基于匹配特征三元组的单幅图像螺旋对称结构检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及计算机视觉领域，尤其设及一种基于匹配特征=元组的单幅图像螺旋 对称结构检测方法，能够快速有效的在人造图像及自然场景中检测出螺旋对称结构。
【背景技术】
[0002] 总的来说，螺旋规律[1，2]不论是在自然界还是人造事物中都是大量存在。由于 人类视觉系统对对称结构十分敏感，而且在不同的成像条件下，几何对称结构有很多特性 是相同的，因此对称结构的检测在理解图像结构和内容巧，4]上都是非常重要的。最近， 人们提出了许多有效的方法，能够在单幅图像上检测特定的对称结构[4-6]。同时，对称检 测也用于许多视觉工作中，例如图像分割[7,8]、物体识别和验证巧，10]、特征提取与匹配 山，12]等。
[000引对称检测的研究工作最早是针对特定对称形状的检测[13-16]。在1972年，Duda 和Duday[17]研究了如何在一个S参数空间下利用霍夫变换来检测圆形，该S个参数分别 为瓦、5、C-，形成圆形方程0-巧2 + (y-巧Kimme等人[1引根据圆形结构边界梯 度方向总是指向或远离圆屯、该一事实，进一步优化了方法[17]，因此在同样的参数空间下 大大减小了点密度。Ballard展示了如何通过霍夫变换来分析检测楠圆形[19]。最近，自动 对称检测工作已经从纯欧几里得空间延伸到了更一股的仿射和射影变换。Lei等人巧0]研 究出了一种基于从边界轮廓提取斜对称轴和其相应倾斜角的霍夫变换策略。Lee等人巧1， 22]提出了一种带状膨胀（阳）方法，并且完美的得到了一股化斜旋转对称群的五个属性， 即图屯、、变形、类型（C。，D。，0(2)}、基数和支撑域。
[0004] 利用已经很成熟的局部鲁邦特征巧3-25]，最近的对称检测方法通常都依赖于图 像中提取的局部鲁邦特征。例如，Loy等人巧6]利用鲁邦特征集来建模一个统一的方法， 然后用有限的重复模式检测出两侧对称和径向对称结构。Cornelius等人巧7]利用对所有 的等方向和等倾斜角的穷举捜索提出了在仿射投影下检测平面螺旋对称的方法。Wang等 人巧引提出了一个通过仿射不变性边缘特征在非特殊的真实图片中同时检测旋转对称和 反射对称的策略。
[0005] 对比发展迅速的一股化双侧对称结构的检测，针对单幅图像上一股化径向对称结 构的检测工作却不太多。根据[1，29]，在数学上讲，径向对称可被分为两类；1)具有有限重 复模式的传统径向对称结构；2)具有无限对称模式的更一股化的螺旋结构[29]，其最通用 的类型就是等角螺线结构。正如图1所示，螺旋结构在自然世界和人造世界中都是普遍存 在的。
[0006] 特别的，在极坐标系统(p，0>)下，一个广义的具有图屯、0 = (X。，y。）的等角螺旋线 能表不为：
[0007] P = a exp 比（2t 31) + 白] (1)
[000引该里P代表径向距离，t > 0代表圈数索弓I，0 G [0,2 31)指代在当前圈巧131， 2t 31+2 31)中的径向角，即当前圈的径向角，0 = 2化+ 0是包含之前所有圈的实际径向角， a是基于t的初始半径（当t一-时，a - 0,也就是说在其内部螺旋线可W无限增长），b 代表螺旋增长率[1]。在该个极坐标系统中，r G {CCW，CW}为螺旋线的增长方向，该里CCW 是逆时针方向，CW为顺时针方向。可W很清楚的看到，一条标准的螺旋线能被4个参数{0， r，b，a}正确的建模。给定了该四个参数及螺旋线上点（x，y)的坐标，则该点相应的极坐标 参数P，0化及点所处圈数t就能正确的计算出来，公式如下，其中0= (Xu，y。）为等角螺 旋线图屯、坐标。
[0009]
【主权项】
1. 一种基于匹配特征三元组的单幅图像螺旋对称结构检测方法，其特征在于，所述方 法包括以下步骤： 确定主螺旋图心；计算螺旋增长率的候选值； 确定螺旋增长方向；确定主增长率；计算初始半径集； 通过主螺旋图心、螺旋增长率、螺旋增长方向和初始半径集重建螺旋线组。
2. 根据权利要求1所述的一种基于匹配特征三元组的单幅图像螺旋对称结构检测方 法，其特征在于，所述确定主螺旋图心的步骤具体为： 1) 提取匹配特征三元组； 2) 产生图心候选点； 3) 通过霍夫投票求取主图心位置。
3. 根据权利要求1所述的一种基于匹配特征三元组的单幅图像螺旋对称结构检测方 法，其特征在于，所述计算螺旋增长率的候选值的步骤具体为： 1) 求主图心相关的匹配特征三元组集合； 2) 计算:Γ(〇)中三元组的顺、逆时针增长率及权重。
4. 根据权利要求1所述的一种基于匹配特征三元组的单幅图像螺旋对称结构检测方 法，其特征在于，所述确定螺旋增长方向具体为： 其中，螺旋增长方向的权重得分值1*。"和r
其中，N为三元组个数，^为逆时针方向上一个增长率的权重，w' n为顺时针方向上一 个增长率的权重。
5. 根据权利要求1所述的一种基于匹配特征三元组的单幅图像螺旋对称结构检测方 法，其特征在于，所述计算初始半径集具体为： 1) 求主增长率相关的特征三元组集合； 2) 生成相关组^并计算整体的初始半径参数％; 3) 求超相关组G及超整体初始半径A0。
【专利摘要】本发明公开了一种基于匹配特征三元组的单幅图像螺旋对称结构检测方法，所述方法包括以下步骤：确定主螺旋图心；计算螺旋增长率的候选值；确定螺旋增长方向；确定主增长率；计算初始半径集；通过主螺旋图心、螺旋增长率、螺旋增长方向和初始半径集重建螺旋线组。本方法可以有效的从单幅图像上得到一个螺旋对称结构的主螺旋中心、增长方向、增长率和初始半径集合。在人造图像及自然场景下都进行了大量的实验证明了这个方法的有效性和优越性。
【IPC分类】G06K9-46, G06K9-64, G06T7-60
【公开号】CN104537696
【申请号】CN201410841200
【发明人】冯伟, 孙济洲, 王建东, 张乾
【申请人】天津大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月30日