OpenCV基本图像处理操作(十一)——图像特征Sift算法

2024-04-18 01:12

本文主要是介绍OpenCV基本图像处理操作(十一)——图像特征Sift算法,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

图像尺度空间

在一定的范围内,无论物体是大还是小,人眼都可以分辨出来,然而计算机要有相同的能力却很难,所以要让机器能够对物体在不同尺度下有一个统一的认知,就需要考虑图像在不同的尺度下都存在的特点。
尺度空间的获取通常使用高斯模糊来实现
在这里插入图片描述在这里插入图片描述不同σ的高斯函数决定了对图像的平滑程度,越大的σ值对应的图像越模糊。

多分辨率金字塔

在这里插入图片描述

高斯差分金字塔(DOG)

在这里插入图片描述

定义公式

D ( x , y , σ ) = [ G ( x , y , k σ ) − G ( x , y , σ ) ] ∗ I ( x , y ) = L ( x , y , k σ ) − L ( x , y , σ ) D(x, y, \sigma)=[G(x, y, k \sigma)-G(x, y, \sigma)] * I(x, y)=L(x, y, k \sigma)-L(x, y, \sigma) D(x,y,σ)=[G(x,y,)G(x,y,σ)]I(x,y)=L(x,y,)L(x,y,σ)

DoG空间极值检测

为了寻找尺度空间的极值点,每个像素点要和其图像域(同一尺度空间)和尺度域(相邻的尺度空间)的所有相邻点进行比较,当其大于(或者小于)所有相邻点时,该点就是极值点。如下图所示,中间的检测点要和其所在图像的3×3邻域8个像素点,以及其相邻的上下两层的3×3领域18个像素点,共26个像素点进行比较。
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关键点的精确定位

这些候选关键点是DOG空间的局部极值点,而且这些极值点均为离散的点,精确定位极值点的一种方法是,对尺度空间DoG函数进行曲线拟合,计算其极值点,从而实现关键点的精确定位。
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消除边界响应后为:
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特征点的方向

在这里插入图片描述
每个特征点可以得到三个信息(x,y,σ,θ),即位置、尺度和方向。具有多个方向的关键点可以被复制成多份,然后将方向值分别赋给复制后的特征点,一个特征点就产生了多个坐标、尺度相等,但是方向不同的特征点。

生成特征描述

在完成关键点的梯度计算后,使用直方图统计邻域内像素的梯度和方向。
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为了保证特征矢量的旋转不变性,要以特征点为中心,在附近邻域内将坐标轴旋转θ角度,即将坐标轴旋转为特征点的主方向。
在这里插入图片描述
旋转之后的主方向为中心取8x8的窗口,求每个像素的梯度幅值和方向,箭头方向代表梯度方向,长度代表梯度幅值,然后利用高斯窗口对其进行加权运算,最后在每个4x4的小块上绘制8个方向的梯度直方图,计算每个梯度方向的累加值,即可形成一个种子点,即每个特征的由4个种子点组成,每个种子点有8个方向的向量信息。
在这里插入图片描述
论文中建议对每个关键点使用4x4共16个种子点来描述,这样一个关键点就会产生128维的SIFT特征向量。
在这里插入图片描述

代码实现

import cv2
import numpy as npimg = cv2.imread('test_1.jpg')
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
sift = cv2.SIFT_create()
kp = sift.detect(gray, None)
img = cv2.drawKeypoints(gray, kp, img)cv2.imshow('drawKeypoints', img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
kp, des = sift.compute(gray, kp)
print (np.array(kp).shape)

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这篇关于OpenCV基本图像处理操作(十一)——图像特征Sift算法的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



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