KR102059726B1 - Circular Hough Transform Using Symmetric Pairwise Voting - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 잡음, 조명, 변형, 가려짐 등이 있는 영상에서 강인하게 원형 물체를 검출하기 위해서 대칭적 쌍 투표에 기반한 원형 허프 변환을 제안하였다. 실험 결과로부터 제안하는 발명은 수행 시간이 매우 단축되었으며, 영상 잡음, 조명, 변형, 가려짐 등의 영향이 존재하는 경우에서도 견실하게 원형 물체를 검출함을 확인하였다.In the present invention, a circular hough transform based on symmetrical pair voting is proposed to robustly detect circular objects in images with noise, illumination, distortion, and obstruction. Experimental results show that the proposed method has a very short execution time and robust detection of circular objects even in the presence of image noise, lighting, distortion, and obstruction.

Figure R1020170127425
Figure R1020170127425

Description

원형(圓形) 허프(Hough) 변환을 이용한 원형물체 검출 방법{Circular Hough Transform Using Symmetric Pairwise Voting}Circular Hough Transform Using Symmetric Pairwise Voting}

본 발명은 원형 허프 변환(Circular Hough Transform; CHT)을 이용한 원형 물체 검출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대칭적 쌍 투표(Symmetric Pairwise Voting; SPV)를 기반으로 하는 원형 허프 변환으로 주어진 영상에서 원형 물체를 검출하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a circular object detection method using a circular hough transform (CHT), and more particularly, to a circular image in a given image by a circular hough transform based on symmetric pairwise voting (SPV). A method for detecting an object.

원형 물체 검출은 컴퓨터 비젼 시스템에서 중요한 과업 가운데 하나이다. 특히, 기계 부품, 인쇄회로 기판, 의약품, 동전, 과자 등의 자동 불량 검사, 생물학 분야에서 세포 검출 및 추적, 의료 분야에서 암 검출, 생체인식 분야에서의 눈동자 검출, 오락 방송 분야에서의 공 추적 등에 원형 물체 검출은 필수적인 과정이다.Circular object detection is one of the important tasks in computer vision systems. In particular, automatic defect inspection of mechanical parts, printed circuit boards, medicines, coins, sweets, etc., cell detection and tracking in the biological field, cancer detection in the medical field, pupil detection in the biometric field, ball tracking in the entertainment broadcasting field, etc. Circular object detection is an essential process.

종래로부터 중심점과 반경으로 표현되는 3개의 매개변수를 가지는 방정식으로 표현되는 원형 물체를 검출하는 잘 알려진 방법은 허프(Hough) 변환으로 알려져 있다. 허프 변환은 이진 영상 공간에서 허프 공간(매개변수 공간)으로 사상(Mapping)하는 방법에 관한 것으로서, 일-대-다(One-To-Many) 사상과 다-대-일(Many-To-One) 사상으로 분류할 수 있다.A well-known method of detecting a circular object represented by an equation having three parameters represented by a center point and a radius is known as a Hough transform. Hough transform is a method of mapping from binary image space to huff space (parameter space). One-to-many mapping and many-to-one ) Can be classified as an event.

본 발명은 영상에서 원형 물체를 검출하는 방법에 다-대-일 사상을 변용하여 원형 물체를 검출하는 것을 특징으로 하고 있다.The present invention is characterized by detecting a circular object by using a many-to-one mapping in a method for detecting a circular object in an image.

다-대-일 사상으로 원형 물체를 검출하는 일반적인 방법은 다음과 같이 5 단계로 구성된다: (1) 에지 연산자를 이용하여 주어진 컬러 또는 흑백 영상 공간으로부터 이진 영상 공간으로 변환한다. (2) 이진 영상 공간에서 서로 다른 3개의 에지 점으로부터 3개의 매개변수를 계산하여 허프 공간의 해당 셀에 누적한다. (3) 영상 공간의 모든 에지 점들에 대해서 반복적으로 (2) 단계를 수행한다. (4) 허프 공간의 특정한 셀에 누적된 값이 사전에 결정된 임계 값보다 큰 경우를 찾는다. (5) 만약 누적 값이 임계 값보다 큰 값을 가지는 셀이 존재하면, 영상 공간에서 그 셀에 해당되는 매개변수로 표현되는 원형 물체를 검출한다. 이러한 방법은 영상 공간에서의 잡음이나 물체의 부분적인 폐색에서도 우수한 성능을 나타낸다. 그렇지만 이진 영상 공간의 에지 점수가 N인 경우에 (2)단계에서 필요한 에지 점의 조합 수가

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이 되므로 매우 많은 계산량과 시간이 필요하다. 그리고 원의 중심 점과 반경의 값들이 가지는 범위에 해당되는 매우 큰 3차원의 허프 공간이 필요하다는 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 (2)단계에서 사상에 참여하는 에지 점의 수와 허프 공간의 차원을 감소시키는 방법들이 제안되었다. 콘커(Conker)는 그래디언트 방향을 이용하는 2대1 사상으로 원형 허프 변환을 제안하였다. 2×2 창 내의 두 점에서 그래디언트(Gradient) 크기의 차이인 rc가 사전에 결정한 값보다 작은 경우에 그 두 점을 선택하여 다음과 같이 사상하였다: 2×2 창 내의 두 점 가운데 첫 번째 점에서의 그래디언트 방향을 θi로 두자. 만약
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이면The general method of detecting circular objects with many-to-one mapping consists of five steps as follows: (1) The edge operator is used to convert from a given color or monochrome image space to binary image space. (2) Three parameters are calculated from three different edge points in binary image space and accumulated in corresponding cells in the huff space. (3) Step (2) is repeatedly performed for all edge points of the image space. (4) Find a case where a value accumulated in a specific cell of the huff space is larger than a predetermined threshold value. (5) If there is a cell whose cumulative value is greater than the threshold value, the circular object represented by the parameter corresponding to the cell is detected in the image space. This method shows excellent performance even in noise in the image space or partial occlusion of objects. However, if the edge score of binary image space is N, the number of combinations of edge points required in step (2)
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This requires a lot of computation and time. In addition, there is a problem in that a very large three-dimensional huff space corresponding to a range having values of a center point and a radius of a circle is required. To solve this problem, in step (2), methods for reducing the number of edge points and the dimension of the hough space that participate in the mapping are proposed. Conker proposed a circular Hough transform with two-to-one mapping using gradient directions. If r c , the difference in gradient size at two points in the 2 × 2 window, is smaller than a predetermined value, the two points are selected and mapped as follows: The first of two points in the 2 × 2 window Let's set the gradient direction at to θ i . if
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Back side

Figure 112017502006690-pat00003
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로 주어지고, 그렇지 않으면Given by, otherwise

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로 주어졌다. 식 (a)에서 θi≠-θj와 xi≠xj이며, 식 (d)에서 θij≠±π와 yi≠yj이다. 허프 공간은 원의 중심을 찾기 위한 공간인 x - y와 반경을 찾기 위한 공간인 x - r을 이용하였다. 허프 공간의 가중치는 x - y 공간에서는 1 - rc로 x - r 공간에서는 (1 - rc)×r(반경)을 이용하였다. 이 방법의 단점은 중심이 같고 반경이 서로 다른 원형 물체들이 겹쳐 있는 경우에 그 원형 물체들을 검출 하지 못하며, 허프 공간에서 누적 가중치를 조밀하게 모으는 클러스터링(Clustering)을 하기 위하여 부가적인 컨볼루션(Convolution) 연산자를 이용하기 때문에 검출 속도가 느리게 된다고 카오(Cao) 등이 주장하였다.Was given. Θ i ≠ -θ j and x i ≠ x j in equation (a), and θ i + θ j ≠ ± π and y i ≠ y j in equation (d). Huff space uses x-y for finding the center of the circle and x-r for finding the radius. The weight of the huff space was 1-r c in the x-y space and (1-r c ) × r (radius) in the x-r space. The disadvantage of this method is that when circular objects with the same center and different radii overlap, the circular objects are not detected, and additional convolution is used for clustering to densely accumulate cumulative weights in the huff space. The use of operators makes detection slower, Cao et al.

고울러머스(Goulermas)등은 콘커(Conker)의 방법과 유사하게 매개변수 형태로 표현되는 원의 방정식을 이용하였다. 그러나 사상되는 에지 점의 수를 감소시키기 위하여 다음과 같은 방법을 제안하였다. 전체 에지 점 N에서 랜덤하게 M(M < N)개의 에지 점 집합 S 를 생성한다. 그리고

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개의 두 점을 선택한다. 영상 잡음이나 에지 연산자의 영향으로 발생되는 그래디언트 방향의 오차를 고려한 원의 중심점 영역을 선정한다. 선택된 두 점으로부터 계산되는 원의 중심점이 이 영역에 포함되는 경우에만 사상에 참여시킨다. 허프 공간에서 국부 첨두치를 검출한다. 이진 영상 공간에서 이 첨두치에 해당되는 매개변수 값을 이용하여 원주 상에 존재하는 에지 점을 검출한다. 검출된 에지 점을 집합 S에서 제외시키고 위와 같은 방법을 반복한다. 허프 공간은 원의 중심점과 반경 그리고 누적 발생 빈도를 저장하기 위하여 4차원의 링크드 리스트(Linked-List)를 이용하였다. 이 방법의 단점은 선택되는 두 점들은 중심이 사전에 결정한 영역에 포함되든 아니든 투표에 참여해야 한다. 따라서 계산 복잡도를 줄이기 위해서는 랜덤 샘플링을 채택해야 한다. 그리고 반경이 서로 다른 원들의 중심이 동일한 경우에서도 원들을 검출하려면 하나의 원을 검출할 때와 동일하게 다시 영상의 모든 점들에서 반복적으로 두 점을 선택하고 사상하여야 한다. 따라서 계산의 복잡도는 감소되지 않는다.Goulermas et al. Used circles' equations in parametric form, similar to Conker's method. However, the following method is proposed to reduce the number of edge points mapped. A random set of M (M &lt; N) edge points S is generated at all edge points N at random. And
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Pick two points. Select the center point area of the circle considering the error in the gradient direction caused by the influence of image noise or edge operator. Participate in the event only if the center of the circle, calculated from the two selected points, is included in this area. Local peak is detected in the hough space. In binary image space, the edge value existing on the circumference is detected using the parameter value corresponding to this peak value. The detected edge point is excluded from the set S and the above method is repeated. Huff space uses a 4D Linked-List to store the center and radius of the circle and the cumulative frequency of occurrence. The disadvantage of this method is that the two points that are chosen must participate in voting, whether or not the center is in a pre-determined area. Therefore, random sampling should be adopted to reduce the computational complexity. And even in the case where the centers of the circles with different radii are the same, in order to detect the circles, two points must be repeatedly selected and mapped from all the points of the image as in the case of detecting one circle. Therefore, the complexity of the calculation is not reduced.

팬(Pan) 등은 에지 영상 공간에서 랜덤하게 선택한 두 점과 그들의 그래디언트 방향을 이용하였다. 한 점과 이 점의 그래디언트 방향을 이용하여 원을 3차원 허프 공간 (x, y, r)에서 단일 직선으로 표현하였다. 만약 선택한 두 점이 동일한 원주상에 존재하면, 3차원 허프 공간상에서 그 두 점에 해당되는 두 직선은 반드시 교차하게 된다. 이 교차점을 수직으로 (x, y) 평면에 투영시켜 만나는 점은 원의 중심점이 되며, (x, y) 평면에서 그 교차점까지의 높이는 반경이 된다. 그런데 영상 잡음이나 형태 변형으로 인하여 동일한 원주상의 두 점을 선택하더라도 3차원 허프 공간에서 그 두 점에 해당되는 두 직선은 교차하지 않는 경우가 종종 발생된다. 이 문제를 해결하기 위하여, 두 직선 사이의 최소 거리에 기반한 가우시안 분포와 그 두 점의 중점에 대한 가우시안 우도 함수의 곱의 값을 계산한다. 이는 주어진 두 점이 동일한 원주상의 두 점이 되는 조건 확률이 된다. 그 두 점의 중점과 반경의 평균값에 해당하는 3차원 허프 공간에 이 확률 값을 누적한다. 모드 찾기(Mode-Finding) 알고리듬으로 국부 첨두치를 검출하여 최종적으로 영상 공간에서 원형 물체를 검출하였다.Pan et al. Used two randomly selected points in the edge image space and their gradient directions. Using a point and its gradient direction, the circle is represented as a single straight line in three-dimensional huff space (x, y, r). If the two selected points exist on the same circumference, the two straight lines corresponding to the two points in the three-dimensional huff space must intersect. The point where this intersection is projected vertically onto the (x, y) plane is the center point of the circle, and the height from the (x, y) plane to the intersection point is the radius. However, even if two points on the same circumference are selected due to image noise or shape deformation, two straight lines corresponding to the two points in the three-dimensional huff space often do not intersect. To solve this problem, calculate the value of the product of the Gaussian distribution based on the minimum distance between the two straight lines and the Gaussian likelihood function for the midpoint of those two points. This is the conditional probability that two given points are two points on the same circumference. The probability values are accumulated in a three-dimensional huff space corresponding to the mean of the midpoint and radius of the two points. Local peaks were detected by the mode-finding algorithm, and circular objects were finally detected in the image space.

상기한 방법들은 계산 복잡도를 O(N2)보다 감소시키기 위해서 다-대-일 사상에서 두 점들을 선택하는 경우에 랜덤 샘플링 방법을 이용하였다. 랜덤 샘플링으로 두 점들을 선택하는 경우에 최대 몇 쌍을 선택하는 것이 가장 최적인지에 대한 해가 없을뿐더러 복잡한 배경을 가지거나 잡음이 심한 경우에서는 그 성능이 저하된다고 켈비에이넌(Kalviainen) 키르야티(Kiryati) 등에 의하여 알려져 있다. 그리고 서로 다른 반경을 가지고 동일한 중심을 가지는 원형 물체들을 검출할 수 없거나 검출하기 위해서는 계산 복잡도가 매우 증가된다. 또한 서로 다른 원형 물체들이 겹쳐지거나 일부분이 다른 물체들에 의해서 가려지는 경우에도 효율적으로 검출할 수 없다.The above methods use a random sampling method when selecting two points in a multi-to-one mapping to reduce the computational complexity than O (N 2 ). There is no solution to selecting the maximum number of pairs when selecting two points by random sampling, and the performance is degraded when there is a complex background or noisy, according to Kalviainen Kiryati ( Kiryati et al. And the computational complexity is greatly increased to detect or not detect circular objects having the same center with different radii. In addition, even when different circular objects overlap or part of it is blocked by other objects, it cannot be detected efficiently.

(문헌1) 에이치케이 위엔 저 논문(H.K. Yuen, J. Princen, J. Illingworth, and J. Kittler, "Comparative Study of Hough Transform Methods for Circle Finding," Image and Vision Computing, vol. 8, no. 1, pp. 71-77, 1990.)(1) HK Yuen, J. Princen, J. Illingworth, and J. Kittler, "Comparative Study of Hough Transform Methods for Circle Finding," Image and Vision Computing, vol. 8, no. 1 , pp. 71-77, 1990.) (문헌2) 브이 리버스 논문( V. Leavers, "Survey: Which Hough Transform?," CVGIP: Image Understanding, vol. 5, pp. 250-264, 1993.)(V. Leavers, "Survey: Which Hough Transform ?," CVGIP: Image Understanding, vol. 5, pp. 250-264, 1993.) (문헌3) 에이치 켈비어니언 외 논문(H. Kalviainen, P. Hirvonen, L. Xu, and E. Oja, "Probabilistic and Non-probabilistic Hough Transforms: Overview and Comparisons," Image and Vision Computing, vol. 13, no. 4, pp. 239-252, 1995.)3 H. Kalviainen, P. Hirvonen, L. Xu, and E. Oja, "Probabilistic and Non-probabilistic Hough Transforms: Overview and Comparisons," Image and Vision Computing, vol. 13, no. 4, pp. 239-252, 1995.) (문헌4) 알 에스 콘커논문( R. S. Conker, "A Dual P1ane Variation of the Hough Transform for Detecting Non-Concentric Circles of Different Radii," Computer Vision, Graphics, and Image Processing, vol. 43, pp. 115-132, 1988.)(4) RS Conker, "A Dual P1ane Variation of the Hough Transform for Detecting Non-Concentric Circles of Different Radii," Computer Vision, Graphics, and Image Processing, vol. 43, pp. 115-132 , 1988.) (문헌5) 제이와 이 고울러머스 외 논문(J. Y. Goulermas and P. Liatsis, "Incorporating Gradient Estimations in a Circle-Finding Probabilistic Hough Transform," , Pattern Analysis and Applications, vol. 2, pp. 239-250, 1999.)(5) J. Goulermas and P. Liatsis, "Incorporating Gradient Estimations in a Circle-Finding Probabilistic Hough Transform,", Pattern Analysis and Applications, vol. 2, pp. 239-250, 1999.) (문헌6) 엘 판 외 논문( L. Pan, W.-S. Chu, J. M. Saragih, and F. D. la Torre," Fast and Robust Circular Object Detection with Probabilistic Pairwise Voting (PPV)," IEEE Signal Processing Letters, vol. 18, no. 11, pp. 639-642, 2011.)(6) L. Pan, W.-S. Chu, JM Saragih, and FD la Torre, "Fast and Robust Circular Object Detection with Probabilistic Pairwise Voting (PPV)," IEEE Signal Processing Letters, vol. 18, no. 11, pp. 639-642, 2011.) (문헌7) 엑스 카오 외 논문( X. Cao and F. Deravi, "An Efficient Method for Multiple-Circle Detection," 3rd Int. Conf. on Computer Vision, pp. 744-747, 1990.)(7) X. Cao and F. Deravi, "An Efficient Method for Multiple-Circle Detection," 3rd Int. Conf. On Computer Vision, pp. 744-747, 1990. (문헌8) 엔 키르야티 외 논문( N. Kiryati, H. kalviainen, and S. A1aoutinen, "Randomized or Probabilistic Hough Transform: Unified Performance Evaluation," Pattern Recognition Letters, vol. 21, no. 13-14, pp. 1157-1164, 2000.)(8) N. Kiryati, H. kalviainen, and S. A1aoutinen, "Randomized or Probabilistic Hough Transform: Unified Performance Evaluation," Pattern Recognition Letters, vol. 21, no. 13-14, pp. 1157-1164, 2000.)

본 발명은 주어진 영상에서 원형 물체를 검출하기 위해서 대칭적 쌍 투표(SPV)에 기반한 원형 허프 변환(CHT)이다. 본 발명은 원형 물체의 경계상에 놓이지 않는 점들과 잡음을 효과적으로 제거하여 원형 물체를 강건하게 검출함과 동시에 그 검출 속도를 증가시키는 방법이다. 본 발명은 크게 2-대-소수(Two-To-Few) 사상에 기반하는 대칭적 쌍 사상(Symmetric Pairwise Mapping; SPM), 대칭적 쌍 가중(Symmetric Pairwise Weighting; SPW), 그리고 국부 첨두치 검출과 원 검증으로 구성된다. 첫째, 대칭적 쌍 사상은 투표에 참여하는 두 점의 수를 대폭 감소시켜 그 수행 속도를 대폭 향상시키기 위하여 반사 대칭 기반 두 점 선택 조건(Two Points Selection Criteria; TPSC)을 해석적으로 결정하는 것이다. 이 조건은 영상에서 단일 직선상의 두 점, 평행한 두 직선상의 두 점과 원주 상의 회전 대칭 조건을 만족하는 두 점은 사상에서 제외한다. 반면에 원주상에 존재하면서 수평 또는 수직 스캔 선상의 반사 대칭 조건을 만족하는 두 점들만 사상에 참여하게 된다.The present invention is a circular huff transform (CHT) based on symmetrical pair voting (SPV) to detect circular objects in a given image. The present invention is a method of robustly detecting a circular object and increasing its detection speed by effectively removing points and noise that do not lie on the boundary of the circular object. The present invention is largely based on two-to-few mapping with symmetric pairwise mapping (SPM), symmetric pairwise weighting (SPW), and local peak-to-peak detection. It consists of original verification. First, symmetrical pairing is to analytically determine two-points selection criteria (TPSC) based on reflection symmetry in order to drastically reduce the number of two points participating in the voting process and to greatly improve its performance. This condition excludes two points on a single straight line in the image, two points on two parallel lines, and two points that satisfy the condition of rotational symmetry on the circumference. On the other hand, only two points that exist on the circumference and satisfy the reflective symmetry conditions on the horizontal or vertical scan line will participate in the mapping.

이진 영상내의 에지 점들의 수를 N으로 두는 경우에 기존의 원형 허프 변환에서는 그 계산 복잡도는 O(N2)이 되나 본 발명에서는 O(αN)이 된다. 여기서 α는 영상의 수평 크기와 수직 크기의 합이며, 일반적으로 α는 N보다 훨씬 작은 값을 가진다. 따라서 기존 방법보다 본 발명은 그 수행 시간이 대폭 감소된다. 둘째, 대칭적 쌍 가중은 하나의 주어진 영상에서 원형 물체들이 서로 크기가 다르고 겹치지 않는 경우, 부분적으로 겹치는 경우, 완전히 겹치는 경우, 반원 등 일부 가려지거나 변형되는 경우에서도 효율적으로 검출하기 위하여 허프 공간의 누적 가중치를 반사 대칭 척도와 반경 일치 척도를 확률적으로 결합한 가중치를 이용하는 것이다. 일반적으로 잡음, 조명, 변형 등의 영향으로 원형 물체의 경계선상에 존재하는 에지 점들의 그래디언트의 방향은 이상적인 경우와 비교해서 오차를 가진다. 따라서 동일한 원형 물체의 경계선상에 포함된 서로 다른 두 점들로부터 계산되는 원형 물체의 중심과 반경은 서로 다른 값을 가지게 된다.When the number of edge points in a binary image is set to N, the computational complexity is O (N 2 ) in the conventional Hough transform, but O (αN) in the present invention. Where α is the sum of the horizontal size and the vertical size of the image, and α is generally much smaller than N. Therefore, the present invention is drastically reduced in execution time than the conventional method. Second, symmetric pair weighting is the accumulation of huff spaces for efficient detection even when circular objects of different sizes and non-overlapping, partially overlapping, completely overlapping, semicircle, etc. are partially hidden or deformed in a given image. The weight is used by stochastic combination of the reflection symmetry scale and the radius matching scale. In general, the direction of the gradient of the edge points existing on the boundary of the circular object due to noise, illumination, deformation, etc., has an error compared to the ideal case. Therefore, the center and the radius of the circular object calculated from two different points included on the boundary line of the same circular object have different values.

이러한 오차의 영향을 감소시키고 상대적으로 강인한 검출 성능을 가지도록 반사 대칭 척도와 반경 일치 척도를 확률적으로 결합하여 허프 공간의 누적 가중치로 이용하는 대칭적 쌍 가중을 발명하였다. 셋째, 허프 공간에서 원의 중심과 반경을 신속하고 효율적으로 검출하기 위해서 허프 공간을 그레이레벨(Graylevel) 영상으로 변환하고 영상 분할(Segmentation)과 블랍 컬러링(Blob Coloring)을 통한 국부 첨두치를 검출하고 이에 해당되는 중심과 반경을 가진 원을 이진 에지 영상 공간에 로케이션(Location)하여 최종적으로 원(圓)인지 아닌지 검증하는 방법을 발명하였다.In order to reduce the influence of this error and to have a relatively robust detection performance, the symmetric pair weighting is used to probabilistically combine the reflection symmetry scale and the radius matching scale as cumulative weights of the huff space. Third, in order to quickly and efficiently detect the center and radius of the circle in the huff space, the huff space is transformed into a graylevel image, and the local peak value through segmentation and blob coloring is detected. A method of verifying whether a circle having a corresponding center and radius is located in a binary edge image space and finally verifying whether it is a circle or not.

주어진 컬러 또는 흑백 영상에서 원형 물체를 검출하는 전통적인 방법은 원형 허프 변환을 이용하는 것이다. 2차원 평면에서 원 방정식은 중심점인 (x0, yO)와 반경 r인 3개의 매개변수를 가진다.The traditional method of detecting circular objects in a given color or monochrome image is to use a circular hough transform. In a two-dimensional plane, the circle equation has three parameters: (x 0 , y O ), the center point, and radius r.

이 3개의 매개변수 값들을 결정하기 위해서는 최소한 3개의 서로 다른 점들이 필요하다. 이를 위해서 주어진 컬러 또는 흑백 영상을 이진 에지 영상으로 변환한다. 이진 에지 영상에 포함된 에지 점들의 수가 N이면 전통적인 원형 허프 변환의 계산 복잡도는 O(N3)이 되거나 그래디언트를 이용하면 O(N2)이 된다. 일반적으로 원형 물체가 포함된 영상에는 잡음과 조명의 영향 등이 포함되어 있거나 원형 물체 이외에도 직선이나 곡선 등으로 구성된 다양한 형태의 물체들이 존재한다. 더욱이 잡음과 조명 변화 등이나 물체 가공시의 거칠기 등의 영향으로 원형 물체도 완전한 원의 형태를 가지지 않고 그 경계가 뚜렷하지 않거나 처음부터 반원 등의 형태를 가지는 경우도 있다. 더욱이 서로 크기가 다른 원형 물체들이 서로 부분적으로나 전체적으로 겹치거나 원형 물체가 아닌 다른 물체들에 의해서 일부분이 가려지는 경우도 존재한다. 이러한 경우들에서 원형 물체의 검출 속도를 증가시키고 검출 성능을 향상시키는 방법이 필요하다.At least three different points are required to determine these three parameter values. To this end, a given color or monochrome image is converted into a binary edge image. If the number of edge points included in the binary edge image is N, the computational complexity of the traditional circular hough transform is O (N 3 ) or O (N 2 ) using a gradient. In general, an image including a circular object includes noise and light effects, or there are various types of objects composed of straight lines or curves in addition to the circular object. In addition, due to the effects of noise, changes in illumination, and roughness in processing objects, circular objects may not have the shape of a perfect circle, and their boundaries may not be clear, or may have the shape of a semicircle from the beginning. Moreover, there are cases where circular objects of different sizes overlap partially or entirely with each other or are partially hidden by other objects than the circular objects. In such cases, there is a need for a method of increasing the detection speed of a circular object and improving the detection performance.

본 발명에서는 첫째, 기존에 알려진 원형 허프 변환의 계산 복잡도O(N2)을 랜덤 샘플링을 이용하지 않고 대폭 감소시켜서 그 검출 속도를 대폭 증가시키고자 한다. 이를 위하여 원형 물체가 포함된 영상에 존재하는 원형 물체 이외의 물체들을 구성하는 점들을 사전에 제거하는 방법을 발명하고자 한다.First, the present invention intends to greatly increase the detection speed by greatly reducing the computational complexity O (N 2 ) of the conventionally known circular hough transform without using random sampling. To this end, a method of removing points forming objects other than the circular object existing in the image including the circular object in advance is disclosed.

둘째, 잡음이나 가공시의 거칠기로 인하여 원형 물체의 경계가 뚜렷하지 않는 경우와 원형 물체가 아닌 다른 물체들에 의해서 부분적으로 가려지는 경우나 처음부터 반원인 경우에서와 같이 완전한 원의 형태를 가지지 않는 원형 물체도 효율적으로 검출하고자 한다.Second, due to noise or roughness, the boundary of the circular object is not clear, or partially obscured by objects other than the circular object, or in the case of a semicircle from the beginning. Even circular objects are to be detected efficiently.

셋째, 하나의 주어진 영상에서 원형 물체들이 서로 반경이 다르고 겹치지 않는 경우, 부분적으로 겹치는 경우, 완전히 겹치는 경우에서도 효율적으로 원형물체들을 검출하고자 한다. 이를 통해서 원형 물체의 검출 속도를 증가시키고 검출 성능을 향상시키고자 한다.Third, in the case where the circular objects have different radii and do not overlap each other in a given image, the circular objects are efficiently detected even in the case of partially overlapping and completely overlapping. Through this, the detection speed of the circular object is increased and the detection performance is improved.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 원형 허프 변환을 이용한 원형 물체 검출 방법에 있어서는; 상기 방법은 계산 복잡도를 O(N2)에서 O(αN)으로 대폭 감소(α << N)시키는 2-대-소수 사상에서 원의 중심점을 계산하는 식 (3)과 두 점 선택 조건인 식 (4)로 표현되는 대칭적 쌍 사상과 이를 영상의 수평 및 수직 스캔 선상에서 구현하는 식,In order to solve the above problems, in the circular object detection method using the circular hough transform of the present invention; The method calculates the center point of the circle in two-to-minority mapping, which greatly reduces the calculation complexity (α << N) from O (N 2 ) to O (αN), and the two point selection condition. A symmetric pair mapping represented by (4) and an expression that is implemented on the horizontal and vertical scan lines of the image,

Figure 112017502006690-pat00006
Figure 112017502006690-pat00006

( 여기서

Figure 112017502006690-pat00007
Figure 112017502006690-pat00008
). 과,( here
Figure 112017502006690-pat00007
Wow
Figure 112017502006690-pat00008
). and,

위 식을 이용하여 반경 rO를 계산하여Calculate the radius r O using the above equation

Figure 112017502006690-pat00009
Figure 112017502006690-pat00009

에 의하여 얻어지는 단계를 포함하고,Comprising the steps obtained by

잡음, 조명, 형태의 변형, 부분적인 가려짐 등에 강인하게 원형 물체를 영상에서 검출하기 위한 식;Equations for robustly detecting circular objects in an image, such as noise, lighting, shape deformation, partial obstruction, etc .;

대칭적 쌍 가중 WijSymmetric pair weighting W ij

Figure 112017502006690-pat00010
Figure 112017502006690-pat00010

주어지고 여기서

Figure 112017502006690-pat00011
,
Figure 112017502006690-pat00012
, 그리고
Figure 112017502006690-pat00013
로 표현되는 반사 대칭 척도와 반경 일치 척도를 확률적인 가중치와 결합하여 허프 공간의 가중치를 그래디언트 방향의 오차에 따라서 적응적으로 누적하는 대칭 쌍 가중과 이를 2-대-소수 사상으로 허프 공간에 누적하는 단계를 포함하고,Given here
Figure 112017502006690-pat00011
,
Figure 112017502006690-pat00012
, And
Figure 112017502006690-pat00013
The symmetric pair weighting that adaptively accumulates the weights of the huff space based on the error in the gradient direction by combining the reflection symmetry scale and the radius matching scale represented by Including steps

상기 허프 공간에서 국부 첨두치를 검출하는 방법과 정상적인 원형 물체뿐만 아니라 일부 가려지거나 변형된 원형 물체는 검증하는 식The method of detecting a local peak in the huff space and verifying not only normal circular objects but also some obscured or deformed circular objects

Figure 112017502006690-pat00014
Figure 112017502006690-pat00014

으로 얻어지는 단계를 포함하며,It includes the step obtained by

위 단계를 모두 포함하는 것을 본 발명의 단계적인 특성으로 한다.It is a stepwise feature of the present invention to include all of the above steps.

본 발명의 대칭적 쌍 투표를 이용한 원형 허프 변환 방법에서는 주어진 영상에서 원형 물체를 검출하는 새로운 방법을 제안하였다. 이 방법은 반사 대칭을 2-대-소수 사상에 적용하여 두 점 선택 조건을 해석적으로 유도하여 사상에 참여하는 두 점의 수를 랜덤 샘플링 없이 대폭 감소시켰다. 이는 허프 변환의 계산 복잡도 O(N2)에서 O(αN)으로 대폭 감소시키기 때문에 (α << N) 그 계산량과 수행 시간이 대폭 감소된다. 더욱이 각각의 수평 스캔 선상에 위치하는 두 점들은 서로 독립적으로 사상에 참여시킬 수 있다. 최근에 동종 프로세서를 하나의 칩에 집적한 멀티코어 CPU 또는 GPU는 고속의 병렬처리가 가능한 구조이다.In the circular Hough transform method using the symmetric pair voting method of the present invention, a new method for detecting a circular object in a given image is proposed. This method applies reflection symmetry to two-to-decimal mapping analytically to derive two point selection conditions, greatly reducing the number of two points participating in the mapping without random sampling. This greatly reduces the computational complexity O (N 2 ) of the Hough transform from O (N 2 ) to O (αN) (α << N), which greatly reduces the amount of computation and execution time. Furthermore, two points on each horizontal scan line can participate in the event independently of each other. Recently, multi-core CPUs or GPUs integrating homogeneous processors on a single chip are capable of high-speed parallel processing.

제안하는 방법은 주어진 영상에서 수평 스캔 선들을 다수의 코어(Core) 또는 쓰레드(Thread)에 균등하게 배분하여 서로 독립적으로 처리하도록 하는 Fork-Join 방식의 병렬처리가 가능하게 된다. 이를 이용하면 본 발명에서 제안하는 방법은 더욱더 계산 시간을 단축시킬 수 있다.The proposed method enables Fork-Join parallel processing to distribute horizontal scan lines evenly among multiple cores or threads in a given image and process them independently. Using this method, the method proposed in the present invention can further shorten the calculation time.

그래디언트 방향은 물체의 형태 변형, 조명, 영상 잡음, 에지 연산자의 성능에 따라서 실제 값과는 다른 값을 가지게 된다. 이러한 영향으로 인하여 허프 사상으로 계산되는 원의 중심점과 반경은 실제 값과는 오차를 가지게 된다. 이러한 영향에 대해서 강인하게 원의 중심점과 반경을 계산하기 위하여,The gradient direction is different from the actual value depending on the shape deformation of the object, lighting, image noise, and the performance of the edge operator. Due to this effect, the center point and radius of the circle calculated by Huff's error are different from the actual value. To calculate the center point and radius of the circle robustly against these effects,

본 발명에서는 반사 대칭을 확률적인 가중치와 결합하여 허프 공간의 가중치를 그래디언트 방향의 오차에 따라서 적응적으로 누적하였다. 실험 결과로부터 제안하는 방법은 수행 시간이 매우 단축되었으며, 영상 잡음, 조명, 그리고 원형 형태 변형 등의 영향이 존재하는 경우에서도 견실하게 원형 물체를 검출함을 확인하였다.In the present invention, the reflection symmetry is combined with the probabilistic weights to adaptively accumulate the weights of the huff spaces according to the error in the gradient direction. From the experimental results, the proposed method is very short in execution time and robustly detects circular objects even in the presence of image noise, lighting, and circular shape deformation.

도 1은 대칭적 쌍 사상에서 제거 되어야 할 두 점인 경우인 D ij = 0의 예로서: 도 1a는 단일 직선상의 두 점 ij = 0)인 경우를 설명하는 설명도.
도 1b는 평행한 두 직선상에서 각각 선택한 두 점에서 ψ ij = 0 경우와 ψ ij = π인 경우, 도 1c는 원의 중심을 통과하는 직선과 만나는 원주상의 두 점 ij = π)인 경우를 설명하는 설명도.
도 2는 대칭적 쌍 사상에서 두 점 선택 조건인 D ij ≠ 0을 만족하는 원주상의 두 점의 예를 도시하는 설명도.
1 is an example of D ij = 0 , which is the case of two points to be removed from a symmetric pair mapping: FIG. 1A is an explanatory diagram illustrating the case of two points ij = 0) on a single straight line.
FIG. 1B is the case where ψ ij = 0 and ψ ij = π at two selected points on two parallel lines, respectively, FIG. 1C is two points on the circumference ij = π) that meet a straight line passing through the center of the circle. An explanatory diagram illustrating the case.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of two points on the circumference satisfying two point selection conditions D ij ≠ 0 in a symmetric pair mapping.

이하의 부수된 도면과 함께 본 발명의 대칭적 쌍 사상 투표(SPV)를 이용한 원형 허프 변환 방법으로 원형 물체 검출에 대해서 더욱 상세히 설명한다.Along with the accompanying drawings, circular object detection by a circular Hough transform method using a symmetric pair mapping vote (SPV) of the present invention will be described in more detail.

도 1은 대칭적 쌍 사상에서 제거 되어야 할 두 점인 경우인 D ij = 0의 예로서 도 1a는 단일 직선상의 두 점 ij = 0)인 경우를 설명하는 설명도, 도 1b는 평행한 두 직선상에서 각각 선택한 두 점에서 ψ ij = 0 경우와 ψ ij = π인 경우, 도 1c는 원의 중심을 통과하는 직선과 만나는 원주상의 두 점 ij = π)인 경우를 설명하는 설명도, 도 2는 대칭적 쌍 사상에서 두 점 선택 조건인 D ij ≠ 0을 만족하는 원주상의 두 점의 예를 도시하는 설명도로서 함께 설명한다.1 is an example of D ij = 0 , which is two points to be removed from a symmetric pair mapping, and FIG. 1A is an explanatory diagram illustrating a case where two points ij = 0) on a single straight line, and FIG. 1B is a parallel two In the case where ψ ij = 0 and ψ ij = π at two selected points on a straight line, FIG. 1C is an explanatory diagram for explaining the case where two points on the circumference ij = π) meet a straight line passing through the center of the circle Fig. 2 is described together as an explanatory diagram showing an example of two points on the circumference satisfying two point selection conditions D ij ≠ 0 in symmetric pair mapping.

SPV는 크게 대칭적 쌍 사상(SPM)과 대칭적 쌍 가중(SPW)으로 구성된다.SPV is largely composed of symmetric pair mapping (SPM) and symmetric pair weighting (SPW).

[대칭적 쌍 사상(SPM)]Symmetric Pair Mapping (SPM)

주어진 영상 I(x,y)의 크기는 수평으로 H개의 화소로 수직으로 V개의 화소로 구성된다. 영상내의 임의의 한 점(x,y)에서 그래디언트 벡터

Figure 112017502006690-pat00015
로 두자. 여기서
Figure 112017502006690-pat00016
이고
Figure 112017502006690-pat00017
인 편미분 연산자이다. 그래디언트의 크기
Figure 112017502006690-pat00018
로 두고, 그래디언트의 방향
Figure 112017502006690-pat00019
로 두자. θ의 범위는 (-π,π]이다.The size of a given image I (x, y) consists of H pixels horizontally and V pixels vertically. Gradient vector at any point (x, y) in the image
Figure 112017502006690-pat00015
Let's leave it. here
Figure 112017502006690-pat00016
ego
Figure 112017502006690-pat00017
Is a partial differential operator. The size of the gradient
Figure 112017502006690-pat00018
, The direction of the gradient
Figure 112017502006690-pat00019
Let's leave it. The range of θ is (−π, π].

2차원 직각 좌표계에서 중심이 (x0,y0)이고 반경이 r0 인 원의 표준 방정식은 다음과 같다.In a two-dimensional Cartesian coordinate system, the standard equation for a circle with center (x 0 , y 0 ) and radius r 0 is

Figure 112017502006690-pat00020
Figure 112017502006690-pat00020

식 (1)을 미분하면Differentiating equation (1)

Figure 112017502006690-pat00021
Figure 112017502006690-pat00021

이다. 여기서 기울기 m = dy/dx이다.to be. Where the slope m = dy / dx.

식 (2)로부터 원형 물체의 중심 (x0,y0)를 계산하기 위해서는 두 점이 필요하다. 이 두 점의 그래디언트 크기 g≠0이다. 그래디언트 방향 θ와 식 (2)에서 주어지는 m = -cotθ의 관계를 가진다. 서로 다른 두 점은 각 변수의 아래첨자 i와 j로 표기한다.Two points are needed to calculate the center (x 0 , y 0 ) of the circular object from equation (2). The gradient size of these two points is g ≠ 0. There is a relationship between the gradient direction θ and m = -cotθ given in equation (2). Two different points are denoted by the subscript i and j for each variable.

서로 다른 두 점 pi와 pj, 그리고 그들로부터 계산되는 그래디언트 방향들을 식 (2)에 대입하여 원의 중심 (xO,yO)을 계산하면 다음과 같이 주어진다.Substituting two different points p i and p j and the gradient directions calculated from them into Eq. (2), the center of the circle (x O , y O ) is given by

Figure 112017502006690-pat00022
Figure 112017502006690-pat00022

여기서 Dij = cotθj - cotθi이다. 식 (1)이 해를 가지려면 Dij ≠ 0을 만족해야 한다. 도 1과 2를 참조하면 다음과 같은 두 점 선택 조건(TPSC)이 다음과 같이 유도된다.Where D ij = cotθ j -cotθ i . For Equation (1) to have a solution, D ij ≠ 0 must be satisfied. 1 and 2, the following two point selection conditions (TPSC) are derived as follows.

Figure 112017502006690-pat00023
Figure 112017502006690-pat00023

여기서 k = i, j 그리고 δ은 작은 양의 상수이다. 그리고

Figure 112017502006690-pat00024
이고
Figure 112017502006690-pat00025
이다. 여기서
Figure 112017502006690-pat00026
이다.Where k = i, j and δ are small positive constants. And
Figure 112017502006690-pat00024
ego
Figure 112017502006690-pat00025
to be. here
Figure 112017502006690-pat00026
to be.

본 발명은 멀티 코어 기반 병렬 처리의 용이성을 위하여 수평선상(αij = 0)이나 수직선상(αij=π/2)의 두 점들만 선택한다. 본 발명인 TPSC인 식 (4)와 αij = 0를 이용하여 식 (3)을 다시 쓰면The present invention selects only two points on the horizontal line (α ij = 0) or on the vertical line (α ij = π / 2) for ease of multi-core based parallel processing. Using Equation (4) and α ij = 0, TPSC of the present invention,

Figure 112017502006690-pat00027
Figure 112017502006690-pat00027

여기서 y0i = yi + (tanθi(xj - xi)/2)와 y0j = yi + (tanθj(xi - xj)/2)이다.Where y 0i = y i + (tanθ i (x j -x i ) / 2) and y 0j = y i + (tanθ j (x i -x j ) / 2).

식 (5)을 이용하여 반경 r0를 계산하면Calculating the radius r 0 using equation (5)

Figure 112017502006690-pat00028
Figure 112017502006690-pat00028

이 된다. 여기서

Figure 112017502006690-pat00029
,
Figure 112017502006690-pat00030
, 그리고 p0k = (x0,y0k)이다. 또한 αij = π/2인 경우에도 (x0,y0)와 r0를 식 (5)와 (6)처럼 쉽게 유도된다.Becomes here
Figure 112017502006690-pat00029
,
Figure 112017502006690-pat00030
And p 0k = (x 0 , y 0k ). In addition, even when α ij = π / 2, (x 0 , y 0 ) and r 0 are easily derived as in Equations (5) and (6).

식 (3)과 (4) 또는 (4), (5), 그리고 (6)을 대칭적 쌍 사상(SPM)이라 부른다.Equations (3) and (4) or (4), (5), and (6) are called symmetric pair mapping (SPM).

식 (5)와 (6)에서 계산된 값들은 각각 허프 공간 x-y와 x-r에 대칭적 쌍 가중치(SPW)를 이용하여 누적한다. 각 허프 공간의 크기는 주어진 영상의 크기와 동일하다. 이진 에지 영상에서 에지 점들이 균일하게 영상 전체 영역에 골고루 퍼져 있다면 대칭적 쌍 사상의 계산 복잡도는 O(αN)이 된다. 여기서 α는 영상의 수평 크기 H와 수직 크기 V의 합이며, 일반적으로 α는 N보다 훨씬 작은 값을 가진다.The values calculated in equations (5) and (6) are accumulated in the huff spaces x-y and x-r using symmetric pair weights (SPW), respectively. The size of each huff space is equal to the size of a given image. In a binary edge image, if the edge points are evenly spread throughout the image area, the computational complexity of the symmetric pair mapping is O (αN). Where α is the sum of the horizontal size H and the vertical size V of the image, and α is generally much smaller than N.

[대칭적 쌍 가중(SPW)]Symmetric Pair Weighting (SPW)

2-대-1 사상에서 이용하는 그래디언트 방향은 물체의 형태 변형, 조명, 영상 잡음, 에지 연산자의 성능에 따라서 실제 값과는 다른 값을 가지게 된다. 이러한 영향으로 인하여 허프 사상으로 계산되는 원의 중심점과 반경은 실제 값과는 오차를 가지게 된다. 이러한 영향에 대해서 강인하게 원의 중심점과 반경을 계산하기 위하여, 본 발명에서는 반사 대칭 척도(

Figure 112017502006690-pat00031
)와 반경 일치 척도(
Figure 112017502006690-pat00032
)를 확률적인 가중치와 결합하여 허프 공간의 가중치를 그래디언트 방향의 오차에 따라서 적응적으로 누적한다. 본 발명인 대칭적 쌍 가중 Wij는 다음과 같이 주어진다.The gradient direction used in the 2-to-1 mapping is different from the actual value depending on the shape deformation of the object, lighting, image noise, and edge operator performance. Due to this effect, the center point and radius of the circle calculated by Huff's error are different from the actual value. In order to calculate the center point and the radius of the circle robustly against this effect, the present invention has a reflection symmetry scale (
Figure 112017502006690-pat00031
) And radius match scale (
Figure 112017502006690-pat00032
) Is combined with the probabilistic weights to adaptively accumulate the weights of the huff space according to the gradient direction error. The symmetric pair weighting W ij of the present invention is given as follows.

Figure 112017502006690-pat00033
Figure 112017502006690-pat00033

여기서

Figure 112017502006690-pat00034
,
Figure 112017502006690-pat00035
, 그리고
Figure 112017502006690-pat00036
이다. 수평선상에 존재하는 두 점들만 고려하는 경우에는
Figure 112017502006690-pat00037
이다. 그리고 σc는 wij의 감도를 결정한다.here
Figure 112017502006690-pat00034
,
Figure 112017502006690-pat00035
, And
Figure 112017502006690-pat00036
to be. If you consider only two points on the horizon
Figure 112017502006690-pat00037
to be. And σ c determines the sensitivity of w ij .

식 (7)에 나타낸 wij가 주어진 σc와 ro에서 최대값을 가지는 경우는

Figure 112017502006690-pat00038
Figure 112017502006690-pat00039
인 경우이다. 이는 원주상의 두 점이 선택된 경우이다. 최소값은 원주상의 두 점이 선택되지 않는 경우가 된다. 일반적으로 랜덤 샘플링을 이용하는 다-대-일 사상에 기반한 허프 변환은 잡음이 거의 없는 고품질의 영상에 대해서 잘 동작하고 랜덤 샘플링을 이용하는 일-대-다 사상은 잡음이 강하고 저품질의 영상에 대해서 비교적 잘 동작한다고 알려져 있다.If w ij shown in equation (7) has the maximum value in the given σ c and r o
Figure 112017502006690-pat00038
Wow
Figure 112017502006690-pat00039
If This is the case when two points on the circumference are selected. The minimum value is when two points on the circumference are not selected. In general, Hough transform based on many-to-one mapping using random sampling works well for high quality images with little noise, and one-to-many mapping using random sampling is relatively good for low noise and low quality images. It is known to work.

본 발명에서는 다-대-일 사상과 일-대-다 사상의 장점만을 취하기 위해서 랜덤 샘플링을 하지 않는 TPSC를 이용하는 2-대-소수(few) 사상을 제안한다. 이 발명은 SPM과 SPW를 결합하는 SPV는 식 (3)과 (4)로부터 계산되는 중심과 반경에 해당되는 각각의 허프 공간에서 해당 셀(cell)을 포함한 3×3 셀에 모두 누적한다. 결과적으로 본 발명은 물체의 형태 변형, 조명, 영상 잡음 등에 강인한 원형 물체 검출이 이루어지게 된다는 것을 확인 하였다.The present invention proposes a two-to-few mapping that uses TPSC without random sampling to take advantage of many-to-one and one-to-many mapping. In the present invention, the SPV combining the SPM and the SPW accumulates in all 3x3 cells including the corresponding cell in each Huff space corresponding to the center and radius calculated from Equations (3) and (4). As a result, the present invention confirmed that robust circular object detection is achieved, such as shape deformation, illumination, and image noise.

[국부 첨두치 검출 및 원형 물체 검증][Local peak detection and circular object verification]

허프 공간 x - y와 x - r 에서 국부 첨두치는 각각 중심과 반경에 해당되는 최종적인 값이 된다. 허프 공간에서 국부 첨두치를 검출하여 최종적으로 영상에서 원형 물체를 검출하기 위해서, 본 발명은 다음과 같은 과정을 수행한다.In the huff spaces x-y and x-r, the local peaks are the final values corresponding to the center and radius, respectively. In order to detect a local peak in the huff space and finally detect a circular object in the image, the present invention performs the following process.

(1) 허프 공간을 그레이레벨(Graylevel) 영상으로 변환한다.(1) Huff space is converted into a graylevel image.

(2) 영상분할(Segmentation)을 한다.(2) Perform segmentation.

(3) 블랍 컬러링(Blob Coloring)을 한다.(3) Blob Coloring

(4) 검출된 블랍 영역에서 최고 값을 찾는다.(4) Find the highest value in the detected blob area.

(5) 최고 값에 해당하는 중심과 반경으로 이진 에지 영상에서 원을 로케이션(Location)한다.(5) Location of the circle in the binary edge image with the center and radius corresponding to the highest value.

(6) 로케이션된 원에서 신뢰도(6) reliability at the located circle

Figure 112017502006690-pat00040
Figure 112017502006690-pat00040

를 계산한다. 여기서 Nd는 이진 에지 영상에서 원주상에 놓이는 에지 점들의 총 수이다. nr은 일부분이 가리거나 변형된 원들도 검출 할 수 있도록 조정하는 매개변수이다. 이 매개변수는 주어진 Nd에서

Figure 112017502006690-pat00041
이 되도록 한다. 그리고
Figure 112017502006690-pat00042
는 이상적인 경우에 반경 r0를 가지는 원주상의 에지 점들의 총수이다.Calculate Where N d is the total number of edge points lying on the circumference in the binary edge image. n r is a parameter that adjusts to detect partially hidden or deformed circles. This parameter is given by N d
Figure 112017502006690-pat00041
To be And
Figure 112017502006690-pat00042
Is the total number of circumferential edge points with radius r 0 in the ideal case.

상기한 대칭적 쌍 사상과 대칭적 쌍 가중 그리고 국부 첨두치 검출 및 원형 물체 검증 과정을 이용하여 주어진 영상에서 원형 물체를 최종적으로 검출한다.Circular objects are finally detected in a given image using the symmetric pair mapping, symmetric pair weighting, and local peak-to-peak detection and circular object verification.

Claims (4)

원형 허프 변환을 이용한 원형물체 검출 방법에 있어서;
상기 방법은 계산 복잡도를 O(N2)에서 O(αN)으로 대폭 감소(α << N)시키는 2-대-소수 사상에서 원의 중심점을 계산하는 식 (3)과 두 점 선택 조건인 식 (4)로 표현되는 대칭적 쌍 사상과 이를 영상의 수평 및 수직 스캔선상에서 구현하는 식,
Figure 112019501969879-pat00043

( 여기서
Figure 112019501969879-pat00044
Figure 112019501969879-pat00045
). 과,
위 식을 이용하여 반경 r0를 계산하여
Figure 112019501969879-pat00046

에 의하여 얻어지는 단계;
잡음, 조명, 형태의 변형, 부분적인 가려짐 등에 강인하게 원형 물체를 영상에서 검출하기 위한 식;
대칭적 쌍 가중 wij
Figure 112019501969879-pat00047

주어지고 여기서
Figure 112019501969879-pat00048
,
Figure 112019501969879-pat00049
, 그리고
Figure 112019501969879-pat00050
로 표현되는 반사 대칭 척도와 반경 일치 척도를 확률적인 가중치와 결합하여 허프 공간의 가중치를 그래디언트 방향의 오차에 따라서 적응적으로 누적하는 대칭 쌍 가중과 이를 2-대-소수 사상으로 허프 공간에 누적하는 단계;
허프 공간에서 국부 첨두치를 검출하는 방법과 정상적인 원형물체뿐만 아니라 일부 가려지거나 변형된 원형 물체는 검증하는 식
Figure 112019501969879-pat00051

으로 얻어지는 단계;
적어도 어느 하나를 포함하는 원형 허프변환을 이용한 원형물체 검출 방법
A circular object detection method using a circular hough transform;
The method calculates the center point of the circle in two-to-minority mapping, which greatly reduces the calculation complexity (α << N) from O (N 2 ) to O (αN), and the two point selection condition. A symmetric pair mapping represented by (4) and an expression that is implemented on horizontal and vertical scan lines of an image,
Figure 112019501969879-pat00043

( here
Figure 112019501969879-pat00044
Wow
Figure 112019501969879-pat00045
). and,
Using the above formula, calculate the radius r 0
Figure 112019501969879-pat00046

Obtained by;
Equations for robustly detecting circular objects in an image, such as noise, lighting, shape deformation, partial obstruction, etc .;
Symmetric pair weights w ij
Figure 112019501969879-pat00047

Given here
Figure 112019501969879-pat00048
,
Figure 112019501969879-pat00049
, And
Figure 112019501969879-pat00050
The symmetric pair weighting that adaptively accumulates the weights of the huff space based on the error in the gradient direction by combining the reflection symmetry scale and the radius matching scale represented by step;
The method of detecting local peaks in the huff space and verifying not only normal circular objects but also some obscured or deformed circular objects.
Figure 112019501969879-pat00051

Obtained by;
Circular object detection method using a circular hough transform containing at least one
삭제delete 삭제delete 원형 허프 변환을 이용한 원형물체 검출 방법에 있어서;
상기 방법은 계산 복잡도를 O(N2)에서 O(αN)으로 대폭 감소(α << N)시키는 2-대-소수 사상에서 원의 중심점을 계산하는 식 (3)과 두 점 선택 조건인 식 (4)로 표현되는 대칭적 쌍 사상과 이를 영상의 수평 및 수직 스캔선상에서 구현하는 식,
Figure 112019501969879-pat00052

( 여기서
Figure 112019501969879-pat00053
Figure 112019501969879-pat00054
). 과,
위 식을 이용하여 반경 r0를 계산하여
Figure 112019501969879-pat00055

에 의하여 얻어지는 단계와;
잡음, 조명, 형태의 변형, 부분적인 가려짐 등에 강인하게 원형 물체를 영상에서 검출하기 위한 식;
대칭적 쌍 가중 wij
Figure 112019501969879-pat00056

주어지고 여기서
Figure 112019501969879-pat00057
,
Figure 112019501969879-pat00058
, 그리고
Figure 112019501969879-pat00059
로 표현되는 반사 대칭 척도와 반경 일치 척도를 확률적인 가중치와 결합하여 허프 공간의 가중치를 그래디언트 방향의 오차에 따라서 적응적으로 누적하는 대칭 쌍 가중과 이를 2-대-소수 사상으로 허프 공간에 누적하는 단계와;상기 허프 공간에서 국부 첨두치를 검출하는 방법과 정상적인 원형물체뿐만 아니라 일부 가려지거나 변형된 원형 물체는 검증하는 식
Figure 112019501969879-pat00060

으로 얻어지는 단계를 모두 포함하여 결합하는 대칭적 쌍 투표를 이용하는 원형 허프 변환 방법 및 이를 활용하여 영상에서 원형 물체를 검출하는 방법.
A circular object detection method using a circular hough transform;
The method calculates the center point of the circle in two-to-minority mapping, which greatly reduces the calculation complexity (α << N) from O (N 2 ) to O (αN), and the two point selection condition. A symmetric pair mapping represented by (4) and an expression that is implemented on horizontal and vertical scan lines of an image,
Figure 112019501969879-pat00052

( here
Figure 112019501969879-pat00053
Wow
Figure 112019501969879-pat00054
). and,
Using the above formula, calculate the radius r 0
Figure 112019501969879-pat00055

Obtained by;
Equations for robustly detecting circular objects in an image, such as noise, lighting, shape deformation, partial obstruction, etc .;
Symmetric pair weights w ij
Figure 112019501969879-pat00056

Given here
Figure 112019501969879-pat00057
,
Figure 112019501969879-pat00058
, And
Figure 112019501969879-pat00059
The symmetric pair weighting that adaptively accumulates the weights of the huff space based on the error in the gradient direction by combining the reflection symmetry scale and the radius matching scale represented by And a method of detecting a local peak in the huff space and a method of verifying not only a normal circular object but also some obscured or deformed circular objects.
Figure 112019501969879-pat00060

Circular Hough transform method using a symmetric pair voting that combines all the steps obtained by the method and a method for detecting a circular object in the image using the same.
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