基于Harris角点的室内三维全景图拼接算法matlab仿真

1.算法运行效果图预览

2.算法运行软件版本

matlab2022a

3.算法理论概述

       在室内三维全景图的构建中，Harris角点检测算法扮演着关键的角色，用于识别场景中的特征点以实现图像间的匹配和对齐。该过程通常包括以下几个步骤：图像获取、角点检测、特征描述、匹配以及基于这些匹配信息的图像拼接。

3.1Harris角点检测原理

      对于一个灰度图像 (x,y)，我们需要计算每个像素点(x,y) 的梯度强度和方向。通常使用 Sobel 滤波器或其他微分算子来得到水平 Gx​ 和垂直Gy​ 方向上的梯度：

这里简化了Sobel算子的形式，实际应用中可能需要考虑更大范围的邻域计算。

定义图像局部窗口W 内的协方差矩阵（结构张量）为：

3.2 Harris响应函数

Harris等人提出的响应函数R 结合了迹和行列式的特性，用于衡量区域是否具有稳定的角点属性：

其中，λ1​,λ2​ 是协方差矩阵M 的特征值，k 是一个自由参数，通常取 0.04~0.06。当 R 较大时，表示该区域具有较强的角点特征。

3.3 角点检测与筛选

        通过对每个像素窗口应用上述公式计算响应值，然后通过阈值处理，找出响应值大于预定阈值的点作为角点候选。进一步，可以采用非极大值抑制去除边缘响应较高的假阳性点。

      在室内三维全景图拼接中，首先利用Harris角点检测方法分别从各个相邻视图中找到稳定的特征点。接着，运用如SIFT、SURF等更稳健的特征描述符提取特征点的描述向量，进行两两视图之间的特征匹配。

     匹配成功后，通过几何变换（如单应性矩阵H或本质矩阵E）估计不同视图间的关系，从而实现图像对齐。最后，依据对齐结果采用图像融合技术拼接各视角下的图像，形成无缝的室内三维全景图。

      由于篇幅限制，这里并未涵盖完整的数学推导和示意图，但在实际操作中，涉及到更多的图像处理技术与优化策略。在可视化方面，可以借助专门的数学排版工具生成对应的数学公式图片，以便更好地理解复杂的矩阵运算和相关概念。

4.部分核心程序

dirs    = 'datasheet/';% 定义文件夹路径  
files   = dir(dirs);% 获取文件夹内的所有文件和子文件夹信息  
files   = files(2:end);% 去除第一个元素
N       = length(files);% 计算文件数量  
Iset    = {};
cnt     = 1;
for i = 1:N% 遍历所有文件  
    if files(i).name(1) ~= '.'
       % 读取图像文件，并将其路径拼接为完整路径  
       im        = imread(strcat(dirs,files(i).name));
       % 调整图像大小为640x640，并将其转换为双精度浮点数，同时归一化到[0,1]范围  
       im        = double(imresize(im, [640, 640]))/255;
       % 将处理后的图像添加到Iset中
       Iset{cnt} = im;
       cnt       = cnt + 1;
    end
end
 
 
img12=func_mix(Iset{1},Iset{2},1);
img34=func_mix(Iset{3},Iset{4},1);
img56=func_mix(Iset{5},Iset{6},0);
img78=func_mix(Iset{7},Iset{8},0);
img789=func_mix(img78,Iset{9},0);
 
img1234=func_mix(img12,img34,0);
img56789=func_mix(img56,img789,0);
 
img1234=func_mix(img12,img34,0);
img123456789=func_mix(img1234,img56789,0);
 
[R,C,K] = size(img123456789);
figure;
imshow(img123456789(0.4*R:0.85*R,0.1*C:0.75*C,:));
 
 
 
 
figure;
subplot(231);imshow(img12);
subplot(232);imshow(img34);
subplot(233);imshow(img56);
subplot(234);imshow(img78);
subplot(235);imshow(img789);
subplot(236);imshow(img56789);