OpenCV入门教程之九 特征点检测与图像匹配

特征点又称兴趣点、关键点，它是在图像中突出且具有代表意义的一些点，通过这些点我们可以用来识别图像、进行图像配准、进行3D重建等。本文主要介绍OpenCV中几种定位与表示关键点的函数。

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一、Harris角点

角点是图像中最基本的一种关键点，它是由图像中一些几何结构的关节点构成，很多都是线条之间产生的交点。Harris角点是一类比较经典的角点类型，它的基本原理是计算图像中每点与周围点变化率的平均值。

(1)

(2)

其中I(x+u,y+u)代表了点(x,y)邻域点的灰度值。通过变换可以将上式变化为一个协方差矩阵求特征值的问题(2)，具体数学原理本文不过多描述。

OpenCV的Hairrs角点检测的函数为cornerHairrs()，但是它的输出是一幅浮点值图像，浮点值越高，表明越可能是特征角点，我们需要对图像进行阈值化。我们使用一张建筑图像来显示：

int main()
{
    Mat image=imread("../buliding.png");
    Mat gray;
    cvtColor(image,gray,CV_BGR2GRAY);
    Mat cornerStrength;
    cornerHarris(gray,cornerStrength,3,3,0.01);
    threshold(cornerStrength,cornerStrength,0.001,255,THRESH_BINARY);
    return 0;
}

首先我们来说明一下cornerHairrs()这个函数参数的意思：

前2参数是输入与输出，输入是一个灰度图像，输出是一个浮点图像，第三个参数指定角点分析的邻域，第4个参数实际上在角点求取过程中计算梯度图像的核窗口大小，第5个参数是它原理公式(2)中的一个系数。

从上面的例子的结果我们可以看到，有很多角点都是粘连在一起的，我们下面通过加入非极大值抑制来进一步去除一些粘在一起的角点。

非极大值抑制原理是，在一个窗口内，如果有多个角点则用值最大的那个角点，其他的角点都删除，窗口大小这里我们用3*3，程序中通过图像的膨胀运算来达到检测极大值的目的，因为默认参数的膨胀运算就是用窗口内的最大值替代当前的灰度值。程序的最后使用了一个画角点的函数将角点显示在图像中，这个函数与本系列第5篇中画角点的函数是一致的。

int main()
{
    Mat image=imread("../buliding.png");
    Mat gray;
    cvtColor(image,gray,CV_BGR2GRAY);
    Mat cornerStrength;
    cornerHarris(gray,cornerStrength,3,3,0.01);
    double maxStrength;
    double minStrength;
    // 找到图像中的最大、最小值
    minMaxLoc(cornerStrength,&minStrength,&maxStrength);
    Mat dilated;
    Mat locaMax;
    // 膨胀图像，最找出图像中全部的局部最大值点
    dilate(cornerStrength,dilated,Mat());
    // compare是一个逻辑比较函数，返回两幅图像中对应点相同的二值图像
    compare(cornerStrength,dilated,locaMax,CMP_EQ);
    Mat cornerMap;
    double qualityLevel=0.01;
    double th=qualityLevel*maxStrength; // 阈值计算
    threshold(cornerStrength,cornerMap,th,255,THRESH_BINARY);
    cornerMap.convertTo(cornerMap,CV_8U);
    // 逐点的位运算
    bitwise_and(cornerMap,locaMax,cornerMap);
    drawCornerOnImage(image,cornerMap);
    namedWindow("result");
    imshow("result",image);
    waitKey();
                      
    return 0;
}
void drawCornerOnImage(Mat& image,const Mat&binary)
{
    Mat_<uchar>::const_iterator it=binary.begin<uchar>();
    Mat_<uchar>::const_iterator itd=binary.end<uchar>();
    for(int i=0;it!=itd;it++,i++)
    {
        if(*it)
            circle(image,Point(i%image.cols,i/image.cols),3,Scalar(0,255,0),1);   
    }
}

现在我们得到的效果就比默认的函数得到的结果有相当的改善。

由于cornerHarris的一些缺点，OpenCV提供了另一个相似的函数GoodFeaturesToTrack()它用角点间的距离限制来防止角点粘连在一起。

goodFeaturesToTrack(image,corner,
                  500,    // 最多检测到的角点数
                     0.01,    // 阈值系数
                     10);    // 角点间的最小距离

它可以得到与上面基本一致的结果。