一种基于改进SIFT的图像匹配方法及设备组成比例

本申请公开了一种基于改进SIFT的图像匹配方法及设备，包括：基于待匹配图像，利用SIFT算法提取包含关键点的SIFT特征网格结构；将提取的SIFT特征网格结构转换为同心圆结构；基于任一子区域的梯度方向直方图生成梯度方向二进制描述符以及局部强度二进制描述符；基于梯度方向二进制描述符、局部强度二进制描述符以及对应的权重生成所述待匹配图像的关键点描述符；根据生成的所述关键点描述符与参考图像的关键点描述符，完成图像匹配。本申请实施例使用圆形区域替换正方形区域，减少误差的产生，考虑图像本身的局部强度信息，生成强度的二进制表述，实现高的精确度和实时性。实现高的精确度和实时性。实现高的精确度和实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进SIFT的图像匹配方法及设备


[0001]本申请涉及计算机视觉
，尤其涉及一种基于改进SIFT的图像匹配方法及设备。

技术介绍

[0002]图像匹配是现在计算机视觉领域中基础而又不可或缺的重要技术，目前在医学影响、虚拟现实、信息安全、军事领域等均有广泛的应用。尺度不变特征转换(SIFT)算法被提出以后，其良好的性能使图像匹配技术也得到了发展，但是SIFT方法产生的局部描述符计算复杂，冗余度较高，在实时性上表现不佳。此外，由于生成描述符的区域为正方形，旋转待配准图像区域中的像素使其主方向与参考图像的主方向平行时，该区域中的部分像素不重叠，从而造成误差，匹配精度大大降低。本专利技术的目的是设计一种新的局部描述符生成方法，以提高SIFT方法在图像匹配中的实时性、准确性。
[0003]Lowe在2004年提出了SIFT方法(Lowe DG.Distinctive image features from scale
‑
invariant keypoints[J].International Journal of Computer Vision,2004,60(2):91
‑
110.)，其原理是通过高斯差分尺度空间中对极值点进行检测，再采用三维二次函数进行拟合，剔除异常值以获取检测到的极值点的更加精确的尺度和位置，最后生成一个128维的具有尺度不变性的描述符作为匹配因子，从而对图像进行准确的匹配。该算法对旋转变化、尺度变化、光照变化均具有一定的鲁棒性，并由于其优秀的性能被广泛应用于众多领域，但SIFT维度太高导致运算时间过长。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供一种基于改进SIFT的图像匹配方法及设备，使用圆形区域替换正方形区域，减少误差的产生，考虑图像本身的局部强度信息，生成强度的二进制表述，实现高的精确度和实时性。
[0005]本申请实施例提供一种基于改进SIFT的图像匹配方法，包括：
[0006]获取待匹配图像；
[0007]基于所述待匹配图像，利用SIFT算法提取包含关键点的SIFT特征网格结构；
[0008]将提取的SIFT特征网格结构转换为同心圆结构，其中所述同心圆结构包括多个子区域，任一所述子区域包括一个梯度方向直方图；
[0009]基于任一子区域的梯度方向直方图生成梯度方向二进制描述符以及局部强度二进制描述符；
[0010]基于梯度方向二进制描述符、局部强度二进制描述符以及对应的权重生成所述待匹配图像的关键点描述符；
[0011]根据生成的所述关键点描述符与参考图像的关键点描述符，完成图像匹配。
[0012]可选的，还包括，按照指定的顺序为所述同心圆结构编号，以及，为任一子区域的梯度方向直方图编号。
[0013]可选的，所述梯度方向二进制描述符包括生成内部描述符、水平描述符、垂直描述符；
[0014]采用如下方式生成所述梯度方向二进制描述符：
[0015]定义系数k以评估阈值，内部描述符满足：
[0016][0017][0018]其中，p
m,n
表示编号为结构编号为m，梯度方向为n的内部描述符，S
m,n
表示第m个区域的第n个梯度方向；
[0019]水平描述符满足：
[0020][0021][0022]其中，H
m,n
表示编号为结构编号为m，梯度方向为n的水平描述符；
[0023]垂直描述符满足：
[0024][0025]其中，V
m,n
表示编号为结构编号为m，梯度方向为n的水平描述符；
[0026]所述梯度方向二进制描述符G，满足：G＝[P
m,n H
m,n V
m,n
]。
[0027]可选的，所述局部强度二进制描述符包括中心强度描述符、水平强度描述符、垂直强度描述符；
[0028]采用如下方式生成所述局部强度二进制描述符：
[0029]所述中心强度描述符满足：
[0030][0031]其中，I
m
表示关键点周围子区域的平均强度，I
m,c
表示中心强度描述符，I
center
表示指定半径的关键点区域的平均强度；
[0032]所述水平强度描述符满足：
[0033][0034][0035]其中，I
m,h
表示水平强度描述符；
[0036]所述垂直强度描述符满足：
[0037][0038]其中，I
m,v
表示垂直强度描述符；
[0039]所述局部强度二进制描述符满足T＝[I
mc I
mh I
mv
]。
[0040]可选的，基于梯度方向二进制描述符、局部强度二进制描述符以及对应的权重生成所述待匹配图像的关键点描述符满足：
[0041]H＝{(1
‑
ω)*G ω*T}
[0042]其中，H表示关键点描述符，ω表示局部强度二进制描述符T的权重。
[0043]可选的，根据生成的所述关键点描述符与参考图像的关键点描述符，完成图像匹配包括：
[0044]基于任一关键点的关键点描述符，以及参考图像的关键点描述符，采用k
‑
d树进行优化搜索，以查找所述任一关键点的近似最近邻特征点；
[0045]基于所述任一关键点到所述最近邻特征点之间的距离，与基于所述任一关键点到次近邻特征点之间的距离做除法运算，如果其商值在预设范围内，确定为匹配点，以完成关键点粗匹配。
[0046]可选的，在关键点粗匹配后，还包括采用RANSAC方法来矫正错配点。
[0047]本申请实施例还提出一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的基于改进SIFT的图像匹配方法的步骤。
[0048]本申请实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的基于改进SIFT的图像匹配方法的步骤。
[0049]本申请实施例使用圆形区域替换正方形区域，减少误差的产生，考虑图像本身的局部强度信息，生成强度的二进制表述，实现高的精确度和实时性。
[0050]上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
[0051]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0052]图1为本申请实施例的基于改进SIFT的图像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进SIFT的图像匹配方法，其特征在于，包括：获取待匹配图像；基于所述待匹配图像，利用SIFT算法提取包含关键点的SIFT特征网格结构；将提取的SIFT特征网格结构转换为同心圆结构，其中所述同心圆结构包括多个子区域，任一所述子区域包括一个梯度方向直方图；基于任一子区域的梯度方向直方图生成梯度方向二进制描述符以及局部强度二进制描述符；基于梯度方向二进制描述符、局部强度二进制描述符以及对应的权重生成所述待匹配图像的关键点描述符；根据生成的所述关键点描述符与参考图像的关键点描述符，完成图像匹配。2.如权利要求1所述的基于改进SIFT的图像匹配方法，其特征在于，还包括，按照指定的顺序为所述同心圆结构编号，以及，为任一子区域的梯度方向直方图编号。3.如权利要求2所述的基于改进SIFT的图像匹配方法，其特征在于，所述梯度方向二进制描述符包括生成内部描述符、水平描述符、垂直描述符；采用如下方式生成所述梯度方向二进制描述符：定义系数k以评估阈值，内部描述符满足：定义系数k以评估阈值，内部描述符满足：其中，p
m,n
表示编号为结构编号为m，梯度方向为n的内部描述符，S
m,n
表示第m个区域的第n个梯度方向；水平描述符满足：水平描述符满足：其中，H
m,n
表示编号为结构编号为m，梯度方向为n的水平描述符；垂直描述符满足：其中，V
m,n
表示编号为结构编号为m，梯度方向为n的水平描述符；所述梯度方向二进制描述符G，满足：G＝[P
m,n H
m,n V
m,n
]。4.如权利要求3所述的基于改进SIFT的图像匹配方法，其特征在于，所述局部强度二进制描述符包括中心强度描述符、水平强度描述符、垂直强度描述符；采用如下方式生成所述局部强度二进制描述符：
所述中心强度描述符满足：其中，I
m
表示关键点周...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩春雷，任磊，程翔，王丽华，汪霖，邢天璋，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：