OpenCV教程(43) harris角的檢測(1)

      計算機視覺中，我們經常要匹配兩幅圖像。匹配的的方式就是通過比較兩幅圖像中的公共特征，比如邊，角，以及圖像塊（blob）等，來對兩幅圖像進行匹配。

     相對於邊，角更適合描述圖像特征，比如下面的圖像中，大概有6種特征，我們用A、B、C、D、E、F來描述，其中A, B是平的區域，在圖像中很難精確定位，C,D是邊，比A,B好些，但是圖像中的邊也很多，定位到某個邊也比較困難，相比來說E,F的角更適合描述當前的圖像的特征，也更好檢測，因為你不論怎么移動圖像，這些角的特征都和圖像其它部分不同。所以在計算機視覺中，我們通常用角來描述圖像特征。

E,F中的角我們通常稱作角點（corner points），他們具有以下特征：

–局部窗口沿各方向移動，均產生明顯變化的點

–圖像局部曲率突變的點

      在這篇教程中，我們來學習如何在圖像中檢測harrs特征角，harris特征角最早在paper A Combined Corner and Edge Detector中被Chris Harris & Mike Stephens提出。

     Harris角點檢測的基本思想：從圖像局部的小窗口觀察圖像特征，在各個方向移動都會導致圖像灰度的明顯變化，也就是說圖像的梯度在各個方向有很大變化。

      下面我們看看harris角的計算方法：

    對於灰度圖像 ，我們在窗口內，用x方向的偏移u和y方向的偏移v，掃過所有像素，得到一個圖像灰度值的變化和。

• 表示在 位置的窗口。
• 是 位置的圖像灰度值。
• 是位置 的圖像灰度值。

     由於我們要在一個窗口內查找harris特征角，所以我們必須找到變化最大的窗口，這個窗口內肯定存在特征角，所以我們定義下面的方程，並用泰勒級數展開式子：

• 

• 

• 

• 表示成矩陣乘法形式：

  

• 假設

  

• 則有：

  

• 對每一個窗口計算得到一個分數R，根據R的大小來判定窗口內是否存在harris特征角。分數R根據下面公式計算得到：

  

  這里:(是矩陣M的2個特征值，k是一個指定值，這是一個經驗參數，需要實驗確定它的合適大小，通常它的值在0.05和0.5之間)。

  • det(M) =
  • trace(M) =
  • R取決於M的特征值，對於角點|R|很大，平坦的區域|R|很小，邊緣的R為負值

  

  在opencv中，我們可以通過函數cv::cornerHarris 計算特征角，

C++: void cornerHarris(InputArray src, OutputArray dst, int blockSize, int ksize, double k, intborderType=BORDER_DEFAULT )

Parameters:

• src – 單通道8位或者浮點圖像。
• dst – 存儲 Harris 角的結果圖像，它的格式為：CV_32FC1，圖像大小和源圖像一致。
• blockSize – 就是掃描時候窗口的大小。
• ksize – Sobel() 算子使用的值。
• k – 上面介紹的計算R時候的k參數值。
• borderType –像素插值方法。

下面的代碼顯示一副圖像的harris角檢測結果：

// 讀入輸入圖像
cv::Mat image= cv::imread("../church01.jpg",0);
if (!image.data)
    return 0;

// 顯示圖像
cv::namedWindow("Original Image");
cv::imshow("Original Image",image);

// 檢測 Harris Corners
cv::Mat cornerStrength;
cv::cornerHarris(image,cornerStrength,
    3,     // neighborhood size
    3,     // aperture size
    0.01); // Harris parameter

//二值化harris角的檢測結果
cv::Mat harrisCorners;
double threshold= 0.0001;
cv::threshold(cornerStrength,harrisCorners,
    threshold,255,cv::THRESH_BINARY_INV);

// 顯示結果
cv::namedWindow("Harris Corner Map");
cv::imshow("Harris Corner Map",harrisCorners);
下面是程序的運行結果：

程序代碼：參考工程文件FirstOpenCV48

代碼下載：http://yunpan.cn/Q4a6K68ASC5Xy