CN2586213Y

CN2586213Y - 实时实现Hough变换的光学装置

Info

Publication number: CN2586213Y
Application number: CN 02293039
Authority: CN
Inventors: 高隽
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology; Hefei Polytechnic University
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2003-11-12
Anticipated expiration: 2012-12-24

Abstract

实时实现Hough变换的光学装置，特征是采用显微透镜矩阵实现图像的并行传输，设置刻有权值矩阵、并完成以该权值矩阵与输入图像相乘运算的固体掩膜，通过探测器的扫描完成信号累加。本实用新型利用Hough变换的并行性，采用并行非相干光学系统实现Hough变换，达到实时实现Hough变换的目的。本实用新型从Hough变换的离散化入手，给出直接和反投影两种形式的实时实现Hough变换并行光学装置。装置具有实时、并行、简单、小巧、易于实现和使用的优点，可广泛用于如：机器人视觉、流水线工件的在线检测和交通标志识别等众多实时形状识领域。

Description

实时实现Hough变换的光学装置

本实用新型涉及计算机视觉技术，特别是图像处理和模式识别中的预处理和形状特征提取。

Hough变化由于可对形状进行有效识别，因而得到极大的关注。

Hough变换具有可并行实现，而且对噪声不敏感的突出优点，可应用于广阔的目标识别领域。但Hough变换计算量很大，并且需要很大的存储空间。为解决这一问题，国内外很多学者提出了多种快速Hough变换方法，特别是采用光学系统实现Hough变换。但目前所采用的都是相干光学系统，主要存在以下问题：

1、系统中需要采用激光器作为相干光源，即输入图像必须以相干形式出现，而实际应用场合，图像多以非相干形式出现。

2、速度受限，输入图像需在计算机中计算旋转，然后写入Disp1ay，或采用旋转棱镜。要求的分辩率越高，需旋转的次数就越多，因而降低了实时性。

3、系统复杂。由于系统中需要激光器、多个和多种棱镜，因而系统复杂、实现成本高。

总之，现有的Hough变换实现方法都很难满足实时应用的需要。

发明目的：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有实时性、简单、易于实现和使用的实时实现Hough变换的光学装置。利用Hough变换的并行性，采用并行的非相干光学系统实现Hough变换。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型的结构特点是：

采用显微透镜矩阵实现图像的并行传输，设置刻有权值矩阵、并完成以该权值矩阵与输入图像相乘运算的固体掩膜，通过控测器的扫描完成信号累加。

本实用新型的特点还在于可以采用直接和反投影的两种不同形式。其中：

直接形式即以所述的显微透镜矩阵接受模拟、连续的输入信号、并倍增为N_k×N_l空间受限的、用于与所述固体掩膜上的权值矩阵w_k，l(x，y)相乘的输入图像，所述探测器是对固体掩膜的图像信号进行累加。

反投影形式需要设置液晶显示器，与所述固体掩膜上的权值矩阵w_i，j(γ，θ)相乘的输入图像为来自液晶显示器的图像采样信号，所述固体掩膜的输出图像经显微透镜矩阵后在探测器上成像。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

本实用新型利用Hough变换的并行性，采用并行的非相干光学系统实现Hough变换，达到真正的实时实现Hough变换的目的。本实用新型从Hough变换的离散化入手，给出直接形式和反投影形式的实时实现Hough变换的并行光学装置。该装置具有实时、并行、简单、小巧、易于实现和使用的优点，可广泛用于如：机器人视觉、流水线工件的在线检测和交通标志识别等众多实时形状识领域。

图1为本实用新型直接形式结构示意图。

图2为本实用新型反投影形式结构示意图。

具体实施方式：

本实施例利用Hough变换的并行性，采用并行的非相干光学系统实现Hough变换。

对于输入图像为b(x＇，y＇)连续Hough变换的定义如下：

h(θ，γ)＝∫∫b(x′，y′)·δ[γ-(x＇·cosθ+y′·sinθ)]dx′dy′ (1)

为采用并行光学系统实现Hough变换，需推导相应的离散Hough变换。为此设输入图像为b(x，y)，其中x∈[-1，1]，y∈[-1，1]，输入图像大小为N_I×N_J，在x和y方向上的采样点i，j分别取值为：

i = - \frac{N_{I}}{2}, Λ, \frac{N_{I}}{2} - 1

j = - \frac{N_{J}}{2}, Λ, \frac{N_{J}}{2} - 1

这样输入图像在x和y方向上的分辨率分别为：

Δx = \frac{2}{N_{I}}

Δy = \frac{2}{N_{J}} .

同样设经Hough变换之后的图像为h_k，l，其大小为：N_K×N_L，在Hough空间的采样点k，l分别为：

k = - \frac{N_{K}}{2}, Λ, \frac{N_{K}}{2} - 1 l = 0, Λ, N_{L} - 1

，这样Hough空间的分辨率为：

Δγ = \frac{2}{N_{K}} Δθ = \frac{π}{N_{L}}

对于离散的Hough变换，h_k，l＝h(kΔγ，lΔθ)可推得：

h_{k, l} = {&Integral;}_{x = - 1}^{1} {&Integral;}_{y = - 1}^{1} w_{k, l} (x, y) \cdot b (x, y) dxdy - - - (2)

其中

公式(2)和(3)表示离散Hough变换，即直接形式。

另外，相对与公式(2)和(3)，可先将输入图像bi，j按Δx和Δy离散化，再同Hough权值w_i，j(γ，θ)相乘、累加，即可得离散Hough变换的另一种形式，即反投影形式。

b_i，j＝b(iΔx，jΔy) (4)

h (γ, θ) = \underset{i, j}{Σ} w_{i, j} (γ, θ) \cdot b_{i, j} - - - (5)

h_k，l＝h(kΔγ，lΔθ) (6)

其中权值矩阵w_i，j(γ，θ)为：

公式(2)(3)所表示的离散Hough变换，可采用直接形式的光学系统加以并行实现。该光学系统有三部分组成：显微透镜矩阵1、固体掩膜2和探测器3。其结构如图1所示。以显微透镜矩阵1接受模拟、连续的输入信号、并倍增为N_k×N_l空间受限的输入图像，固体掩膜2上刻有权值矩阵w_k，l(x，y)，它同输入图像相乘，完成公式(2)中的相乘运算；公式(2)中的积分运算在探测器3上通过扫描完成。

对于公式(4)(5)(6)(7)所表示的实现离散Hough变换的过程，可采用反投影形式的光学系统加以并行实现。该光学系统有四部分组成：液晶显示器4、显微透镜矩阵1、固体掩膜2和探测器3。其结构示意图如图3所示。设置液晶显示器4，与固体掩膜2上的权值矩阵相乘的输入图象为来自液晶显示器4的图像采样信号，固体掩膜2和输出图像经显微透镜矩阵1后在探测器3上成像。在该结构形式中，首先必须将输入图像写入液晶显示器，完成公式(4)的输入图像采样；该采样输入图像通过刻有权值矩阵w_i，j(γ，θ)的固体掩膜2，完成公式(5)的乘法运算；然后通过显微透镜矩阵1在探测器3上成像。

直接形式和反投影形式均可并行实现HT，但二者在以下方面有所不同：

	直接形式	反投影形式
	直接形式	反投影形式	光学结构	结构紧凑	需要液晶显示器
信号输入	不受限的、自然图像	需要送入液晶显示器	光学结构	结构紧凑	需要液晶显示器
信号输入	不受限的、自然图像	需要送入液晶显示器	输入信号类型	模拟、连续信号	采样信号
输出信号类型	采样信号	模拟、连续信号	输入信号类型	模拟、连续信号	采样信号
输出信号类型	采样信号	模拟、连续信号	信号输出	分辨率受限	分辨率不受限

本实用新型的输入图像即为自然光照射的待识别物体；无须进行图像的旋转计算；系统简单、小巧可制成光学器件安装在CCD前面，CCD实时采集的图像即为Hough变换后的图像。可作为实时特征提取器，广泛应用于如：机器人视觉、流水线工件的在线检测和交通标志识别等众多实时形状识别领域。

Claims

1、实时实现Hough变换的光学装置，其特征是采用显微透镜矩阵(1)实现图像的并行传输，设置刻有权值矩阵、并完成以该权值矩阵与输入图像相乘运算的固体掩膜(2)，通过探测器(3)的扫描完成信号累加。

2、根据权利要求1所述的实时实现Hough变换的光学装置，其特征是采用直接形式，即以所述的显微透镜矩阵(1)直接接受模拟、连续的输入信号、并倍增为N_k×N_l空间受限的、用于与所述固体掩膜(2)上的权值矩阵w_k，l(x，y)相乘的输入图像，所述探测器(3)是对固体掩膜(2)的图像信号进行累加。

3、根据权利要求2所述的实时实现Hough变换的光学装置，其特征是采用反投影形式，设置液晶显示器(4)，与所述固体掩膜(2)上的权值矩阵w_ij(γ，θ)相乘的输入图像为来自液晶显示器(4)的图像采样信号，所述固体掩膜(2)的输出图像经显微透镜矩阵(1)后在探测器(3)上成像。