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Programming Computer Vision
with Python
Jan Erik Solem
February 15, 2012
Programming Computer Vision with Python
Copyright ©2011 Jan Erik Solem. All rights reserved.
2
Contents
Introduction 7
Prerequisites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Introduction to Computer Vision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Python and NumPy ...................................10
Notation and Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1 Basic Image Handling and Processing 13
1.1 PIL – the Python Imaging Library . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2 Matplotlib ....................................15
1.3 NumPy ........................................20
1.4 SciPy ........................................31
1.5 Advanced example: Image de-noising . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2 Local Image Descriptors 45
2.1 Harris corner detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2 SIFT - Scale-Invariant Feature Transform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.3 Matching Geotagged Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3 Image to Image Mappings 71
3.1 Homographies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.2 Warping images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.3 Creating Panoramas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4 Camera Models and Augmented Reality 101
4.1 The Pin-hole Camera Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.2 Camera Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.3 Pose Estimation from Planes and Markers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
4.4 Augmented Reality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
3
5 Multiple View Geometry 125
5.1 Epipolar Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.2 Computing with Cameras and 3D Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.3 Multiple View Reconstruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
5.4 Stereo Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
6 Clustering Images 157
6.1 K-means Clustering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
6.2 Hierarchical Clustering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.3 Spectral Clustering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
7 Searching Images 181
7.1 Content-based Image Retrieval . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
7.2 Visual Words . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
7.3 Indexing Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
7.4 Searching the Database for Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
7.5 Ranking Results using Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
7.6 Building Demos and Web Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8 Classifying Image Content 203
8.1 K-Nearest Neighbors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.2 Bayes Classifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
8.3 Support Vector Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
8.4 Optical Character Recognition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
9 Image Segmentation 231
9.1 Graph Cuts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
9.2 Segmentation using Clustering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
9.3 Variational Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
10OpenCV 247
10.1The OpenCV Python Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
10.2OpenCV Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
10.3Processing Video . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
10.4Tracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
10.5More Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
A Installing Packages 269
A.1 NumPy and SciPy .................................269
A.2 Matplotlib . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
A.3 PIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
4 CONTENTS
A.4 LibSVM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
A.5 OpenCV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
A.6 VLFeat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
A.7 PyGame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
A.8 PyOpenGL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
A.9 Pydot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
A.10Python-graph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
A.11Simplejson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
A.12PySQLite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
A.13CherryPy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
B Image Datasets 277
B.1 Flickr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
B.2 Panoramio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
B.3 Oxford Visual Geometry Group . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
B.4 University of Kentucky Recognition Benchmark Images . . . . . . . . . . . 279
B.5 Other . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
C Image credits 281
CONTENTS 5
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资源评论
- 梦寻飞2014-06-23很不错的资料
- VGZXZHUYDSUH2014-08-10找这本书很久了,终于找到了。多谢
- lq52las2014-07-12正找着视觉分析的材料,感谢楼主
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