CAP6411 Computer Vision Systems Lecture 5

19 Pages·2006·1 MB·English

by  Alper Yilmaz

CCAAPP66441111
CCoommppuutteerr VViissiioonn SSyysstteemmss
LLeeccttuurree 55
AAllppeerr YYiillmmaazz
OOffffiiccee:: CCSSBB 225500
EEmmaaiill:: yyiillmmaazz@@ccss..uuccff..eedduu
WWeebb:: hhttttpp::////wwwwww..ccss..uuccff..eedduu//ccoouurrsseess//ccaapp66441111//ccaapp66441111//sspprriinngg22000066
RReeccaapp
IInntteerreesstt ppooiinntt ddeetteeccttiioonn
1
RReeccaapp
PPoossssiibbllee AApppprrooaacchheess
Based on brightness of images
(cid:132)
Usually image derivatives
(cid:132)
Based on boundary extraction
(cid:132)
First step edge detection
(cid:132)
Curvature analysis of edges
(cid:132)
RReeccaapp
HHaarrrriiss CCoorrnneerr DDeetteeccttoorr
CCoorrnneerr ppooiinntt ccaann bbee rreeccooggnniizzeedd iinn aa wwiinnddooww
(cid:132)(cid:132)
SShhiiffttiinngg aa wwiinnddooww iinn aannyy ddiirreeccttiioonn sshhoouulldd ggiivvee
(cid:132)(cid:132)
aa llaarrggee cchhaannggee iinn iinntteennssiittyy
E(u,v)=∑ w(x,y) [ I(x,+u,y+v)−I(x,y)]2
14243 1442443 123
x,y
window function shifted intensity intensity
E(u,v)=(u v)M⎜⎛u⎟⎞ M =∑w(x,y)⎢⎡IxIx IxIy⎥⎤
⎜ ⎟ I I I I
⎝v⎠ x,y ⎣ x y y y⎦
R = detM −k(traceM)2
C.Harris, M.Stephens. “A Combined Corner and Edge Detector”. 1988
2
SSUUSSAANN DDeetteeccttoorr
PPrrooppoosseedd bbyy SSmmiitthh aanndd BBrraaddyy iinn 11999955
(cid:132)(cid:132)
SSUUSSAANN ssttaannddss ffoorr SSmmaalllleesstt ““UUnniivvaalluuee
(cid:132)(cid:132)
SSeeggmmeenntt AAssssiimmiillaattiinngg NNuucclleeuuss ((UUSSAANN))””
IItt ddooeessnn’’tt uussee aannyy ddeerriivvaattiivveess
(cid:132)(cid:132)
IItt iiss bbaasseedd oonn tthhee ffaacctt tthhaatt eeaacchh ppooiinntt
(cid:132)(cid:132)
wwiitthhiinn aann iimmaaggee iiss aassssoocciiaatteedd wwiitthh iitt aa
llooccaall aarreeaa ooff ccoommppaarraabbllee bbrriigghhttnneessss
S.M. Smith. SUSAN -a new approach to low level image processing. Internal Technical Report
TR95SMS1, DefenceResearch Agency, ChobhamLane, Chertsey, Surrey, UK, 1995.
PPrriinncciippllee
CCoonnssiiddeerreedd iinn aa cciirrccuullaarr mmaasskk aarroouunndd aa
(cid:132)(cid:132)
ppiixxeell
CCoommppaarriissoonn ooff iinntteennssiittyy iinn aa
(cid:132)(cid:132)
nneeiigghhbboorrhhoooodd
AArreeaa wwiitthh ssiimmiillaarr iinntteennssiittiieess iiss ccaalllleedd UUSSAANN
(cid:132)(cid:132)
RReeppeeaatt tthhee pprroocceedduurree ffoorr eeaacchh ppiixxeell
(cid:132)(cid:132)
3
TThhee SSUUSSAANN DDeetteeccttoorr
(cid:132)(cid:132) UUSSAANN aarreeaa vvaarriieess wwiitthh rreessppeecctt ttoo ffeeaattuurreessooff tthhee iimmaaggee
(cid:132)(cid:132) UUSSAANN aarreeaa
(cid:132)(cid:132) iiss mmaaxxiimmuumm wwiitthhiinn tthhee rreeccttaanngguullaarr aarreeaa
(cid:132)(cid:132) ffaallllss ttoo aa mmiinniimmuumm aatt aann eeddggee
(cid:132)(cid:132) ssmmaalllleerr vvaalluuee ccoorrrreessppoonnddiinngg ttoo aa llooccaall mmiinniimmuumm aatt aa ccoorrnneerr
(cid:132)(cid:132) TThhiiss iiss tthhee pprrooppeerrttyy uuppoonn wwhhiicchh tthhee ccoorrnneerr ffiinnddeerr aallggoorriitthhmm iiss bbaasseedd
AAllggoorriitthhmm
DDeetteerrmmiinnee aa cciirrccuullaarr mmaasskk
11..
TTyyppiiccaallllyy 3377 ppiixxeellss aarroouunndd eeaacchh ppiixxeell ((nnuucclleeuuss))
(cid:132)(cid:132)
CCaallccuullaattee tthhee bbrriigghhttnneessss ddiiffffeerreennccee bbeettwweeeenn
22..
eeaacchh ppiixxeell iinn tthhee mmaasskk wwiitthh iittss nnuucclleeuuss
⎧1 if I(r )−I(r ) ≤t
c(r,r )= ⎨ 0
0
0 otherwise
⎩
SSuumm tthhee nnuummbbeerr ooff ppiixxeellss wwiitthh ssiimmiillaarr
33..
iinntteennssiittyy lleevveellss ttoo tthhaatt ooff tthhee nnuucclleeuuss
n(r )= ∑c(r,r )
0 0
r
4
AAllggoorriitthhmm
CCoommppaarree nn wwiitthh gg,, tthhee ggeeoommeettrriicc tthhrreesshhoolldd
44..
wwhhiicchh iiss sseett ttoo hhaallff ooff tthhee mmaaxxiimmuumm vvaalluuee tthhaatt
nn ccaann bbee ((nn //22))
mmaaxx
AAtt aa ppeerrffeecctt ccoorrnneerr tthhee UUSSAANN aarreeaa wwiillll aallwwaayyss
55..
bbee lleessss tthhaann hhaallff tthhee ssiizzee ooff tthhee mmaasskk aarreeaa,,
aanndd wwiillll bbee aa llooccaall mmiinniimmuumm
⎧g −n(r ) if n(r )< g
R(r )= ⎨ 0 0
0 0 otherwise
⎩
PPrroobblleemmss
SSttrroonngg eeddggeess aanndd nnooiissee rreessuullttss iinn ffaallssee ddeetteeccttiioonn
(cid:132)(cid:132)
((LLeefftt ffiigguurree)) TThhee UUSSAANN iiss nnoott ccoonnttiinnuuoouuss.. OObbvviioouussllyy
(cid:132)(cid:132)
nnuucclleeuuss iiss nnoott aa ccoorrnneerr,, eevveenn tthhoouugghh tthhee ffuunnccttiioonn
sshhoowwss iitt iiss tthhee llooccaall mmaaxxiimmaa..
((RRiigghhtt ffiigguurree)) NNuucclleeuuss lliieess iinn aa lloonngg tthhiinn aarreeaa,, wwhhiicchh
(cid:132)(cid:132)
ddeeppiiccttss UUSSAANN iiss aallssoo vveerryy ssmmaallll.. HHoowweevveerr,, tthhee vvaalluuee
iiss hhiigghh,, wwhhiicchh ccoonnttrraaddiiccttss tthhee ffaacctt tthhaatt tthhee ppooiinntt iinn
qquueessttiioonn iiss nnoott aa ccoorrnneerr..
5
IImmpprroovviinngg SSUUSSAANN DDeetteeccttoorr
TTwwoo rruulleess
(cid:132)(cid:132)
FFiinndd cceennttrrooiidd ooff UUSSAANN aarreeaa aanndd ddiissttaannccee
(cid:132)(cid:132)
ffrroomm nnuucclleeuuss.. ppooiinntt ccaannnnoott bbeeccoommee aa
ccoorrnneerr iiff tthhee ddiissttaannccee iiss ssmmaallll..
OOnnee ooff tthhee ppiixxeellss oonn tthhee lliinnee ccoonnnneeccttiinngg
(cid:132)(cid:132)
cceennttrrooiidd ttoo cceenntteerr ooff cciirrccuullaarr rreeggiioonn ccaann bbee
aa ccoorrnneerr
BBeenneeffiittss
AAccccuurraaccyy,, ssppeeeedd aanndd llooccaalliizzaattiioonn
(cid:132)(cid:132)
Output of the SUSANcorner detector Output of the Plesseycorner detector
(t=10) given the test image. (0.3 sec) (o=2.0) given the test image. (3.5 sec)
6
SSIIFFTT -- KKeeyy PPooiinntt EExxttrraaccttiioonn
SSttaannddss ffoorr ssccaallee iinnvvaarriiaanntt ffeeaattuurree
(cid:132)(cid:132)
ttrraannssffoorrmm
PPaatteenntteedd bbyy uunniivveerrssiittyy ooff BBrriittiisshh
(cid:132)(cid:132)
CCoolluummbbiiaa
SSiimmiillaarr ttoo tthhee oonnee uusseedd iinn pprriimmaattee vviissuuaall
(cid:132)(cid:132)
ssyysstteemm ((hhuummaann,, aappee,, mmoonnkkeeyy,, eettcc..))
TTrraannssffoorrmmss iimmaaggee ddaattaa iinnttoo ssccaallee--
(cid:132)(cid:132)
iinnvvaarriiaanntt ccoooorrddiinnaatteess
D. Lowe. Distinctive image features from scale-invariant key points., International Journal of
Computer Vision 2004.
GGooaall
EExxttrraaccttiinngg ddiissttiinnccttiivvee iinnvvaarriiaanntt ffeeaattuurreess
(cid:132)(cid:132)
CCoorrrreeccttllyy mmaattcchheedd aaggaaiinnsstt aa llaarrggee ddaattaabbaassee ooff
(cid:132)(cid:132)
ffeeaattuurreess ffrroomm mmaannyy iimmaaggeess
IInnvvaarriiaannccee ttoo iimmaaggee ssccaallee aanndd rroottaattiioonn
(cid:132)(cid:132)
RRoobbuussttnneessss ttoo
(cid:132)(cid:132)
AAffffiinnee ddiissttoorrttiioonn,,
(cid:132)(cid:132)
CChhaannggee iinn 33DD vviieewwppooiinntt,,
(cid:132)(cid:132)
AAddddiittiioonn ooff nnooiissee,,
(cid:132)(cid:132)
CChhaannggee iinn iilllluummiinnaattiioonn..
(cid:132)(cid:132)
7
AAddvvaannttaaggeess
LLooccaalliittyy:: ffeeaattuurreess aarree llooccaall,, ssoo rroobbuusstt ttoo
(cid:132)(cid:132)
oocccclluussiioonn aanndd cclluutttteerr
DDiissttiinnccttiivveenneessss:: iinnddiivviidduuaall ffeeaattuurreess ccaann bbee
(cid:132)(cid:132)
mmaattcchheedd ttoo aa llaarrggee ddaattaabbaassee ooff oobbjjeeccttss
QQuuaannttiittyy:: mmaannyy ffeeaattuurreess ccaann bbee ggeenneerraatteedd
(cid:132)(cid:132)
ffoorr eevveenn ssmmaallll oobbjjeeccttss
EEffffiicciieennccyy:: cclloossee ttoo rreeaall--ttiimmee ppeerrffoorrmmaannccee
(cid:132)(cid:132)
EExxtteennssiibbiilliittyy:: ccaann eeaassiillyy bbee eexxtteennddeedd ttoo wwiiddee
(cid:132)(cid:132)
rraannggee ooff ddiiffffeerriinngg ffeeaattuurree ttyyppeess,, wwiitthh eeaacchh
aaddddiinngg rroobbuussttnneessss
IInnvvaarriiaanntt LLooccaall FFeeaattuurreess
8
SStteeppss ffoorr EExxttrraaccttiinngg KKeeyy
PPooiinnttss
SSccaallee ssppaaccee ppeeaakk sseelleeccttiioonn
(cid:132)(cid:132)
PPootteennttiiaall llooccaattiioonnss ffoorr ffiinnddiinngg ffeeaattuurreess
(cid:132)(cid:132)
KKeeyy ppooiinntt llooccaalliizzaattiioonn
(cid:132)(cid:132)
AAccccuurraatteellyy llooccaattiinngg tthhee ffeeaattuurree kkeeyy
(cid:132)(cid:132)
OOrriieennttaattiioonn AAssssiiggnnmmeenntt
(cid:132)(cid:132)
AAssssiiggnniinngg oorriieennttaattiioonn ttoo tthhee kkeeyyss
(cid:132)(cid:132)
KKeeyy ppooiinntt ddeessccrriippttoorr
(cid:132)(cid:132)
DDeessccrriibbiinngg tthhee kkeeyy aass aa hhiigghh ddiimmeennssiioonnaall vveeccttoorr
(cid:132)(cid:132)
BBuuiillddiinngg aa SSccaallee SSppaaccee
AAllll ssccaalleess mmuusstt bbee eexxaammiinneedd ttoo iiddeennttiiffyy ssccaallee--
(cid:132)(cid:132)
iinnvvaarriiaanntt ffeeaattuurreess
AAnn eeffffiicciieenntt ffuunnccttiioonn iiss ttoo ccoommppuuttee tthhee LLaappllaacciiaann
(cid:132)(cid:132)
PPyyrraammiidd ((DDiiffffeerreennccee ooff GGaauussssiiaann)) ((BBuurrtt && AAddeellssoonn,, 11998833))
9
BBuuiillddiinngg aa SSccaallee SSppaaccee
1
G(x,y,kσ)= e−(x2+y2)/2k2σ2
2π(kσ)2
kkiiss tthhee
nnuummbbeerr ooff
cchhoosseenn ssccaallee
iinn eeaacchh ooccttaavvee
SSccaallee SSppaaccee PPeeaakk DDeetteeccttiioonn
CCoommppaarree aa ppiixxeell ((XX)) wwiitthh 2266
(cid:132)(cid:132)
ppiixxeellss iinn ccuurrrreenntt aanndd aaddjjaacceenntt
ssccaalleess ((GGrreeeenn CCiirrcclleess))
SSeelleecctt iiff llaarrggeerr//ssmmaalllleerr tthhaann aallll
(cid:132)(cid:132)
2266 ppiixxeellss
LLaarrggee nnuummbbeerr ooff eexxttrreemmaa,,
(cid:132)(cid:132)
ccoommppuuttaattiioonnaallllyy eexxppeennssiivvee
DDeetteecctt tthhee mmoosstt ssttaabbllee ssuubbsseett
(cid:132)(cid:132)
wwiitthh aa ccooaarrssee ssaammpplliinngg ooff ssccaalleess
10