1 引言

　　近年來(lái)，隨著集成電路和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，特別是DSP集成度、穩(wěn)定性、運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)吞吐量等性能的不斷提高，以DSP為核心的實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)得到開(kāi)發(fā)。采用DSP實(shí)現(xiàn)快速數(shù)字圖像處理可將算法嵌入到DSP中，充分利用DSP的高速性和并行性，提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，達(dá)到數(shù)字圖像處理的實(shí)時(shí)性。相對(duì)于基于PC機(jī)的通用圖像處理系統(tǒng)，基于DSP的圖像處理系統(tǒng)具有體積小，功耗低等優(yōu)點(diǎn)，適用于嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域。

　　在圖像處理中檢測(cè)圓通常需要計(jì)算圓形度，半徑，圓心位置等圓參數(shù)。Hough變換是目前應(yīng)用最廣泛的圓檢測(cè)方法，該方法可靠性高，在噪聲、變形、甚至部分區(qū)域丟失的狀態(tài)下仍然能取得理想效果。但其缺點(diǎn)是計(jì)算復(fù)雜，內(nèi)存需求大。算法的實(shí)時(shí)性很差，不能滿足實(shí)時(shí)性的要求。

　　根據(jù)某項(xiàng)工程的實(shí)際要求，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)Hough變換檢測(cè)圓算法進(jìn)行改進(jìn)，并在TMS320DM642平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，取得較好的檢測(cè)效果，并達(dá)到實(shí)時(shí)性要求。

　　2 算法運(yùn)行平臺(tái)

　　算法運(yùn)行平臺(tái)采用北京合眾達(dá)公司的SEED-DTK-VPM642多媒體實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)采用TI公司的TMS320DM642作為核心處理器。TMS320DM642是專用于數(shù)字媒體應(yīng)用的高性能32位定點(diǎn)DSP，工作主頻最高達(dá)720 MHz，處理性能可達(dá)5 760 MI/s，強(qiáng)大的圖像處理能力為實(shí)現(xiàn)算法實(shí)時(shí)性和可靠性提供保證。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的整體功能框圖如圖1所示。前端通過(guò)CCD攝像機(jī)獲得視頻圖像，經(jīng)視頻解碼器TVP5150的數(shù)字化處理后，形成并行數(shù)字碼流以EDMA傳輸方式將數(shù)據(jù)傳送到TMS320DM642的數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)，對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理后的數(shù)據(jù)自動(dòng)通過(guò)EDMA傳輸至數(shù)據(jù)輸出緩沖區(qū)，再通過(guò)視頻編碼器SAA7121形成碼流，傳送到顯示器顯示檢測(cè)結(jié)果。在整個(gè)算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，為了滿足實(shí)時(shí)性的要求，都是以EDMA的傳輸方式傳輸數(shù)據(jù)。

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　　3 Hongh變換圓檢測(cè)算法的實(shí)現(xiàn)

　　3.1 Hough變換圓檢測(cè)算法的改進(jìn)

　　Hough變換的基本思想是將圖像從空間域變換到參數(shù)空間，用大多數(shù)邊界點(diǎn)滿足的某種參數(shù)形式來(lái)描述圖像中的曲線。假設(shè)在x-y平面檢測(cè)并確定一個(gè)圓的參數(shù)，圖像中待檢測(cè)圓周點(diǎn)的集合為{(xi，yi)，i=1，2，3，…，n}，(x，y)為該集合中的一點(diǎn)，其在參數(shù)坐標(biāo)系(a，b，r)中解析式為：

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　　該解析式對(duì)應(yīng)的曲面為三維錐面。圖像中任意確定的一點(diǎn)均有參數(shù)空間的一個(gè)三維錐面與之對(duì)應(yīng)。對(duì)于圓周上的任一點(diǎn){(xi,yi)，i=1，2，3，…，n}，這些三維錐面構(gòu)成圓錐面簇，如圖2所示。

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　　若集合中的點(diǎn)均在同一個(gè)圓周上，則這些圓錐面簇相交于參數(shù)空間上某一點(diǎn)，該點(diǎn)恰好對(duì)應(yīng)于圖像平面的圓心坐標(biāo)及圓的半徑。Hough變換在計(jì)算上將參數(shù)空間進(jìn)一步分割為累加器單元A(i，j，k)，并先使累加器單元置零。根據(jù)式(1)對(duì)參數(shù)作相應(yīng)循環(huán)，如果一個(gè)a(i)值得到相應(yīng)的b(j)，r(k)，就令A(yù)(i,j,k)=A(i，j,k)+1。最后對(duì)每個(gè)累加器進(jìn)行比較，找到最大值累加器，該累加器所對(duì)應(yīng)的參數(shù)值(a,b,r)，就是在平面上所要檢測(cè)圓的圓心及半徑。

　　標(biāo)準(zhǔn)Hough變換的計(jì)算非常復(fù)雜，在圓形檢測(cè)應(yīng)用中隨著取值范圍的不斷擴(kuò)大，在參數(shù)域的三維數(shù)組尺寸成正比例增加，需要占用大量計(jì)算機(jī)內(nèi)存，計(jì)算效率低下。因此，盡可能縮小參與Hough變換的參數(shù)域范圍是提高其效率的關(guān)鍵。對(duì)其改進(jìn)的步驟如下：

　　第一步：對(duì)圖像作canny邊緣檢測(cè)處理，得出圖像中待檢測(cè)圓的單像素寬的邊緣;

　　第二步：求出圖像中待檢測(cè)圓邊緣在上，下，左，右4個(gè)方向上的極點(diǎn)，然后根據(jù)圓的幾何對(duì)稱性，采用“最小外接矩形法”估算待檢測(cè)圓的圓心及半徑，生成相應(yīng)的子圖，并濾除圖像中的噪聲。“最小外接矩形法”估算圓參數(shù)方法如圖3所示，其中圓心O為

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　　第三步：考慮到圖像可能存在缺陷和噪聲，對(duì)估算所得到的圓心及半徑進(jìn)行適量縮放，從而縮小參與Hough變換的參數(shù)域范圍。

　　第四步：在確定的圓心及半徑范圍內(nèi)，根據(jù)圓的參數(shù)方程進(jìn)行。Hough變換，從而檢測(cè)圓的參數(shù)。