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Harris角点检测算法优化

Harris角点检测算法优化
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一、综述

用 Harris 算法进行检测,有三点不足:(1 )该算法不具有尺度不变性;(2 )该算法提取的角点是像素级的;(3 )该算法检测时间不是很令人满意。

基于以上认识,我主要针对第(3 )点对Harris 角点检测算法提出了改进。

二、改进 Harris 算法原理

在介绍我的方法之前,我先提出如下概念:图像区域像素的相似度。我们知道, Harris 角点检测是基于图像像素灰度值变化梯度的,灰度值图像的角点附近,是其像素灰度值变化非常大的区域,其梯度也非常大。换句话说,在非角点位置邻域里,各点的像素值变化不大,甚至几乎相等,其梯度相对也比较小。从这个角度着眼,我提出了图像区域像素的相似度的概念,它是指检测窗口中心点灰度值与其周围n 邻域内其他像素点灰度值的相似程度,这种相似程度是用其灰度值之差来描述的。如果邻域内点的灰度值与中心点Image (i,j) 的灰度值之差的绝对值在一个阈值t 范围内,那我就认为这个点与中心点是相似的。与此同时,属于该 Image (i,j) 点的相似点计数器nlike(i,j) 也随之加一。在 Image (i,j) 点的n 邻域全部被遍历一边之后,就能得到在这个邻域范围内与中心点相似的点个数的统计值nlike(i,j) 。根据nlike(i,j) 的大小,就可以判断这个中心点是否可能为角点。

由于我选择3*3 的检测窗口,所以,对于中心像素点 , 在下面的讨论中只考虑其8 邻域内像素点的相似度。计算该范围的像素点与中心像素点的灰度值之差的绝对值 ( 记为Δ ) , 如果该值小于等于设定的阈值 ( 记为 t) ,则认为该像素点与目标像素点相似。

nlike(i,j)=sum(R(i+x,j+y))

( - 1 ≤ x ≤ 1 , - 1 ≤ y ≤ 1 , 且 x ≠ 0 , y ≠ 0) ,

其中 :

1 , Δ( i + x , j + y) ≤ t

R(i+x, j+y)=

0 , Δ( i + x , j + y) > t

从定义中可以看出 : 0 ≤ nlike ( i , j ) ≤ 8 。现在讨论 nlike( i , j)值的含义。

(1) nlike (i , j) = 8 , 表示当前中心像素点的 8 邻域范围内都是与之相似的像素点 , 所以该像素点邻域范围内的梯度不会很大 , 因此角点检测时 , 应该排除此类像素点,不将其作为角点的候选点。

(2) nlike (i , j) = 0 , 表示当前中心像素点的 8 邻域范围内没有与之相似的像素点 , 所以该像素点为孤立像素点或者是噪声点 , 因此角点检测时 , 也应该排除此类像素点。

(3) nlike (i , j) = 7 , 可以归结为以下的两者情况 , 其他情形都可以通过旋转来得到 ( 图中黑色区域仅表示与中心像素相似 , 而两个黑色区域像素可能是相似的 , 也可能不相似 ) 。对于图 1 (a) 中 , 可能的角点应该是中心像素点的正上方的那个像素点 , 1(b) 图中可能的角点应该是中心像素点右上方的那个像素点 , 故这种情况下 , 中心像素点不应该作为角点的候选点。

图1(a)

图1(b)

(4) nlike (i , j) = 1 , 可以归结为图 2 中的两种情况 ( 图中白色区域仅表示与中心像素不相似 , 而两个白色区域像素可能是相似的 , 也可能不相似 ) , 在这两种情况下 , 中心像素点也不可能为角点。

图2(a)

图2(b)

(5) 2 ≤ nlike ( i , j) ≤ 6 , 情况比较复杂 , 无法确认像素点准确的性质。我采取的方法是先将其列入候选角点之列,对其进行计算CRF 等后续操作。

三、改进 Harris 算法效率性能分析

作为对比,我用未加改进的 Harris 算法计算了图像中的每一个像素点( 离边界boundary 个像素之内的点除外,boundary 为程序中定义的一个整数,名同其意) 的 CRF 值。Harris 算法采用9*9 的矩形高斯窗口( 共 81 个像素) ,方向导数采用 Prewitt 算子 , 则在计算每个像素的自相关矩阵M 过程中乘

法次数为: (9*9+1 )*3=246 次,加法次数为: (9*9-1 )*3=240 次,因此,计算点(i,j )的CRF 就要花费(1 )乘法246+2=248 次,(2 )加法240+1= 241 次,(3 )行列式计算det(M) 一次,(4 )对角和计算trace(M) 一次。对于分辨率为 Height*Width 的图像, 不考虑边界的影响, 其算法时间复杂度

为 248* (Height-boundary)*(Width-boundary) 次乘法 + 241* (Height-boun dary)*(Width-boundary) 次加法+1* (Height-boundary)* (Width-boundary)+ det(M) 一次+ trace(M) 一次,由于一次乘法的时间要远多于一次加法 , 因此在实时性要求较高的场合 , Harris 算法就显得速度较慢了。

改进 Harris 算法主要是在计算 CRF 值之前对像素点做了一个初始选择 ,这一部分主要是加法运算 , 运算量为 8 *(Height-boundary)*(Width-bounda ry) 次。由于不涉及乘法运算 , 虽然在此增加了计算量 , 但为后续的焦点提取剔除了大量的非角点像素点 , 而不必计算每个像素点的 CRF 值 , 大大减少了乘法的计算次数 , 计算效率在分辨率高的图像中可以明显地体现出来。

对于我们所采集的图像 , 预处理后 , 剔除像素点比例占总像素点的 60 %以上,乘法计算量一般都能降低一半。表 1 为改进前的传统 Harris 算法与改进后的Harris 算法在对一组6 幅图像进行角点提取时,于核心部分(计算CRF 与确认角点)所耗费的平均计算时间的比较。从表中可以看出改进算法的时间约为原算法的 21.58 % , 在不使用其他技巧的情况下,大大缩短了计算时间 ,有利于在实时处理中的应用。

表 1 Harris 算法与改进 Harris 算法在核心部分

平均消耗消耗时间上的对比( 单位 : 秒)

但是,这样处理方法的一个缺点是,对于图像边缘上(程序会检测出比较多的“角点”)杂点比较多的地方,会由于“角点”的聚集而导致更多的角点出现。

与此同时,削弱了噪声的影响(噪声点的CRF 一般会比较大),会使图像CRFm ax 值变小,这也是导致用这种方法产生更多角点的一个原因。

表2 给出了传统Harris 算法与改进 Harris 算法在结果性能(检测出的角点个数)方面的对比。表3 给出了传统Harris 算法与改进 Harris 算法在计算图像CRFmax 上的对比。

表 2 Harris 算法与改进 Harris 算法在结果性能方面的

对比(检测出的角点个数)(单位:个)

表3 改进前后CRFmax 对比(单位1 )

附:matlab源代码

%%%Prewitt Operator Corner Detection.m

%%%时间优化--相邻像素用取差的方法

%%

clear;

for nfigure=1:6

switch nfigure %选择图片

case 1

t='z1.jpg';

case 2

t='z2.jpg';

case 3

t='z3.jpg';

case 4

t='z4.jpg';

case 5

t='z5.jpg';

case 6

t='z6.jpg';

end

% t1 = tic; %测算时间

FileInfo = imfinfo(t); % 保存图像的所有信息

Image = imread(t); % 读取图像

% 转为灰度值图像(Intensity Image)

if(strcmp('truecolor',FileInfo.ColorType) == 1) %转为灰度值图像

Image = im2uint8(rgb2gray(Image));

end

dx = [-1 0 1;-1 0 1;-1 0 1]; %dx:横向Prewitt差分模版

Ix2 = filter2(dx,Image).^2;

Iy2 = filter2(dx',Image).^2; Ixy = filter2(dx,Image).*filter2(dx',Image);

%生成 9*9高斯窗口。窗口越大,探测到的角点越少。

h= fspecial('gaussian',9,2);

A = filter2(h,Ix2); % 用高斯窗口差分Ix2得到A

B = filter2(h,Iy2);

C = filter2(h,Ixy);

nrow = size(Image,1);

ncol = size(Image,2);

Corner = zeros(nrow,ncol); %矩阵Corner用来保存候选角点位置,初值全零,值为1的点是角点

%真正的角点在137和138行由

(row_ave,column_ave)得到

%参数t:点(i,j)八邻域的“相似度”参数,只有中心点与邻域其他八个点的像

素值之差在

%(-t,+t)之间,才确认它们为相似点,相似点不在候选角点之列

t=20;

%我并没有全部检测图像每个点,而是除去了边界上boundary个像素,

%因为我们感兴趣的角点并不出现在边界上

boundary=8;

for i=boundary:nrow-boundary+1

for j=boundary:ncol-boundary+1

nlike=0; %相似点个数

if Image(i-1,j-1)>Image(i,j)-t && Image(i-1,j-1)

end

if Image(i-1,j)>Image(i,j)-t && Image(i-1,j)

nlike=nlike+1;

end

if Image(i-1,j+1)>Image(i,j)-t && Image(i-1,j+1)

end

if Image(i,j-1)>Image(i,j)-t && Image(i,j-1)

nlike=nlike+1;

end

if Image(i,j+1)>Image(i,j)-t && Image(i,j+1)

nlike=nlike+1;

end

if Image(i+1,j-1)>Image(i,j)-t && Image(i+1,j-1)

end

if Image(i+1,j)>Image(i,j)-t && Image(i+1,j)

nlike=nlike+1;

end

if Image(i+1,j+1)>Image(i,j)-t && Image(i+1,j+1)

end

if nlike>=2 && nlike<=6

Corner(i,j)=1;%如果周围有0,1,7,8个相似与中心的(i,j)

%那(i,j)就不是角点,所以,直接忽略

end;

end;

end;

CRF = zeros(nrow,ncol); % CRF用来保存角点响应函数值,初值全零CRFmax = 0; % 图像中角点响应函数的最大值,作阈值之用

t=0.05;

% 计算CRF

%工程上常用CRF(i,j) =det(M)/trace(M)计算CRF,那么此时应该将下面第103行的

%比例系数t设置大一些,t=0.1对采集的这几幅图像来说是一个比较合理的经

验值

for i = boundary:nrow-boundary+1

for j = boundary:ncol-boundary+1

if Corner(i,j)==1 %只关注候选点

M = [A(i,j) C(i,j);

C(i,j) B(i,j)];

CRF(i,j) = det(M)-t*(trace(M))^2;

if CRF(i,j) > CRFmax

CRFmax = CRF(i,j);

end;

end

end;

end;

count = 0; % 用来记录角点的个数

t=0.01;

% 下面通过一个3*3的窗口来判断当前位置是否为角点

for i = boundary:nrow-boundary+1

for j = boundary:ncol-boundary+1

if Corner(i,j)==1 %只关注候选点的八邻域

if CRF(i,j) > t*CRFmax && CRF(i,j) >CRF(i-1,j-1) ......

&& CRF(i,j) > CRF(i-1,j) && CRF(i,j) > CRF(i-1,j+1) ...... && CRF(i,j) > CRF(i,j-1) && CRF(i,j) > CRF(i,j+1) ...... && CRF(i,j) > CRF(i+1,j-1) && CRF(i,j) > CRF(i+1,j)...... && CRF(i,j) > CRF(i+1,j+1)

count=count+1;%这个是角点,count加1

else % 如果当前位置(i,j)不是角点,则在Corner(i,j)中删除对该候选角点的记录

Corner(i,j) = 0;

end;

end;

end;

end;

% disp('角点个数');

% disp(count)

figure,imshow(Image); % display Intensity Image

hold on;

% toc(t1)

for i=boundary:nrow-boundary+1

for j=boundary:ncol-boundary+1

column_ave=0;

row_ave=0;

k=0;

if Corner(i,j)==1

for x=i-3:i+3 %7*7邻域

for y=j-3:j+3

if Corner(x,y)==1

% 用算数平均数作为角点坐标,如果改用几何平均数求点的平均坐标,对角点的提取意义不大

row_ave=row_ave+x;

column_ave=column_ave+y;

k=k+1;

end

end

end

end

if k>0 %周围不止一个角点

plot( column_ave/k,row_ave/k ,'r.');

end

end;

end;

end

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图像局部特征点检测算法综述 研究图像特征检测已经有一段时间了,图像特征检测的方法很多,又加上各种算法的变形,所以难以在短时间内全面的了解,只是对主流的特征检测算法的原理进行了学习。总体来说,图像特征可以包括颜色特征、纹理特等、形状特征以及局部特征点等。其中局部特点具有很好的稳定性,不容易受外界环境的干扰,本篇文章也是对这方面知识的一个总结。 本篇文章现在(2015/1/30)只是以初稿的形式,列出了主体的框架,后面还有许多地方需要增加与修改,例如2013年新出现的基于非线性尺度空间的KAZE特征提取方法以及它的改进AKATE等。在应用方面,后面会增一些具有实际代码的例子,尤其是基于特征点的搜索与运动目标跟踪方面。 1. 局部特征点 图像特征提取是图像分析与图像识别的前提,它是将高维的图像数据进行简化表达最有效的方式,从一幅图像的M×N×3的数据矩阵中,我们看不出任何信息,所以我们必须根据这些数据提取出图像中的关键信息,一些基本元件以及它们的关系。 局部特征点是图像特征的局部表达,它只能反正图像上具有的局部特殊性,所以它只适合于对图像进行匹配,检索等应用。对于图像理解则不太适合。而后者更关心一些全局特征,如颜色分布,纹理特征,主要物体的形状等。全局特征容易受到环境的干扰,光照,旋转,噪声等不利因素都会影响全局特征。相比而言,局部特征点,往往对应着图像中的一些线条交叉,明暗变化的结构中,受到的干扰也少。 而斑点与角点是两类局部特征点。斑点通常是指与周围有着颜色和灰度差别的区域,如草原上的一棵树或一栋房子。它是一个区域,所以它比角点的噪能力要强,稳定性要好。而角点则是图像中一边物体的拐角或者线条之间的交叉部分。 2. 斑点检测原理与举例 2.1 LoG与DoH 斑点检测的方法主要包括利用高斯拉普拉斯算子检测的方法(LOG),以及利用像素点Hessian矩阵(二阶微分)及其行列式值的方法(DOH)。 LoG的方法已经在斑点检测这入篇文章里作了详细的描述。因为二维高斯函数的拉普拉斯核很像一个斑点,所以可以利用卷积来求出图像中的斑点状的结构。 DoH方法就是利用图像点二阶微分Hessian矩阵:

文献综述

文献综述 前言 近年来,除测绘领域之外,其他行业如机械制造、建筑、医学等,对近景摄影测量技术的需求也越来越大,传统的量测相机显然已经无法满足其要求,而越来越普及的非量测相机正好可以填补这个空缺,利用非量测相机进行摄影测量具有非常远大的应用前景。非量测相机在影像获取方面具有使用简单方便、价格合理,作业效率高、适应性强等优点,但是非量测相机的主距f和像主点在像平面坐标系中的坐标(x0,y0)都是未知的,并且非量测相机存在较大的镜头畸变,因此必须先对其进行检校,然后才能进行后续的像点量测和数据处理。 所谓的相机检校是指借助于像平面上一些点在物方坐标系中的坐标,确定照相机的内、外参数,得到有效的成像模型,以达到在像平面上像素点与三维空间中的点之间建立映射的目的。广义上讲,近景摄影机检校的内容包括: 1.主点位置(x0,y0)与主距(f)的测定; 2.光学畸变系数的测定; 3.压平装置以及像框坐标系的设定; 4.调焦后主距变化的测定与设定; 5.调焦后畸变差变化的测定; 6.摄影机偏心常数的测定; 7.立体摄影机(及立体视觉系统)内方位元素与外方位元素的测定;

8.多台摄影机同步精度的测定。 对于一般相机检校任务,我们主要测定相机的内方位元素(x0,y0,f)和镜头畸变差参数(k1,k2,p1,p2),其主要的检校方法大体可以分为:光学实验室检校(Optical Laboratory Calibration)法;实验场检校(Test Range Calibration)法;作业检校(On the Job Calibration)法;自检校(Self Calibration)法;恒星检校(Stellar Calibration)法。 其中,适用于非量测相机检校的作业检校法是一种在完成某个近景测量任务中同时对相机进行检校的方法。此方法依据物方空间分布合理的一群高质量控制点,在解求待定点物方空间坐标的任务中,同时解求像片内外方位元素、物镜畸变系数。基于直接线性变换(DLT)的相机检校法,也属作业检校法的一种。 直接线性变换(direct linear t ransformation ,简称DL T) 是建立像点坐标和物点坐标直接线性关系的算法。处理时不需要相机内外方位元素的初始值,因而在近景摄影测量中被广泛应用。目前市场上,利用DLT方法进行相机检校的算法,多是在有3维控制信息的情况下,采 用3维DLT方法进行检校较多,而采用2维DLT方法的较少。利用3维控制场进行相机检校,程序虽简单,但高精度3维控制场的建立比较困难。廉价数码相机的广泛应用,促使简便、高精度的检校方法成为近年来研究的主要方向。随着摄影测量和计算机视觉理论的发展,许多学者对相机检校技术进行了深入的研究,检校用的控制场也由3维向2维转变。基于2维DLT相机标定算法的研究已成为近几年相机标定研究的热点。

行为识别国内外现状

1.原始视频的特征提取 (1)光流场 光流场是空间运动物体在观测成像面上像素运动的瞬时速度。它利用图像序列中的像素强度数据的时域变化和相关性来研究图像的灰度在时间上的变化与场景巾物体结构及其运动的关系。光流法通常假设相邻帧的图像差异非常小,从而获取对真实运动场的近似估计【31。它不用预知任何先验知识,即能提供有关运动速度及图像中运动区域的简洁描述,适用于摄像机运动的情形。但光流法易受噪声及光照变化的影响,且计算较为复杂,很难用于实时的视频监控系统。 (2)点轨迹 目标的运动轨迹也可以作为特征,从而大致推断出目标运动所属的行为类别。但图像平面上的轨迹对平移、旋转和缩放等变换比较敏感,因此在大多情形下,此特征显得不够可靠。常用的替代特征表达有轨迹速度、时空曲率等【4,51。运动轨迹的获取比较依赖于精确的跟踪算法。从原始视频中提取点轨迹特征同样容易受到噪声、遮挡及混乱背景等的影响。(3)人体形状表达 在摄像机固定的情形下,假设背景已知,通过背景剪除法可以很容易得到运动人体形状。基于全局、边界及骨架等的描绘子都可以用来表达人体形状。全局方法16,71如剪影、矩等是在整体形状区域内计算描绘子,而边界方法仅考虑形状轮廓【8l,骨架i方法则是用一组lD 骨架曲线代表一个复杂的人体形状,比如中轴变换[91等。 (4)滤波器响应 空时滤波器响应是一个广义上的分类。Zhang等【lo】存时间轴上计算高斯导数,将滤波器响应较高的区域作为运动区域。LaptevI¨1利用一组空时高斯导数滤波器将Harris角点检测扩展应用于三维的视频数据从而检测出空时兴趣点。这类方法大都基于简单的卷积操作,运算快速而简便。当视频分辨率较低的情形下,提取光流或剪影特征较为困难,利用滤波器响应特性可以从视频数据中提取有效的底层特征。 2.低层特征的描述与识别 我们将低层特征的描述与识别方法分为三类①:非参数方法、空时体方法和参数时序法,分别对现有方法进行归类,并作一个简短的综述。 2.1非参数方法 (1)模板匹配法 这类方法需要对每种行为的特征建立相应的模板,将获取的特征数据与模板相匹配,通过计算两者之间的相似度进行识别。Polana和Nelson[4刀将整个序列分解为多个周期行为,利用二维网格特征识别各种行为。Bobick和Davis[391将图像序列转换为运动能量图像(膨酣)和运动历史图像(朋m)模板,MEI反映运动覆盖的范围及强度,而MHI反映运动在时间上的变化情况。Weinland等【拍】提出运动历史体积(MHV)模板,从多个视角重建目标并将其投影到圆柱坐标系,提取Fourier变换特征以描述行为。Wang和Suter[451也将整个行为过程融合为基于轮廓的平均运动形状(MMS)和基于运动前景的平均运动能量(彳^扭)两个模板。模板匹配法计算复杂度低、实现简单,但它本身无法描述动态系统,也不能完全反映数据在空问上的分布属性,具有一定的局限性。而且不同行为之间执行速率的不同、噪声、光照等因素都会影响模板匹配的准确性。 (2)目标建模法 行为可以通过建立人体动态表观模型进行描述。常见的人体模型有棍图模型【109]、2D模型例及3D模型51。3D人体建模是最常用的人体结构表征方法,通过跟踪人体模型中主要

SUSAN检测算法概述

SUSAN检测算法 检测算法概述 概述 概述 SUSAN算法是1997年英国牛津大学的Smith等人提出的一种处理灰度图像的方法。探测算子的基本原理是:与每一图像点相关的局部区域具有相同的亮度。下面介绍SUSAN角点检测准则。 1SUSAN算子 将位于圆形窗口模板中心等待检测的象素点称为核心点。假设图像中无纹理存在,称与核心点具有一样的灰度值的区域为USAN(Univalue Segment Assimilting Nucleus)。 图(1)给出了USAN的三种典型形状: 图(1) 由图(1)可以清楚的看到,当核心点位于USAN区域内时,USAN区域面积最大;当核心点位于边 缘时,USAN区域相当于整个领域面积的一半;当核心点的USAN区域最小时,核心点是角点。利用这个原理,Smith等人提出了最小核心值相似区域 (SUSAN,Smallest Univalue Segment Assimilating Nucleus )的角点检测算法。 SUSAN算子使用的是圆形模板进行角点检测,一般使用的模板的半径为3~4个像素,如图(2)所示。

图(2) SUSAN圆形模板 将模板中的各点亮度与核心点的亮度利用下面的函数进行比较, (1) 在上式中 为图像中像素 的灰度值, t为灰度差别的阈值, 为模板中心的像素, 为其他的像素, C为比较函数。模板中所有的像素都用这个函数进行比较,然后 计算 出函数C的和值n。 (2) 和值n就是USAN(univalue segment assimilating nucleus)区域的像素个数,就是USAN区域的面积,然后把这个面积和几何阈值进行比较,得到最后的响应函数: (3) 上式中,R为响应函数,g为阈值,通常在探测角点时取值为1/2模板的像素个数,当采用7×7的模板时,g=37×1/2。

传感器异常数据处理

异常数据处理方法研究 1异常数据处理概述 1.1 研究背景 近年来,随着海上风力发电技术的日益成熟和陆上风电可开发资源的不断减少,海上风电尤其是近海风电的开发开始加速。风机是海上风电开发的主要形式,而风机基础结构承担着抵抗海上风机结构的竖向、水平荷载和倾覆力矩的作用,其质量关系到海上风机结构的运行安全。作为隐蔽工程,其健康状况受到了社会各界的高度重视,如何对风机基础特别是MW级风机基础的安全运行状况监测成为研究领域的热点。现有的监测技术需要通过设置在风机基础中的数据采集系统自动获取基础的各状态的大量参数,如应力、应变、振动、变形等,采集到的海量原始数据通过通信网络传输到监控中心,经过数据存储,分析处理得到基础的安全运行状况和维修决策等结论。 风机基础监测系统是集结构监测、系统识别及结构评估于一体的综合监测系统,其内容包括几何变形监测、结构响应(应力、应变及振动)监测等。监测系统的质量主要取决于三方面因素:(1)传感器的灵敏性和精度以及数据传输和采集设备的性能;(2)测点的空间分布,即传感器的最优布置问题;(3)异常数据的分析处理。 从目前电子技术的发展来看,成熟、稳定、高性能的传感器已经被应用与监测系统中,而且合理安排传感器位置,以达到信息采集的最优化,也已经有很多研究成果。但由于监测信息格式复杂、信息量大,每天数据量甚至能达到十几GB,如果不能有效地对这些数据进行处理,很多异常数据将不能有效辨识,缺失信息将不能有效弥补,而且监测数据的分析必须建立在准确有效的监测数据之上,低精度和异常的监测数据常常影响数值分析的结果,会影响到系统的功能与特性分析,给后续数据处理带来很大的误差,正常信息不能得到有效利用,故有必要对原始采集数据进行处理。因此监测异常数据处理是三方面中至关重要的一点。 监测系统异常数据处理包含两个方面的内容:(1)异常数据检测,即找出异常信息并确定异常信息所在位置,根据需要将异常数据保存入专门数据库中或直接进行剔除;(2)异常数据修正,即通过插值等方法,参考数据异常点前后的数据,完成该异常数据点的修正,确保采集信息不缺失,保持原始采集数据的连续性。 异常是一个复杂的概念,迄今为止还没有一个统一定义。Hawkins提出的异常定义被大多数人所接受,其定义为:异常是在数据集中与众不同的数据,使人们怀疑这些数据并非随机产生的,而是产生于完全不同的机制。异常数据往往代

Harris角点检测算法编程步骤及示例演示

Harris角点检测算法编程步骤及示例演示 也不说那么多废话了,要介绍啥背景意义之类的,角点检测,顾名思义,就是检测角点,最简单的就是两条线的交点了,还有比如下国际象棋的棋盘格子的交点之类的,反正就是检测这些点。 简单将Harris角点检测算法的思想说下,就是拿一个小窗在图像中移动,通过考察这个小窗口内图像灰度的平均变换值来确定角点。(1)如果窗口内区域图像的灰度值恒定,那么所有不同方向的偏移几乎不发生变化; (2)如果窗口跨越一条边,那么沿着这条边的偏移几乎不发生变化,但是与边垂直的偏移会发生很大的变化; (3)如果窗口包含一个孤立的点或者角点,那么所有不同方向的偏移会发生很大的变化。 下面给出具体数学推导: 设图像窗口平移量为(u,v),产生的灰度变化为E(u,v), 有E(u,v)=sum[w(x,y)[I(x+u,y+v)-I(x,y)]^2],其中w(x,y)为窗口函数, I(x+u,y+v)为平移后的灰度值,I(x,y)为平移前的灰度值。 有泰勒公式展开可得: I(x+u,y+v)=I(x,y)+Ix*u+Iy*v+O(u^2,v^2); Ix,Iy分别为偏微分,在图像中为图像的方向导数. 因此E(u,v)=sum[w(x,y) [Ix*u+Iy*v+O(u^2,v^2)]^2], 可以近似得到E(u,v)=sum[w(x,y) [Ix*u+Iy*v]^2],即 E(u,v)=[u,v][Ix^2,Ix*Iy;Ix*Iy,Iy^2][u,v]T

令M=[Ix^2,Ix*Iy;Ix*Iy,Iy^2],因此最后对角点的检测成了对矩阵M的特征值的分析了,令M其特征值为x1,x2; 当x1>>x2或者x2>>x1,则检测到的是边缘部分; 当x1,x2都很小,图像窗口在所有移动的方向上移动灰度级都无明显变化. 当X1,X2都很大时且相当,检测到的是角点。 编程时用x1,x2不方便,因此定义角点响应函数; R=det(M)-k(trace(M))^2; 其中det(M)为矩阵M的行列式,trace(M)为矩阵M的迹。 下面给出更具数学公式实际编程的步骤: 1.利用水平,竖直差分算子对图像的每个像素进行滤波以求得 Ix,Iy,进而求得M中的四个元素的值。 M=[Ix^2,Ix*Iy;Ix*Iy,Iy^2] 2.对M的四个元素进行高斯平滑滤波,为的是消除一些不必要 的孤立点和凸起,得到新的矩阵M。 3.接下来利用M计算对应每个像素的角点响应函数R,即: R=det(M)-k(trace(M))^2; 也可以使用改进的R: R=[Ix^2*Iy^2-(Ix*Iy)^2]/(Ix^2+Iy^2);里面没有随意给定的参数k,取值应当比第一个令人满意。 4.在矩阵R中,同时满足R(i,j)大于一定阈值threshold和R(i,j)

配准综述

图像配准是对取自不同时间,不同传感器或者不同视角的同一区域的两幅或者多幅图像进行匹配叠加的过程。随着技术手段的不断发展,人们对图像配准的要求也越来越离。包括配准方法的鲁棒性、算法的难易程度、算法的自主性等都是考量算法的指标。图像配准的方法中,有人提出过被广泛认同的四个巧骤: a.特征空间的选择 特征空间是指将运用到配准中元素的集合。特征空间包括很多方面,比如像素值,比如点、线,或者平面甚至是曲面。 b.搜索空间 搜索策略是指一系列配准变换操作的集合。搜索空间是建立在几何形变基础上的。而几何形变一般包括全局的和局部的几何形变。典型的全局变形包括平移,缩放,扭曲等变形以及它们的组合。而局部形变,对变换参数要求比较苛刻,因为某一套变换参数只能作用在局部形变区域,而其余区域需采用插值技术补充。然而,另外的变形区域则需要另外的变换参数去表述。在一般的处理中,我们将变换模型看成是一种先验知识。不然则需要考量所有的变换模型。 c.搜索策略 搜索策略是实施变换的依据。它的存在是为了找寻变换模型的最优解。常用的搜索策略有松弛模型法、牛顿法和共扼梯度法。 d.相似性度量 相似性度量是对采用的变换模型的评价。相似性度量主要是采用参考图像和配准图像之间的共有的特征之间的差异比较的方法来评价配准的情况。这其中的差异可以包括点位的误差,或者是灰度值相关的差异,还可以是在变换域之间的差异值等等。最常见的相似性度量是检测特征的欧氏距离。 上述的几个步骤构成了图像配准的基本框架。许许多多的算法充斥其中产生了种类繁多的配准方法。下面主要介绍下几种典型的配准算法。目前典型的配准算法中大致可分成基于灰度、基于特征和基于模型的方法。 基于灰度的配准算法 基于灰度的算法中,重点是对图像配准的过程上,而不是特征集的选择

异常声音检测识别研究背景意义及现状

异常声音检测识别研究背景意义及现状 1研究背景 (1) 2声音的检测识别的发展和现状 (1) 2.1声音识别技术的发展 (1) 2.2国外研究现状 (2) 2.3国内现状综述 (3) 3研究异常声音识别的意义 (4) 1研究背景 随着人类社会的进步,人们的生活水平有了较大的改善;然而复杂的社会负面因素,酝酿了许多不安全因素并导致了犯罪率的上升。随着城市化进程的加速,不安全因素对国家和人民生命财产安全的威胁日益加重。安全问题已经成为社会关注的焦点。随着信息化和网络化技术的发展,安全监控在国防和社会安全中所起的作用越来越突出。声音信号在日常生活中分布非常广泛,包含信息量大,也是人类交流的基本方式。声音传播媒介多种多样分布非常广泛,同时声音信号的获取也较为方便。公共场所的异常声音能够有效的揭示和表征异常状况以及突发事故,受到人们越来越多的关注。 2声音的检测识别的发展和现状 声音是由物体的振动产生的,并通过传播媒介传播开来。声音检测技术识别可以分为两个主要的方面:一个是语音信号检测识别技术(主要指语音识别技术);另一个是非语音声音信号的检测识别技术。 2.1声音识别技术的发展 语音识别的研究工作大约开始于五十年代,当时AT&T Bell实验室实现了第一个可识别十个英文数字的语音识别系统—Audry系统。 六十年代,计算机的应用推动了语音识别的发展。这时期的重要成果是提出了动态规划(DP)和线性预测分析技术(LP),而后者较好地解决了语音信号模型的问题,对语音识别的发展产生了深远影响。 七十年代,语音识别领域取得了突破。在理论上,LP技术得到进一步发展,动 态时间规整技术(DTW)基本成熟,特别是提出了矢量量化(VQ)和隐马尔可夫模型(HMM)理论。在实践上,实现了基于线性预测倒谱和DTW技术的特定人孤立语音识别系统。 八十年代语音识别研究的重点是连续语音识别,各种连续语音的识别算法Lee 和Rabiner、Myers实验室的:Bell提出的二层动态规划算法NEC被开发,如. 等人提出的分层构造算法,以及帧同步分层构造算法等。同时,研究方向从基于模板匹配技术转向基于统计模型技术,不再追求刻意细化语音特征,而是从整体

角点检测算法综述

角点检测算法综述 范娜,俞利,徐伯夏 (中国航天科工集团第三研究院8357所天津300308) 摘要:角点作为图像的一个重要特征,它保留了图像绝大部分的特征信息。角点在三维场景重建、运动估计、目标跟踪以及图像配准与图像匹配等计算机视觉领域有着重要的作用。本文对角点检测算法的类别进行总结,对各类算法进行了详细介绍,并对近几年来各类算法发展与改进进行了总结。 关键词:特征信息;计算机视觉;角点检测 Survey of Corner Detection Algorithms FAN Na, YU Li, and XU Bo-xia (The 8357 Research Institute of the Third Research Academy of CASIC Tianjin 300308) Abstract:As a more important feature of image, corner contains voluminous information of image features.In the domain of computer vision, such as three-dimensional reconstruction, motion estimation, object tracking, image registration and image matching, corner of image play an important role.this paper attempt to summarize and detailedly introduce corner detection algorithms, and summarize the developments of these algorithms in recent years. Key words: Feature Information;Computer Vision;Corner Detection 1 引言 角点并没有明确的定义,一般将图像中亮度变化剧烈的点或图像边缘上曲率取极大值的点认为是角点。从形态上来说,角点包括L、T、Y、X和箭头型角点等。角点作为图像的重要特征,保留了图像的绝大部分的特征信息,又有效地减少了信息的数据量,从而有效地提高了运算速度以及匹配的可靠性。总结现有的角点检测算子的评价方法,总体上有以下几个标准[1]: (1)稳定性:即同一场景图像在亮度、对比度等因素变化的情况下,检测出的角点数目及位置应当稳定 (2)可靠性:即在算子的可变参数改变情况下,不影响生成的角点的质量,只改变检测出角点的数目;检测到的角点具有平移、旋转、伸缩不变性 (3)鲁棒性:即算法的抗噪性能,在一定的噪声干扰下,算子仍然具有很强的角点检测能力 (4)准确性:主要指不发生误检测以及角点位置定位准确 (5)高效性:是指算法的计算速度快慢,算法速度必须足够快以满足图像处理系统的要求 经过几十年的研究与探索,产生了许多检测角点的方法,但大致可以分为四类:基于灰度图像的角点检测算法、基于二值图像的角点检测算法、基于边缘特征的角点检测算法以及支持矢量机角点检测算法。本文中

行人检测与目标跟踪算法研究

基于opencv中光流法的运动 行人目标跟踪与检测 一、课题研究背景及方法 行人检测具有极其广泛的应用:智能辅助驾驶,智能监控,行人分析以及智 能机器人等领域。从2005年以来行人检测进入了一个快速的发展阶段,但是也存在很多问题还有待解决,个人觉得主要还是在性能和速度方面还不能达到一个权衡。 早期以静态图像处理中的分割、边缘提取、运动检测等方法为主。例如 (1)以Gavrila为代表的全局模板方法:基于轮廓的分层匹配算法,构造了将近2500个轮廓模板对行人进行匹配, 从而识别出行人。为了解决模板数量众多而引起的速度下降问题,采用了由粗到细的分层搜索策略以加快搜索速度。另外,匹配的时候通过计算模板与待检测窗口的距离变换来度量两者之间的相似性。 (2)以Broggi为代表的局部模板方法:利用不同大小的二值图像模板来对人头和肩部进行建模,通过将输入图像的边缘图像与该二值模板进行比较从而识别行人,该方法被用到意大利Parma大学开发的ARGO智能车中。 (3)以Lipton为代表的光流检测方法:计算运动区域内的残余光流; (4)以Heisele为代表的运动检测方法:提取行人腿部运动特征; (5)以Wohler为代表的神经网络方法:构建一个自适应时间延迟神经网络来判断是否是人体的运动图片序列; 以上方法,存在速度慢、检测率低、误报率高的特点。 2、行人检测的研究现状

(1)基于背景建模的方法:分割出前景,提取其中的运动目标,然后进一步 提取特征,分类判别;在存在下雨、下雪、刮风、树叶晃动、灯光忽明忽暗等场 合,该方法的鲁棒性不高,抗干扰能力较差。且背景建模方法的模型过于复杂,对 参数较为敏感。 (2)基于统计学习的方法:根据大量训练样本构建行人检测分类器。提取的 特征一般有目标的灰度、边缘、纹理、形状、梯度直方图等信息,分类器包括神经 网络、SVM,adaboost等。该方法存在以下难点: (a)行人的姿态、服饰各不相同; (b)提取的特征在特征空间中的分布不够紧凑; (c)分类器的性能受训练样本的影响较大; (d)离线训练时的负样本无法涵盖所有真实应用场景的情况; 尽管基于统计学习的行人检测方法存在着诸多的缺点,但依然有很多人将注 意力集中于此。 行人检测国外研究情况: 法国研究人员Dalal在2005的CVPR发表的HOG+SVM的行人检测算法(Histograms of Oriented Gradients for Human Detection, Navneet Dalel,Bill Triggs, CVPR2005)。 Dollar 在 2010 年 BMVC 的《The fastest pedestrian detector in the west》一文中提出了一种新的思想,这种思想只需要训练一个标准 model,检测N/K(K ≈10)然后其余的 N-N/K 种大小的图片的特征不需要再进行这种复杂的计算,而是跟据这 N/K 次的结果,由另外一种简单的算法给估计出来,这种思 想实现的基础是大小相近的图像的特征可以被足够精确的估计出来;同年,德国

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