CN114723849A - 一种基于傅里叶变换的图像直线提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于傅里叶变换的图像直线提取方法，包括以下步骤：1)对图像进行二维傅里叶变换，获取空间频谱信息；2)根据空间频谱信息，获取直线的方向参数；3)根据直线的方向参数，在距离参数上搜索最优值，进行直线提取。本发明基于傅里叶变换的图像直线提取方法抗干扰性强，稳定性好。本发明中傅里叶变换实际上求解并利用了直线的整体梯度，代替了原有的逐点梯度，抗噪声性能强，从而能稳定可靠地提取出直线。

Description

一种基于傅里叶变换的图像直线提取方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术，尤其涉及一种基于傅里叶变换的图像直线提取方法。

背景技术

图像上的几何特征如直线、圆、椭圆、矩形等,通常能提供重要信息，是图像分析时首先要提取的特征。以提取的这些几何特征为基础，可以通过分析获得各种重要信息。以这些信息基础，可以进行后续的操作，如图像识别、测量、缺陷检测等。

在图像的特征中，直线是最常见和出现最多的几何特征。直线的自由度为二，如斜率和截距二个参数可以决定一条直线。直线的提取方法是在二个参数的空间内对参数进行搜索，找到最优解，从而确定直线的二个参数，传统的直线提取方法包括最小二乘拟合法、霍夫变换法等。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于傅里叶变换的图像直线提取方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于傅里叶变换的图像直线提取方法，包括以下步骤：

1)对图像进行二维傅里叶变换，获取空间频谱信息；

2)根据空间频谱信息，获取直线的方向参数；具体步骤为：

2.1)将空间频谱信息中的空间频率(u，v)列为统计对象，其中，u为水平空间频率，v为竖直空间频率；

2.2)求解统计对象的空间频率的法向的角度α；

其求解公式为α＝atan(v/u),atan为反正切函数；

2.3)对α进行直方图统计，每个峰的峰值即为图像中的直线的法向，根据法向求出直线方向；

3)根据直线的方向参数，在距离参数上搜索最优值，进行直线提取。

按上述方案，所述步骤1)中水平和竖直方向的空间采样率根据频谱的频率分辨率确定。

按上述方案，所述步骤2.1)中设定幅度阈值A，将大于A的空间频率(u，v)列为统计对象。

按上述方案，所述步骤3)中根据直线的方向参数，在距离参数上搜索最优值，采用霍夫变换提取直线。

按上述方案，所述步骤1)中图像为二值图像。

本发明产生的有益效果是：

本发明提供的方法抗干扰性强，稳定性好。本发明中傅里叶变换实际上求解并利用了直线的整体梯度，代替了原有的逐点梯度，抗噪声性能强，从而能稳定可靠地提取出直线。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的方法流程图；

图2是本发明实施例的图像直线提取示意图；

图3是本发明实施例的图像直线提取示意图；

图4是本发明实施例的图像直线提取示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于傅里叶变换的图像直线提取方法，包括以下步骤：

1)对图像进行二维快速傅里叶变换(FFT)，获取空间频谱信息；

2)根据空间幅度谱，获取直线的方向参数；具体步骤为：

2.1)设定幅度阈值A，将大于A的空间频率(u，v)列为统计对象，其中，u为水平空间频率，v为竖直空间频率；

幅度阈值A根据图像的复杂程度，进行设定，一般取第5-7个峰的峰值。

2.2)求解统计对象的空间频率的法向的角度α；

其求解公式为α＝atan(v/u),atan为反正切函数；

2.3)对α进行直方图统计，每个峰的峰值即为图像中的直线的法向，根据法向求出直线方向；

3)根据直线的方向参数，在距离参数上搜索最优值，进行直线提取。

本实施例中，根据直线的方向参数，采用传统方法如霍夫变换提取直线。

直线包括2个自由度，提取直线需要提取2个参数。霍夫变换需要在方向和距离两个参数上搜索最优值，上一个步骤中已经给出了直线方向，搜索只要对距离搜索即可。对距离也有加速方法，如金字塔法等。由于在一个缩小的范围内搜索直线参数，对直线提取起到了加速作用。

本方法实际上是利用了直线的整体梯度，而传统梯度加速方法利用了局部的点梯度。提取整体梯度具有抗干扰性强，能稳定提取的特点，因此具有较大优势。

本方法特别适用于以下场合：

a.图像中图案相对简单的灰度或彩色图像，图案以直线线条为主。

b.二值图像，特别是直线条丰富的二值图像。

首先以条形码图像为例，演示了本发明的过程，进行了直线提取的加速。

1)图2(a)是采集的条形码图像，对其进行傅里叶变换，将结果显示于图2(b)中，原点为图2(b)图像的中心。图2(b)中，过原点存在两条直线，其反映了图2(a)图像存在两个直线方向。在程序实现时，需要借助直方图统计的方法找到这两个直线方向(如前文作介绍的直方图统计方法)。在后续利用霍夫变换提取直线时，在两个方向上搜索直线即可。这就降低了搜索范围，加速了直线的提取。图2(c)为借助加速提取的直线。和穷举法相比，提取时间缩短了80％。

2)对图2(a)的图像进行旋转，对旋转后的图像图3(a)演示了本发明的过程，进行直线加速提取。图3(a)是采集的旋转后的条形码图像。对其进行傅里叶变换，将结果显示于图3(b)中，原点为图3(b)图像的中心。图3(b)中，过原点存在两条直线，其反映了图3(a)图像存在两个直线方向，这两个方向与图2(b)存在旋转关系。对比图3(b)与图2(b)，可以发现，频谱能反应原始图像的旋转，能准确确定旋转后的直线方向。图3(c)为借助加速提取的直线。和穷举法相比，提取时间缩短了80％。

3)以存在多个矩形块的图像为例，演示了本发明的过程，进行了直线提取的加速。图4(a)为存在多个矩形块的图像。对其进行傅里叶变换，将结果显示于图4(b)中，原点为图4(b)图像的中心。图4(b)中，过原点存在六条直线，其反映了图4(a)图像存在六个直线方向。在程序实现时，需要借助直方图统计的方法找到这六个直线方向(如前文作介绍的直方图统计方法)。用霍夫变换搜索六个方向的直线，可以降低搜索范围，从而加速直线的提取。图4(c)为借助加速提取的直线。和穷举法相比，提取时间缩短了70％。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于傅里叶变换的图像直线提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对图像进行二维傅里叶变换，获取空间频谱信息；

2)根据空间频谱信息，获取直线的方向参数；具体步骤为：

2.1)将空间频谱信息中的空间频率(u，v)列为统计对象，其中，u为水平空间频率，v为竖直空间频率；

2.2)求解统计对象的空间频率的法向的角度α；

其求解公式为α＝atan(v/u),atan为反正切函数；

2.3)对α进行直方图统计，每个峰的峰值即为图像中的直线的法向，根据法向求出直线方向；

3)根据直线的方向参数，在距离参数上搜索最优值，进行直线提取。

2.根据权利要求1所述的基于傅里叶变换的图像直线提取方法，其特征在于，所述步骤1)中水平和竖直方向的空间采样率根据频谱的频率分辨率确定。

3.根据权利要求1所述的基于傅里叶变换的图像直线提取方法，其特征在于，所述步骤2.1)中设定幅度阈值A，将大于A的空间频率(u，v)列为统计对象。

4.根据权利要求1所述的基于傅里叶变换的图像直线提取方法，其特征在于，所述步骤3)中根据直线的方向参数，在距离参数上搜索最优值，采用霍夫变换提取直线。

5.根据权利要求1所述的基于傅里叶变换的图像直线提取方法，其特征在于，所述步骤1)中图像为二值图像。

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