计算机视觉07第四章特征提取.ppt
《计算机视觉07第四章特征提取.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《计算机视觉07第四章特征提取.ppt(62页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第四章第四章 特征的提取与匹配特征的提取与匹配特征的提取和匹配特征的提取和匹配对于左图像中的每一个特征对于左图像中的每一个特征左图像左图像角点角点线线结构结构特征的提取和匹配特征的提取和匹配在右图像中寻找相似度最大的特征在右图像中寻找相似度最大的特征右图像右图像角点角点线线结构结构基于特征的计算机视觉处理的一般流程基于特征的计算机视觉处理的一般流程特征提取特征提取确定显著性图像特征(点、线、面)的位置确定显著性图像特征(点、线、面)的位置特征描述特征描述对特征进行紧凑、唯一、可理解的描述对特征进行紧凑、唯一、可理解的描述特征匹配特征匹配在其它图像中寻找相似度最大的特征在其它图像中寻找相似度最大
2、的特征特征跟踪(可选,一般用于视频处理)特征跟踪(可选,一般用于视频处理)仅在原有特征的很小的邻域范围内寻找特征仅在原有特征的很小的邻域范围内寻找特征主要内容主要内容 点特征的处理点特征的处理面特征的处理面特征的处理边缘特征的处理边缘特征的处理线特征的处理线特征的处理点特征提取算法点特征提取算法点特征主要指明显点,提取点特征的算子称为兴趣算子或有利算子 点特征的灰度特征点特征的灰度特征Moravec算子算子 Moravec于1977年提出利用灰度方差提取点特征的算子 rcw(1)计算各像素的兴趣值 IVK=int(w/2)(2 2)给定一经验阈值,将兴趣值大给定一经验阈值,将兴趣值大于阈值的点
3、作为候选点。于阈值的点作为候选点。(3 3)选取候选点中的极值点作为)选取候选点中的极值点作为 特征点特征点。综综上上所所述述,Moravec算算子子是是在在四四个个主主要要方方向向上上,选选择择具具有有最最大大最最小灰度方差的点作为特征点。小灰度方差的点作为特征点。Forstner算子算子 计算各像素的计算各像素的RobertsRoberts梯度梯度和像素(和像素(c c,r r)为中心)为中心的一个窗口的的一个窗口的灰度自方差矩阵灰度自方差矩阵,在图像中寻找具有,在图像中寻找具有尽可能小而接近圆的误差椭圆的点作为特征点。尽可能小而接近圆的误差椭圆的点作为特征点。-111-1Roberts梯
4、度梯度crl(l l)计算各像素的)计算各像素的RobertsRoberts梯度梯度 Forstner算子步骤算子步骤(2 2)计算)计算l l(如(如5 5 5 5或更大)窗口或更大)窗口中灰度的自方差矩阵中灰度的自方差矩阵 哪个图像块更容易被定位?哪个图像块更容易被定位?Aperture problems for different image patches:判断两幅图像的相似度判断两幅图像的相似度由于无法得到另一幅图像,只能在当前图像内寻找由于无法得到另一幅图像,只能在当前图像内寻找根据泰勒级数展开,根据泰勒级数展开,可得,可得,图像自相关函数分析图像自相关函数分析矩阵矩阵A A与信号
5、处理中的自相关函数密切相关与信号处理中的自相关函数密切相关.设设,为矩阵为矩阵A A的特征值,则的特征值,则,与局部自相关函数的与局部自相关函数的主曲率成比例主曲率成比例.当两个曲率都低时,局部自相关函数是平坦的,那么窗口图当两个曲率都低时,局部自相关函数是平坦的,那么窗口图像区域的灰度值近似为常量;当只有一个曲率高而另一个曲像区域的灰度值近似为常量;当只有一个曲率高而另一个曲率低时,局部自相关函数呈脊形,那么率低时,局部自相关函数呈脊形,那么E E只有当沿山脊移动时只有当沿山脊移动时变化小,这就表示是边缘;当两个曲率都高时,局部自相关变化小,这就表示是边缘;当两个曲率都高时,局部自相关函数是
6、尖峰,那么函数是尖峰,那么E E在任意方向上移动都会增加,这就表示是在任意方向上移动都会增加,这就表示是角点角点.因此我们可以由因此我们可以由,的值判断是否是角点。为了不对的值判断是否是角点。为了不对M M进进行分解求特征值,可以采用行分解求特征值,可以采用Tr(A)Tr(A)和和Det(A)Det(A)来代替来代替,(3 3)计算兴趣值)计算兴趣值q q与与w w DetNDetN代表矩阵代表矩阵N N之行列式之行列式trNtrN代表矩阵代表矩阵N N之迹之迹(4)确定待选点 当 同时 ,该像素为待选点(5)选取极值点 即在一个适当窗口中选择最大的待选点 Harris算子算子角点是景物轮廓线
7、上曲率的局部极大点,对掌握景物角点是景物轮廓线上曲率的局部极大点,对掌握景物的轮廓特征具有决定作用。一旦找到了景物的轮廓特的轮廓特征具有决定作用。一旦找到了景物的轮廓特征点也就大致掌握了景物的形状。直观的讲,角点就征点也就大致掌握了景物的形状。直观的讲,角点就是图像上所显示的物体边缘拐角所在的位置点。是图像上所显示的物体边缘拐角所在的位置点。HarrisHarris角点检测法是一种基于图像灰度的检测方法,角点检测法是一种基于图像灰度的检测方法,这类方法主要通过计算点的曲率及梯度来检测角点。这类方法主要通过计算点的曲率及梯度来检测角点。该方法是由该方法是由HarrisHarris和和Stephe
8、nStephen于于19881988年提出来的,也年提出来的,也叫叫PlesseyPlessey角点检测法。其基本思想与角点检测法。其基本思想与MoravecMoravec角点算角点算子相似,但对其作了许多改进。子相似,但对其作了许多改进。MoravecMoravec角点算子角点算子计算各像素沿同方向的平均灰度变化,选取最小值作为对应计算各像素沿同方向的平均灰度变化,选取最小值作为对应像素点的角点响应函数。定义在一定范围内具有最大角点响像素点的角点响应函数。定义在一定范围内具有最大角点响应的像素点为角点。应的像素点为角点。MoravecMoravec角点算子简单快速,但是它存在一些缺点角点算子
9、简单快速,但是它存在一些缺点:各向异性各向异性,只考虑四个方向只考虑四个方向对强边界敏感对强边界敏感,只考虑了兴趣值的最小值只考虑了兴趣值的最小值 HarrisHarris角点算子角点算子这里一阶微分可以由下面的式子近似这里一阶微分可以由下面的式子近似 因此因此,E,E可以表现成可以表现成:HarrisHarris角点算子角点算子为消除噪声为消除噪声,进行高斯平滑进行高斯平滑:在平移方向在平移方向(x(x,y)y)上的上的E E可以表示如下可以表示如下:M为为 2 22 2的矩阵的矩阵:HarrisHarris角点算子角点算子兴趣值的计算公式为兴趣值的计算公式为:HarrisHarris算法认
10、为,特征点是局部范围内的极大兴趣值对应的像算法认为,特征点是局部范围内的极大兴趣值对应的像素。因此,在计算完各点的兴趣值后,要提取出原始图像中的素。因此,在计算完各点的兴趣值后,要提取出原始图像中的所有局部兴趣值最大的点。所有局部兴趣值最大的点。实际操作中,可以依次取出每个像素的实际操作中,可以依次取出每个像素的8 8邻域中的邻域中的8 8个像素,从个像素,从中心像素和这中心像素和这8 8个像素中提出最大值,如果中心点像素的兴趣值个像素中提出最大值,如果中心点像素的兴趣值就是最大值,则该点就是特征点。就是最大值,则该点就是特征点。在提取特征点时,凡满足大于某一阈值的像素点均可被认为是在提取特征
11、点时,凡满足大于某一阈值的像素点均可被认为是特征点。特征点。阈值选取的方法:通过确定图像中所能提取的最大可能的特征阈值选取的方法:通过确定图像中所能提取的最大可能的特征点数目点数目N N来选择值最大的若干像素点作为特征点。局部极值点的来选择值最大的若干像素点作为特征点。局部极值点的数目往往很多,根据数目往往很多,根据I I值进行排序,取其前值进行排序,取其前N N个为特征点。个为特征点。SUSAN算子算子SUSANSUSAN算法由算法由Smith S MSmith S M在在19971997年提出年提出,是一是一种基于结构元的点特征提取算子种基于结构元的点特征提取算子.SUSANSUSAN是是
12、“Smallest Univalue Segment Smallest Univalue Segment Assimilating NucleusAssimilating Nucleus”的缩写的缩写,即同化核即同化核分割最小值。分割最小值。假设有一个圆形的区域假设有一个圆形的区域,称其为掩模。它的称其为掩模。它的中心有一个核中心有一个核,假设这个核的灰度值与黑色假设这个核的灰度值与黑色区域的灰度值相近。区域的灰度值相近。SUSAN算子算子SUSAN算子算子在整个区域内移动这个掩模在整个区域内移动这个掩模,它与黑色区域将有不同的接它与黑色区域将有不同的接触情况。不失一般性触情况。不失一般性,在
13、图中表示了其中的四种情况:在在图中表示了其中的四种情况:在掩模所处的区域内掩模所处的区域内,这些点与掩模核的灰度值如果相近的这些点与掩模核的灰度值如果相近的话话,就称这些点构成的区域是就称这些点构成的区域是USAN(Univalue Segment USAN(Univalue Segment Assimilating Nucleus),Assimilating Nucleus),即同化核分割相同值区域。根据即同化核分割相同值区域。根据这一定义可知上图各种情况下,由设定的掩模所确定的这一定义可知上图各种情况下,由设定的掩模所确定的USANUSAN如下图所示如下图所示:SUSAN算子算子图图2 2
14、是图是图1 1中相应掩模位置的中相应掩模位置的USANUSAN标识图标识图,图中黑图中黑色区域即为色区域即为USAN,USAN,可以看到可以看到USANUSAN包含了图像结构包含了图像结构的重要信息。掩模核及掩模完全包含在图像(黑的重要信息。掩模核及掩模完全包含在图像(黑色区域)中时,色区域)中时,USANUSAN的值最大;掩模核处在图像的值最大;掩模核处在图像的一条直线边缘附近时,的一条直线边缘附近时,USANUSAN值接近其最大值的值接近其最大值的一半;掩模核若在图像的一个角点处,则一半;掩模核若在图像的一个角点处,则USANUSAN值值接近最大值的四分之一。在一幅图像中搜索图像接近最大值
15、的四分之一。在一幅图像中搜索图像角点或边缘点,就是搜索角点或边缘点,就是搜索USANUSAN最小(小于一定值)最小(小于一定值)的点,即搜索最小化同化核分割相同值。这样可的点,即搜索最小化同化核分割相同值。这样可得到特征点检测的得到特征点检测的SUSANSUSAN算法。算法。SUSAN算子算子构造一个(圆形)掩模,遍历图像的每一个点。判断掩构造一个(圆形)掩模,遍历图像的每一个点。判断掩模所掩盖的区域内的点与掩模的相似程度,采用以下相模所掩盖的区域内的点与掩模的相似程度,采用以下相似比较函数似比较函数:n 掩模区域的掩模区域的USANUSAN值为值为:n为为USANUSAN中像素个数,它给出了
16、中像素个数,它给出了USANUSAN值。值。SUSAN算子算子将与某固定阈值相比较,得到将与某固定阈值相比较,得到SUSANSUSAN算法对图像角点的响算法对图像角点的响应函数如下式所示:应函数如下式所示:为为n的最大值的最大值 n为提高抗噪声干扰能力,在利用为提高抗噪声干扰能力,在利用USANUSAN值进行阈值比较时,不仅值进行阈值比较时,不仅设定一个上限设定一个上限g,有时还设定一个下限有时还设定一个下限d.下限的设定是为了排除孤下限的设定是为了排除孤立噪声点的干扰,通常情况下取立噪声点的干扰,通常情况下取2 21010个像素。同时,利用个像素。同时,利用USANUSAN重心与核心点连线上
17、的像素点的边缘初始值要相近的条件来消除重心与核心点连线上的像素点的边缘初始值要相近的条件来消除错误的角点。错误的角点。几种算子性能的比较几种算子性能的比较图像质量较好时图像质量较好时ForstnerForstner算子在纹理丰富地区特征点也丰富,算子在纹理丰富地区特征点也丰富,在纹理匮乏地区几乎没有;在纹理匮乏地区几乎没有;SusanSusan算子适合提取大量密集的特征点,速度算子适合提取大量密集的特征点,速度很快;很快;HarrisHarris算子提取的特征点分布较为均匀,且速算子提取的特征点分布较为均匀,且速度精度适中;度精度适中;几种算子性能的比较几种算子性能的比较图像中噪声较多时图像中
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 计算机 视觉 07 第四 特征 提取
限制150内