[发明专利]复杂背景下的矩形目标检测方法

权利要求书

1.一种复杂背景下的矩形目标检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)线段检测；读取原始彩色图像I，将图像I的宽高分别记作w_o、h_o，对图像I的R、G、B三色通道分别使用线段检测算法进行线段检测，得到R、G、B三色通道对应的线段组line_R、line_G、line_B；将线段组line_R、line_G、line_B进行合并，得到合并后的线段组lines；

(2)线段合并；将线段组lines中的线段按长度从大到小进行排序，得到排序后的线段组lines_sort；依次遍历线段组lines_sort中的每一条线段line_i，将其与线段组中其他线段line_j依次进行匹配，直到线段line_i、line_j的长度不满足|length_i-length_j|＜T_l，其中i＝1，...，m-1，j＝i+1，...，m，m为线段组lines_sort的线段数量，length_i为第i条线段line_i的长度，length_j为第j条线段line_j的长度，T_l为线段长度距离阈值；计算线段line_i的端点与line_j的端点的欧式距离其中，u＝1,2，v＝1,2；计算公式如下：

设置线段端点距离阈值D_p，计算公式如下：

D_p＝(w_o+h_o)×α (2)

其中，α为设定的端点距离系数；如果或表示线段line_i、line_j重合，将线段line_j从线段组lines_sort中删除；

(3)线段连接；依次遍历线段组lines_sort中所有线段，对线段组lines_sort中任意一条线段line_i，将其与线段组中另一条线段line_j进行匹配验证，如果能够满足如下条件则将线段line_i、line_j进行连接；

(a)计算线段line_i与线段line_j的夹角angle_i,j，如果该夹角angle_i,j小于设定的夹角阈值T_angle，则认为线段line_i与线段line_j近似平行；

(b)计算线段line_i的两端点到线段line_j的平均距离distance_i,j，如果该平均距离distance_i,j小于设定的距离阈值T_{ver_d}，则认为线段line_i与线段line_j近似在同一水平线上；

(c)将线段line_i的两端点与线段line_j的两端点进行比较，找出两条线段中相邻的两个近端点并计算这两个近端点之间的距离d_near，如果距离d_near小于设定的水平距离阈值T_{hor_d}，则认为线段line_i与线段line_j近似相邻；

如果以上条件均满足，则将线段line_i、line_j进行连接，由于上述步骤(c)中已计算得到两个近端点则将线段line_i、line_j的两个远端点进行连接，得到连接后的线段line_connect；将连接后的线段line_connect加入线段组lines_sort中继续与其它线段进行匹配，并删除线段line_i与线段line_j；

(4)线段删除，依次遍历线段组lines_sort中所有线段，计算线段组lines_sort中任意一条线段line_l的长度length_l，判断长度length_l是否小于设定的矩形边长最小阈值length_min；设定的矩形边长最小阈值length_min计算公式如下：

length_min＝(w_o+h_o)×β (3)

其中，β为设定的边长系数，如果线段line_l的长度length_l小于设定的矩形边长最小阈值length_min，则将线段line_l从线段组lines_sort中删除；

(5)线段划分，依次遍历线段组lines_sort中所有线段，对线段组lines_sort中任意一条线段line_l，计算其与水平线方向的夹角值angle_l：如果0°≤angle_l＜45°，则将线段line_l划分到水平线段组hor_line中；如果45°≤angle_l≤90°，则将线段line_l划分到垂直线段组ver_line中；

(6)线段排序，分别将水平线段组hor_line与垂直线段组ver_line中的线段按线段长度从大到小进行排序，得到排序后的水平线段组hor_line_sort与垂直线段组ver_line_sort；

(7)矩形筛选，对于水平线段组hor_line_sort中的每一条线段line_a，将其与水平线段组hor_line_sort中其他线段line_b进行匹配，其中，a＝1,...,n_h-1，b＝a+1,...,n_h，n_h为水平线段组hor_line_sort的线段数量，直至找出矩形的两条水平线段line_a、line_b；矩形的两条水平线段需满足如下条件：

|length_a-length_b|＜T_lh (4)

angle_a,b＜T_ah (5)

其中，length_a为线段line_a的长度，length_b为线段line_b的长度，T_lh为设定的长度阈值，angle_a,b为线段line_a、line_b的夹角，T_ah为设定的夹角阈值；

对于垂直线段组ver_line_sort中的每一条线段line_c，将其与垂直线段组ver_line_sort中其他线段line_d进行匹配，其中，c＝1,...,n_v-1，d＝c+1,...,n_v，n_v为垂直线段组的线段数量，直至找出矩形的两条垂直线段line_c、line_d；矩形的两条垂直线段需满足如下条件：

|length_c-length_d|＜T_lv (6)

angle_c,d＜T_av (7)

其中，length_c为线段line_c的长度，length_d为线段line_d的长度，T_lv为设定的长度阈值，angle_c,d为线段line_c、line_d的夹角，T_av为设定的夹角阈值；在同方向的线段匹配成功后，分别计算两条水平线段line_a、line_b和两条垂直线段line_c、line_d的相对位置并根据其相对位置进行交换，使得水平线段line_a在水平线段line_b的上方，垂直线段line_c在垂直线段line_d左方；同时，对线段的两个端点进行位置交换，使得分别为水平线段line_a、line_b的左端点，分别为水平线段line_a、line_b的右端点，分别为垂直线段line_c、line_d的上端点，分别为垂直线段line_c、line_d的下端点；交换线段位置后，再对这四条线段line_a、line_b、line_c、line_d进行判断，如果这四条线段line_a、line_b、line_c、line_d满足以下条件，则其可构成矩形区域：

(a)分别计算线段line_a、line_b、line_c、line_d与水平方向的夹角angle_a、angle_b、angle_c、angle_d，夹角angle_a、angle_b、angle_c、angle_d满足如下要求：

(b)分别计算水平线段line_a与垂直线段line_c相邻端点的距离水平线段line_a与垂直线段line_d相邻端点的距离水平线段line_b与垂直线段line_c相邻端点的距离水平线段line_b与垂直线段line_d相邻端点的距离距离计算参考公式(1)；距离均小于设定的端点距离阈值D_p；

如果四条线段line_a、line_b、line_c、line_d可构成一个矩形，将四条线段line_a、line_b、line_c、line_d分别延长，线段line_a和线段line_c相交于点(x_a,c,y_a,c)，线段line_a和线段line_d相交于点(x_a,d,y_a,d)，线段line_b和线段line_c相交于点(x_b,c,y_b,c)，线段line_b和线段line_d相交于点(x_b,d,y_b,d)。