改进的SIFT算法图像匹配研究

对SIFT(尺度不变特征变换)算法特征描述子维数过高,导致匹配速度过慢、匹配率低等问题,提出了一种分级放射状分区的方法来构建特征描述子,将特征点邻域划分为8个区域,统计各个区域内8个方向的梯度方向直方图,得到64维特征描述子,使特征描述子维数降低50%。同时因马氏距离考虑了特征描述子向量间的相关性,在匹配时用马氏距离双向匹配方法代替欧氏距离进行匹配,并用RANSAC(随机抽样一致性)方法消除误配点。实验结果表明,改进的SIFT算法保留了SIFT算法对模糊、压缩、旋转和缩放等不变性优势,并提高了匹配速度,正确匹配率平均增加10%~15%。     

采用二值SIFT特征描述的图像匹配方法

SIFT算法被广泛应用于图像特征提取与匹配。由于在利用SIFT特征进行图像匹配时,需要计算128维SIFT描述子间的欧氏距离,这对于大规模的图像检索耗费时间巨大。针对上述问题,提出一种利用二值SIFT描述子(EBSIFT)进行图像匹配的方法。首先,将128维SIFT描述子隔点作差,将差值与阈值的比较结果用2位二进制数表示,获得256维二值SIFT描述子;然后,将128维SIFT描述子隔点求平均值,获得128维均值SIFT描述子,再按上述同样的方法对这128维均值SIFT描述子隔点作差,再次获得256维二值SIFT描述子,从而获得512维联合二值SIFT描述子;最后,在进行图像匹配时,利用汉明距离计算512维二值SIFT描述子间的距离。实验结果表明,该方法的匹配正确率达到99.58%,与原SIFT算法持平,而匹配速度是原SIFT算法的19倍,大幅提高匹配效率。     

二值化的SIFT特征描述子及图像拼接优化

目的 针对SIFT算法计算复杂度高、存储开销大和近几年提出的BRIEF（binary robust independent elementary features）、ORB（oriented BRIEF）、BRISK（binary robust invariant scalable keypoints）和FREAK（fast retina keypoint）等二进制描述子可区分性弱和鲁棒性差的问题,提出基于SIFT的二进制图像局部特征描述子。方法 首先,对传统SIFT的特征空间和特征向量分布在理论和实验上进行分析,在此基础上结合二进制特征描述子的优势对SIFT进行改进。不同于传统的二进制特征描述子,本文算法对传统SIFT特征向量在每一维上的分量进行排序后,以该特征向量的中值作为量化阈值,将高维浮点型SIFT特征向量转化成位向量得到二进制特征描述子。并使用易于计算的汉明距离代替欧氏距离度量特征点间的相似性以提高匹配效率。然后,在匹配阶段将二进制特征描述子分为两部分并分别对其进行匹配,目的是通过初匹配剔除无效匹配特征点来进一步缩短匹配时间。最后,对提出的量化算法的可区分性及鲁棒性进行验证。结果 该量化算法在保持SIFT的较强的鲁棒性和可区分性的同时,达到了低存储、高匹配效率的要求,解决了SIFT算法的计算复杂度高、二进制描述子鲁棒性和可区分性差的问题。此外,在匹配阶段平均剔除了77.5%的无效匹配特征点,减少了RANSAC（random sample consensus）的迭代次数。结论 本文提出的量化算法可用于快速匹配和快速图像拼接中,提高匹配和拼接效率。     

基于改进SIFT算法在图像匹配中的研究

对于边界显著的图像,用二值图像代替灰度图像进行SIFT特征匹配,节约了运行时间。同时在SIFT算法中用128维的特征描述子进行特征描述影响了算法的实时性,用欧氏距离进行匹配对算法的准确性有一定的影响。提出了一种改进SIFT算法,用64维的特征描述子以及加权的欧式距离进行匹配。实验结果表明,所提出的改进方法在提高准确率的同时还减少了运行时间。     

基于余弦核函数的SIFT描述子改进算法

原始的SIFT特征描述子维数较高,包含较多的冗余数据,因而在各类应用中需要耗费较多的时间。文中考虑到SIFT描述子内部梯度向量之间的关系,采用基于余弦核函数的核主成分分析法对SIFT特征描述子进行降维操作。首先,提取样本图像的SIFT特征描述子,利用余弦函数生成核主成分矩阵,提取其在主方向上的投影矩阵;然后,利用该投影矩阵对新采集的描述子进行降维操作。实验中采用图像匹配的方式比较描述子性能,实验表明:该算法可以有效降低特征描述子的维数;同时,在不降低匹配准确率的情况下,能够获得比SIFT多的匹配点,而且时间性能显著提高。     

基于梯度角度的直方图局部特征描述子的图像匹配算法

针对传统的局部特征描述子在图像匹配效果和效率上很难兼顾的问题,提出了一种基于梯度角度的直方图(HGA)的图像匹配算法。该算法先通过加速片段测试特征(FAST)获取的图像关键点,然后采用块梯度计算和飞镖靶型结构对局部区域的结构特征进行描述。HGA有效地实现了在旋转、模糊、亮度等多种变换下的良好匹配性能,并在一定程度上具备抗仿射变换的能力。在各种复杂场景下,与高速鲁棒描述子(SURF)、尺度不变特征转换(SIFT)和FAST定向的抗旋转二进制鲁棒独立基元特征(BRIEF)描述子(ORB)进行的实验对比表明基于梯度角度的直方图局部特征描述子达到了匹配效果和效率的均衡,算法时间约为SIFT的1/3,点对匹配准确率均在94.5%以上。     

基于改进的图像局部区域相似度学习架构的图像特征匹配技术研究

该文在AdaBoost算法的基础上提出了一种图像局部区域相似度的学习架构,利用该架构训练图像局部特征来获得低维数、独特的特征描述子,以实现对图像局部区域高精度地匹配.所提学习架构通过学习图像局部区域相似性得到一组非线性弱学习器对图像局部特征进行描述;同时,在响应函数组合形式和弱学习器权重优化配置方面,针对浮点描述子和二值描述子分别提出了新的补丁相似性度量函数作为目标函数的核函数,提高了图像特征相似性匹配效果.该学习架构不会受限于任何预定义的图像特征信息采集模式,能产生基于灰度信息或方向梯度信息的特征描述子.实验结果表明采用这种学习架构获得的特征描述子,在所有对比描述子中图像局部匹配查准率是最好的.所提学习框架能有效地配置优化描述子弱学习器,能提高图像特征描述子对图像尺度和视角变化的鲁棒性.     

一种基于稳定区域的图像特征描述子

当不同成像条件下图像局部内容的特征存在明显差异时,会导致特征描述子难以正确匹配。为此,提出一种基于稳定区域的图像特征描述子。利用最大稳定极值区域检测算法提取图像的稳定区域,结合图像特征点的位置和尺度信息,根据稳定区域计算特征主方向,在适应于特征点所属稳定区域尺度的较大邻域内,生成基于对数-极坐标系的特征描述子。应用结果表明,该描述子在图像局部内容变化较大时仍具有旋转不变性和稳定的匹配性能,能有效解决印刷电路板CT图像的配准问题。     

LoVPE 3维局部特征描述子

目的 局部特征描述子在3维目标识别等任务中能够有效地克服噪声、不同点云分辨率、局部遮挡、点云散乱分布等因素的干扰,但是已有3维描述子难以在性能和效率之间取得平衡,为此提出LoVPE（局部多视点投影视图相关编码）特征描述子用于复杂场景中的3维目标识别。方法 首先构建局部参考坐标系,将世界坐标系下的局部表面变换至关键点局部参考坐标系下的局部表面;然后绕局部参考坐标系各坐标轴旋转K个角度获得多视点局部表面,将局部表面内的点投影至局部参考系各坐标平面内,投影平面分成N×N块,统计每块内投影点的散布信息生成特征描述向量;最后将各视点特征描述向量进行两两视图对相关编码得到低维度特征描述向量,采用ZCA（零项分量分析）白化降低特征描述向量各维间相关性得到LoVPE描述子。结果 在公用数据集上进行不同描述子对噪声、不同分辨率、遮挡及杂波等干扰鲁棒性的特征匹配实验,实验结果表明,提出的描述子特征匹配率与现有最佳描述子处于同等水平,但保持了较低的特征维度和较高的计算效率,维度降低约1半、特征构建及特征匹配时间缩短为现有最佳描述子的1/4。结论 提出一种新的3维局部特征描述子,具有强描述能力,对噪声、不同网格分辨率、遮挡及杂波等具有强鲁棒性,存储消耗较少且计算效率较高,该方法适用于模型点云及真实点云数据,可用于复杂场景中的3维目标识别。     

基于SIFT特征描述子的立体匹配算法

目前,立体匹配是计算机视觉领域最活跃的研究课题之一。为了克服传统的局部特征匹配算法对噪声和图像灰度的非线性变换敏感的缺点,本文提出了一种新的基于SIFT(Scale Invariant Feature Transform)特征描述子的立体匹配算法。该算法利用图像梯度信息,构造基于三维梯度方向直方图的SIFT特征描述子作为区域特征描述符,通过立体视觉理论中的极线约束将匹配特征的搜索空间从二维降到一维,最后以基于特征描述子欧氏距离的最近邻匹配得到匹配结果。实验结果表明,该方法匹配精度高,对图像灰度的非线性变换比较鲁棒,可以应用于对匹配算法鲁棒性要求比较高的立体视觉系统中。     

简化SIFT算法及其在商标图像检索中的应用

针对商标图像形状简单、颜色单一的特点,提出了一种基于简化SIFT特征的商标图像检索新方法。采用DoG算子在多尺度空间检测图像的关键点,并利用圆环域结构替代SIFT原来的方形结构,对SIFT特征描述符的生成方式进行改进,使其具有计算简单、抗几何畸变性、抗旋转性等优点;然后在关键点匹配过程中,采用RANSAC算法去除错误匹配,从而提高匹配的稳定性与精确性。实验结果表明,该方法比原SIFT方法具有更快的计算速度和更高的匹配精度,能很好地应用在商标图像检索系统中。     

一种基于扇形区域分割的SIFT特征描述符

提出了一种在圆形区域内基于扇形区域分割的特征描述符构建方法. 首先, 针对SIFT描述符维数过高, 导致匹配速度慢的弱点, 提出在半径为9像素的圆形特征区域内划分为8个扇区, 在这些扇形特征邻域内统计8个方向的灰度梯度直方图, 形成64维描述符的方法,降低了描述符的维数. 同时, 针对SIFT构建描述符的运算复杂性较高的事实, 提出在圆形区域内计算像素灰度梯度主方向, 以主方向为基准点把该区域划分为8个等面积扇区的方法, 取消了对特征区域的旋转变换, 降低了构建描述符的运算复杂性. 通过与OpenCV SIFT和Lowe SIFT进行多方面对比实验, 结果表明该方法的综合匹配速度具有显著提升, 在两幅图像存在一定程度的视点、模糊、旋转、比例、光照变化等情形下, 匹配性能有所增强.     

基于Harris角点和SIFT描述符的高分辨率遥感影像匹配算法

影像匹配是诸多遥感影像处理和影像分析的一个关键环节。传统基于角点的灰度相关匹配算法由于不具备旋转不变性而需要人工干预进行粗匹配,无法实现自动化。SIFT(scale invariant feature transform)算法能很好地解决图像旋转、缩放等问题,但是对于几何结构特征更加清晰、纹理信息更加丰富的高分辨率遥感影像而言,该算法消耗内存多、运算速度慢的问题非常突出。将两者结合,提出基于Harris角点和SIFT描述符的影像匹配算法。实验结果表明,相比SIFT算法,该算法大量缩减了运算时间,同时保留了SIFT描述符的旋转不变性和对光照变化的适应性,克服了灰度相关算法无法实现全自动的缺点,在高分辨率遥感影像匹配上效果较好。     

具有光照鲁棒的图像匹配方法

针对现有的基于局部特征的图像匹配算法对光照变化敏感、匹配正确率低等问题，提出一种具有光照鲁棒性的图像匹配算法。首先使用实时对比保留去色（RTCP）算法灰度化图像，然后利用对比拉伸函数模拟不同光照变换对图像的影响从而提取抗光照变换特征点，最后采用局部强度顺序模式建立特征点描述符，根据待匹配图像局部特征点描述符的欧氏距离判断是否为成对匹配点。在公开数据集上，所提算法与尺度不变特征变换（SIFT）算法、加速鲁棒特征（SURF）算法、"风"（KAZE）算法和ORB算法在匹配速度和匹配正确率上进行了对比实验。实验结果表明：随着图像亮度差异的增加，SIFT算法、SURF算法、"风"（KAZE）算法和ORB算法匹配正确率下降迅速，所提算法下降缓慢并且正确率均高于80%；所提算法特征点检测较慢和描述符维数较高，平均耗时为23.47 s，匹配速度不及另外四种算法，但匹配质量却远超过它们。对实时性要求不高的系统中，所提算法可以克服光照变化对图像匹配造成的影响。