基于迭代逼近的圓標志精密定位算法研究-論文.pdf

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1、第14卷第15期2014年5月科學技術(shù)與工程Vo1．14No．15May20141671—1815(2014)15—0072·07ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．基于迭代逼近的圓標志精密定位算法研究周年芳’孫久運王小兵柏林森(中國礦業(yè)大學江蘇省資源環(huán)境信息工程重點實驗室，環(huán)境與測繪學院，徐州221116；中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，馬鞍山243000)摘要目前圓標志定位主要通過擬合邊緣像素獲取中心位置，理想情況可達亞像素級精度；但計算復

2、雜且受噪聲影響大。對此，引入一種無需圓擬合，在邊緣提取與粗定位基礎(chǔ)上利用圓標志邊緣像素迭代逼近圓心的高精度定位方法；并著重探究迭代中心點誤差隨疊加噪聲與迭代次數(shù)不同而存在的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明：在疊加相同水平噪聲而迭代不同次數(shù)情況下，迭代中心點誤差呈指數(shù)函數(shù)分布；在迭代相同次數(shù)而疊加不同水平噪聲情況下，其呈傅里葉函數(shù)分布；且圓標志與y方向誤差分布模型相似，進一步說明通過該類模型可對圓標志在不同噪聲下的定位精度進行較為精確地估計。最后實際標志成像計算結(jié)果表明定位精度達到0．02像素。關(guān)鍵詞圓標志定位亞像素迭代逼

3、近函數(shù)模型多結(jié)構(gòu)多尺度中圖法分類號TP391．41；文獻標志碼A計算機視覺檢測與攝影測量中，標志廣泛應(yīng)用且受噪聲影響小魯棒性高，并著重通過實驗探究迭于位置或姿態(tài)測量，其中心定位對被檢測點解算精代中心點誤差隨疊加噪聲與迭代次數(shù)不同存在的分度起關(guān)鍵作用。目前圓標志中心定位常用方法有：布規(guī)律。形心法、灰度重心法、相關(guān)法、Hough變換法與最小1算法原理及實現(xiàn)步驟二乘曲線擬合法¨。形心法要求圖像灰度分布較均勻，否則會產(chǎn)生較大誤差。當透視變形和不一致1．1算法原理分析的光照引起中心偏移此灰度重心法即失效。相關(guān)法如圖1所示

4、，C為真實圓心，設(shè)初始圓心為D，即用符合已知目標特性的模板匹配目標，確定最佳初始半徑為r，d為C至D的距離，S為邊緣像素至D匹配點位，其精度受步長大小限制。Hough變換隨的距離，從邊緣像素P沿PD方向移動距離r獲得參數(shù)維數(shù)增加，其存儲空問及計算量急劇上升，雖然圓心逼近點A，依此類推邊緣點P：得到逼近點A：，后來又有許多改進，諸如：快速Hough變換、隨機邊緣點得到逼近點，當每個邊緣像素至D的方Hough變換J、梯度Hough變換等，但針對背景復向均移動距離r則獲得圓心逼近軌跡點A。雜噪聲干擾多的圖像，其魯棒性

5、及計算時間均不理想。由于最小二乘法是對圖像邊緣像素進行擬合，故邊緣點精確定位有利于提高圓心定位精度。隨著新型邊緣檢測方法的發(fā)展，亞像素邊緣定位突破了物理分辨率限制，帶來了眾多研究，如插值法J、參數(shù)擬合法、矩的方法等，其中基于空間矩和Zernike矩的邊緣定位是兩種代表性的基于矩的亞像素邊緣定位方法，但其在提高定位精度同時大量模板卷積運算亦帶來較大計算量。圖1迭代逼近算法原理圖2圓心逼近點精度文中將幾何分析法與統(tǒng)計法相結(jié)合，引入一種Fig．1Theprincipleof較差的情況iterativeapproxim

6、ationFig．2Thefactaboutpoor無需圓擬合，在邊緣提取和粗定位基礎(chǔ)上將邊緣像algorithmaccuracyofapproximation素迭代逼近圓心的高精度定位方法，此法計算簡易，令P(X，)為邊緣像素，D(x。，Y。)為初始圓2013年12月29日收到國家自然科學基金(41171343)、心，r為初始半徑，逼近點A(，Y)計算公式如下：江蘇高效優(yōu)勢學科建設(shè)工程項目(SZBF2011-6一B35)資助第一作者簡介：周年芳(1989一)，女，碩士。研究方向：數(shù)字圖像處理與特征定位。E—m

7、ail：ilnwj@126．com。15期周年芳，等：基于迭代逼近的圓標志精密定位算法研究73Xi一(r／s)(X一0)r{Y=一(r／s)(一Yo)(1)【s=【(一X0)+(yf—Yo)如上所述獲得圓心逼近點軌跡后，根據(jù)式(2)重新調(diào)整圓心D及半徑r，作為新的初始圓心及半徑進行再次逼近]，如此形成不斷迭代逼近的過程。{Y。=(1／n)∑Y(2)(c)(d)l——一圖3d取不同值的迭代過程lr=(1／n)∑~／(Xo—X)+(。一)Fig．3Theiterationproeessofdiferentd該算法初

8、始階段收斂較快，但經(jīng)數(shù)次迭代邊緣像素附近的噪聲使迭代過程受到約束因而逼近效果』豳e=(F·B1)。B2(3)lFden如e2=(F。B1)·B不明顯。若經(jīng)次迭代后，與第k一1次迭代縱橫坐Step2：利用曰，_1叩分解的8個不同方向結(jié)構(gòu)元標差均小于0．001像素，此時判定迭代結(jié)束，將根據(jù)式(2)計算的圓心及半徑作為最終結(jié)果。素曰，。。(1，2，?，8)分別提取圖像邊緣。由于如圖2所示，盡