goodFeaturesToTrack函数详细注释

opencv中的goodFeaturesToTrack函数可以计算Harris角点和shi-tomasi角点,但默认情况下计算的是shi-tomasi角点,函数原型如下:

void cv::goodFeaturesToTrack( InputArray _image, OutputArray _corners,
                              int maxCorners, double qualityLevel, double minDistance,
                              InputArray _mask, int blockSize,
                              bool useHarrisDetector, double harrisK )

_image:8位或32位浮点型输入图像,单通道

_corners:保存检测出的角点

maxCorners:角点数目最大值,如果实际检测的角点超过此值,则只返回前maxCorners个强角点

qualityLevel:角点的品质因子

minDistance:对于初选出的角点而言,如果在其周围minDistance范围内存在其他更强角点,则将此角点删除

_mask:指定感兴趣区,如不需在整幅图上寻找角点,则用此参数指定ROI

blockSize:计算协方差矩阵时的窗口大小

useHarrisDetector:指示是否使用Harris角点检测,如不指定,则计算shi-tomasi角点

harrisK:Harris角点检测需要的k值


goodFeaturesToTrack函数的定义在imgproc文件的featureselect.cpp中,下面给出了goodFeaturesToTrack函数的详细注释。

void cv::goodFeaturesToTrack( InputArray _image, OutputArray _corners,
                              int maxCorners, double qualityLevel, double minDistance,
                              InputArray _mask, int blockSize,
                              bool useHarrisDetector, double harrisK )
{
    //如果需要对_image全图操作,则给_mask传入cv::Mat(),否则传入感兴趣区域
	Mat image = _image.getMat(), mask = _mask.getMat();  

    CV_Assert( qualityLevel > 0 && minDistance >= 0 && maxCorners >= 0 );  //对参数有一些基本要求
    CV_Assert( mask.empty() || (mask.type() == CV_8UC1 && mask.size() == image.size()) );

    Mat eig, tmp;   //eig存储每个像素协方差矩阵的最小特征值,tmp用来保存经膨胀后的eig
    if( useHarrisDetector )
        cornerHarris( image, eig, blockSize, 3, harrisK ); //blockSize是计算2*2协方差矩阵的窗口大小,sobel算子窗口为3,harrisK是计算Harris角点时需要的值
    else
        cornerMinEigenVal( image, eig, blockSize, 3 );  //计算每个像素对应的协方差矩阵的最小特征值,保存在eig中

    double maxVal = 0;
    minMaxLoc( eig, 0, &maxVal, 0, 0, mask );   //maxVal保存了eig的最大值
    threshold( eig, eig, maxVal*qualityLevel, 0, THRESH_TOZERO );  //阈值设置为maxVal乘以qualityLevel,大于此阈值的保持不变,小于此阈值的都设为0
    
	//默认用3*3的核膨胀,膨胀之后,除了局部最大值点和原来相同,其它非局部最大值点被  
    //3*3邻域内的最大值点取代,如不理解,可看一下灰度图像的膨胀原理  
	dilate( eig, tmp, Mat());  //tmp中保存了膨胀之后的eig

    Size imgsize = image.size(); 

    vector<const float*> tmpCorners;  //存放粗选出的角点地址

    // collect list of pointers to features - put them into temporary image 
    for( int y = 1; y < imgsize.height - 1; y++ )
    {
        const float* eig_data = (const float*)eig.ptr(y);  //获得eig第y行的首地址
        const float* tmp_data = (const float*)tmp.ptr(y);  //获得tmp第y行的首地址
        const uchar* mask_data = mask.data ? mask.ptr(y) : 0;

        for( int x = 1; x < imgsize.width - 1; x++ )
        {
            float val = eig_data[x];
            if( val != 0 && val == tmp_data[x] && (!mask_data || mask_data[x]) )  //val == tmp_data[x]说明这是局部极大值
                tmpCorners.push_back(eig_data + x);  //保存其位置
        }
    }

	//-----------此分割线以上是根据特征值粗选出的角点,我们称之为弱角点----------//
	//-----------此分割线以下还要根据minDistance进一步筛选角点,仍然能存活下来的我们称之为强角点----------//

    sort( tmpCorners, greaterThanPtr<float>() );  //按特征值降序排列,注意这一步很重要,后面的很多编程思路都是建立在这个降序排列的基础上
    vector<Point2f> corners;
    size_t i, j, total = tmpCorners.size(), ncorners = 0;

    //下面的程序有点稍微难理解,需要自己仔细想想
	if(minDistance >= 1)  
    {
         // Partition the image into larger grids
        int w = image.cols;
        int h = image.rows;

        const int cell_size = cvRound(minDistance);   //向最近的整数取整

	//这里根据cell_size构建了一个矩形窗口grid(虽然下面的grid定义的是vector<vector>,而并不是我们这里说的矩形窗口,但为了便于理解,还是将grid想象成一个grid_width * grid_height的矩形窗口比较好),除以cell_size说明grid窗口里相差一个像素相当于_image里相差minDistance个像素,至于为什么加上cell_size - 1后面会讲
        const int grid_width = (w + cell_size - 1) / cell_size; 
        const int grid_height = (h + cell_size - 1) / cell_size;

        std::vector<std::vector<Point2f> > grid(grid_width*grid_height);  //vector里面是vector,grid用来保存获得的强角点坐标

        minDistance *= minDistance;  //平方,方面后面计算,省的开根号

        for( i = 0; i < total; i++ )     // 刚刚粗选的弱角点,都要到这里来接收新一轮的考验
        {
            int ofs = (int)((const uchar*)tmpCorners[i] - eig.data);  //tmpCorners中保存了角点的地址,eig.data返回eig内存块的首地址
            int y = (int)(ofs / eig.step);   //角点在原图像中的行
            int x = (int)((ofs - y*eig.step)/sizeof(float));  //在原图像中的列

            bool good = true;  //先认为当前角点能接收考验,即能被保留下来

            int x_cell = x / cell_size;  //x_cell,y_cell是角点(y,x)在grid中的对应坐标
            int y_cell = y / cell_size;

            int x1 = x_cell - 1;  // (y_cell,x_cell)的4邻域像素
            int y1 = y_cell - 1;  //现在知道为什么前面grid_width定义时要加上cell_size - 1了吧,这是为了使得(y,x)在grid中的4邻域像素都存在,也就是说(y_cell,x_cell)不会成为边界像素
            int x2 = x_cell + 1;  
            int y2 = y_cell + 1;

            // boundary check,再次确认x1,y1,x2或y2不会超出grid边界
            x1 = std::max(0, x1);  //比较0和x1的大小
            y1 = std::max(0, y1);
            x2 = std::min(grid_width-1, x2);
            y2 = std::min(grid_height-1, y2);

            //记住grid中相差一个像素,相当于_image中相差了minDistance个像素
			for( int yy = y1; yy <= y2; yy++ )  // 行
            {
                for( int xx = x1; xx <= x2; xx++ )  //列
                {
                    vector <Point2f> &m = grid[yy*grid_width + xx];  //引用

                    if( m.size() )  //如果(y_cell,x_cell)的4邻域像素,也就是(y,x)的minDistance邻域像素中已有被保留的强角点
                    {               
                        for(j = 0; j < m.size(); j++)   //当前角点周围的强角点都拉出来跟当前角点比一比
                        {
                            float dx = x - m[j].x;
                            float dy = y - m[j].y;
			   //注意如果(y,x)的minDistance邻域像素中已有被保留的强角点,则说明该强角点是在(y,x)之前就被测试过的,又因为tmpCorners中已按照特征值降序排列(特征值越大说明角点越好),这说明先测试的一定是更好的角点,也就是已保存的强角点一定好于当前角点,所以这里只要比较距离,如果距离满足条件,可以立马扔掉当前测试的角点
                            if( dx*dx + dy*dy < minDistance )
                            {                              							
				good = false;
                                goto break_out;
                            }
                        }
                    }
                }   // 列
            }    //行

            break_out:

            if(good)
            {
                // printf("%d: %d %d -> %d %d, %d, %d -- %d %d %d %d, %d %d, c=%d\n",
                //    i,x, y, x_cell, y_cell, (int)minDistance, cell_size,x1,y1,x2,y2, grid_width,grid_height,c);
                grid[y_cell*grid_width + x_cell].push_back(Point2f((float)x, (float)y));

                corners.push_back(Point2f((float)x, (float)y));
                ++ncorners;

                if( maxCorners > 0 && (int)ncorners == maxCorners )  //由于前面已按降序排列,当ncorners超过maxCorners的时候跳出循环直接忽略tmpCorners中剩下的角点,反正剩下的角点越来越弱
                    break;
            }
        }
    }
    else    //除了像素本身,没有哪个邻域像素能与当前像素满足minDistance < 1,因此直接保存粗选的角点
    {
        for( i = 0; i < total; i++ )
        {
            int ofs = (int)((const uchar*)tmpCorners[i] - eig.data);
            int y = (int)(ofs / eig.step);   //粗选的角点在原图像中的行
            int x = (int)((ofs - y*eig.step)/sizeof(float));  //在图像中的列

            corners.push_back(Point2f((float)x, (float)y));
            ++ncorners;
            if( maxCorners > 0 && (int)ncorners == maxCorners )  
                break;
        }
    }

    Mat(corners).convertTo(_corners, _corners.fixedType() ? _corners.type() : CV_32F);

    /*
    for( i = 0; i < total; i++ )
    {
        int ofs = (int)((const uchar*)tmpCorners[i] - eig.data);
        int y = (int)(ofs / eig.step);
        int x = (int)((ofs - y*eig.step)/sizeof(float));

        if( minDistance > 0 )
        {
            for( j = 0; j < ncorners; j++ )
            {
                float dx = x - corners[j].x;
                float dy = y - corners[j].y;
                if( dx*dx + dy*dy < minDistance )
                    break;
            }
            if( j < ncorners )
                continue;
        }

        corners.push_back(Point2f((float)x, (float)y));
        ++ncorners;
        if( maxCorners > 0 && (int)ncorners == maxCorners )
            break;
    }
*/
}


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