第三章 影像特徵點擷取
3.3 影像特徵擷取
在本論文中，影像特徵擷取將由一個嵌入式的影像處理平台來完成，詳細硬 體說明將在 4.1 節中介紹。
影像系統所取得的原始影像為 640x480 的灰階影像，為了加快特徵擷取的速 度，我們將影像解析度降到 160x120 再作處理，首先將影像二值化，接著找出影 像中可能為左上和右下角點像素座標，找角點的方法是左上與右下角的影像樣板 (image pattern)(圖 3.6)來和二值化後的影像做 SSD(Sum-of-Square) Correlation 運 算，找出可能為目標影像左上與右下角點的座標，SSD Correlation 計算式如下：
( ) 2
2
2 2
2
) , ( ) , ( )
,
( ∑ ∑ +
−
= +
−
=
− + +
=
j i
j i P j y i x I y
x
Cor
(3.1)SSD Correlation 所得的數值愈小，則該點愈符合影像樣板，完全符合時數值為 0。
Top-left point
Bottom-right point
Top-left point
Bottom-right point
(a) (b)
圖 3.5 影像特徵點：(a) 遠端特徵點； (b) 近端特徵點
找出影像中的可能的角點之後，我們需要從中選出正確的影像特徵點，因為 所使用的灰階閥值(Threshold)的影響，黑色與白色交界處的影像可能會在二 值化時誤判，不過通常若其中一個黑色或白色長條的寬度被誤判，則其他同
圖 3.6 (a) Top-left pattern；(b) Bottom-right pattern
以上兩個原因，檢查垂直條碼的方式以判斷第 1, 2 個條碼元素和與第 3, 4 個元素和的比例是否正確來決定此角點是否落在目標影像上。
藉由檢查垂直條碼，可以確定此左上角點是否位於類條碼目標影像上。
右下角點的檢驗和左上角點相同，不過掃描方向為垂直向上。
(2) 選擇長寬比最正確的一對左上與右下角點：
當所有落於目標影像上的左上與右下角點找到之後，再找出所有左上右 下點組合所形成的長寬比(圖 3.7(b))中和預定的特徵點(Desired feature)之長 寬比最相近的一組，並檢查此組長寬比和預定特徵點之長寬比間的誤差是否 小於一固定閥值，若在閥值範圍內即認定為正確的遠端特徵點。
3.3.2 近端特徵點
近端特徵點的檢驗方式同樣分為兩個步驟：
(1) 檢查角點是否位於目標影像上：
Code = [5,5,5,5,5]
(u1,v1)
(u2,v2) Width = u2-u1
Height = v2-v1
(a) (b)
圖 3.7 遠端特徵點檢驗：(a) 垂直掃描； (b) 長寬比
由於在近端看不到完整的目標影像，因此這部分的檢驗方式針對目標影 像中間的水平條碼。此部份的角點檢驗一次需要一對左上與右下角點，因為 在水平條碼的部分無法確定條碼的長度為何，其條碼長度會因為觀察的角度 不同或光源影響(例如因為光源太弱，使其中一個垂直白色條紋在二值化時 被判定為黑色)而改變，在不知道條碼長度的情況下，如果只有單一個左上 角點，則我們只能知道掃描的起點位置，無法得知何時該結束掃描。因此，
我們一次取一對左上右下角點來做檢驗，在兩個角點間的三個不同水平位置 掃描，得到三個條碼值分別為 Code_up, Code_center, Code_down(如圖 3.8(a) 所示)，並以 Code_center 條碼為基準，檢查 Code_up 或 Code_down 條碼中 是否有一組和 Code_center 相同，若兩組中有一組和 Code_center 相同，則判 定目前的左上右下角點落在目標影像的中央長條上。
(2) 選擇長寬比最正確的一對左上與右下角點：
若在前一個步驟檢查到一組左上右下角點位於中央長條上，則比較此組 角點所形成的長寬比(圖 3.8(b))和預定特徵點的長寬比間的誤差。最後找出 所有位於中央長條上的角點對中，長寬比誤差最小的一對，若此誤差小於一 固定閥值，則判定此角點對為正確的影像特徵點。
Code_up = [3,4,4,3]
Code_center = [3,4,4,3]
Code_down = [3,4,4,3]
(u1,v1)
(u2,v2) Width = u2-u1
Height = v2-v1
(a) (b)
圖 3.8 近端特徵點檢驗：(a) 水平掃描； (b) 長寬比
圖 3.9 為擷取影像特徵的整體流程圖，包含以上所介紹的所有步驟。