霍夫变换不仅可以找出图片中的直线,也可以找出圆,椭圆,三角形等等,只要你能定义出直线方程,圆形的方程等等.

不得不说,现在网上的各种博客质量真的不行,网上一堆文章,乱TM瞎写,误人子弟.本身自己就没有理解的很清楚,又不去读算法实现的源码,写的云山雾罩的,越看越懵逼.

霍夫变换本身的思路是很简明的.这篇文章我们就以霍夫直线变换说明算法的思想.

霍夫变换

思考一下,二维平面里我们怎么表达直线.



有两种表达方式:

  • 直角坐标系(也叫笛卡尔坐标系)
  • 极坐标系(也叫球坐标系)

第一种就是最常见的直角坐标系下的表达:y=ax+b的形式.

第二种就是极坐标系下的表达:

我们把直角坐标系下的直线方程用r,theta去表达直线方程的斜率和截距.



则得到极坐标下的表达: r=xcosθ+ysinθ

假设图像中某像素点坐标为(x,y).在直角坐标系下穿过这一点我们可以画出无数条直线.

转化到一个r-θ坐标系下,我们就可以绘制出一条曲线.也就是r=xcosθ+ysinθ中的x,y是已知数,θ和r是未知数



这条曲线上每一个θ对应一个r,代表了一条直线.这些直线的共同点是他们都穿过了坐标为(x,y)的像素点.



针对图像中的每一个像素点,我都可以绘制出一条曲线来表达穿过该点的无数条直线. 那曲线的交点代表什么呢? 很显然,代表着交点处的(θ,r)所代表的直线即穿过了像素点A,又穿过了像素点B,像素点C....

怎么样叫做"找到图中的一条直线"

回到我们的问题,我们想找出图像中的一条线.意味着什么?

很多博客说了,意味着找出一条直线,尽可能多地穿过各个像素点.



我TM随便在图像上画直线,不都能穿过很多像素点吗?

实际上,应该是找出一条直线尽可能多地穿过"有效像素点".这也是为什么霍夫变换前一定要先做边缘检测的原因.经过canny检测以后(不知道的参考上一篇文章),得到的图像矩阵,只有在边缘处其像素灰度值才是比较大的,反映在图像上就是白色亮点,在非边缘处,其灰度值是0,反映在图像上就是黑色.这些代表了边缘的像素点就是有效像素点.

即:假如我能找到这么一条直线,穿过了很多个有效像素点(这个就是我们需要调参的阈值),那我就说我在图像中找到了一条直线. . 同理,找圆,找三角形还是找任意形状都是一个道理.

比方说,下面这个图



你就找不到一条直线,穿过很多个白点.所以图中是不存在直线的.

霍夫变换的过程

  • canny边缘检测提取出边缘
  • 对边缘图像中的每个像素点,

    伪代码如下
for (every pixel)
{
if(pixel is effective edge pixel)
{
for(int theta = 0; theta < 360; theta++)
{
r=xcosθ+ysinθ;//x,y为pixel坐标
accum(theta,r) += 1; //(theta,r)所代表的直线经过的像素点数量加1
}
}
} for(every element in accum)
{
if (count of (theta,r) > thershold)
{
find line (theta,r)
}
}

opencv示例

houghlines api





其中, double rho, double theta,决定了最终有多少种(theta,r)的组合.决定了过每个像素点的线的可能情况.这个值越小,粒度就越细,需要的计算量也越大. 一般取rho=1,即1像素.theta取1度.

下面是一个提取车位图片中直线的示例

import sys
import math
import cv2 as cv
import numpy as np
def test():
src = cv.imread("/home/sc/disk/keepgoing/opencv_test/houghtest.jpg")
src = cv.GaussianBlur(src, (3, 3), 0)
gray = cv.cvtColor(src, cv.COLOR_BGR2GRAY) dst = cv.Canny(src, 150, 300, None, 3)
lines = cv.HoughLines(dst, 1, np.pi / 180, 150, None, 0, 0) # Copy edges to the images that will display the results in BGR
cdst = cv.cvtColor(dst, cv.COLOR_GRAY2BGR)
cdstP = np.copy(cdst) lines = cv.HoughLines(dst, 1, np.pi / 180, 200, None, 0, 0) if lines is not None:
for i in range(0, len(lines)):
rho = lines[i][0][0]
theta = lines[i][0][1]
a = math.cos(theta)
b = math.sin(theta)
x0 = a * rho
y0 = b * rho
pt1 = (int(x0 + 1000*(-b)), int(y0 + 1000*(a)))
pt2 = (int(x0 - 1000*(-b)), int(y0 - 1000*(a)))
cv.line(cdst, pt1, pt2, (0,0,255), 3, cv.LINE_AA) cv.imshow("origin",src)
cv.imshow("dst1",dst)
cv.imshow("dst2",cdst)
if 27 == cv.waitKey():
cv.destroyAllWindows() test()

opencv源码解读

opencv 官方实现

static void
HoughLinesStandard( InputArray src, OutputArray lines, int type,
float rho, float theta,
int threshold, int linesMax,
double min_theta, double max_theta )
{
CV_CheckType(type, type == CV_32FC2 || type == CV_32FC3, "Internal error"); Mat img = src.getMat(); int i, j;
float irho = 1 / rho; CV_Assert( img.type() == CV_8UC1 );
CV_Assert( linesMax > 0 ); const uchar* image = img.ptr();
int step = (int)img.step;
int width = img.cols;
int height = img.rows; int max_rho = width + height;
int min_rho = -max_rho; CV_CheckGE(max_theta, min_theta, "max_theta must be greater than min_theta"); int numangle = cvRound((max_theta - min_theta) / theta);
int numrho = cvRound(((max_rho - min_rho) + 1) / rho); #if defined HAVE_IPP && IPP_VERSION_X100 >= 810 && !IPP_DISABLE_HOUGH
if (type == CV_32FC2 && CV_IPP_CHECK_COND)
{
IppiSize srcSize = { width, height };
IppPointPolar delta = { rho, theta };
IppPointPolar dstRoi[2] = {{(Ipp32f) min_rho, (Ipp32f) min_theta},{(Ipp32f) max_rho, (Ipp32f) max_theta}};
int bufferSize;
int nz = countNonZero(img);
int ipp_linesMax = std::min(linesMax, nz*numangle/threshold);
int linesCount = 0;
std::vector<Vec2f> _lines(ipp_linesMax);
IppStatus ok = ippiHoughLineGetSize_8u_C1R(srcSize, delta, ipp_linesMax, &bufferSize);
Ipp8u* buffer = ippsMalloc_8u_L(bufferSize);
if (ok >= 0) {ok = CV_INSTRUMENT_FUN_IPP(ippiHoughLine_Region_8u32f_C1R, image, step, srcSize, (IppPointPolar*) &_lines[0], dstRoi, ipp_linesMax, &linesCount, delta, threshold, buffer);};
ippsFree(buffer);
if (ok >= 0)
{
lines.create(linesCount, 1, CV_32FC2);
Mat(linesCount, 1, CV_32FC2, &_lines[0]).copyTo(lines);
CV_IMPL_ADD(CV_IMPL_IPP);
return;
}
setIppErrorStatus();
}
#endif Mat _accum = Mat::zeros( (numangle+2), (numrho+2), CV_32SC1 );
std::vector<int> _sort_buf;
AutoBuffer<float> _tabSin(numangle);
AutoBuffer<float> _tabCos(numangle);
int *accum = _accum.ptr<int>();
float *tabSin = _tabSin.data(), *tabCos = _tabCos.data(); // create sin and cos table
createTrigTable( numangle, min_theta, theta,
irho, tabSin, tabCos); // stage 1. fill accumulator
for( i = 0; i < height; i++ )
for( j = 0; j < width; j++ )
{
if( image[i * step + j] != 0 )
for(int n = 0; n < numangle; n++ )
{
int r = cvRound( j * tabCos[n] + i * tabSin[n] );
r += (numrho - 1) / 2;
accum[(n+1) * (numrho+2) + r+1]++;
}
} // stage 2. find local maximums
findLocalMaximums( numrho, numangle, threshold, accum, _sort_buf ); // stage 3. sort the detected lines by accumulator value
std::sort(_sort_buf.begin(), _sort_buf.end(), hough_cmp_gt(accum)); // stage 4. store the first min(total,linesMax) lines to the output buffer
linesMax = std::min(linesMax, (int)_sort_buf.size());
double scale = 1./(numrho+2); lines.create(linesMax, 1, type);
Mat _lines = lines.getMat();
for( i = 0; i < linesMax; i++ )
{
LinePolar line;
int idx = _sort_buf[i];
int n = cvFloor(idx*scale) - 1;
int r = idx - (n+1)*(numrho+2) - 1;
line.rho = (r - (numrho - 1)*0.5f) * rho;
line.angle = static_cast<float>(min_theta) + n * theta;
if (type == CV_32FC2)
{
_lines.at<Vec2f>(i) = Vec2f(line.rho, line.angle);
}
else
{
CV_DbgAssert(type == CV_32FC3);
_lines.at<Vec3f>(i) = Vec3f(line.rho, line.angle, (float)accum[idx]);
}
}
}

stage1即核心逻辑,挨个遍历有效像素,统计出各种(theta,r)代表的直线穿过的像素点点的数量

Mat _accum = Mat::zeros( (numangle+2), (numrho+2), CV_32SC1 );

可以看到统计直线穿过的点数量的矩阵的个数是 (2 + numangle) x (numrho+2),即与我们传入的double rho, double theta有关.这个值越小,相应的我们搜索的直线数量就越多.

opencv的实现里有一些可能是出于工程上的考虑,这点不太确定,比如这里为什么要(2 + numangle) x (numrho+2) 而不是 numangle x numrho

int max_rho = width + height;
int min_rho = -max_rho;

为什么是w + h,而没有用开平方根求对角线长度.

希望知道的朋友可以留言告诉我.

// stage 2. find local maximums

static void
findLocalMaximums( int numrho, int numangle, int threshold,
const int *accum, std::vector<int>& sort_buf )
{
for(int r = 0; r < numrho; r++ )
for(int n = 0; n < numangle; n++ )
{
int base = (n+1) * (numrho+2) + r+1;
if( accum[base] > threshold &&
accum[base] > accum[base - 1] && accum[base] >= accum[base + 1] &&
accum[base] > accum[base - numrho - 2] && accum[base] >= accum[base + numrho + 2] )
sort_buf.push_back(base);
}
}

寻找计数的局部最大值.类似于非极大值抑制.进一步细化检测到的直线,把局部的很相似的直线只取最精准的.

// stage 3. sort the detected lines by accumulator value

按accum数量大小排序

// stage 4. store the first min(total,linesMax) lines to the output buffer

保存前n条lines到输出Buffer.

opencv之霍夫曼变换的更多相关文章

  1. OpenCV中的霍夫线变换和霍夫圆变换

    一.霍夫线变换 霍夫线变换是OpenCv中一种寻找直线的方法,输入图像为边缘二值图. 原理: 一条直线在图像二维空间可由两个变量表示, 例如: 1.在 笛卡尔坐标系: 可由参数: (m,b) 斜率和截 ...

  2. OpenCV-Python 霍夫线变换 | 三十二

    目标 在这一章当中, 我们将了解霍夫变换的概念. 我们将看到如何使用它来检测图像中的线条. 我们将看到以下函数:cv.HoughLines(),cv.HoughLinesP() 理论 如果可以用数学形 ...

  3. 【OpenCV入门教程之十四】OpenCV霍夫变换:霍夫线变换,霍夫圆变换合辑

    http://blog.csdn.net/poem_qianmo/article/details/26977557 本系列文章由@浅墨_毛星云 出品,转载请注明出处. 文章链接:http://blog ...

  4. 学习 opencv---(13)opencv霍夫变换:霍夫线变换,霍夫圆变换

    在本篇文章中,我们将一起学习opencv中霍夫变换相关的知识点,以及了解opencv中实现霍夫变换的HoughLines,HoughLinesP函数的使用方法,实现霍夫圆变换的HoughCircles ...

  5. 【OpenCV新手教程之十四】OpenCV霍夫变换:霍夫线变换,霍夫圆变换合辑

    本系列文章由@浅墨_毛星云 出品,转载请注明出处. 文章链接:http://blog.csdn.net/poem_qianmo/article/details/26977557 作者:毛星云(浅墨) ...

  6. opencv —— HoughLines、HoughLinesP 霍夫线变换原理(标准霍夫线变换、多尺度霍夫线变换、累积概率霍夫线变换)及直线检测

    霍夫线变换的原理 一条直线在图像二维空间可由两个变量表示,有以下两种情况: ① 在笛卡尔坐标系中:可由参数斜率和截距(k,b)表示. ② 在极坐标系中:可由参数极经和极角(r,θ)表示. 对于霍夫线变 ...

  7. opencv —— HoughCircles 霍夫圆变换原理及圆检测

    霍夫圆变换原理 霍夫圆变换的基本原理与霍夫线变换(https://www.cnblogs.com/bjxqmy/p/12331656.html)大体类似. 对直线来说,一条直线能由极径极角(r,θ)表 ...

  8. JPEG解码——(4)霍夫曼解码

    本篇是该系列的第四篇,主要介绍霍夫曼解码相关内容. 承接上篇,文件头解析完毕后,就进入了编码数据区域,即SOS的tag后的区域,也是图片数据量的大头所在. 1. 解码过程规则描述 a)从此颜色分量单元 ...

  9. 赫夫曼\哈夫曼\霍夫曼编码 (Huffman Tree)

    哈夫曼树 给定n个权值作为n的叶子结点,构造一棵二叉树,若带权路径长度达到最小,称这样的二叉树为最优二叉树,也称为哈夫曼树(Huffman Tree).哈夫曼树是带权路径长度最短的树,权值较大的结点离 ...

随机推荐

  1. JVM知识点总结

    JVM总体梳理 一.jvm体系总体概览 JVM体系总体分四大块:类的加载机制.jvm内存结构.GC算法 垃圾回收.GC分析 命令调优 这里画了一个思维导图,将所有的知识点进行了陈列,因为图比较大可以点 ...

  2. Node开发知识概括

    一. javascript高级话题(面向对象,作用域,闭包,设计模式等) 1. 常用js类定义的方法有哪些? 参考答案:主要有构造函数原型和对象创建两种方法.原型法是通用老方法,对象创建是ES5推荐使 ...

  3. javascript简单实现深浅拷贝

    深浅拷贝知识在我们的日常开发中还算是用的比较多,但是之前的状态一直都是只曾听闻,未曾使用(其实用了只是自己没有意识到),所以今天来跟大家聊一聊js的深浅拷贝: 首先我们来了解一下javascript的 ...

  4. NLP(二十三)使用LSTM进行语言建模以预测最优词

    N元模型 预测要输入的连续词,比如 如果抽取两个连续的词汇,则称之为二元模型 准备工作 数据集使用 Alice in Wonderland 将初始数据提取N-grams import nltk imp ...

  5. python控制窗口对角线运动

    import win32con import win32gui import time while True: time.sleep(1) notepad = win32gui.FindWindow( ...

  6. CodeForces 821D Okabe and City

    Okabe and City 题解: 将行和列也视为一个点. 然后从普通的点走到行/列的点的话,就代表这行/列已经被点亮了. 然后将费用为0的点建上边. 注意讨论(n,m)非亮的情况下. 代码: #i ...

  7. Codeforces 832 D Misha, Grisha and Underground

    Misha, Grisha and Underground 题意:Misha 和 Grisha 是2个很喜欢恶作剧的孩子, 每天早上 Misha 会从地铁站 s 通过最短的路到达地铁站 f, 并且在每 ...

  8. POJ-2236 Wireless Network 顺便讨论时间超限问题

    Wireless Network Time Limit: 10000MS   Memory Limit: 65536K Total Submissions: 26131   Accepted: 108 ...

  9. Quartz.Net使用教程

    在项目的开发过程中,难免会遇见后需要后台处理的任务,例如定时发送邮件通知.后台处理耗时的数据处理等,这个时候你就需要Quartz.Net了. Quartz.Net是纯净的,它是一个.Net程序集,是非 ...

  10. 【1】KNN(K-nearest neighbors algorithm)

    基本原理 KNN算法又叫最近邻居法,是一种非常简单易于掌握的分类算法. 其基本原理是,存在一个已知标签的数据集合,也就是训练样本集. 这个样本集中的每一个数据所属的分类都是已知的. 当一个没有标签的新 ...