[發明專利]一種基于Harris算子的棋盤格角點亞像素提取方法

有效

• 申請號: 201310291199.3
• 申請日: 2013-07-11
• 公開（公告）號: CN103345755A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 葉鑫;張之敬;高軍;金鑫;邵超
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于Harris算子的棋盤格角點亞像素提取方法，屬于微機械裝配和顯微視覺檢測技術領域。

背景技術

目前，顯微視覺系統在微小型結構件的裝配過程中起到了至關的作用，顯微視覺系統的攝像機定標精度越高，則裝配系統的裝配精度越高。棋盤格模板已廣泛應用于攝像機定標過程,常用做法是通過建立棋盤格模板中特征點及棋盤格黑白區域角點的圖像坐標與對應世界坐標之間的關系來實現對攝像機的定標，因此，棋盤格角點檢測準確與否,直接決定了攝像機定標的精度。

目前，黑白棋盤格角點檢測方法可以分為兩類：直線檢測法和角點檢測法。直線檢測法是首先對圖像進行邊緣檢測，然后通過hough變換等手段求取直線，找出兩條直線的交點即為角點的準確值。直線檢測的方法簡單易行，但是當圖像存在較大畸變時，棋盤格的邊緣會發生彎曲，這樣通過直線擬合求出的角點坐標就會產生較大誤差。角點檢測法是一種基于圖像灰度的檢測方法，這類方法主要考慮像素鄰域點的灰度變化，將于鄰點亮度對比足夠大的點定義為角點，這種方法的典型代表是Harris角點檢測算法。Harris算子是C.Harris和M.J.Stephens在1988年提出的一種基于信號的這種點特征提取算子，Harris算子受信號處理中自相關函數的啟發，給出與自相關函數相聯系的矩陣M。M矩陣的特征值是自相關函數的一階曲率，如果兩個曲率值都高，那么就認為該點是點特征。有相關報道稱，Harris角點檢測算法是目前效果最好的算法，能夠在圖像旋轉、灰度變化以及噪聲干擾等情況下準確的提取角點，具有很高的穩定性和魯棒性，適用于角點數目較多且光源復雜的情況。然而Harris算子在進行圖像角點檢測是，仍存在一些局限性，主要表現在以下幾點：

（1）在用高斯函數對圖像進行平滑處理的時候，需要設定高斯方差和高斯模板的大小，而高斯方差和高斯模板的大小不容易確定，窗口太小，在真實角點的鄰域范圍內容易出現較多偽角點，窗口太大，又會使真實角點的位置發生較大幅度偏移；

（2）在對角點進行非極大抑制時，角點提取效果依賴于閾值的設定。閾值小會導致角點聚簇現象，而閾值大又會丟失一部分角點信息；

（3）在求局部極大值時的鄰域大小也會影響提取角點的數目和容忍度。

直接利用Harris算子對圖片進行處理，結果中會出現很多偽角點和角點聚簇現象，還有很多明顯不是角點的噪點，這種結果對于角點的提取是不利的。

發明內容

本發明的目的是為提高棋盤格角點提取的精度，提出一種基于Harris算子的角點亞像素提取方法，能精確識別棋盤格角點，對于后期的顯微視覺標定和亞微米級裝配精度提供了保證。

一種基于Harris算子的角點亞像素提取方法，具體步驟如下：

步驟一，使用Harris算子進行棋盤格的角點檢測；

以顯微視覺視場中棋盤格圖像像面的左上角為原點，圖像的水平方向為x軸，圖像的豎直方向為y軸，建立像面坐標系，橫坐標值x相同或者近似相等的角點為一列，縱坐標值y相同或者近似相等的角點為一行。

使用Harris算子檢測角點的具體計算過程為：計算棋盤格圖像每個像素點灰度函數G(x,y)的橫向一階導數平方G_x²、縱向一階導數平方G_y²，以及二者的乘積G_xG_y，得到3幅新圖像，3幅新圖像中的每個像素點對應的屬性值分別代表G_x²、G_y²和G_xG_y。再對3幅新圖像分別進行高斯濾波，根據每個像素點在三幅濾波后圖像中對應的屬性值，計算原棋盤格圖像上對應的每個像素點的興趣值H，并找出整幅圖像中的興趣值最大值H_max，然后分別在以每個像素為中心的w×w窗口中，找到該窗口興趣值最大值對應的像素點，其中w取奇數。若最大值點為中心點，且中心點的興趣值大于ρH_max，則該點視為角點。否則該窗口最大值點為特征角點，其中，ρ為比例系數，一般取0.04到0.06。

步驟二，優化Harris算子的處理結果，剔除步驟一檢測出的角點中的聚簇點；