martedì 27 agosto 2013

Riconoscimento automatico oggetti in OpenCV

Una delle funzioni piu' carine di OpenCV e' quella che permette di individuare oggetti in automatico all'interno di una immagine. Il mio obbiettivo sarebbe quello di determinare la presenza di cartelli stradali.

Per una prova ho preso una normale immagine scattata con la fotocamera del cellulare


Ho cercato quindi di individuare in automatico la posizione del cartello di precedenza
Il programma deriva direttamente dagli esempi di OpenCV

-------------------------------------------------
#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include "opencv2/core/core.hpp"
#include "opencv2/features2d/features2d.hpp"
#include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
#include "opencv2/calib3d/calib3d.hpp"

using namespace cv;

void readme();

/** @function main */
int main( int argc, char** argv )
{
  if( argc != 3 )
  { readme(); return -1; }

  Mat img_object = imread( argv[1], CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE );
  Mat img_scene = imread( argv[2], CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE );

  if( !img_object.data || !img_scene.data )
  { std::cout<< " --(!) Error reading images " << std::endl; return -1; }

  //-- Step 1: Detect the keypoints using SURF Detector
  int minHessian = 400;

  SurfFeatureDetector detector( minHessian );

  std::vector<KeyPoint> keypoints_object, keypoints_scene;

  detector.detect( img_object, keypoints_object );
  detector.detect( img_scene, keypoints_scene );

  //-- Step 2: Calculate descriptors (feature vectors)
  SurfDescriptorExtractor extractor;

  Mat descriptors_object, descriptors_scene;

  extractor.compute( img_object, keypoints_object, descriptors_object );
  extractor.compute( img_scene, keypoints_scene, descriptors_scene );

  //-- Step 3: Matching descriptor vectors using FLANN matcher
  FlannBasedMatcher matcher;
  std::vector< DMatch > matches;
  matcher.match( descriptors_object, descriptors_scene, matches );

  double max_dist = 0; double min_dist = 100;

  //-- Quick calculation of max and min distances between keypoints
  for( int i = 0; i < descriptors_object.rows; i++ )
  { double dist = matches[i].distance;
    if( dist < min_dist ) min_dist = dist;
    if( dist > max_dist ) max_dist = dist;
  }

  printf("-- Max dist : %f \n", max_dist );
  printf("-- Min dist : %f \n", min_dist );

  //-- Draw only "good" matches (i.e. whose distance is less than 3*min_dist )
  std::vector< DMatch > good_matches;

  for( int i = 0; i < descriptors_object.rows; i++ )
  { if( matches[i].distance < 3*min_dist )
     { good_matches.push_back( matches[i]); }
  }

  Mat img_matches;
  drawMatches( img_object, keypoints_object, img_scene, keypoints_scene,
               good_matches, img_matches, Scalar::all(-1), Scalar::all(-1),
               vector<char>(), DrawMatchesFlags::NOT_DRAW_SINGLE_POINTS );

  //-- Localize the object
  std::vector<Point2f> obj;
  std::vector<Point2f> scene;

  for( int i = 0; i < good_matches.size(); i++ )
  {
    //-- Get the keypoints from the good matches
    obj.push_back( keypoints_object[ good_matches[i].queryIdx ].pt );
    scene.push_back( keypoints_scene[ good_matches[i].trainIdx ].pt );
  }

  Mat H = findHomography( obj, scene, CV_RANSAC );

  //-- Get the corners from the image_1 ( the object to be "detected" )
  std::vector<Point2f> obj_corners(4);
  obj_corners[0] = cvPoint(0,0); obj_corners[1] = cvPoint( img_object.cols, 0 );
  obj_corners[2] = cvPoint( img_object.cols, img_object.rows ); obj_corners[3] = cvPoint( 0, img_object.rows );
  std::vector<Point2f> scene_corners(4);

  perspectiveTransform( obj_corners, scene_corners, H);

  //-- Draw lines between the corners (the mapped object in the scene - image_2 )
  line( img_matches, scene_corners[0] + Point2f( img_object.cols, 0), scene_corners[1] + Point2f( img_object.cols, 0), Scalar(0, 255, 0), 4 );
  line( img_matches, scene_corners[1] + Point2f( img_object.cols, 0), scene_corners[2] + Point2f( img_object.cols, 0), Scalar( 0, 255, 0), 4 );
  line( img_matches, scene_corners[2] + Point2f( img_object.cols, 0), scene_corners[3] + Point2f( img_object.cols, 0), Scalar( 0, 255, 0), 4 );
  line( img_matches, scene_corners[3] + Point2f( img_object.cols, 0), scene_corners[0] + Point2f( img_object.cols, 0), Scalar( 0, 255, 0), 4 );

  //-- Show detected matches
  imshow( "Good Matches & Object detection", img_matches );

  waitKey(0);
  return 0;
  }

  /** @function readme */
  void readme()
  { std::cout << " Usage: ./SURF_descriptor <img1> <img2>" << std::endl; }
-------------------------------------------------

per prima cosa ho usato come immagine di training il cartello di precedenza estratto dalla medesima immagine.

Il risultato e' ottimale


a questo punto le cose si complicano. Ho scattato una seconda foto spostandomi di qualche metro per cambiare la prospettiva

Si ha ancora un qualche risultato ma chiaramente basta una piccola modifica per confondere l'algoritmo
Ancora piu' difficile. Invece di tagliare l'immagine ho preso una immagine generica di un cartello di precedenza (da Google Images)


il risultato e' decisamente pessimo

sostanzialmente un esperimento fallito e come al solito "conoscere la risposta aiuta nel risolvere un problema"