Opencv2.4.9源码分析——HoughCircles.pdf
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2022-06-18
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Opencv2.4.9 源码分析——HoughCircles
图形可以用一些参数进行表示，标准霍夫变换的原理就是把图像空间转换成参数空间（即霍
夫空间），例如霍夫变换的直线检测就是在距离-角度空间内进行检测。圆可以表示成：
(x-a)2+(y-b)2=r2 （1）
其中 a 和 b 表示圆心坐标，r 表示圆半径，因此霍夫变换的圆检测就是在这三个参数组成的
三维空间内进行检测。
原则上，霍夫变换可以检测任何形状。但复杂的形状需要的参数就多，霍夫空间的维数就多，
因此在程序实现上所需的内存空间以及运行效率上都不利于把标准霍夫变换应用于实际复
杂图形的检测中。所以一些改进的霍夫变换就相继提出，它们的基本原理就是尽可能减小霍
夫空间的维数。
HoughCircles 函数实现了圆形检测，它使用的算法也是改进的霍夫变换—— 2-1 霍夫变换
（21HT）。也就是把霍夫变换分为两个阶段，从而减小了霍夫空间的维数。第一阶段用于检
测圆心，第二阶段从圆心推导出圆半径。检测圆心的原理是圆心是它所在圆周所有法线的交
汇处，因此只要找到这个交点，即可确定圆心，该方法所用的霍夫空间与图像空间的性质相
同，因此它仅仅是二维空间。检测圆半径的方法是从圆心到圆周上的任意一点的距离（即半
径）是相同，只要确定一个阈值，只要相同距离的数量大于该阈值，我们就认为该距离就是
该圆心所对应的圆半径，该方法只需要计算半径直方图，不使用霍夫空间。圆心和圆半径都
得到了，那么通过公式 1 一个圆形就得到了。从上面的分析可以看出，2-1 霍夫变换把标准
霍夫变换的三维霍夫空间缩小为二维霍夫空间，因此无论在内存的使用上还是在运行效率
上，2-1 霍夫变换都远远优于标准霍夫变换。但该算法有一个不足之处就是由于圆半径的检
测完全取决于圆心的检测，因此如果圆心检测出现偏差，那么圆半径的检测肯定也是错误的。
2-1 霍夫变换的具体步骤为：
第一阶段：检测圆心
1.1、对输入图像边缘检测；
1.2、计算图形的梯度，并确定圆周线，其中圆周的梯度就是它的法线；
1.3、在二维霍夫空间内，绘出所有图形的梯度直线，某坐标点上累加和的值越大，说明在
该点上直线相交的次数越多，也就是越有可能是圆心；
1.4、在霍夫空间的 4 邻域内进行非最大值抑制；
1.5、设定一个阈值，霍夫空间内累加和大于该阈值的点就对应于圆心。
第二阶段：检测圆半径
2.1、计算某一个圆心到所有圆周线的距离，这些距离中就有该圆心所对应的圆的半径的值，
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资源评论
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