Harris 角点检测(Harris corner detection)

在许多应用中,会运用到特征提取。

比如,把下方两张图片缝合成一张图片。哪么从哪些地方开始缝合呢?这些地方可以通过特征提取找到。

1、特征

  • 图片上的特征点应该具有怎样的特性?

a. 图片上的特征点不随图片的变化(平移,旋转,放大,缩小等)而改变

b. 图片上的特征点不随图片的亮度变化而改变

  • 图片上什么样的区域能够看成是特征点? 平面?边缘?角?

角,因为小窗口在任意方向的移动,都可以引起大的变化

 

2、Harris角点检测

2.1 原理推导

移动窗口W,位移为(u,v),比较移动前后的像素变化

定义SSD(sum of squared differences)来量化这种变化,变化越大越好。

泰勒展开 I(x+u,y+v)

如果u,v的值很小,上式最后面的高阶项可以去掉。

所以:

简化上式:

如果把H看成一个椭圆,椭圆方程如下图所示。

椭圆长短轴的长度由H的特征值来确定,椭圆长短轴的方向由H的特征向量来确定。

平面,边沿,角,H表示的椭圆都不一样。

对于平面,H的特征值都很小,接近于0

对于边沿,H的特征值一大一小,小的接近于0

对于角,H的特征值都很大。

所以,设定一个阈值,当\lambda_\min大于这个阈值时,即可检测为角。

实例图如下图所示,下图所示的\lambda_\min看起来很小,但比零大

直接求解\lambda_\min比较费时,还有一种方便的近视计算方法,f的值非常接近与\lambda_\min

Harris 算子

2.2 Harris角点检测总结

  • 计算图片的梯度
  • 求H矩阵
  • 计算H矩阵的特征值
  • 设定一个阈值,当\lambda_\min大于这个阈值时,即可检测为角
  • 非极大值抑制

实际上,仅计算一个小的窗口W的效果不是特别好,学者基于到中心点的距离给导数赋予不同的权重。

这些权重可以通过高斯滤波器实现。

基于以上改变,Harris角点检测可以更新为:

  • 计算图片的梯度
  • 求H矩阵
  • 高斯滤波
  • 计算新H矩阵的特征值
  • 设定一个阈值,当\lambda_\min大于这个阈值时,即可检测为角
  • 非极大值抑制

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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