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《中國(guó)測(cè)試雜志》2014年第三期

1基于三點(diǎn)鏈碼和與差的角點(diǎn)檢測(cè)算法

1.1基本概念八鄰域鏈碼的定義如圖1所示。其中，P表示輪廓中的某個(gè)像素點(diǎn)，0~7為該像素點(diǎn)在不同方向的鏈碼值。運(yùn)用輪廓跟蹤算法[7-9]可將輪廓用鏈碼表示。圖2所示的輪廓（黑色方框代表輪廓中的像素點(diǎn)），從點(diǎn)A開(kāi)始按順時(shí)針?lè)较蛞苿?dòng)時(shí)，輪廓的邊界鏈碼表示為L(zhǎng)=1701765554322。相對(duì)鏈碼為當(dāng)前點(diǎn)與前一點(diǎn)的鏈碼值之差，當(dāng)前點(diǎn)與前一點(diǎn)的鏈碼差大于4時(shí)，相對(duì)鏈碼值為其差值減8。絕對(duì)鏈碼為相對(duì)鏈碼從起始點(diǎn)開(kāi)始的累加值，設(shè)起始點(diǎn)的絕對(duì)鏈碼值為0。當(dāng)絕對(duì)鏈碼從起始點(diǎn)繞輪廓一周后，由于相對(duì)鏈碼的累加，其值將增加8，即：

1.2三點(diǎn)鏈碼和與三點(diǎn)鏈碼差計(jì)算三點(diǎn)鏈碼和是指當(dāng)前點(diǎn)與前兩點(diǎn)的絕對(duì)鏈碼之和，在輪廓邊界的局部可以將其近似看作一條直線，表示該點(diǎn)的斜率，其計(jì)算如式（3）：對(duì)封閉輪廓，計(jì)算起始兩點(diǎn)的三點(diǎn)鏈碼和時(shí)，部分絕對(duì)鏈碼值要從末端取，而末端的絕對(duì)值比起始點(diǎn)的大8，具體計(jì)算如式（4）：根據(jù)式（4）得到起始點(diǎn)的三點(diǎn)鏈碼和不一定等于0，為了統(tǒng)一，在計(jì)算每個(gè)邊界點(diǎn)的三點(diǎn)鏈碼和時(shí)，將所有點(diǎn)的三點(diǎn)鏈碼和均減去起始點(diǎn)的三點(diǎn)鏈碼和，得到從0開(kāi)始的三點(diǎn)鏈碼和序列。三點(diǎn)鏈碼差是指當(dāng)前點(diǎn)鄰域內(nèi)的三點(diǎn)鏈碼和之差，即：同理，對(duì)封閉輪廓，在計(jì)算起始點(diǎn)和末端兩點(diǎn)的三點(diǎn)鏈碼和之差時(shí)，部分?jǐn)?shù)據(jù)要在末端和起始點(diǎn)取，即圖3為五角星輪廓，圖4（a）和圖4（b）為五角星輪廓對(duì)應(yīng)的三點(diǎn)鏈碼和與三點(diǎn)鏈碼差曲線圖。三點(diǎn)鏈碼和將輪廓分成24等分，而鏈碼只將輪廓分成8等分。因此，用三點(diǎn)鏈碼和可以更好地表示邊界的輪廓特征。在鏈碼和曲線上，直線段的部分對(duì)應(yīng)邊界上的直線，傾斜的直線對(duì)應(yīng)邊界上的斜線或圓弧，當(dāng)鏈碼和曲線對(duì)應(yīng)的是圓弧時(shí)，曲線上的傾角越小，圓弧的半徑就越大，反之則越小。三點(diǎn)鏈碼差表示兩個(gè)切線方向的差值，是一個(gè)與曲率成正比的量[10]。三點(diǎn)鏈碼差為1，表示兩切線方向的夾角為15°[11]。三點(diǎn)鏈碼差曲線中的極值點(diǎn)即為圖像輪廓的角點(diǎn)。當(dāng)邊界輪廓沿著逆時(shí)針走向時(shí)，差值為正的點(diǎn)為凸角點(diǎn)，差值為負(fù)的點(diǎn)為凹角點(diǎn)。

1.3基于鄰域最大值和斜率差值的偽角點(diǎn)辨別方法角點(diǎn)檢測(cè)中，圖像中一些非真實(shí)的角點(diǎn)會(huì)被誤檢測(cè)為角點(diǎn)，稱(chēng)為偽角點(diǎn)。本文對(duì)偽角點(diǎn)的產(chǎn)生原因進(jìn)行了研究，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行了如下處理。（1）偽角點(diǎn)出現(xiàn)在真實(shí)角點(diǎn)的鄰域。對(duì)這類(lèi)偽點(diǎn)，在檢測(cè)到某點(diǎn)為角點(diǎn)時(shí)，檢測(cè)其鄰域內(nèi)N個(gè)像素點(diǎn)（N一般取3~8）是否還有其他角點(diǎn)，若存在其他角點(diǎn)，則取這N+1個(gè)像素中三點(diǎn)鏈碼差的絕對(duì)值最大的那一點(diǎn)為真實(shí)角點(diǎn)，然后刪除其他角點(diǎn)；否則保留該點(diǎn)為真實(shí)角點(diǎn)并進(jìn)行下一角點(diǎn)的檢測(cè)。（2）偽角點(diǎn)出現(xiàn)在近似直線的輪廓線段中。對(duì)這類(lèi)偽角點(diǎn)，只需計(jì)算相鄰兩角點(diǎn)與該點(diǎn)的斜率，然后根據(jù)斜率差值的絕對(duì)值判定該點(diǎn)是否為角點(diǎn)，若斜率差值較小，則該點(diǎn)為偽角點(diǎn)并刪除，否則保留該點(diǎn)為真實(shí)角點(diǎn)。計(jì)算過(guò)程如下：在封閉輪廓中，對(duì)起始和末端角點(diǎn)進(jìn)行偽角點(diǎn)檢測(cè)時(shí)，其坐標(biāo)值應(yīng)分別從末端和起始點(diǎn)取。設(shè)（x1、y1）、（xm、ym）分別為某輪廓角點(diǎn)序列的起始和末端坐標(biāo)值，則起始角點(diǎn)的斜率計(jì)算如式（9）：1.4角點(diǎn)檢測(cè)算法角點(diǎn)判定方法為Diff（i）≤u或Diff（i）≥ν（11）其中u和ν分別代表上下閾值，u值為負(fù)，ν值為正。u和ν的大小對(duì)角點(diǎn)檢測(cè)的效果有直接影響。u、ν的值越大，表示對(duì)角點(diǎn)的判定越嚴(yán)格，檢測(cè)到的角點(diǎn)越少；反之，u、ν的值越小，檢測(cè)到的角點(diǎn)越多，甚至有一些不是角點(diǎn)的點(diǎn)也會(huì)被檢測(cè)為角點(diǎn)。因此，對(duì)于u和ν的值一般要根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。通常情況下，u、ν的絕對(duì)值以1~3為宜。綜合分析，角點(diǎn)檢測(cè)算法的總流程如圖5所示。

2仿真與分析

本研究以某個(gè)剪紙圖像輪廓（實(shí)際角點(diǎn)數(shù)為144個(gè)）為例。取角點(diǎn)檢測(cè)的閾值u=-2，ν=2，N=5，δ=0.1，將其與harris（取harris算法中矩陣的兩特征值的比為0.09）、Freeman鏈碼算法比較，檢測(cè)結(jié)果如圖6。仿真結(jié)果對(duì)比如表1所示。從表1可以看出，Harris算法檢測(cè)的角點(diǎn)數(shù)為288個(gè)，其中真實(shí)角點(diǎn)占123個(gè)，偽角點(diǎn)數(shù)165個(gè)；Freeman鏈碼算法檢測(cè)的角點(diǎn)數(shù)為664個(gè)，偽角點(diǎn)數(shù)多達(dá)534個(gè)；本算法檢測(cè)的角點(diǎn)數(shù)為189個(gè)，其中真實(shí)角點(diǎn)126個(gè)，占檢測(cè)角點(diǎn)的66.7%，真實(shí)角點(diǎn)的檢測(cè)率達(dá)87.5%，檢測(cè)效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)兩個(gè)角點(diǎn)檢測(cè)算法。

3結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)具有圖像處理的數(shù)控雕刻系統(tǒng)中的角點(diǎn)檢測(cè)問(wèn)題，研究了運(yùn)用三點(diǎn)鏈碼和與三點(diǎn)鏈碼差檢測(cè)圖像輪廓的角點(diǎn)，并首次應(yīng)用鄰域最大值和斜率差值法去除偽角點(diǎn)。仿真結(jié)果表明，本算法計(jì)算簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，可以更有效地檢測(cè)出圖像的真實(shí)角點(diǎn)。

作者：翟敬梅唐會(huì)華鄒焱飚單位：華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院