特徵檢測 Harris角點檢測中的數學推導

2021-08-14 03:49:55 字數 1668 閱讀 3671

本文主要是對harris角點檢測的數學公式進行推導,更加深入的掌握原理性的理論知識。

在高中課本中,我們學習到標準橢圓及其方程(如下圖所示):

其實,矩陣在運算中使用非常廣泛,現將上述標準方程寫成矩陣形式(方便接下來的處理):

乙個nxn的矩陣,可以求解其特徵值,我們對上述係數矩陣(含a、b)進行求解,則可得到特徵值與橢圓半軸(a、b)的關係,過程如下:

一元函式的泰勒展開式:

二元函式泰勒展開式:

harris演算法是利用的視窗內影象灰度的自相關性進行的,設定乙個視窗,並在影象中移動,計算移動前與移動後視窗所在區域影象的自相關係數。

自相關函式計算如下,(x,y)為視窗中心位置,w(u,v)為權重(一般取高斯函式),l表示視窗,(u,v)表示視窗中的影象位置:

將近似值代入自相關函式,有:

將平方項展開並寫成矩陣形式,有:

回到自相關表示式:

其中,經過上面的數學形式推導,已經得到了自相關函式的表示式。可以看得這也是乙個橢圓的矩陣表示形式(非標準橢圓),因此其係數矩陣m的特徵值與橢圓的半軸長短有關,這與上面預備知識中的結論一樣。

假設m的特徵值為λ1、λ2,則分以下三種情況:

通過上面的情況,計算出特徵值後就可以判別是否是角點了。

當然,這樣計算量非常大,因為影象中的幾乎每個點都需要進行一次特徵值的計算;下面給出乙個經驗公式:

detm表示m的行列式,tracem表示m的跡,r表示角點響應值。α為經驗常數,一般在0.04至0.06之間取值。

判斷準則:當r超過某個設定的閾值時,可認為是角點;反之,則不是。

如此,便可得到一幅影象中的角點了,最後在3x3或5x5的鄰域內進行非極大值抑制操作即可。

1、harrisc,stephens.m—a combined corner and edge detector[j],1988.

2、王永明、王貴錦,影象區域性不變性特徵與描述[m],2010.

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