一种螺旋对称中心检测方法
【专利摘要】本发明公开一种螺旋对称中心检测方法，该方法采用计算机视觉处理方法，既可以检测螺旋对称中心又可以检测圆对称中心。该方法在两个既有圆对称中心又有螺旋对称中心的图像数据集上进行验证，结果显示本发明检测方法可靠性较高，不仅对圆的对称中心检测有较高的准确率，对螺旋对称中心的检测也达到了较好的水平。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及模式识别【技术领域】，具体是一种螺旋对称中心检测方法。 一种螺旋对称中心检测方法
【背景技术】
[0002] 圆形结构是一种最为常见的对称性结构。在模式识别及计算机视觉领域，圆对称 中心检测及定位具有重要的应用价值。例如，2006年，Loy等人（参见ECCV，2006.)提出了 一套基于SIFT特征提取及匹配的圆对称中心的检测定位方法；2012年，Lee，S.等人（参 见 IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell.，vol. 31，no. 9, ρρ· 1659-1672, 2010.)提出了 一套基于频域变换的圆对称中心检测和定位方法。这些方法都可以实现圆对称中心的自动 检测及定位。利用已有的圆对称中心检测及定位方法，人们可以进行目标识别、区域分割及 目标跟踪。
[0003] 在人类视觉世界中，圆对称性分为两种，一种是有限区域的圆对称性，另一种是无 限区域的圆对称性。这一点在数学家weyl，Η的《对称》一书中进行了科学的定义及划分。 有限区域的圆对称性就是常见的封闭圆形模式，无限区域的圆对称性就是螺旋形的圆对称 模式，也就是含有径向变化的旋转对称性，在《对称》一书中对这种螺旋对称性进行了数学 描述，其公式可表示为对数螺线的形式，具体如下：
[0004] p = aebe (1)
[0005] 其中，a是初始极径，b是生长因子，Θ是旋转角，p是当前极径。显然，当b为0 时，螺旋对称就变为了圆对称，可见，圆对称式螺旋对称的一个特例。
[0006] 螺旋对称性在自然界和人类世界中随处可见。例如：鹦鹉螺的横切面，海马卷曲 的尾巴，大象卷曲的鼻子，台风俯视图，敦煌壁画中的祥云图案等。
[0007] 对于单张图片的螺旋对称性检测及中心定位，目前没有这方面的专项技术。而传 统的圆对称中心检测方法应用于螺旋对称性检测得不到准确的结果。本发明所提出的螺旋 对称中心检测方法既可以检测传统的圆对称性中心，又可以检测螺旋对称性中心。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，提出一种螺旋对称中心检测 方法。该方法采用计算机视觉处理方法，既可以检测螺旋对称中心又可以检测圆对称中心。
[0009] 本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种螺旋对称中心检测方法，其特 征在于该方法按以下步骤进行：
[0010] 1)匹配三元组提取
[0011] ①对待检测图像进行SIFT特征提取，得到所有的SIFT特征点及相应的特征点位 置坐标、主方向和尺度值；
[0012] ②为每一个特征点找到和它最为匹配的两个特征点（欧式距离意义下距离最小 的点），这三个特征点形成一个三元组，从而得到一个三元组的集合；
[0013] 2)候选螺旋对称中心点的生成
[0014] 利用每个已提取的三元组所包含的三个特征点PpPpPk，可以生成一个候选中心 点o ijk。具体过程如下：
[0015] 假设0ijk的位置已知，以0ijk为中心，经过三元组所包含的三个特征点Pi，Pj，P k，可 以画出一条等角螺线S;
[0016] Pi，Pj，Pk与0ijk的连线分别设为li，lj，lk，这三条连线与水平方向之间的夹角分别 设为Θ i，Θ」，Θ k;
[0017] Pi，Pp Pk的主方向与水平方向之间的夹角分别设为的?
[0018] 经过Pi，Pj，Pk的S的切线分别设为qi，q」，q k ;
[0019] li，1」，lk分别与qi，q」，qk的夹角是一个相等的角β ;
[0020] 在每一个特征点处，特征点主方向与过改点的螺线切线之间的夹角ω是常值；
[0021] 由于
【权利要求】
1. 一种螺旋对称中心检测方法，该检测方法按以下步骤进行： 1) 匹配三元组提取 ① 对待检测图像进行SIFT特征提取，得到所有的SIFT特征点及相应的特征点位置坐 标、主方向和尺度值； ② 为每一个特征点找到和它最为匹配的两个特征点，这三个特征点形成一个三元组， 从而得到一个三元组的集合； 2) 候选螺旋对称中心点的生成 利用每个已提取的三元组所包含的三个特征点PpPpPk，可以生成一个候选中心点 〇ijk;具体过程如下： 假设〇ijk的位置已知，以〇ijk为中心，经过三元组所包含的三个特征点Pi，Pj，P k，可以画 出一条等角螺线S; Pi，Pp Pk与0$的连线分别设为li，lp lk，这三条连线与水平方向之间的夹角分别设为 θ i, θ J, θk ; Pi，Pj，Pk的主方向与水平方向之间的夹角分别设为料，％，务； 经过Pi，Pj，Pk的S的切线分别设为qi，q」，qk ; li，lj，lk分别与Qi，q」，qk的夹角是一个相等的角β ; 在每一个特征点处，特征点主方向与过改点的螺线切线之间的夹角ω是常值； 由于_
. ，其中U e U，j，k}，从而有
(2) 其中，u, v e {i, j, k},且u关v ;设中心点坐标为（X。，y。），：
其中 (Xu，yu)是特征点的位置坐标；同时，是特征点的主方向；由此可以得到一个关于（XJ。） 的秩为二的二元二次方程组；解此方程组，可求出（X()，y。）；求出（X()，y。）后，将三个特征点 到（W。）的距离的均值d记录下来用于后面的权值计算；这样，每一个三元组都可以得到 一个候选对称中心点坐标（X。，y。）和一个用来计算权值的d ; 3. Hough 空间 voting 将所有的候选中心点坐标放到一个二维Hough空间中进行加权投票，并用一个高斯核 (0 =5)对Hough空间中的点进行全局模糊，所得到的局部极值点就是检测到的螺旋对称 中心点；其中，每一个候选中心点的权值W uk为：
式⑶中，dmax为所有d值中的最大值，为当前候选中心点的d值。
2. 权利要求1所述的的检测方法，用于气象领域检测台风或热带气旋的螺旋对称中 心。
【文档编号】G06T7/00GK104103078SQ201410378746
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】王建东 申请人:中国航天科工集团第三研究院第八三五七研究所