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针对Harris角点检测算法在应用中实时性较差和运算量较大, 同时抗噪能力较差等问题, 提出一种基于Harris算法的改进算法, 利用图像局部加权熵与最小亮度变化(MIC)算法相结合的方法进行角点检测。首先, 运用图像局部加权熵算法思想, 初步得出候选角点集;然后计算Harris算法的角点响应函数(CRF)值, 将候选角点按CRF值大小差分为三类; 最后使用自适应模板和阈值的MIC算法进行角点检测, 得出最佳匹配点。实验结果表明, 该方法提高了原算法的实时性, 增加了角点提取数量和准确性, 并且能够有效去除大多数伪角点。
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激光与光电子学进展
,
(
)
Laser&O
p
toelectronicsPro
g
ress
«
中国激光
»
杂志社
基于图像局部加权熵和自适应阈值的角点检测算法
王
民
,
刘
涛
,
贠 卫 国
西安建筑科技大学信息与控制工程学院
,
陕西 西安
摘要
针对
角点检测算法 在 应 用 中 实 时 性 较 差 和 运 算 量 较 大
,
同 时 抗 噪 能 力 较 差 等 问 题
,
提 出 一 种 基 于
算法的改进算法
,
利用图像局部加 权熵 与最 小亮 度变 化
(
)
算 法 相 结 合 的 方 法 进 行 角 点 检 测
.
首 先
,
运
用图像局部加权熵算法思想
,
初步得出候选角点集
;
然后计算
算法的角点响应函数
(
)
值
,
将候 选 角点按
值大小差分为三类
;
最后使用自 适 应 模 板 和 阈 值 的
算 法 进 行 角 点 检 测
,
得 出 最 佳 匹 配 点
.
实 验 结 果 表
明
,
该方法提高了原算法的实时性
,
增加了角点提取数量和准确性
,
并且能够有效去除大多数伪角点
.
关键词
图像处理
;
角点检测
;
局部加权熵
;
自适应阈值
;
算法
;
最小亮度变化算法
中图分类 号
文献标识 码
doi
:
.
/
LOP.
CornerDetectionAl
g
orithm BasedonLocalWei
g
hted
Entro
py
andAda
p
tiveThreshold
Wan
g
Min LiuTao Yun Wei
g
uo
Schoolo
f
In
f
ormationandControlEn
g
ineerin
g
Xi
anUniversit
y
o
f
ArchitectureandTechnolo
gy
Xi
an
Shaanxi
China
Abstract
Ke
y
words
OCIScodes
收稿日期
:
;
收到修改 稿日期
:
基金项 目
:
住房城乡建设部科学技术项目计划
(
)、
陕西省教育厅专项基金
(
)、
陕西 省 科学技 术 研
究发展计划项目
[
(
)]、
陕西省自然科学基金青年基金
(
)
作者简介
:
王
民
(
—),
男
,
本科
,
教授
,
主要从事智能信息处理方面的研究
.
:
通信联系 人
.
:
引
言
角点检测是一种低层次的图像处理技术
.
角点特征是图像的一种重要的二维局部特征
,
包含 了大 量的
局部特征和形状特征
,
对掌握目标轮廓具有决定作用
.
角点特征具有计算量少
,
不随光照条件改变以及在旋
转
、
平移
、
缩放等情况下均不会改变 的优点
[
]
.
角点作 为 特征点 用 于各种 图 像处理 中
,
在三维 重 建
、
图像匹
配
、
运动估计
、
目标识别和跟踪中具有非常重要的应用
,
尤其在实时处理系统中具有很高的应用价值
[
]
.
因
此
,
角点检测的准确性对后续的图像处理具有重要影响
.
,
(
)
激光与光电子学进展
目前角点算法主要分三类
:
)
基于模板匹配的角点检测
[
]
;
)
基于 边缘 特征 的角 点检 测
[
]
;
)
基于 图
像灰度计算的角点检测
.
第一类方法由于模板的多样性造成匹配计算复杂度较大
,
应用 受到 限制
.
第二 类
方法由于先天边缘提取效果的影响
,
应用也受到限制
.
第三类方法通过计算图像 中像 素点 的曲 率和 梯度 来
检测
,
避免了其他两类方法的先天影响
,
同时减少了算法的难度和运算量
.
因此
,
基于 图像 灰度 的检 测算 法
应用广泛
,
其中代表算法有
算法
[
]
、
算法
[
]
、
算法
[
]
和最小亮度变化
(
)
算法等
.
算法在这些算法当中检测效果较好
,
但该算法需要先对每一个像素点计 算角 点响 应函 数
(
)
值
,
然后在邻域选择最优点
,
计算量大
,
难以满足实时性要求
.
同时
,
传统的 角点 检测 算法 中
,
需要 人为 的给
出经验阈值才能得到较理想的角点
.
因此
,
本文 在
算法 基础 上
,
提出 基于 图像 局部 加权 熵算 法和 自
适应阈值的角点检测算法
.
和
角点检测算法与其局限性
2.1Harris
检测算法
算子是在
算子基础上发展起来的
,
通过计算一个窗口
w
向任 意方 向移 动微 小位 移
,
若
图像某一点向任意方向位移
,
灰度的变化量均较大则判断该点是角点
,
以此将角点和非角点分离
[
]
.
灰度强
度变化量表示为
E
(
u
,
v
)
=
n
x
,
y
w
(
x
,
y
)
I
(
x
+
u
,
y
+
v
)
-
I
(
x
,
y
)
[ ]
, (
)
写为矩阵形式
E
(
u
,
v
)
=
u
,
v
[ ]
M
u
v
é
ë
ê
ê
ù
û
ú
ú
, (
)
式中
M
(
x
,
y
)
=
x
,
y
w
(
x
,
y
)
I
x
(
x
)
I
x
(
x
)
I
y
(
x
)
I
x
(
x
)
I
y
(
x
)
I
y
(
x
)
é
ë
ê
ê
ù
û
ú
ú
, (
)
式中
I
x
和
I
y
分别为
x
、
y
方向上的偏 导数
,
反映了 图 像中每 个 像素的 灰 度变化 方 向
,
w
(
x
,
y
)
为高斯 窗 函
数
,
即
w
(
x
,
y
)
=
σ
-
x
+
y
σ
æ
è
ç
ö
ø
÷
, (
)
式中
σ
表示高斯函数的标准差
.
设和为自相关矩阵的特征值
,
当自相关矩阵
M
(
x
,
y
)
处于特征点位置时
,
将同时拥有两个较大的非负特
征值
,
角点响应函数为
R
(
x
,
y
)
=
(
M
)
-
b
(
M
)
[ ]
=
λ
λ
-
λ
+
λ
( )
, (
)
式中
b
为经验值
,
常取
,
文中取
.
在图像中
,
像素 点可 以分 为
种类 型
:
角点
、
平坦 区域 像素
点和边缘点
.
由
(
)
式可知
,
R
(
x
,
y
)
具有
:
)
平坦区域
,
λ
、
λ
都很小
;
)
边缘点
,
λ
、
λ
中一个值较大
,
另外
一个值较小
;
)
角点
,
λ
、
λ
都较大
.
利用此算法
,
算子将会遍历图像中每个像素点
,
求解角点响应函数
R
的值
,
然后对整幅图的
R
值
进行一个非极大值抑制
.
通过设置
R
的阈值
,
在
h
h
范围内求极大值点
,
得出角点
.
2.2Harris
检测算法的局限性
角点检测算法具有良好的检测效果
,
但是依然存在以下不足
[
]
:
)
该算法计算图像中每个点的角点响应
R
值
,
再在邻域中选择极大值点
.
在计算过程中
,
每个像素点
的自相关矩阵中乘法运算次数较多
,
因此算法运行耗时比较长
,
尤其在分辨率高
、
纹理丰富的图像检测时
,
算
法运行时间将会大幅度上升
,
难以满足实时性要求
.
)
算法利用邻域内非 极大值 抑 制
,
但角点 提 取的效 果 完全依 赖 于阈值 的 设定
.
当设定 阈 值 过
大
,
两个像素灰度值相差很大的时候才能成为角点
,
会丢失很多应有的角点
;
而当阈值过小
,
将会产生大量的
伪角点
.
所以
,
针对不同图像
,
需要人为改变阈值选择
,
才会取得较理想的结果
.
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