利用Opencv中Houghline方法實現(xiàn)直線檢測
利用Opencv中的Houghline方法進(jìn)行直線檢測—python語言
這是給Python部落翻譯的文章,請在這里看原文。
在圖像處理中,霍夫變換用來檢測任意能夠用數(shù)學(xué)公式表達(dá)的形狀,即使這個形狀被破壞或者有點扭曲。
下面我們將看到利用HoughLine算法來闡述霍夫變化進(jìn)行直線檢測的原理,把此算法應(yīng)用到特點圖像的邊緣檢測是可取的。邊緣檢測方法請參考這篇文章–邊緣檢測。
Houghline算法基礎(chǔ)
直線可以表示為y=mx+c,或者以極坐標(biāo)形式表示為r=xcosθ+ysinθ,其中r是原點到直線的垂直距離,θ是水平軸順時針方向到垂直線的夾角(這個方向取決于坐標(biāo)的形式,在OpenCV就是采用這種極坐標(biāo)形式)。
因此任意的曲線都可以用兩個參數(shù)(r,θ)表示。
HoughLine算法原理:
- 首先建立一個二維的數(shù)組或者累加器(用來保存這兩個參數(shù)),并初始化為零;
- 這個二維數(shù)組的行代表不同的r,而列代表角度θ;
- 數(shù)組的大小取決于算法的精度。假設(shè)所需角度的精度精確到1∘,那么就需要180列(直線的最大角度是180)。
- 對于r,最大的可能距離是圖像的對角長度,因此若需要一個像素的精度,那么需要把行數(shù)設(shè)為圖像對角線的長度。
例子:
假設(shè)一幅100x100的圖像,在圖像中間有一條水平直線。設(shè)直線的第一個點的坐標(biāo)為(x,y),在直線方程中,令參數(shù)θ=0,12,⋯,180,觀查參數(shù)r變化。對每一個參數(shù)對(r,θ),在累加器中將(r,θ)對應(yīng)的單元格中的值遞增1,比如現(xiàn)在在累加器中,某個單元(50,90)的值等于1,其它的值也如此。
對于直線上的第二個點,重復(fù)上述操作。將得到的參數(shù)對(r,θ)的對應(yīng)值繼續(xù)遞增,然后(50,90)對應(yīng)的值等于2。實現(xiàn)上我們是對參數(shù)對(r,θ)進(jìn)行投票,對直線上的每一個點重復(fù)上述操作,對每一個點,單元格(50,90)對應(yīng)的值會遞增,或者說投票給參數(shù)對(50,90),而會或者不會投票給其它參數(shù)對。以這種方式,最后單元格(50,90)的值將會是最大的值。然后搜索累加器的最大值,將會找到參數(shù)對(50,90)。也就是說,在圖像中找到了到原點距離為50,角度為90的一條直線。
上述算法的過程被封裝成OpenCV函數(shù)cv2.HoughLines(),函數(shù)返回(r,θ)的一個數(shù)組,其中r的單位為像素,θ的單位為弧度。
# Python program to illustrate HoughLine # method for line detection import cv2 import numpy as np # Reading the required image in # which operations are to be done. # Make sure that the image is in the same # directory in which this python program is img = cv2.imread('xyz.jpg') # Convert the img to grayscale gray = cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY) # Apply edge detection method on the image edges = cv2.Canny(gray,50,150,apertureSize = 3) # This returns an array of r and theta values lines = cv2.HoughLines(edges,1,np.pi/180, 200) # The below for loop runs till r and theta values # are in the range of the 2d array for r,theta in lines[0]: # Stores the value of cos(theta) in a a = np.cos(theta) # Stores the value of sin(theta) in b b = np.sin(theta) # x0 stores the value rcos(theta) x0 = a*r # y0 stores the value rsin(theta) y0 = b*r # x1 stores the rounded off value of (rcos(theta)-1000sin(theta)) x1 = int(x0 + 1000*(-b)) # y1 stores the rounded off value of (rsin(theta)+1000cos(theta)) y1 = int(y0 + 1000*(a)) # x2 stores the rounded off value of (rcos(theta)+1000sin(theta)) x2 = int(x0 - 1000*(-b)) # y2 stores the rounded off value of (rsin(theta)-1000cos(theta)) y2 = int(y0 - 1000*(a)) # cv2.line draws a line in img from the point(x1,y1) to (x2,y2). # (0,0,255) denotes the colour of the line to be #drawn. In this case, it is red. cv2.line(img,(x1,y1), (x2,y2), (0,0,255),2) # All the changes made in the input image are finally # written on a new image houghlines.jpg cv2.imwrite('houghlines3.jpg', img)
函數(shù)(cv2.HoughLines(edges, 1, np.pi/180,200))
- 第一個參數(shù)是輸入圖像,且必須是二值圖像,在進(jìn)行霍夫變換之前需要采用閾值方法的邊緣檢測;
- 第二和第三個參數(shù)分別是r,θ對應(yīng)的精度;
- 第四個參數(shù)是閾值,判定為直線投票數(shù)的最小值;
- 注意,投票數(shù)取決于直線上點的個數(shù),因此這個閾值代表了檢測到的直線的最短長度。
總結(jié)
- 在圖像分析應(yīng)用中,邊緣分割點的坐標(biāo)(即X,Y)是已知的,在直線的參數(shù)方程中作為輸入,而r,θ是我們要找的未知變量;
- 對每一個角度θ,求出r的值,也就是將笛卡爾圖像空間的點映射到霍夫參數(shù)極坐標(biāo)空間的曲線,這種點到曲線的變換就是直線的霍夫變換;
- 這種變換是通過量化霍夫參數(shù)為有限的間隔或者累加器單元來實現(xiàn)的,隨著算法的運行,每一個(X,Y)轉(zhuǎn)換成離散的(r,θ)曲線,曲線上的點對應(yīng)的累加器(二維數(shù)組)的值會遞增;
- 累加器中的峰值就代表了圖像中有相應(yīng)直線的存在。
霍夫變換的應(yīng)用
- 用于分離圖像中特殊形狀的特征;
- 可以容忍特征邊界描述的誤差,并且不受噪聲的干擾;
- 廣泛用于條形碼掃描、驗證和識別。
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