opencv霍夫变换
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
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霍夫变换的更多相关文章
- 【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 ...
- 【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) ...
- opencv 霍夫变换 实现图片旋转角度计算
在OCR实际开发中,证件照采集角度有很大的偏差,需要将图片进行旋转校正, 效果图: 在应用中发现应该加入高斯模糊,可以极大减少误差线条. 知道线条后 通过求斜率 得旋转角度 .(x1-x2)/(y1- ...
- OpenCV——霍夫变换(直线检测、圆检测)
x #include <opencv2/opencv.hpp> #include <iostream> #include <math.h> using namesp ...
- 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 ...
- opencv::霍夫变换-直线
霍夫直线变换介绍 Hough Line Transform用来做直线检测 前提条件 – 边缘检测已经完成 平面空间到极坐标空间转换 对于任意一条直线上的所有点来说,变换到极坐标中,从[0~360]空间 ...
- 【OpenCV新手教程第14】OpenCVHough变换:霍夫变换线,霍夫变换圆汇编
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) ...
- 第三章 霍夫变换(Hough Transform)
主要内容: 霍夫变换的作用 霍夫变换检测直线的原理 霍夫变换检测圆的原理 OpenCV中的霍夫变换 1.霍夫变换检测直线原理 霍夫变换,英文名称Hough Transform,作用是用来检测图像中的直 ...
- 系列文章 -- OpenCV入门教程
<OpenCV3编程入门>内容简介&勘误&配套源代码下载 [OpenCV入门教程之十八]OpenCV仿射变换 & SURF特征点描述合辑 [OpenCV入门教程之 ...
随机推荐
- 设计模式(C#)——05适配器模式
推荐阅读: 我的CSDN 我的博客园 QQ群:704621321 自然界有一条规则--适者生存.意思是生物要使用自然界的变化:在程序界中则需要新环境调用现存对象.那么,如何在新环境中 ...
- Java生成二维码(Java程序都可以使用)
工具类,链接:https://pan.baidu.com/s/18U399fTH5wBJPnL97pAekg 提取码:bmw7 注:里面的corejar包是使用的zxing的代码,我只是将其导出的ja ...
- OpenCV学习笔记(一)、VS2015+OpenCV-4.1.1环境配置(Windows10)
1.登陆OpenCV官网,点击打开Releases,会看到各个版本的OpenCV安装文件,选择自己想要的版本下载即可.下载网址:https://opencv.org/releases/ 2.配置环境变 ...
- tensorflow学习笔记——自编码器及多层感知器
1,自编码器简介 传统机器学习任务很大程度上依赖于好的特征工程,比如对数值型,日期时间型,种类型等特征的提取.特征工程往往是非常耗时耗力的,在图像,语音和视频中提取到有效的特征就更难了,工程师必须在这 ...
- python控制窗口缩放
import win32gui import win32con import time # 使用之前先打开一个记事本 notepad = win32gui.FindWindow("Notep ...
- selenium webdriver (python)第三版.pdf
转载自:http://download.csdn.net/detail/waiwaijsj/7214035 是原作者根据自己的经验整理的,很实用.
- CodeForces 639C Bear and Polynomials
Bear and Polynomials 题解: 如果改变一个其中的一个数,那么需要知道的是,前面的数都可以进到当前位来,如果过不来的话,那么就会因为前面有数导致无法变成0. 所以我们将前面的数不断向 ...
- codeforces 456 E. Civilization(并查集+数的直径)
题目链接:http://codeforces.com/contest/456/problem/E 题意:给出N个点,M条边,组成无环图(树),给出Q个操作,操作有两种: 1 x,输出x所在的联通块的最 ...
- 线段树模板 hdu 1166 敌兵布阵
敌兵布阵 Time Limit: 2000/1000 MS (Java/Others) Memory Limit: 65536/32768 K (Java/Others)Total Submis ...
- POJ 1390 Blocks (区间DP) 题解
题意 t组数据,每组数据有n个方块,给出它们的颜色,每次消去的得分为相同颜色块个数的平方(要求连续),求最大得分. 首先看到这题我们发现我们要把大块尽可能放在一起才会有最大收益,我们要将相同颜色块合在 ...