Corner
서로 다른 방향에서 변화가 크게 발생하는 영역.
코너는 영상에서 특정위치를 추적하거나, 패턴을 매칭하는데 중요한 역할을 한다.
Fast에서는 반지름 3인 원을 활룡한 코너 검출 방식으로 빠르게 검출함
FAST 알고리즘
컴퓨터 비전에서 특징점( corner , keypoint )검출을 빠르게 수행하는 알고리즘이다.
특히 slam , 영상 기반 물체 인식 , 영상 스티칭등에 많이 사용됨.
2006년에 제안된 알고리즘이며, 기존의 harris 코너 검출기보다 훨씬 빠르다.
기본 아이디어
FAST는 픽셀의 주변의 16개 이웃을 원형 형태로 배치하고, 특정한 패턴을 만족하는지 확인하여 코너를 검출함.
1. 기본적인 원형 구조
중심 픽셀 p의 주변에 반지름이 r=3인 원을 형성한다.
2. 원을 이용한 corner 판별의 행심 아이다어
중심 픽셀 p의 밝기 값과 16개의 원형 이웃 픽셀의 밝기 값을 비교한다.
이때 코너를 정의하는 조건은 아래와 같다.
이웃한 픽셀들 중에서 최소한 12개 이상이 중심 픽셀보다 '밝거나 어두운 방향으로' 크게 차이가 나야 corner로 판단한다.
==> 즉, 12개 이상이 연속적으로 밝거나 어두운 경우에만 corner라고 판단한다.
장점
속도가 매우 빨라서 실시간 시스템에서 활용이 가능.
계산량이 적어서 임베디드에서도 사용 가능
단점
scale변화에 취약하며 rotation에 약할수있음
코너 응답이 정확하지 않을수도 있음
FAST 알고리즘의 동작 과정
1. 중심 픽셀 p 를 선택
입력 영상에서 특정한 하나의 픽셀을 선택해서 분석한다.
2. 주변 원형 픽셀 16개를 탐색
픽셀의 좌표를 기준으로 반지름이 3인 원을 구성한다. 그리고 해당 픽셀들에 대한 밝기값도 저장한다.
3. FAST에 대한 조건 검사
FAST는 corner를 판별하기 위해서 아래 2가지의 질문을 확인한다.
3-1. 4개 픽셀의 빠른 검사 ( First 4-point Test )
속도를 높이기 위해서, 전체 16개를 검사하기 전에 특정 4개 픽셀만 먼저 검사한다. ( 검사하는 픽셀의 위치는 상,하,좌,우 4개이다. 1,5,9,13번 픽셀 )
==> 4개중에서 3개 이상이 '밝거나 어두운 조건' 을 만족 못하면 즉시 탈락. ( 탈락하면 더 이상 연산을 수행할 필요없이 다음 픽셀로 이동 한다. )
3-2. 전체 16개 픽셀 검사 ( 12개의 연속 조건 )
만약에 4개 픽셀 검사를 통과한다면, 전체 16개를 본격적으로 검사한다.
==> 16개 중에서 12개 이상 '밝거나 어두운 조건' 만족시에만 corner라고 판단.
4. 결과 저장 및 다음 픽셀로 이동한다.
corner라고 판별된 경우에, 해당 위치를 특징점으로 저장함. 그리고 다음 픽셀을 선택하고 같은 과정을 반복한다.
import numpy as np
import cv2
import matplotlib.pyplot as plt
def detect_fast_features( image_path , threshold=50 , nonmax_suppression=True ):
image = cv2.imread( image_path )
gray = cv2.cvtColor( image , cv2.COLOR_BGR2GRAY )
fast = cv2.FastFeatureDetector_create( threshold=threshold , nonmaxSuppression=nonmax_suppression )
keypoints = fast.detect( gray , None )
image_with_keypoints = cv2.drawKeypoints( image , keypoints , None , color=( 0 , 255 , 0 ) )
plt.figure( figsize=(15,15) )
plt.imshow( cv2.cvtColor( image_with_keypoints , cv2.COLOR_BGR2RGB ) )
plt.axis("off")
plt.title(f' fast keypoints ( threshold={threshold} , Nonmax Suppression={nonmax_suppression}) ' )
plt.show()
return keypoints
detect_fast_features("chess.jpg", threshold=50, nonmax_suppression=True)원본
cv2.FastFeatureDetector_create(threshold=None, nonmaxSuppression=None, type=None)
opencv에서 FAST알고리즘으로 keypoint를 검출하는 객체를 생성하는 함수이다.
threshold는 중심 픽셀과 주변 16개 픽셀의 밝기 차이를 비교해서 corner를 판단하는 임계값이다.
nonmaxSuppression은 비최대 억제 여부를 설정하는 boolean값이다. 기본값은 True이다.
type은 corner검출 방법을 지정하는 값이다. 기본값은 cv2.FAST_FEATURE_DETECTOR_TYPE_9_16
fast.detect(img, None)
입력된 이미지에서 특징점을 검출하는 부분이다.
image는 입력이미지이며, grayscale image이어야함.
mask는 선택 사항이며, 특징점 검출을 제한할 영역을 지정하는 mask image이다.
