素点坐标位置，模板在目标图片上的终点位置是目标图片上的（h-(a-1)/2,w-(a-1)/2）像素点坐标位置。 

进一步的，在所述的对目标图片中圆形区域进行分析的过程中，先将目标图片的高度和宽度缩小，然后利用所述的模板的圆环旋转找到目标图片中圆形区域的圆心的大致位置，然后根据缩小图片中圆心的大致位置，在原始的目标图片中的对应位置附近利用模板的圆环旋转求取更精确的值。

进一步的，此算法的时间复杂度为O(n)，复杂度为线性的。

本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明从模板圆环区域与目标图片中圆形区域重合的部分取得圆环区域中断断续续点的集合，以模板圆环区域的中心点为这些断断续续点的集合的中心，通过旋转模板圆环的过程，记录像素点在圆环中出现的次数，以相同方法将模板中心点遍历目标图片，以像素点在圆环中出现次数最多的位置为目标图片中圆形区域的圆心。本发明对目标图片的依赖程度低，目标图片无需分出明显和完整的圆形区域，适合有干扰物的现场环境。

附图说明

图1是本发明的基于圆环匹配的圆心计算方法中的模板的示意图。

图2是本发明的基于圆环匹配的圆心计算方法中的模板与目标图片叠加后的示意图。

图3是本发明的基于圆环匹配的圆心计算方法的一个实施例中的目标图片。

图4是本发明的基于圆环匹配的圆心计算方法的另一个实施例中的目标图片。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，本发明的基于圆环匹配的圆心计算方法，包括一个利用计算机对目标图片1中圆形区域2进行分析的过程，所述的目标图片1呈矩形，所述的圆形区域2具有一个已知的半径，其中，在所述的对目标图片1中圆形区域2进行分析的过程中，在目标图片1上叠加一个正方形的模板3，所述的正方形的模板3内设置有一个圆环4，所述的圆环4的外圆周与模板3的四边相切，圆环4的内圆的半径等于已知的圆形区域2的半径，将圆环4的内圆叠加在目标图片1中的圆形区域2上，然后根据模板3的四边位置在目标图片1中设定待处理图像的边缘，然后将模板3的中心点移动到待处理图像中的任意一个像素点，以该点为轴心、以水平方向向右为x轴、以逆时针方向为正，将x轴绕轴心旋转360度，在旋转过程中记录圆环4与目标图片1中圆形区域2发生重合的次数，即在[0,360]上每一个角度处查看是否有重合点，如有则记为1次，若有多个点也只记录1次，当遍历完所有角度，有重合点的角度总个数，最后找出发生重合的最大次数，然后将模板3的中心点移动到待处理图像中的其余全部像素点，以相同的旋转方式记录所在像素点上圆环4与目标图片1中圆形区域2发生重合的次数，最后找出发生重合的最大次数，以最大次数的重合发生时、模板3的中心点所在的像素点为目标图片1中圆形区域2的圆心位置。

具体的，根据圆形区域2的已知半径构造出一个指定宽度的圆环形模板3，这个圆环形模板3的中间位置的圆正好是圆形区域2的边缘。先将原始图像进行取边缘图像处理。然后将模板3的中心点移动到目标图片1的某个像素点，模板3中圆环4区域与目标图片1的像素点产生断断续续点的集合，以模板3圆环4区域的中心点为这些断断续续点的集合的中心，水平方向向右为x轴，逆时针旋转为正，则x轴绕中心点旋转的角度在（0，360），每个角度上可能有多个点，只算作1个点，计算出有多少个角度上有点，将这个数目记录为此中心位置与模板3的吻合的度量，此数字越大即吻合的越好，当移动完整个图片时，找出数目最大的那个值，在通过此值找出当时模板3所在的中心位置即为圆心的位置。

进一步的，设模板3的宽度和高度均为a，目标图片1的高度和宽度分别为w和h，模板3在目标图片1上的起始移动位置是目标图片1上的（(a+1)/2,(a+1)/2）像素点坐标位置，模板3在目标图片1上的终点位置是目标图片1上的（h-(a-1)/2,w-(a-1)/2）像素点坐标位置。即起始位置时模板3的左上点正好和图片的左上点重合，终止位置时模板3的右下点和图片的右下点重合。这样，一可以避免模板3在其它位置需要将模板3超出目标图片1的部分填充为零，二可以减少大量的不必要的计算，提高程序执行时间。

进一步的，在所述的对目标图片1中圆形区域2进行分析的过程中，先将目标图片1的高度和宽度缩小，然后利用所述的模板3的圆环4旋转找到目标图片1中圆形区域2的圆心的大致位置，然后根据缩小图片中圆心的大致位置，在原始的目标图片1中的对应位置附近利用模板3的圆环4旋转求取更精确的值。这样，可以缩短程序执行的时间。

如图3和图4所示，本发明的两个实施例中的目标图片中的圆形区域或者不完整或者有干扰物，但是，本发明的方法仍然可以准确找到圆心。

进一步的，此算法的时间复杂度为O(n)，复杂度为线性的。

Claims (3)

1.一种基于圆环匹配的圆心计算方法，包括一个利用计算机对目标图片中圆形区域进行分析的过程，所述的目标图片呈矩形，所述的圆形区域具有一个已知的半径，其特征在于：在所述的对目标图片中圆形区域进行分析的过程中，在目标图片上叠加一个正方形的模板，所述的正方形的模板内设置有一个圆环，所述的圆环的外圆周与模板的四边相切，圆环的内圆的半径等于已知的圆形区域的半径，将圆环的内圆叠加在目标图片中的圆形区域上，然后根据模板的四边位置在目标图片中设定待处理图像的边缘，然后将模板的中心点移动到待处理图像中的任意一个像素点，以该点为轴心、以水平方向向右为x轴、以逆时针方向为正，将x轴绕轴心旋转360度，在旋转过程中记录圆环与目标图片中圆形区域发生重合的角度的数目，然后将模板的中心点移动到待处理图像中的其余像素点，以相同的旋转方式记录所在像素点上圆环与目标图片中圆形区域发生重合的角度的数目，最后找出发生重合的角度的最大数目，以角度最大数目的重合发生时、模板的中心点所在的像素点为目标图片中圆形区域的圆心位置。

2.如权利要求1所述的基于圆环匹配的圆心计算方法，其特征在于：设模板的宽度和高度均为a，目标图片的高度和宽度分别为w和h，模板在目标图片上的起始移动位置是目标图片上的（(a+1)/2,(a+1)/2）像素点坐标位置，模板在目标图片上的终点位置是目标图片上的（h-(a-1)/2,w-(a-1)/2）像素点坐标位置。

3.如权利要求1所述的基于圆环匹配的圆心计算方法，其特征在于：在所述的对目标图片中圆形区域进行分析的过程中，先将目标图片的高度和宽度缩小，然后利用所述的模板的圆环旋转找到目标图片中圆形区域的圆心的大致位置，然后根据缩小图片中圆心的大致位置，在原始的目标图片中的对应位置附近利用模板的圆环旋转求取更精确的值。

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