空间曲线自动检测方法及应用研究

摘要

曲线检测是图像识别、图像分析的关键技术，在工业自动化、公共安全、监督考勤、交通安全、国防军事等领域具有广泛的应用。常用的曲线检测方法有聚类分析法、弧段组合法、几何特征法、Hough变换及随机Hough变换等。本文主要研究基于Hough变换和随机Hough变换的直线、圆及椭圆的检测算法，内容介绍如下:
　　首先介绍了Hough变换和随机Hough变换的检测原理及算法。利用MATLAB编程，将两种算法分别用于直线检测，通过算法性能对比分析得到算法的优缺点。
　　其次，研究曲线中复杂圆弧的检测问题。通过比较分析Hough变换和随机Hough变换检测圆的原理和算法，得出随机Hough变换检测性能优于Hough变换。接着通过数值试验对随机Hough变换检测圆的算法进行准确性分析，算法虽能得到正确结果，但仍存在检测准确率低的缺点。为此，提出了一种改进算法。该算法通过计算平均误差确定出合适的阈值，将检测结果中平均误差超过此阈值的圆上的点取出，重新进行随机Hough变换，直到检测出所有圆。大量的数据试验表明:在圆的检测中，改进算法比标准随机Hough变换检测准确率明显提高。
　　最后，研究曲线中的椭圆检测。通过分析椭圆的几何特征，得到Hough变换检测椭圆存在两方面的问题:一是参数数量多导致检测效率低;二是Hough变换构成一到多的映射，并且需要量化参数空间而导致庞大计算量。本文分别通过最大距离法和随机Hough变换来解决这两方面问题，但是效果仍不理想。为了进一步提高随机Hough变换检测椭圆的准确率，同时缩短检测时间，本文提出了一种基于“窗口”的改进算法，选择合适的“窗口”并将其旋转一定角度，分别拟合落在“窗口”内的点，再通过检验算法判断是否检测到真实椭圆。模拟数据和真实图像试验结果表明:该改进算法提高了椭圆检测效率。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 曲线检测简介

1．2．2 Hough变换曲线检测

1．3 本文的主要工作

第二章 Hough变换曲线检测理论基础

2．1 基于HT的曲线检测

2．1．1 HT的检测原理及实质

2．1．2 基于HT的直线检测算法

2．1．3 HT优缺点分析

2．2 基于随机Hough变换的曲线检测

2．2．1 RHT的基本原理及实质

2．2．2 基于RHT的直线检测算法

2．2．3 RHT优缺点分析

2．3 算法性能对比分析

2．3．1 HT检测直线的数值实验

2．3．2 RHT检测直线的数值实验

2．4 本章小结

第三章 一种改进的RHT圆检测方法

3．1 基于HT的圆检测

3．1．1 基于HT的圆检测原理

3．1．2 基于HT的圆检测算法

3．2 基于标准RHT的圆检测

3．2．1 基于RHT的圆检测原理

3．2．2 基于RHT的圆检测算法

3．2．3 标准RHT检测圆准确性分析

3．3 基于改进RHT的圆检测

3．3．1 改进思路

3．3．2 改进算法

3．4 算法性能对比分析

3．4．1 算法理论分析

3．4．2 模拟数据实验

3．4．3 真实数据实验

3．5 本章小结

第四章 一种改进RHT的椭圆检测方法

4．1 基于HT的椭圆检测

4．1．1 椭圆方程

4．1．2 HT检测椭圆的原理和算法

4．1．3 HT检测椭圆优缺点分析

4．2 基于最大距离的HT椭圆检测

4．2．1 最大距离法检测椭圆的原理

4．2．2 最大距离法检测椭圆的算法

4．2．3 最大距离法检测椭圆优缺点分析

4．3 基于标准RHT的椭圆检测

4．3．1 标准RHT检测椭圆原理

4．3．2 标准RHT检测椭圆准确性分析

4．4 基于改进RHT的椭圆检测

4．4．1 改进思路

4．4．2 改进算法

4．5 算法性能对比分析

4．6 本章小结

5．1 本文的主要工作

5．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢