CN106780599A - 一种基于Hough变化的圆形识别方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于Hough变化的圆形识别方法，圆形识别方法包括：S1：调用OpenCV视觉库，开启多线程对原始图像进行跳帧处理；S2：对跳帧处理后的原始图像依次进行灰度化、缩放和平滑处理，得到优化图像；S3：调用OpenCV视觉库中的cvHoughCircles函数，对优化图像进行圆形检测，得到检测结果，检测结果包括圆心坐标和圆半径；S4：对每隔预定帧数返回的检测结果进行累加分析和筛选处理，得到最优检测结果。本发明的有益效果是：本技术方案匹配速度快、抗干扰能力强且检测精度高。
Description
技术领域
本发明涉及圆形识别技术领域，尤其涉及一种基于Hough变化的圆形识别方法及系统。
背景技术
目前，现有的圆形识别方法，由于识别的图形非常简单，导致在复杂背景里的检测误差很大。而且，现有的识别方法匹配速度慢、抗干扰能力弱且检测精度不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于Hough变化的圆形识别方法及系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于Hough变化的圆形识别方法，所述圆形识别方法包括：
S1：调用OpenCV视觉库，开启多线程对原始图像进行跳帧处理；
S2：对跳帧处理后的所述原始图像依次进行灰度化、缩放和平滑处理，得到优化图像；
S3：调用OpenCV视觉库中的cvHoughCircles函数，对所述优化图像进行圆形检测，得到检测结果，所述检测结果包括圆心坐标和圆半径；
S4：对每隔预定帧数返回的检测结果进行累加分析和筛选处理，得到最优检测结果。
本发明的有益效果是：本技术方案匹配速度快、抗干扰能力强且检测精度高；通过对原始图像进行灰度化、缩放以及滤波处理，在保留大量全局特征的基础上减少了大量的像素点，从而加快识别速度；通过把识别运算从主进程分离出去的方法，很好的解决了场景渲染时卡顿的问题；通过对OpenCV视觉库中识别圆的经典函数cvHoughCircles的调用，可以很理想的获得识别结果；通过对多次返回结果进行一定数量的累积分析，保留稳定性高的识别结果，提高检测精度。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
优选地，所述步骤S2包括：
S21：调用OpenCV视觉库，对跳帧处理后的所述原始图像进行灰度化，得到灰度图像；
S22：根据所述原始图像的分辨率大小对所述灰度图像进行缩放处理，得到缩放图像；
S23：通过5*5高斯卷积核对所述缩放图像进行平滑处理，得到优化图像。
采用上述技术方案的有益效果：基于不同的图像格式，运用封装好的OpenCV视觉库进行灰度化，然后使用双线性内插值方法对灰度图像进行缩放，在保证图像特征不丢失的前提下，去掉了大量噪声，达到了加快识别速度的目的；最后对缩放图像进行高斯平滑处理，很好的保留了全局特征，提高识别精度。
优选地，所述步骤S3包括：
S31：调用cvHoughCircles函数对所述优化图像进行圆形检测，得到多个轮廓点；
S32：在每个所述轮廓点的梯度方向上，且离每个所述轮廓点预设距离的地方各投一点，得到多个投票点；
S33：通过投票阈值法对所有投票点进行投票，得到圆心坐标和圆半径。
优选地，所述步骤S4包括：
S41：将每次检测结果保存在缓存模块中；
S42：将当前检测结果与所述缓存模块中的所有检测结果进行比较，判断所述当前检测结果与所有检测结果是否均不为同一圆，若是，将所述当前检测结果添加进所述缓存模块中，否则，将所述缓存模块中与所述当前检测结果为同一圆的检测结果累加计数并删除所述当前检测结果；
S43：将所述缓存模块中累加计数超过预设阈值的检测结果作为最优检测结果。
优选地，通过Unity引擎或第三方图像识别SDK开启相机来获取所述原始图像。
一种基于Hough变化的圆形识别系统，所述圆形识别系统包括：
跳帧模块，用于调用OpenCV视觉库，开启多线程对原始图像进行跳帧处理；
优化模块，用于对跳帧处理后的所述原始图像依次进行灰度化、缩放和平滑处理，得到优化图像；
检测模块，用于调用OpenCV视觉库中的cvHoughCircles函数，对所述优化图像进行圆形检测，得到检测结果，所述检测结果包括圆心坐标和圆半径；
筛选模块，用于对每隔预定帧数返回的检测结果进行累加分析和筛选处理，得到最优检测结果；
其中，所述跳帧模块、所述优化模块、所述检测模块和所述筛选模块依次连接。
优选地，所述优化模块包括：
第一优化子模块，用于调用OpenCV视觉库，对跳帧处理后的所述原始图像进行灰度化，得到灰度图像；
第二优化子模块，用于根据所述原始图像的分辨率大小对所述灰度图像进行缩放处理，得到缩放图像；
第三优化子模块，用于通过5*5高斯卷积核对所述缩放图像进行平滑处理，得到优化图像；
其中，所述第一优化子模块、所述第二优化子模块和所述第三优化子模块依次连接。
优选地，所述检测模块包括：
第一检测子模块，用于调用cvHoughCircles函数对所述优化图像进行圆形检测，得到多个轮廓点；
第二检测子模块，用于在每个所述轮廓点的梯度方向上，且离每个所述轮廓点预设距离的地方各投一点，得到多个投票点；
第三检测子模块，用于通过投票阈值法对所有投票点进行投票，得到圆心坐标和圆半径；
其中，所述第一检测子模块、所述第二检测子模块和所述第三检测子模块依次连接。
优选地，所述筛选模块包括：
第一筛选子模块，用于将每次检测结果保存在缓存模块中；
第二筛选子模块，用于将当前检测结果与所述缓存模块中的所有检测结果进行比较，判断所述当前检测结果与所有检测结果均不为同一圆，若是，将所述当前检测结果添加进所述缓存模块中，否则，将所述缓存模块中与所述当前检测结果为同一圆的检测结果累加计数并删除所述当前检测结果；
第三筛选子模块，用于将所述缓存模块中累加计数超过预设阈值的检测结果作为最优检测结果；
其中，所述第一筛选子模块、所述第二筛选子模块和所述第三筛选子模块依次连接，且均连接所述缓存模块。
优选地，通过Unity引擎或第三方图像识别SDK开启相机来获取所述原始图像。
附图说明
图1为本发明的一种基于Hough变化的圆形识别方法的流程示意图；
图2为本发明的一种基于Hough变化的圆形识别方法的流程示意图；
图3为本发明的一种基于Hough变化的圆形识别方法的流程示意图；
图4为本发明的一种基于Hough变化的圆形识别方法的流程示意图；
图5为本发明的一种基于Hough变化的圆形识别系统的结构示意图；
图6为本发明的一种基于Hough变化的圆形识别系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种基于Hough变化的圆形识别方法，圆形识别方法包括：
S1：调用OpenCV视觉库，开启多线程对原始图像进行跳帧处理；
S2：对跳帧处理后的原始图像依次进行灰度化、缩放和平滑处理，得到优化图像；
S3：调用OpenCV视觉库中的cvHoughCircles函数，对优化图像进行圆形检测，得到检测结果，检测结果包括圆心坐标和圆半径；
S4：对每隔预定帧数返回的检测结果进行累加分析和筛选处理，得到最优检测结果。
上述实施例中，运用Unity引擎直接开启相机，或者调用第三方SDK开启相机，来获取实时图像，来得到原始图像；获取的原始图像传入底层识别库后，基于当前设备的CPU情况，开启多线程，做到不影响主进程的情况下在其他线程里做识别计算，计算完成后返回给主线程识别结果，并再次传入新的原始图像，如此反复，该步骤可以很好的解决了在识别过程中，相机渲染很卡顿的问题；对跳帧处理后的原始图像依次进行灰度化、缩放和平滑处理，得到优化图像；使用OpenCV开源库里提供的cvHoughCircles函数，对优化图像进行圆形检测，基于增强现实下的应用，配置相对最优的参数，配置参数主要有区分不同圆之间的最小距离、运用Canny算法对灰度图像进行边界处理的阈值、投票阈值、识别的最小圆半径和最大圆半径，优化好的参数，可以极大的提高识别的精度和速度；根据每几帧返回的结果，进行一定数量的累加分析，去掉不稳定的识别结果，保存稳定性高的识别结果，并做到追踪识别。
如图2所示，步骤S2包括：
S21：调用OpenCV视觉库，对跳帧处理后的原始图像进行灰度化，得到灰度图像；
S22：根据原始图像的分辨率大小对灰度图像进行缩放处理，得到缩放图像；
S23：通过5*5高斯卷积核对缩放图像进行平滑处理，得到优化图像。
上述实施例中，基于不同的图像格式，运用封装好的OpenCV视觉开源库，进行灰度处理，基于原始图像的分辨率大小对灰度图像进行自定义缩放，缩放方法使用双线性内插值的方法，在保证图像特征不丢失的前提下，去掉了大量的噪声，达到了加快识别速度的目的；最后对缩放图像进行高斯平滑处理，很好的保留图像的全局特征，优化了图像，提高了识别精度。
如图3所示，步骤S3包括：
S31：调用cvHoughCircles函数对优化图像进行圆形检测，得到多个轮廓点；
S32：在每个轮廓点的梯度方向上，且离每个轮廓点预设距离的地方各投一点，得到多个投票点；
S33：通过投票阈值法对所有投票点进行投票，得到圆心坐标和圆半径。
上述实施例中，使用OpenCV开源库里提供的cvHoughCircles函数，对优化图像进行圆形检测，此函数对基础的Hough变换找圆做了一定的优化来提高速度，它不再是在参数空间画出一个完整的圆来进行投票，而只是技术轮廓点处的梯度向量，然后根据搜索半径R(预设距离)在该梯度方向距离轮廓点预设距离R的两边各投一点，最后根据投票结果图确定圆心位置和半径，并且基于应用的要求，对识别的圆的大小和识别数量以及投票阈值进行最优设定，很好的提高了匹配速度和识别精度。
如图4所示，步骤S4包括：
S41：将每次检测结果保存在缓存模块中；
S42：将当前检测结果与缓存模块中的所有检测结果进行比较，判断当前检测结果与所有检测结果是否均不为同一圆，若是，将当前检测结果添加进缓存模块中，否则，将缓存模块中与当前检测结果为同一圆的检测结果累加计数并删除当前检测结果；
S43：将缓存模块中累加计数超过预设阈值的检测结果作为最优检测结果。
上述实施例中，优先记录最新识别到的圆放入设定好的缓存中；比较缓存中的圆心坐标与当前结果的圆心坐标，两中心坐标距离在一定阈值的判断为同一个圆，更新在相应缓存中并累加计数，将缓存中没有被更新的结果删除掉并写入当前结果中发现的新圆；当缓存中存在累加计数超过一定阈值的结果，判定为稳定性高的识别结果，并做追踪识别，输出相应的中心坐标和半径。
如图5所示，一种基于Hough变化的圆形识别系统，圆形识别系统包括：
跳帧模块1，用于调用OpenCV视觉库，开启多线程对原始图像进行跳帧处理；
优化模块2，用于对跳帧处理后的原始图像依次进行灰度化、缩放和平滑处理，得到优化图像；
检测模块3，用于调用OpenCV视觉库中的cvHoughCircles函数，对优化图像进行圆形检测，得到检测结果，检测结果包括圆心坐标和圆半径；
筛选模块4，用于对每隔预定帧数返回的检测结果进行累加分析和筛选处理，得到最优检测结果；
其中，跳帧模块1、优化模块2、检测模块3和筛选模块4依次连接。
如图6所示，优化模块2包括：
第一优化子模块21，用于调用OpenCV视觉库，对跳帧处理后的原始图像进行灰度化，得到灰度图像；
第二优化子模块22，用于根据原始图像的分辨率大小对灰度图像进行缩放处理，得到缩放图像；
第三优化子模块23，用于通过5*5高斯卷积核对缩放图像进行平滑处理，得到优化图像；
其中，第一优化子模块21、第二优化子模块22和第三优化子模块23依次连接。
如图6所示，检测模块3包括：
第一检测子模块31，用于调用cvHoughCircles函数对优化图像进行圆形检测，得到多个轮廓点；
第二检测子模块32，用于在每个轮廓点的梯度方向上，且离每个轮廓点预设距离的地方各投一点，得到多个投票点；
第三检测子模块33，用于通过投票阈值法对所有投票点进行投票，得到圆心坐标和圆半径；
其中，第一检测子模块31、第二检测子模块32和第三检测子模块33依次连接。
如图6所示，筛选模块4包括：
第一筛选子模块41，用于将每次检测结果保存在缓存模块44中；
第二筛选子模块42，用于将当前检测结果与缓存模块44中的所有检测结果进行比较，判断当前检测结果与所有检测结果是否均不为同一圆，若是，将当前检测结果添加进缓存模块44中，否则，将缓存模块44中与当前检测结果为同一圆的检测结果累加计数并删除当前检测结果；
第三筛选子模块43，用于将缓存模块44中累加计数超过预设阈值的检测结果作为最优检测结果；
其中，第一筛选子模块41、第二筛选子模块42和第三筛选子模块43依次连接，且均连接缓存模块44。
通过Unity引擎或第三方图像识别SDK开启相机来获取原始图像。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于Hough变化的圆形识别方法，其特征在于，所述圆形识别方法包括：
S1：调用OpenCV视觉库，开启多线程对原始图像进行跳帧处理；
S2：对跳帧处理后的所述原始图像依次进行灰度化、缩放和平滑处理，得到优化图像；
S3：调用OpenCV视觉库中的cvHoughCircles函数，对所述优化图像进行圆形检测，得到检测结果，所述检测结果包括圆心坐标和圆半径；
S4：对每隔预定帧数返回的检测结果进行累加分析和筛选处理，得到最优检测结果。
2.根据权利要求1所述的圆形识别方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
S21：调用OpenCV视觉库，对跳帧处理后的所述原始图像进行灰度化，得到灰度图像；
S22：根据所述原始图像的分辨率大小对所述灰度图像进行缩放处理，得到缩放图像；
S23：通过5*5高斯卷积核对所述缩放图像进行平滑处理，得到优化图像。
3.根据权利要求2所述的圆形识别方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
S31：调用cvHoughCircles函数对所述优化图像进行圆形检测，得到多个轮廓点；
S32：在每个所述轮廓点的梯度方向上，且离每个所述轮廓点预设距离的地方各投一点，得到多个投票点；
S33：通过投票阈值法对所有投票点进行投票，得到圆心坐标和圆半径。
4.根据权利要求1所述的圆形识别方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
S41：将每次检测结果保存在缓存模块中；
S42：将当前检测结果与所述缓存模块中的所有检测结果进行比较，判断所述当前检测结果与所有检测结果是否均不为同一圆，若是，将所述当前检测结果添加进所述缓存模块中，否则，将所述缓存模块中与所述当前检测结果为同一圆的检测结果累加计数并删除所述当前检测结果；
S43：将所述缓存模块中累加计数超过预设阈值的检测结果作为最优检测结果。
5.根据权利要求1-4任一项所述的圆形识别方法，其特征在于，通过Unity引擎或第三方图像识别SDK开启相机来获取所述原始图像。
6.一种基于Hough变化的圆形识别系统，其特征在于，所述圆形识别系统包括：
跳帧模块(1)，用于调用OpenCV视觉库，开启多线程对原始图像进行跳帧处理；
优化模块(2)，用于对跳帧处理后的所述原始图像依次进行灰度化、缩放和平滑处理，得到优化图像；
检测模块(3)，用于调用OpenCV视觉库中的cvHoughCircles函数，对所述优化图像进行圆形检测，得到检测结果，所述检测结果包括圆心坐标和圆半径；
筛选模块(4)，用于对每隔预定帧数返回的检测结果进行累加分析和筛选处理，得到最优检测结果；
其中，所述跳帧模块(1)、所述优化模块(2)、所述检测模块(3)和所述筛选模块(4)依次连接。
7.根据权利要求6所述的圆形识别系统，其特征在于，所述优化模块(2)包括：
第一优化子模块(21)，用于调用OpenCV视觉库，对跳帧处理后的所述原始图像进行灰度化，得到灰度图像；
第二优化子模块(22)，用于根据所述原始图像的分辨率大小对所述灰度图像进行缩放处理，得到缩放图像；
第三优化子模块(23)，用于通过5*5高斯卷积核对所述缩放图像进行平滑处理，得到优化图像；
其中，所述第一优化子模块(21)、所述第二优化子模块(22)和所述第三优化子模块(23)依次连接。
8.根据权利要求7所述的圆形识别系统，其特征在于，所述检测模块(3)包括：
第一检测子模块(31)，用于调用cvHoughCircles函数对所述优化图像进行圆形检测，得到多个轮廓点；
第二检测子模块(32)，用于在每个所述轮廓点的梯度方向上，且离每个所述轮廓点预设距离的地方各投一点，得到多个投票点；
第三检测子模块(33)，用于通过投票阈值法对所有投票点进行投票，得到圆心坐标和圆半径；
其中，所述第一检测子模块(31)、所述第二检测子模块(32)和所述第三检测子模块(33)依次连接。
9.根据权利要求6所述的圆形识别系统，其特征在于，所述筛选模块(4)包括：
第一筛选子模块(41)，用于将每次检测结果保存在缓存模块(44)中；
第二筛选子模块(42)，用于将当前检测结果与所述缓存模块(44)中的所有检测结果进行比较，判断所述当前检测结果与所有检测结果是否均不为同一圆，若是，将所述当前检测结果添加进所述缓存模块(44)中，否则，将所述缓存模块(44)中与所述当前检测结果为同一圆的检测结果累加计数并删除所述当前检测结果；
第三筛选子模块(43)，用于将所述缓存模块(44)中累加计数超过预设阈值的检测结果作为最优检测结果；
其中，所述第一筛选子模块(41)、所述第二筛选子模块(42)和所述第三筛选子模块(43)依次连接，且均连接所述缓存模块(44)。
10.根据权利要求6-9任一项所述的圆形识别系统，其特征在于，通过Unity引擎或第三方图像识别SDK开启相机来获取所述原始图像。
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