基于Hough变换圆检测技术的客流统计--毕业论文.doc

基于Hough变换圆检测技术的客流统计摘 要在当代社会中，Hough变换圆检测技术的学习和使用日益广泛，Hough变换的原理是一种用于在边缘增强处理后的图像中,提取边缘特征的有效而又简单的方法，它能用来够提取图形中的直线、圆、椭圆、二次曲线甚至是任意形状的边缘形状进行Hough检测。Hough变换在计算机监视、军事防御、办公自动化等许多领域中都得到了普遍的关注和广泛的应用。基于Hough变换圆检测技术对一些单位进行客流统计非常有意义，通过对客流量的统计和分析能理性安排计划和合理分配资源，使得运营管理系统更加完善。国内外的一些研究人员已经利用Hough变换技术统计公交系统的载客量,使得公交系统更加趋于完善。 本论文以基础Hough变换圆为基础，在MATLAB软件中进行模拟仿真。首先在MATLAB中建立一个能对视频处理的操作界面，导入一段自上向下拍摄的视频，对视频中的类似圆头型进行判断识别，最后对识别到的类似圆头型进行统计，得出数据。 关键词：Hough变换 客流统计 类似圆 MATLAB仿真 Based on Hough transform circle detection technology of traffic statisticszyAbstractIn modern society, the Hough transform circle to learn and apply the increasingly widespread. Hough transform is used in the image after the edge enhancement processing, extracting edge features simple and effective method, it can extract a straight line, circle, ellipse, the conic even the edge of arbitrary shape. Hough transform in computer vision, military defense, office automation and other fields have been widespread concern and a wide range of applications.Using the Hough transform circle detection technology some units very meaningful traffic statistics, traffic statistics and analysis of the rational scheme of arrangement and rational allocation of resources, making operating systems more perfect. Home and abroad, some researchers have used the Hough transform the carrying capacity of the Statistics bus system, making the bus system to become more perfect. This thesis is the basis of Hough transform circle-based simulation in the MATLAB software. First the establishment of a video processing in MATLAB user interface, import the video taken down in the period of self-judgment recognition, video round type, and finally to identify a similar round-type statistics obtained the data.Key Words: Hough transformation; Traffic statistics ;Smilar to round; MATLAB simulation 目录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 论文的意义和目的11.2 关于客流统计的国内外现状11.3 全文安排3第二章 Hough变换原理42.1 Hough的概述42.2 Hough变换的基本思想42.3 Hough变换对圆的检测62.4 运用Hough变换判别类似圆82.5 Hough变换圆图像处理原理92.5.1 已知半径的圆92.5.2 未知半径的圆102.5.3 椭圆102.5.4 总结102.6 Hough变换的优缺点102.6.1 Hough的优点以及运用102.6.2 Hough变换缺点和改进方法11第三章 基于Hough变换圆技术的客流统计MATLAB的实现133.1 MATLAB的简述133.2 基于Matlab的Hough变换检测圆的实现143.2.1 Hough变换检测圆算法的设计步骤143.2.2 Hough变换检测圆的Matlab算法概述143.3素材的提取和处理153.4 MATLAB中视频操作界面GUIDE的制作153.4.1创建Matlab GUI界面通常有两种方式：153.4.2 基于Hough变换圆检测技术的客流统计软件系统的GUI界面的制作步骤163.4.3 基于Hough变换圆检测技术的客流统计的主程序与界面的同步问题183.4 程序的运行原理和MATLAB模拟的实现19第四章 论文总结234.1 论文完成的基本情况234.2 论文总结23参考文献25致谢26附录27 11南京工业大学本科生毕业论文（设计）第一章 绪论1.1 论文的意义和目的在现代社会中，Hough变换圆的学习和应用日益广泛，Hough变换的原理是一种用于在边缘增强处理后的图像中，提取相关边缘特征的有效而又简单的方法，它能够提取直线、圆、椭圆、二次曲线甚至是任意形状的边缘。Hough变换在计算机检测、军事类防御、自动化等领域都得到了普遍的关注和广泛的应用。通过人数(包括各年龄段/性别的人数)这些准确的量化数据来研究流量规律，不但可以了解相关设施在运行中的状况，还可以利用这些高精度的数据，进行有效的组织运营工作：通过深入的顾客数据研究，可以最大限度地挖掘卖场的销售潜力，增加销售机会；同时，对于人流密度较大的区域采取相应的措施，还可以进行很好的走向引导和安全预警。所以用Hough变换圆技术来统计客流量对企业的发展很有帮助。运用Hough变换技术来统计客流量，是值得我们学习和研究的。Hough变换圆在客流统计上的应用各有优缺点，优点是检测速度相对较快；缺点是难以预测耗时，因而难以控制。将Hough变换技术运用到客流统计上能提高很多商场和运输场所的工作效率以及监控力度，减少监视仪器，节约了成本。这样商场里就能通过这种技术统计天、周、月、年的客流量，使得商场能及时改变营销策略。经营者通过视频客流统计系统，可以正确地掌握每个门店的客流分布，区别旺区及非旺区，并通过改善货架布置，尽量达到客流量理想的分布。通过分析区域客流密度以及分析顾客的购买偏好，采取不同的针对性宣传促销策略，力争将客流吸引到各个门店。通过店面之间的客流数据的比较(同类规模的客流量)来鞭策店长与员工的表现，并鼓励良性的竞争，以提高每个店铺的业绩。调整半年后，在保证原有旺铺稳定客流量的同时，大幅提升了总体销售额。在汽车站中，经过监视器统计乘客所去某一地方的客流，我们能得出大部分乘客的所需，汽车站通过改变不同的车次来调节，这样既满足了乘客又挺高了汽车站运送效率，一举两得1。客流信息是衡量商业设施（如超市、商场、购物中心等）运营状况的重要工具。所以，我们需要进一步的对Hough变换圆进行研究和探讨。1.2 关于客流统计的国内外现状近年来，由于中国人口较多,企业对客流统计比较困难,客流统计已经越来越受到人们的重视。在零售业迅速发展的今天，中国、新加坡、欧美、香港、日本等越来越多的国家和城市的大型购物中心和连锁商业网点使用客流统计分析系统2。国内一些不发达地区的购物中心也会在节假日采用人工点数的方式进行客流量数据的统计；还有一些商家采用了准确率较低的红外线等方式进行长期的客流量的统计。但是由于人工计数的准确率偏低且无法进行长期统计，红外线方式又不能双向统计客流量，更无法统计并排时顾客的人数，因此，我们需要借助视频分析技术，准确率高达95%的新型客流统计分析系统应运而生，目前已在诸多购物中心内使用，相信在不远的未来将越来越受到购物中心的青睐。拥有真正高效准确的客流量统计系统是购物中心在同行业的竞争中能立于不败之地的重要手段3。现在常用的客流统计方式从技术上来讲有如下几种：1、红外对射，它的价格便宜，但是不能识别进出方向，也不能辨别多人同时进出的情况，准确率比较低，需要在人流出入口上安装立式的对射柱，会影响通行，但是它的实现成本较低。这是一种比较早期的方法，产品很多，鱼龙混杂，一些非常低端市场还在使用。2、红外幕帘，一般安装在出入口上部，能识别进出口方向，多人同行进出时准确率严重降低，实现成本中等。3、地面踏板开关，以前常见于公交车之类，但是多人同时进出无法分辨，也不能判断方向，成本较低，故障率比较高，维护成本高。这是一种原始的方法，已经趋于淘汰。4、早期的视频分析技术，采用运动目标的识别、绊线检测实现，常见PC后端分析，准确率一般，系统部署比较复杂，维护成本高，建设成本高。是国外IOI，OV等出品商传进来的技术，国产也有一些视频分析厂商在提供相应的PC软件。5、较新的双目视频分析技术，通过两个垂直向下镜头的视场相差，识别通过目标的高低程度，判断是否为常见人体高度，来判断人流和方向。但是它的系统建设成本很高。这也是国外厂商传进来的技术，国内的同类产品还不是很成熟。6、最新的基于模式识别的智能视频分析技术，采用单个垂直向下的摄像头，能对人头、肩膀形状，头发红外反射率等进行特征识别，识别出人体并且判断方向，而且仪器的部署简单，据说准确率可以做到95%以上。国内的一些研究者开始用Hough变换圆技术来统计客流量。浙江大学信息与电子工程学系研究出应用于公交客流统计的机器视觉方法，其运用Hough变换对类似圆进行检测，并且针对Hough变换的结果进行结合模糊置信度的感知聚类，从而有效去除了视频中虚假候选头部的轮廓，比较准确地在视频中圈出乘客，实现了视频视场中每个乘客的准确定位。现场的实验结果显示,应用该方法进行公交客流量统计，准确率可高达85%以上。还有青岛大学自动化学院研究的基于边缘背景差法和Hough变换的公交乘客头部检测方法，由Hough变换检测获得乘客的头部圆形轮廓，然后从视觉感知的角度消除虚假轮廓，从而能检测出乘客识别的头部，统计出客流人数4。1.3 全文安排第一章已经比较详细的介绍了本篇论文的目的和意义，以及关于客流统计国内外现状，比较全面地认识了该课题。该课题的中心思想是利用Hough变换圆技术在视频中判定类似圆形状的客人头型，统计并得出客流量。最后需要在MATLAB软件中模拟仿真。如下介绍全文的安排：第一章：论文的目的和意义，关于客流统计的国内外现状以及全文安排。这一章是给读者一个全面宽广的认识，大致理解本文的中心思想：利用Hough变换对视频实现客流统计。第二章：Hough的原理。这章详细的概述了什么是Hough变换，Hough变换的基本思想以及Hough变换对圆和类似圆两种不同类型进行判别的基本理论和依据。第三章：第三章是本文的重点，主要讲基于Hough变换圆技术的客流统计在MATLAB实现。其中会介绍MTALBA的功能用处，MATLAB界面GUIDE的生成，Hough变换圆对图像的处理，客流统计在MATLAB中的模拟实现以及模拟成果展示。第四章：文章的归纳和总结。概述全文，归纳模拟成果以及意义，并且提出文中不足和有待改进之处。总结大学期间所得所想所获，完成毕业。南京工业大学本科生毕业论文（设计）第二章 Hough变换原理2.1 Hough的概述Hough变换是在图像中识别几何形状的基本图像处理方法之一。Hough变换参数空间的原理是在于利用点与线的对偶性使得原始图像空间的给定的曲线通过曲线表达形式转化为参数空间的一个点，给出通过点和线的原始对偶的形象，转化为寻找参数空间中的峰值问题。也即把检测整体特性转化为检测局部特性。比如:直线、椭圆、圆、弧线等。2.2 Hough变换的基本思想 Hough变换的基本思想是利用点线的对偶性，即图像空间共线的点对应在参数空间里相交的线，反过来，在参数空间中交与同一个点的所有直线在图像空间里都有相应的点与之相对应5。在图像空间X-Y中，所有共线的点都可以用直线方程描述为： （2-1）其中是直线的斜率，是截距，式（2-1）也可以改写为： （2-2）上式可以当作为参数空间中的一条直线方程，其中直线的斜率是，截距是。比较式（2-1）和式（2-2），可以看出，图像空间中的一点对应于参数空间中的一条直线，而图像空间中的一条直线又是由参数空间中的一个点来决定的。Hough变换的基本思想就是将上述两式看作时图像空间中的点和参数空间中的点的共同的约束条件，由此定义一个从图像空间到参数空间的一对映射，图2-1体现了这种点与线之间的对偶关系。图2-2所示图像空间中位于同一直线的点，所示是图像中直线上的点经过式（2-2）映射到参数空间中的一条直线。图像空间中的一条直线上的点经过hough变换后，对应参数空间中的直线相交于一点，这一点是确定的，确定该点在参数空间中的位置就可以知道图像中直线的参数。Hough变换把在图像空间中的直线检测问题转换到参数空间里对点的检测问题，通过在参数空间里进行简单的累加计算便能完成检测任务。图像空间中的单点 参数空间中的直线图2-1 图像空间中的点与参数空间中的直线对偶示意图 图像空间中位于同一直线上的点 参数空间中的直线图2-2图像空间中的直线与参数空间中的点对偶示意图 在具体的计算过程中，需要把参数空间M-C离散化为二维的累加数组，设这个数组为，同时设和分别为斜率和截距的取值范围。开始时置数组A全为零，然后对每一个图像空间中的给定边缘点，让m取遍内所有可能的值，并根据式(2-2)算出对应的。再根据和的值(设都已经取整)对数组元素。累加结束后，通过检测数组中局部峰值点的位置来确定参数和的值。 如果直线的斜率无限大(比如形式的直线)，采用式(2-2)是无法完成检测的，为了能够正确识别和检测任意方向的和任意位置的直线，可以用Duda和Hart提出的直线极坐标方程来替代 (2-1)式: （2-3） 如图2-4所示，图像空间中一条直线l，为l过原点的垂线与轴正方向的夹角，为原点到的距离。这时，参数空间就变为空间，空间中的任意一条直线对应了空间内的一个点，由式(2-3)可知，空间内的一点对应了空间中的一条正弦曲线。如果有一组位于由参数和决定的直线上的点，则每个点对应了参数空间中的一条正弦曲线，所有这些曲线必交于点，如图2-3所示。 图像中位于同一直线上的点 参数空间中交于一点的正弦曲线图2-3极坐标方程下的点一线对偶示意图同样，在计算的过程中需要对参数空间进行离散化，每个单元的中心点坐标为： （2-4）其中，为参数分割段数：，是参数的分割段数，是为图像中的点距原点的距离最大值。具体的计算过程与上文相似，将参数相应的置换即可。2.3 Hough变换对圆的检测Hough变换理论是用来连接到区域封闭边界的边缘像素图像的全局特征，图像参数空间的空间变换参数空间中的点并进行描述，从而达到图像边缘检测的目的。根据统计结果确定的属于边缘的程度，该方法可减少边缘点和计算量。Hough变换是图像坐标变换，平面坐标转换为坐标参数，改造是更多的识别和检测的结果。 对经典的Hough 变换基本原理的理解在于利用点与线的对偶性，将图像空间聚集成线的参数空间，从而检测存在一个给定的图像曲线。圆的方程为：，通过Hough变换，将图像空间对应到参数空间。把平面上的圆转换到参数空间，则图像空间中过点圆对应参数空间中，高度变化下的一个三维锥面，如下图2-4：图2-4 对应参数空间上的三维锥面同理，过图像空间中任意一点的圆对应于参数空间中的一个三维锥面。因此，过图像空间上同一圆上的点，对应的参数空间中的三维锥面，在r高度必然相交于一点(a, b, r)。这样通过检测这一点可以得到圆的参数，相应的圆也可求得了。图像平面的方程转化为参数平面上的示意图,如图2-5所示：图2-5 图像平面的方程转化为参数平面上的示意图这样就对经典hough变化如何将检测从图像空间转到参数空间有了较清晰的了解。2.4 运用Hough变换判别类似圆由于人的头型不可能是绝对圆形的，所以运用Hough变换还不能对头型进行判别和统计，需要对Hough变换进行改进，使其能对类似圆进行判别。变换圆的方程为（2-5）在一个圆上任意选取3个点代入方程式（2-5），分别计算出这3个参数,用两个累加器和来进行计算可能的圆心和半径。在这个方法中，圆周上的3个点的选取原则是：首先按扫描方式在边缘图像上选取第一个像素点；然后根据该点的方向，向对面选取对应弧线上的一点作为第二像素点 ，即点在点的对面位置，而且方向满足对面圆弧所规定的方向；最后，在同一方向上的另一个区域上寻找第三点6。根据圆的性质“圆任意两弦的垂直平分线交于圆心”，在圆周上任意选取3个点(如图2-6所示) ，根据三点的坐标值求出AB 和BC 两线段的中点坐标值、，坐标公式为（2-6），示意图如下： （2-6）图2-6 已知三点求圆心则通过这两点的法线方程 和： （2-7）2.5 Hough变换圆图像处理原理Hough变换目标的形状特征提取是一种有效的方法已被广泛应用，但Hough变换算法主要适用于二值图像，若对灰度图像处理，Hough变换之前需要对其进行预处理（包括图像滤波和边缘检测）。 Hough变换在前期对工作目标检测的图像预处理的结果将直接影响到检测结果是好坏7。2.5.1 已知半径的圆 其实Hough变换可以检测任意的已知表达形式的曲线，关键是看其参数空间的选择，参数空间的选择可以根据它的表达形式而定。比如当检测某一半径的圆的时候，可以选择与原始图像的空间和参数空间的相同的空间。然后在一个圆圈的圆形图像空间对应在参数空间的一个点的参数空间，参数空间中的一个点对应了图像空间中的一个圆，圆图像空间中在同一个圆上的点，其参数在图像空间上是相同的，即a，b相同，那么它们在参数空间中的对应的圆就会过同一个点（a，b）。因此，原始图像空间变换参数空间中的所有点，根据参数的空间聚集度的中点，可以判断图像中的空间有类似圆形图。如果是这样，这个参数是圆的参数。2.5.2 未知半径的圆 在不知道圆的半径情况下，可以被视为是有三个参数的检测圆，圆心和半径。这一次的原理是相同的，但是参数空间的维数增加，计算量随之增大。图像空间任意点对应到参数空间中的一组圆形曲线。其实就是一个圆锥型，参数空间中的任意一个点对应了图像空间中的一个圆。2.5.3 椭圆 椭圆有5个自由参数，所以它的参数空间是5维的，因此他的计算量非常大，所以提出了许多的改进算法。2.5.4 总结 图像空间在同一个圆、直线、椭圆上的点、每个点对应的图形、图像空间、在这些点满足这个条件的方程，所以这些点的参数空间，每个投影后图像将通过在参数空间中的点。另外，在参数空间中，他们将相交于一个点。所以，当参数空间的交汇点越大的话，那么说明原图像空间中满足这个参数的图形越饱满，更象我们要检测的图形。Hough变换可以找到任何曲线，只要你给定相关方程。 Hough变换在检验已知形状的目标曲线间歇性影响不大，有不受图形旋转的影响的优点，即使目标有一个小的缺陷或污染，也可以正确识别8。2.6 Hough变换的优缺点2.6.1 Hough的优点以及运用它所实现的是一种从图像空间到参数空间的映射关系。由于具有一些明显优点和可贵性质，Hough变换的实质是将图像空间内具有一定关系的像元进行聚类，寻找能把这些像元用某一解析形式联系起来的参数空间累积对应点。它具有很好的容错性和鲁棒性，已经在许多领域得以应用，生物医学上，Hough变换检测技术已被成功应用于基于人工智能专家诊断系统；拍摄人体X射线照片和对CT图像的处理以及病情判读；光学显微镜以及对细胞核有自动识别系统的电子显微镜；利用超声波诊断动脉的三维特征的提取；自动化生产中Hough变换已被用于产品部件的故障诊断、自动监视、生产过程的自动检测、计算机辅助制造等。Hough变换在军事上已使用移动目标探测和识别，侦察机，间谍卫星和军用雷达自动目标识别系统的特征提取。例如，应用Hough变换对战斗机形状特征提取和自动识别；应用Hough变换辅以信号检测理论解决并行多运动目标的轨迹跟踪问题。Hough变换在许多办公自动化应用系统中具有很好的应用。例如，使用Hough变换对英文字符特征提取和自动识别，印刷字符识别率高达99.6，手写字符识别率平均也达到了86.9，并已成功地应用于邮政邮件自动分拣、文件处理等。由此可见人们运用Hough变换提高了工作效率，自动化水平等。Hough变换有着广泛的关注程度以及良好的应用前景。Hough变换在计算机视觉和自动目标识别系统中，成为一个强大的边缘线特征提取工具9。2.6.2 Hough变换缺点和改进方法常规Hough变换虽然拥有显著的优势，但是其不足也不容忽视，如果不加以改进，经常会令人无从下手。传统的Hough变换有几个较大的缺点：计算量较大，边缘线上的点映射为参数空间的一个曲面(有时可简化成一条曲线)是一到多的映射；所需要用的内存大；提取的参数受参数空间的量化间隔制约从而导致系统检测速度变慢，无法做到实时控制；参数空间提取精度不够高，因为没有检测到所需的信息，但将做出错误的；判断，从而导致大量的冗余数据。对于传统Hough变换的不足，具体有以下几点： 1、参数是由直线的截距和斜率这两个数据组成，若需增加到三个，即圆心坐标和半径。每个点在参数空间都会映射成一个曲面，是一到多映射，所以计算量会迅速增大； 2、需占用较大的内存空间，运行时间比较长、实时性较差； 3、需要处理的图像一般都会受到外部噪声的干扰，造成较低的信噪比，传统Hough变换检测性能将大幅下降，在对参数空间极大值进行搜索时，因为合适的阈值难以确定，常常会出现“虚峰”和“漏检”的问题10。Hough变换是图像空间的本质将图像空间内具有一定关系的像元进行聚类，可以寻求与像素格式参数空间用某一解析形式联系起来的参数空间累积对应。在参数空间不超过二维情况下，这种转变有比较理想的效果。然而，一旦参数空间的增加，计算能力将大幅增加，而消耗巨大的存储空间，耗时也大幅上涨。因此，多年来在传统的Hough的具体情况，在国内和国外的许多学者将进行各方面的探索，并提出了很多宝贵的改进方案11。1、扩大应用范围，提出各种参数化的方法。在前期的研究中，Hough变换由只对图像中直线进行检测扩展到对圆弧进行检测，甚至能检测多次曲线和任意曲线构成的形状；曲线的参数化方法也由最初的截距型参数发展到截距斜率和倾角型参数、双Hough空间类型参数、检测圆的圆心坐标、圆检测半径参数和检测物体复杂形状的多维临界点参数等。2、提升实时性能，研究者提出了多种减少计算量的方法。对于Hough变换的大计算量不足，提出了用梯度信息来指导Hough变换、分层自适应Hough变换、快速自适应Hough变换以及随机Hough变换（RHT）。用降维的方法来处理高维Hough变换，还可以采用动态量化空间数据结构来改进高维Hough变换等。 3、提高抗干扰能力。大家普遍关注如何提高检测Hough变换时的精度提取问题，比如Hough变换的相对离散化误差、混叠干扰和抗噪声干扰的性能等。此类问题的研究例如，Kiryati、Buckstein提出采用最佳的Kaider窗函数对参数区域进行平滑滤波来减少混叠误差；Hunt、Nolte等人应用信号图像检测理论对Hough变换的抗干扰性能和基于最大后验概率的最佳算法进行了抗干扰性能的对比，并给出了影响Hough变换抗干扰性能的原因。 4、多峰Hough变换参数空间峰值检测的检测方法是集群检测，阈值的选择是成功的关键。其中的一种方法是对图像空间加权，从而更改参数空间峰值的分布；另一种方法是直接对参数空间极大值进行搜索。南京工业大学本科生毕业论文（设计）第三章 基于Hough变换圆技术的客流统计MATLAB的实现3.1 MATLAB的简述MATLAB软件是MathWorks公司推出了高性能计算和可视化软件。它是数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体的软件，构成了方便、友好的用户环境。在这种环境中的问题，用户需要的只是一个简单的数学表达式列表，数字或图形显示的结果，特别是包括所谓的工具箱（Toolbox）的各种应用问题解决工具，这使得它成为专业人士喜爱的工具。 MathWorks公司的MATLAB从美国公司发布了主要面向科学计算、可视化和高科技的计算环境的交互式程序设计。它将数值分析、矩阵计算、可视化和非线性动态系统建模与仿真的许多强大的功能集成在一个易于使用Windows环境、科研、工程设计和许多科学领域的有效的数值计算提供了一个全面的解决方案的必要性，并得到很大程度摆脱传统的非交互式编程语言（如C，FORTRAN语言）编辑模式，代表当前国际先进水平的科学计算软件。 MATLAB和Mathematica、Maple被称为三大数学软件。在数学科学与技术的应用软件中的应用数值应用力首屈一指。MATLAB可以进行矩阵计算、绘图功能和数据、算法、创建用户界面、matlab开发工作界面的编程语言程序。它主要用于工程计算数学，控制设计，信号处理和通信，图像处理，信号检测，金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单元是矩阵，其指令的表达和数学工程形式常用的是类似的，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情要方便的多，并且MATLAB也同时吸收了像Maple等软件的优点，使得MATLAB成为一个强大的数学工程类软件。在最新的版本中还加入了对C，FORTRAN，C+，JAVA的支持，程序能直接调用，用户也可以把自己编写的运用程序导入到MATLAB函数库中以方便自己以后调用。此外很多MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接下载就可以使用，这使得程序之间的转化更为方便12。3.2 基于Matlab的Hough变换检测圆的实现3.2.1 Hough变换检测圆算法的设计步骤假定前面的图像是黑白图像(二值图像)，其实这些二值图像大多都是彩色图像或灰度图像通过边缘提取得到的。本文前面提到的，图像边缘除了位置信息，方向信息也很重要，根据圆的循环性质，圆的半径一定在垂直于圆的切线的直线上，换一句话说，在圆上任意一点的法线上。因此，要解决上述问题，我们仍采用二维参数空间，对于图像上的每一前进点，加上它的方向信息，都可以确定出一条直线，并且圆的圆心就在这条直线上，从而问题就会简单许多，我们就可以利用极坐标表示圆的一种算法流程，步骤如下：1、图像灰度化，二值化（注意：二值化的好坏对检测结果有很大影响）。2、检测图像中的边缘点，并保存其坐标位置。设置角度theta的变化范围和步长，半径r的变换范围和步长。3、利用公式,求出和的值。（注意：和为实际的图像空间某个边缘点的坐标，和为其对应的参数空间的坐标），如果和的值在合理的范围之类，则对该位置进行累加。4、检索完毕，寻找最大值，求出圆心坐标与半径，保存。3.2.2 Hough变换检测圆的Matlab算法概述该算法通过，将圆图像中的边缘点 映射到参数空间中，由于是数字图像且采取极坐标，和都取一定的范围和步长，这样通过两重循环（循环和循环）即可将原图像空间的点映射到参数空间中，再在参数空间（即一个由许多小立方体组成的大立方体)中寻找圆心，然后求出半径坐标。需要设置的参数分为输入参数和输出参数：1、输入参数：BW：二值图像；step_r：检测的圆半径步长；step_angle：角度步长，单位为弧度；r_min：最小圆半径 r_max：最大圆半径；：以p*hough_space的最大值为阈值，取0，1之间的数。注意半径范围的选取，直接影响到想要检测的圆。而且，如果图像太大，且步长取得太小，可能会存在内存不够的情况。2、输出参数：hough_space：参数空间，表示圆心在半径为的圆上的点数；hough_circl：二值图像，检测到的圆；para：检测出的圆的圆心、半径。3.3素材的提取和处理为了完成MATLAB模拟，需要一段载入监视拍摄的视频，方向是从上向下，拍摄取时长大约1分钟，截取这段视频中比较清楚的10秒钟左右并对视频进行处理，截取视频转化为AVI格式，将视频的大小控制在MATLAB允许的内存范围内，使得能顺利导入MATLAB。3.4 MATLAB中视频操作界面GUIDE的制作3.4.1创建Matlab GUI界面通常有两种方式：1、使用 .m 文件直接动态添加控件，在 .m文件中动态添加。例如h_main=figure(name,a demo of gui design,menubar,none,numbertitle,off,position,100 100 300 100);h_edit=uicontrol(style,edit,backgroundcolor,1 1 1,position,20 20 50 20,.tag,myedit,string,1,horizontalalignment,left);h_but1=uicontrol(style,pushbutton,position,20 50 50 20,string,INC,.callback,v=eval(get(h_edit,string);,.set(h_edit,string,int2str(v+1););h_but2=uicontrol(style,pushbutton,position,80 50 50 20,string,DEC,.callback,v=eval(get(h_edit,string);,set(h_edit,string,int2str(v-1););以上所完成的是一个用户界面设计演示的GUI界面，如图3-1图3-1 GUI设计演示 2、使用 GUIDE 快速的生成GUI界面，在Command 里面输入GUIDE或者从菜单里面，或者从快捷按钮均可进入GUIDE。新建并且保存后，会生成相应的fig文件和m文件，在Layout编辑视图，可以使用如下工具：Layout Editor：布局编辑器；Alignment Tool：对齐工具；Property Inspector：对象属性观察器；Object Browser：对象浏览器；Menu Editor：菜单编辑器。3.4.2 基于Hough变换圆检测技术的客流统计软件系统的GUI界面的制作步骤1、点击MATLAB桌面工具条上的图标，运行GUIDE指令。2、创建新的GUI文件，选择适当页面以及模版。下图3-2为供选择的几种GUI模版。选择第一个模版 BLANK GUI （带空白模版的界面编辑器）图3-3。图3-2 GUI的几种模版图3-3 BLANK GUI空白模版编辑器3、在BLANK GUI空白模版编辑器进行编辑，点击GUIDE菜单File中的Preferences对话框，勾选“Show names in component palette”项，点击确定键。在“组件模块区”点选“轴（Axes）”图标，在设计工作区的适当位置用鼠标拉出大小适合的“轴位框”，双击轴位区，引出“属性编辑器”并在其中做适当修改。点击模块区“静态文本框”，通过鼠标拖拉操作把该文本框的设置在“轴位框”的正上方，用鼠标调节文本框的大小并在文本框内输入“基于HOUGH变换圆检测技术的客流统计软件系统”，分别在“轴位框”的左上方和右侧框选文本框，分别在文本框内填写“视频显示区”、“操纵区”、“此时客流量”、“总客流量”、“视频处理进度”，“FontSize”大小设置为10.0。在模块区选择“Push Button”单稳态控件，该功能键是在界面上设置控制组件，在“轴位框”的又方鼠标拖选四个矩形，双击使其大小相同，分别在“属性编辑器”内填写为“输入载入视频”、“框选区域”、“开始检测”、“退出系统”，“FontSize”大小设置为10.0。点选“可编辑文本框（Edit Text）”图标，用鼠标分别在“此时客流量”和“总客流量”稳态文本框后面拉出两个相同大小的编辑显示区，“FontSize”大小设置为10.0，“Spring”项上不填写，使其初始显示为空白，并且使其位置上下齐平。最后是“滑键”的配置，点击“滑键（Slider）”图标，在“稳态文本框”“总客流量”正下方拉出一个矩形，双击设置“FontSize”大小为8.0，“Max”阻尼比的最大值为1.0，“Min”阻尼比的最小值为0，“Value”设置为0，使游标在最左端。这样，稍做修改，“基于HOUGH变换圆检测技术的客流统计软件系统”的MATLAB GUI模拟演示界面就完成了，点击GUIDE工具条上的“Run Figure”保存激活运行键，保存并用客流统计的英文名Passenger Flow Statistics命名界面，可以得到界面图形文件PassengerFlowStatistics.fig以及界面执行文件