OpenCV中feature2D学习——FAST特征点检测

素颜马尾好姑娘i 2022-08-07 09:45 211阅读 0赞

在前面的文章《[OpenCV中feature2D学习——SURF和SIFT算子实现特征点检测][OpenCV_feature2D_SURF_SIFT]》中讲了利用SIFT和SURF算子进行特征点检测，这里尝试使用FAST算子来进行特征点检测。

FAST的全名是：**Features from Accelerated Segment Test**，主要特点值计算速度快，比已知的其他特征点检测算法要快很多倍，可用于计算机视觉应用的实时场景。目前以其**高计算效率(computational performance)、高可重复性(highrepeatability)**成为计算机视觉领域最流行的特征点检测方法。其缺点在于当图片中的噪点较多时，FAST算子的健壮性不好且算法的效果还依赖于一个阈值threshold，此外FAST算子不产生多尺度特征而且没有方向信息，这样就会失去旋转不变性。

FAST特征点检测的详细原理和过程可以参考：[FAST特征点检测][FAST]和[图像处理特征不变算子系列之FAST算子（四）][FAST 1]。相关论文：

\[1\] Edward Rosten and Tom Drummond,“Machine learning for high speed corner detection” in 9th European Conferenceon Computer Vision, vol. 1, 2006, pp. 430–443.

\[2\] Edward Rosten, Reid Porter, and TomDrummond, “Faster and better: a machine learning approach to corner detection”in IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, 2010, vol 32, pp.105-119.

# I、采用FAST函数进行特征检测 #

OpenCV中的FAST/FASTX函数用于FAST特征点检测。函数原型如下：

C++: void FAST(InputArray image, vector<KeyPoint>& keypoints, int threshold, bool nonmaxSuppression=true)
    C++: void FASTX(InputArray image, vector<KeyPoint>& keypoints, int threshold, bool nonmaxSuppression, int type)

参数：

·image – 输入灰度图像。

·keypoints – 检测到的特征点。

·threshold – 中心像素的像素值和该像素周围的像素值之差的阈值。

·nonmaxSuppression – 是否对特征点采用极大值抑制。

·type – 像素邻域圆的三种类型：FastFeatureDetector::TYPE\_9\_16,FastFeatureDetector::TYPE\_7\_12, FastFeatureDetector::TYPE\_5\_8。

函数基本使用例子如下：

/**
    * @概述: 使用FAST进行特征点检测
    * @类和函数: FAST函数，FastFeatureDetector类
    * @author: holybin
    */
    #include <opencv2/core/core.hpp> 
    #include <opencv2/highgui/highgui.hpp> 
    #include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp> 
    #include <opencv2/features2d/features2d.hpp>
    
    using namespace cv; 
    using namespace std;
    
    int main(int argc, char** argv) 
    { 
    	Mat img = imread("box_in_scene.png");
    
    	vector<KeyPoint> keypoints; 
    	FAST(img, keypoints, 20); 
    
    	//-- 绘制特征点
    	Mat img_keypoints; 
    	drawKeypoints(img, keypoints, img_keypoints, Scalar::all(-1), DrawMatchesFlags::DEFAULT); 
    	//-- 显示特征点
    	imshow("Keypoints", img_keypoints);
    	imwrite("fast_detection_result.png", img_keypoints);
    
    	waitKey(0); 
    	return 0; 
    }

运行结果如图：

![SouthEast][]

# II、使用FastFeatureDetector进行FAST特征点检测 #

FastFeatureDetector继承自2D图像特征检测的虚基类FeatureDetector，专用于FAST特征检测，类似的还有如下类：

![20150329230659434][]

FastFeatureDetector的类定义如下：

class FastFeatureDetector : public FeatureDetector
    {
    public:
    FastFeatureDetector( int threshold=1, bool nonmaxSuppression=true, type=FastFeatureDetector::TYPE_9_16 );
    //可以看出FastFeatureDetector的构造函数默认的阈值为1，进行非极大值抑制，以及圆周像素为16个。
        virtual void read( const FileNode& fn );
    virtual void write( FileStorage& fs ) const;
    	//注意detect函数是定义于虚基类FeatureDetector中的。
    protected:
        ...
    };

FastFeatureDetector类的具体使用例子如下：

/**
    * @概述: 使用FAST进行特征点检测
    * @类和函数: FAST函数，FastFeatureDetector类
    * @author: holybin
    */
    #include <opencv2/core/core.hpp> 
    #include <opencv2/highgui/highgui.hpp> 
    #include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp> 
    #include <opencv2/features2d/features2d.hpp>
    
    using namespace cv; 
    using namespace std;
    
    int main(int argc, char** argv) 
    { 
    	Mat img = imread("box_in_scene.png");
    
    	vector<KeyPoint> keypoints; 
    	FastFeatureDetector fast(20);
    	fast.detect(img,keypoints);
    
    	//-- 绘制特征点
    	Mat img_keypoints; 
    	drawKeypoints(img, keypoints, img_keypoints, Scalar::all(-1), DrawMatchesFlags::DEFAULT); 
    	//-- 显示特征点
    	imshow("Keypoints", img_keypoints);
    	imwrite("fast_detection_result.png", img_keypoints);
    
    	waitKey(0); 
    	return 0; 
    }

运行结果如图：

![SouthEast 1][]

**这里注意到两种方法出来的效果不同**，究其原因，在使用detect函数进行特征点检测时，实际调用的是FeatureDetector的各个派生类（这里是FastFeatureDetector类）中的detectImpl函数，参考detect函数源代码（位置 \\OpenCV2.4.0\\modules\\features2d\\src\\detectors.cpp）：

void FeatureDetector::detect( const Mat& image, vector<KeyPoint>& keypoints, const Mat& mask ) const
    {
        keypoints.clear();
    
        if( image.empty() )
            return;
    
        CV_Assert( mask.empty() || (mask.type() == CV_8UC1 && mask.size() == image.size()) );
    
        detectImpl( image, keypoints, mask );//实际调用派生类的该函数
    }

而派生类FastFeatureDetector中的detectImpl函数的源代码如下（位置 \\OpenCV2.4.0\\modules\\features2d\\src\\fast.cpp）：

void FastFeatureDetector::detectImpl( const Mat& image, vector<KeyPoint>& keypoints, const Mat& mask ) const
    {
        Mat grayImage = image;
        if( image.type() != CV_8U ) cvtColor( image, grayImage, CV_BGR2GRAY );
        FAST( grayImage, keypoints, threshold, nonmaxSuppression );//调用FAST函数
        KeyPointsFilter::runByPixelsMask( keypoints, mask );
    }

可以看到detectImpl函数调用了FAST函数来做特征点检测，而随后调用了runByPixelsMask函数来进行一些别的处理，因为所有的传入参数都是一致的，可以断定就是这些操作使得最后的检测结果不一样。但是具体操作我还不清楚，如果有大神知道望赐教。

[OpenCV_feature2D_SURF_SIFT]: http://blog.csdn.net/holybin/article/details/17247657
[FAST]: http://www.cnblogs.com/ronny/p/4078710.html
[FAST 1]: http://blog.csdn.net/kezunhai/article/details/11290749
[SouthEast]: /images/20220805/8389aed5d5aa45b89997e3a2a4683020.png
[20150329230659434]: /images/20220805/8ccfae3dbdc640ba9ff238272962ed5d.png
[SouthEast 1]: /images/20220805/9fdc7dfb1eb14338986d8c9091f2d4f7.png