[发明专利]基于梯度方向约束的边缘跟踪直线段快速检测装置及方法

说明书

本发明公开了基于梯度方向约束的边缘跟踪直线段快速检测装置及方法，该方法包括：获得图像的单像素的边缘点；根据梯度的约束，当且仅当搜索到的相邻边缘点的梯度切向与已经跟踪到的直线段的延伸方向的差值小于阈值时才对相邻边缘点进行连接，获得直线段；对得到的初始直线段，即边缘段，求出其两个端点间的距离l与边缘段上的各点到连接两个端点的直线间的最大距离d之间的比值，该比值表征该边缘段作为直线的显著程度，判断该边缘段是否应作为曲线段而被分割为多个直线段；以及进行直线段判定，剔除虚假直线段。本发明进行直线段检测的速度快，对不同的图像尺度和对比度水平的适应能力强。

技术领域

本发明属于视觉检测技术领域，涉及一种基于梯度方向约束的边缘跟踪直线段快速检测装置及方法。

背景技术

直线边缘是描述图像中物体形状和结构的主要几何特征之一。直线段检测一直是计算机视觉和摄影测量中的一个基本任务和研究热点，在摄像机标定、目标识别和匹配、工业检测等许多领域都有着广泛的应用。

Line Segment Detector（LSD）算法由于在速度、检测性能稳定性方面取得了较好的平衡而成为目前具有代表性的高性能直线段检测方法。LSD算法的基本思想是在改进的相位编组算法的基础上，采用Desolneux等提出的一种称为背景反例模型的通用阈值决策理论，对虚假直线段进行判别和剔除。但是LSD 算法并没有摆脱相位编组类算法固有的被操作像素点数量繁多的缺点，其速度上的优势主要是通过采用简化的梯度求解算子获得。此外，该算法为保证直线段检测的准确性，在一个直线支撑区域被判定为虚假检测前设计了一系列的参数调整措施对其进行优化，也在一定程度上影响了算法的执行效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于梯度方向约束的边缘跟踪直线段快速检测装置及方法，在保证检测性能的前提下，提高运算效率。

根据本发明的第一方面，提供一种基于梯度方向约束的边缘跟踪直线段快速检测装置，包括：

单像素边缘图像获取模块，用于获得图像的单像素的边缘点；

直线段提取模块，用于仅根据梯度的约束，当且仅当搜索到的相邻边缘点的梯度切向与已经跟踪到的直线段的延伸方向的差值小于阈值时才对相邻边缘点进行连接，获得直线段；

曲线分割模块，用于判断得到的初始直线段是否应作为曲线段而被分割为多个直线段；以及

验证模块，用于在曲线分割模块完成分割后进行直线段判定，剔除虚假直线段。

根据本发明的第二方面，提供一种基于梯度方向约束的边缘跟踪直线段快速检测方法，包括：

（1）获得图像的单像素的边缘点；

（2）根据梯度的约束，当且仅当搜索到的相邻边缘点的梯度切向与已经跟踪到的直线段的延伸方向的差值小于阈值时才对相邻边缘点进行连接，获得直线段；包括：线段的延伸方向角在边缘跟踪过程中使用如下公式进行估计

式中，G_i为第i个点的梯度幅值，θ_i为第i个点的梯度切向角。若记G_i^x和G_i^y分别为第i个点的横向和纵向的梯度值，则有

每连接一个新的边缘点，就重新估计一次线段延伸方向，直到不再有新的满足方向条件的边缘点为止；