角点检测算法综述

一种自适应阈值的角点检测算法摘要针对SUSAN算子只采用固定阈值和定位不够精确的问题，本文利用角点像素与其所在的角之间具有连通性的特点，给出了一种角点精确定位的改进方法，并采用了自适应阈值，在图像中每个像素的 SUSAN 模板内单独计算阈值 t，使其在各种不同的对比度下仍能正确提取出角点。

实验结果证明了该方法的有效性。

关键词 SUSAN 算法；角点提取；自适应阈值；图像连通性1 引言角点是图像上曲率足够高、并且位于图像中不同亮度区域交界处的点。

由于角点包含了很多的图像中的信息，因此，角点在图像匹配、运动物体的跟踪以及目标识别等方面有着广泛的应用。

如何快速准确的提取出图像中的角点成为了一个关键的问题。

SUSAN算法是由英国牛津大学的Brady首先提出的，它是一种直接利用图像灰度有效地进行边缘、角点检测的低层次图像处理算法。

它具有方法简单，抗噪能力强和处理速度快等特点。

本文首先介绍SUSAN角点提取的原理，然后分析了该算法的缺点，提出SUSAN模板中自适应阈值的选取的方法，并利用角点像素与其所在的角之间具有连通性的特点，给出了一种角点精确定位的改进方法。

2 SUSAN算法的基本原理[1]图1显示了一个在白色背景下的黑色的长方形，图中a，b，c，d，e五个位置分别是五个圆形的模板在图像中不同的位置，窗口的中心被称之为“核”。

窗口中所有具有与核相同或相似灰度的像素，把这些像素构成的区域称为USAN ( Univalue Segment Assimilating Nucleus)。

由图1可以看出，当核像素处在图像中的灰度一致区域时，USAN的面积会达到最大（超过一半），当核处在直边缘处约为最大值的一半，当核处在角点处更小，约为最大值的四分之一。

因此，利用USAN面积的上述变化性质可检测边缘或角点。

图1 SUSAN模板在图像中的几种位置本文所使用的是一个包含37个像素的圆形模板，半径为3.4个像素，如图2。

角点检测角点检测算法可归纳为3类：基于灰度图像的角点检测、基于二值图像的角点检测、基于轮廓曲线的角点检测。

基于灰度图像的角点检测又可分为基于梯度、基于模板和基于模板梯度组合3类方法，其中基于模板的方法主要考虑像素领域点的灰度变化，即图像亮度的变化，将与邻点亮度对比足够大的点定义为角点。

常见的基于模板的角点检测算法有Kitchen-Rosenfeld角点检测算法，Harris角点检测算法、KLT角点检测算法及SUSAN角点检测算法。

和其他角点检测算法相比，SUSAN角点检测算法具有算法简单、位置准确、抗噪声能力强等特点。

2算法SUSAN是Smith和Brady提出的一种图像处理方法，该算法是基于像素领域包含若干元素的近似圆形模板，对每个像素基于该模板领域的图像灰度计算角点响应函数（CRF）的数值，如果大于某阈值且为局部极大值，则认为该点为角点。

角点的精度与圆形模板大小无关，圆形模板越大，检测的角点数越多，则计算量也越大，本文圆形模板包含37个元素，该近似圆形模板结构如图1所示。

SUSAN圆形模板与物体位置关系图[1]如图2所示为SUSAN圆形模板与物体的5种几何位置关系，对于图像中非纹理区域的任一点，在以它为中心的模板窗中存在一块亮度与其相同的区域，这块区域即为SUSAN的USAN （Univalve Segment Assimilating Nucleus）区域。

USAN区域包含了图像结构的重要信息，由图可知，当模板中心像素点位于区域内部时，USAN的面积最大，当该像素点位于区域边界时，则面积为最大的一半，当该像素点为角点时，USAN区域面积约为最大的1/4。

SUSAN根据不同位置时USAN区域的面积来考察当前像素点为区域内部点、边缘点或角点。

USAN区域面积通过圆模板内各像素与中心点像素比较得到的相似点的个数总和来表示，该相似比较函数为：函数其中（x0,y0），(x,y)分别为模板中心像素点和待比较像素点的坐标，t为相似度阈值，本文该值取整幅图像灰度最大值和最小值差值的1/10。

棋盘角点检测算法棋盘角点检测算法，也称为棋盘格标定算法，是计算机视觉中常用的一种图像处理算法。

在机器视觉应用中，棋盘角点检测可以用于相机标定、三维重建、姿态估计等任务。

本文将详细介绍棋盘角点检测算法的原理、流程和一些改进方法。

一、原理二、流程1.图像预处理：先将彩色图像转换为灰度图像，然后进行高斯滤波或其他滤波操作，以去除图像中的噪声和干扰。

2. 边缘检测：使用边缘检测算法（如Canny边缘检测）来提取图像中的边缘。

这些边缘通常是由棋盘格的线条组成的。

3.直线检测：通过霍夫变换等方法，检测出图像中的直线。

这些直线通常是由边缘检测得到的边缘组成的。

4.直线交点检测：对于每一对相互垂直的直线，计算它们的交点坐标。

这些交点就是棋盘格的角点。

5.角点筛选：根据棋盘格的特点，筛选出合理的角点坐标。

比如，可以使用基于像素距离的阈值，去除过近或过远的角点。

6.角点亚像素精确定位：通过图像插值等方法，对角点进行亚像素级别的精确定位，以提高角点的精度。

7.角点输出：将角点的坐标输出，可以用于后续的计算和应用。

三、改进方法除了上述基本流程，还可以使用一些改进方法来提高棋盘角点检测算法的准确性和鲁棒性。

下面介绍几种常用的改进方法：1.非极大值抑制：在直线检测时，使用非极大值抑制来减少直线的数量，从而减小计算复杂度。

2.子像素角点检测：通过图像插值等方法，对角点进行亚像素级别的定位，提高角点坐标的精度。

3.自适应阈值：根据图像的亮度和对比度等特征，自适应地调整阈值，以适应不同的图像特点。

4.形态学操作：对图像进行形态学操作，如膨胀和腐蚀，可以增强角点的检测结果。

5.模板匹配：使用模板匹配方法，将棋盘格模板与图像进行匹配，可以提高角点检测的准确性。

以上是常见的一些棋盘角点检测算法及其改进方法的介绍。

随着计算机视觉技术的不断发展，棋盘角点检测算法在实际应用中的性能和精度还有进一步提高的空间。

特征点又叫兴趣点或者角点。

常被用于目标匹配，目标跟踪，三维重建等应用中。

点特征主要指图像中的明显点，如突出的角点、边缘端点、极值点等等。

特征点具有以下三种特性：▪旋转不变性；▪光照不变性；▪视角不变性。

用于点特征提取的算子称为兴趣点提取（检测）算子。

常用的有▪Harris角点检测；▪FAST特征检测；▪SIFT特征检测；▪SURF特征检测。

预备数学实对称矩阵如果有n阶矩阵A，其矩阵的元素都为实数，且矩阵A的转置等于其本身，则称A为实对称矩阵。

性质：▪实对称矩阵Ａ的不同特征值对应的特征向量是正交的；▪n阶实对称矩阵Ａ必可相似对角化，且相似对角阵上的元素即为矩阵本身特征值。

对角化：优点：满秩的对角方阵，可以直接看出特征值，特征向量等重要特征。

卷积算子—Sobel算子主要用于边缘检测，分别对水平和垂直方向上的边缘敏感。

对图像任意一点使用会产生对应的梯度矢量或者其法矢量。

对噪声具有平滑抑制作用，但是得到的边缘较粗，且可能出现伪边缘。

该算子包含两组3x3的矩阵，分别为横向及纵向，将之与图像作平面卷积，即可分别得出横向及纵向的亮度差分近似值。

如果以A代表原始图像，Gx 及Gy分别代表经横向及纵向边缘检测的图像，其公式如下:梯度计算公式梯度方向计算公式如果等于零，代表图像该处拥有纵向边缘，左边比右边要暗。

基础知识1、角点使用一个滑动窗口在下面三幅图中滑动，可以得出以下结论：▪左图表示一个平坦区域，在各方向移动，窗口内像素值均没有太大变化；▪中图表示一个边缘特征（Edges），如果沿着水平方向移动(梯度方向)，像素值会发生跳变；如果沿着边缘移动(平行于边缘) ，像素值不会发生变化；▪右图表示一个角（Corners），不管你把它朝哪个方向移动，像素值都会发生很大变化。

所以，右图是一个角点。

2、角点类型下图展示了不同角点的类型，可以发现：如果使用一个滑动窗口以角点为中心在图像上滑动，存在朝多个方向上的移动会引起该区域的像素值发生很大变化的现象。

计算机视觉中的特征提取技术方法计算机视觉是现代科技中的一个重要分支，它让计算机能够模仿人类视觉系统，从而实现感知、识别、分析等一系列视觉相关的任务。

在计算机视觉中，特征提取是一项基础技术，它是将图像中重要的信息提取出来的过程，是图像处理和分析的关键步骤之一。

在本文中，将详细介绍计算机视觉中的特征提取技术方法，包括传统的方法和近年来广泛应用的深度学习方法。

一、传统特征提取方法1、边缘检测边缘是图像中最基本的特征之一，可以通过检测图像中相邻的像素之间的强度变化来识别。

传统的边缘检测方法包括Sobel、Canny和Laplacian等，其中Sobel方法使用Sobel算子来检测垂直和水平方向的边缘，Canny算法则是将非极大值抑制和双阈值处理结合起来，可以得到更为准确的边缘。

2、角点检测角点是指在图像中两条边缘交汇的点，其具有高度稳定性和可重复性，因此在很多应用场景下，角点检测比较有用。

常见的角点检测方法包括Harris、Shi-Tomasi和FAST等，其中Harris方法通过对图像像素灰度值的偏导数进行计算，来判断像素点是否为角点；FAST算法则是通过计算像素周围的灰度变化来选出特征点。

3、尺度空间分析一张图像的尺度空间包括了多个尺度下的图像，不同尺度下的图像有着不同的特征和表示方式。

尺度空间分析旨在在多个尺度下找到特征点，常见的方法有尺度空间极值检测、高斯金字塔和拉普拉斯金字塔等。

二、深度学习特征提取方法1、卷积神经网络（CNN）近年来深度学习在计算机视觉领域中的应用越来越广泛。

卷积神经网络是其中一种特别受欢迎的模型，它可以从原始图像中直接学习特征，极大地简化了图像处理过程。

通过在多层神经元之间共享参数，CNN可以自动学习出图像中的特定特征，这些特征可以用于分类、目标检测、图像搜索等任务。

2、循环神经网络（RNN）RNN是一种可以捕捉序列信息的深度学习模型，在计算机视觉领域中也得到了广泛应用。

在图像描述生成、视频理解等任务中，RNN模型可以将输入序列映射为输出序列，从而实现目标识别和描述的功能。

棋盘角点检测算法1. 简介棋盘角点检测算法是计算机视觉领域中的一个重要任务，它主要用于在图像或视频中自动识别出棋盘格的角点。

这个任务在许多应用中都有广泛的应用，例如相机标定、三维重建、机器人导航等。

在本文中，我们将介绍棋盘角点检测算法的原理、常用方法和一些优化技术。

我们将从基础开始逐步展开，带你深入了解这一算法。

2. 原理棋盘角点检测算法的原理基于图像中棋盘格的特殊结构。

棋盘格由一系列平行线和垂直线交叉形成，而这些交叉点就是我们所说的角点。

为了检测出这些角点，我们需要寻找图像中亮度变化明显的区域。

通常情况下，黑白相间且边缘清晰的区域更容易被检测到。

3. 常用方法3.1 Harris 角点检测算法Harris 角点检测算法是最经典也是最常用的方法之一。

它通过计算图像中每个像素的角点响应函数来判断其是否为角点。

算法的基本思想是，对于图像中的某个像素，我们通过计算它在 x 和 y 方向上的梯度，然后根据这些梯度计算一个协方差矩阵。

最后，通过对协方差矩阵进行特征值分解，我们可以得到一个角点响应函数。

3.2 Shi-Tomasi 角点检测算法Shi-Tomasi 角点检测算法是对 Harris 角点检测算法的改进。

它在计算角点响应函数时使用了更加鲁棒和准确的评价指标。

具体来说，Shi-Tomasi 算法使用了最小特征值作为角点响应函数。

这样做可以使得算法对噪声更加鲁棒，并且能够检测到更准确的角点。

3.3 FAST 角点检测算法FAST（Features from Accelerated Segment Test）角点检测算法是一种高效的角点检测方法。

它通过快速地比较像素周围相邻像素的灰度值来判断当前像素是否为角点。

FAST 算法首先选择一个中心像素，然后选取周围一圈像素作为候选集。

接下来，算法会根据一定的阈值和连续像素数量来判断中心像素是否为角点。

FAST 算法的优势在于其计算速度非常快，适用于实时应用和大规模图像处理。

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。