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python opencv入门 Harris角点检测(31)


内容来自OpenCV-Python Tutorials 自己翻译整理

角点检测原理参考此博客

目标:

理解Harris角点检测的概念
使用函数cv2.cornerHarris(),cv2.cornerSubPix()

原理:

借上面参考博客的一张图
这里写图片描述

Harris角点检测的方法大概原理就是建立一个窗口区域,然后以当前窗口为中心向各个方向进行偏移。

如上图所示,第一个窗口向各个方向偏移的时候,像素的值没有变化,因为窗口偏移的时候没有遇到任何边缘信息。
第二个图,窗口当中有一个直线,如果当前窗口进行上下的移动,也没回有像素值发生变化(在其他方向上灰度值也会变化)。
第三个图,窗口覆盖了一个“拐角”,如果窗口进行偏移,任何方向上都会有像素变化。

所以,第三张图片判断为检测到角点。

设图像I(x,y)表示图像在(x,y)点的像素信息,窗口在点(x,y)处移动(Δx,Δy)后计算到的所有差异总和记为
c(x,y;Δx,Δy)=u,vWindow(x,y)w(u,v)(I(u,v)I(u+Δx,v+Δy))2

Window(x,y)是以x,y为中心的窗口,w(u,v)是一个加权值,可以是常数值也可以是高斯加权函数(在后会被忽略掉)

使用泰勒展开式对图像I(x,y)在移动(Δx,Δy)处一阶展开。

I(u+Δx,v+Δy=I(u,v)+Ix(u,v)Δx+Iy(u,v)Δy+O(Δx2,Δy2)

上面公式右侧约等于
I(u,v)+Ix(u,v)Δx+Iy(u,v)Δy

其中IxIy为分别对x和y的偏导数

将上面得到的结果代入第一个公式中

C(x,y;Δx,Δy)Window(Ix(u,v)Δx+Iy(u,v)Δy)2

使用矩阵的表示方法就是

这里写图片描述

(图片来自上面的网站,为了方便,直接截图)

可以将图中的第一个公式看成是一个椭圆的方程,矩阵的特征值就是它的长轴和短轴长度。
记为λ1λ2

可以根据这些特征值判断一个区域是否是角点,这里使用打分函数
R=det(M)k(trace(M))2来判断是否是角点
k值一般取0.04到0.06

  • λ1λ2都小时,R也小,此区域平坦。
  • 其中一个远大于另外一个时,R小于0,此区域为边缘
  • 都很大的时候,R也很大,判断为角点。

如下图
这里写图片描述

方向导数IxIy可以使用cv2.Sobel()函数得到

Harris角点检测的结果是灰度图,图中的值为角点检测的打分值。需要选取合适的阈值对结果进行二值化来检测角点。

opencv中的Harris检测方法
使用函数 cv2.cornerHarris()

参数如下:

  1. img 输入图像,数据类型为float32
  2. blockSize 角点检测当中的邻域值。
  3. ksize 使用Sobel函数求偏导的窗口大小
  4. k 角点检测参数,取值为0.04到0.06

代码如下

import cv2
import numpy as np

filename = '2.jpg'

img = cv2.imread(filename)
gray = cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY)
gray = np.float32(gray)
#图像转换为float32
dst = cv2.cornerHarris(gray,2,3,0.04)
#result is dilated for marking the corners, not important
dst = cv2.dilate(dst,None)#图像膨胀
# Threshold for an optimal value, it may vary depending on the image.
#print(dst)
#img[dst>0.00000001*dst.max()]=[0,0,255] #可以试试这个参数,角点被标记的多余了一些
img[dst>0.01*dst.max()]=[0,0,255]#角点位置用红色标记
#这里的打分值以大于0.01×dst中最大值为边界

cv2.imshow('dst',img)
if cv2.waitKey(0) & 0xff == 27:
    cv2.destroyAllWindows()

这里写图片描述

能看到有些红点

如果打分值降低为0.00000001*dst.max()
结果如下
这里写图片描述

亚像素级精确度的角点

使用cv2.cornerSubPix()函数

首先找到Harris角点,然后将找到某个角点的所有角点坐标值的重心传入该函数(因为一个角点上面可能一堆找到的角点值,需要取重心)
红色标记Harris角点,绿色像素标记修正后的角点。进行迭代运算,迭代一定次数后停止即可。

import cv2
import numpy as np

filename = 'chessboard2.jpg'
img = cv2.imread(filename)
gray = cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY)

#找到Harris角点
gray = np.float32(gray)
dst = cv2.cornerHarris(gray,2,3,0.04)
dst = cv2.dilate(dst,None)
ret, dst = cv2.threshold(dst,0.01*dst.max(),255,0)
dst = np.uint8(dst)

#找到重心
ret, labels, stats, centroids = cv2.connectedComponentsWithStats(dst)

#定义迭代次数
criteria = (cv2.TERM_CRITERIA_EPS + cv2.TERM_CRITERIA_MAX_ITER, 100, 0.001)
corners = cv2.cornerSubPix(gray,np.float32(centroids),(5,5),(-1,-1),criteria)
#返回角点
#绘制
res = np.hstack((centroids,corners))
res = np.int0(
                        
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原文链接:https://blog.csdn.net/tengfei461807914/article/details/78009887
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  • 发表于 2020-03-07 15:35:26
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