电力巡线无人机航拍图像匹配算法研究

基于局部特征的图像匹配算法是电力巡线无人机航拍图像匹配算法中最为实用的一种方法。针对传统匹配算法构建尺度空间会致使图像边缘信息丢失或者效率较低等问题,提出一种基于高斯曲率尺度空间的航拍图像匹配算法。借助高斯曲率滤波器构建一阶尺度空间,利用FAST算法提取特征点并选择特征采样区域,再以对特征采样区域建立二阶尺度空间并提取二阶尺度空间层内LIOP描述符,随后二阶尺度空间两两层LIOP描述符做差值并二值化处理,累加二值化值得到ASV-LIOP描述符完成匹配。在航拍图像上,使用SIFT、ORB、KAZE、AKAZE、改进KAZE等算法与所提对比实验,实验表明,所提算法正确匹配率平均提高5%左右,匹配效率约降低50%,可应用对稳定性要求较高且实时性较低的场景。     

基于距离融合的图像特征点匹配方法

针对ORB算法中特征点缺乏尺度不变性导致算法误匹配率高,以及二进制鲁棒独立基本特征（BRIEF）算法的描述子易受噪声影响的问题,提出了改进的特征点匹配方法。采用加速的具有鲁棒性的特征（SURF）算法进行特征点提取,利用带有方向信息的BRIEF算法进行特征点描述;在特征点邻域内选取随机点对,并对随机点对的灰度大小比较和相似度比较分别进行编码,采用汉明距离计算两种编码的差异;利用自适应加权融合的方式实现特征点相似性距离度量。实验结果表明,改进方法对于尺度变化、光照变化以及模糊变化的图像具有更好的适应性,与传统ORB特征点匹配方法相比能够获得更高的特征点正确匹配率,且该特征点匹配方法可用于改善图像拼接的性能。     

视频局部特征描述子的紧凑表示方法

目的 随着手持移动设备的迅猛发展和大数据时代的到来,以多媒体数据为核心的视觉搜索等研究和应用得到了广泛关注。其中局部特征描述子的压缩、存储和传输起到了举足轻重的作用。为此在传统图像/视频压缩框架中,提出一种高效的视觉局部特征的紧凑表示方法,使得传统内容编码可以适应广泛的检索分析等需求。方法 为了得到紧凑、有区分度、同时高效的局部特征表示,首先引入了多参考的预测机制,在消除了时空冗余的同时,通过充分利用视频纹理编码的信息,消除了来自纹理-特征之间的冗余。此外,还提出了一种新的率失真优化方法——码率-准确率最优化方法,使得基于匹配/检索应用的性能达到最优。结果 在不同数据集上进行验证实验,和最新的视频局部描述子压缩框架进行比较,本文方法能够在保证匹配和检索性能的基础上,显著地减少特征带来的比特消耗,达到大约150:1的压缩比。结论 本文方法适用于传统图像/视频编码框架,通过在码流中嵌入少量表示特征的信息,即可实现高效的检索性能,是一种面向检索等智能设备应用的新型多媒体内容编码框架。     

改进的CenSurE特征和基于相加图像梯度的快速描述符

CenSurE局部特征计算效率非常高,但是CenSurE特征的尺度采样是线性的,滤波器响应信号很稀疏,检测的特征重复率不高。采用对数尺度采样得到改进的CenSurE特征,获得了更高的检测性能。同时,提出基于相加图像梯度的快速描述符,称为GSIP。图像区域匹配和物体识别评价实验结果显示,和目前性能最优的SURF描述符相比,GSIP描述符独特性更强,速度更快,计算时间不到SURF描述符的1/2。     

采用旋转匹配的二进制局部描述子

针对二进制描述子主方向计算误差影响图像匹配正确性的问题,提出了一种旋转不变的二进制描述子构造和匹配方法。在以特征点为中心的同心圆周上等间隔选取采样点,按照旋转不变的模式选取采样点对进行灰度值比较,将比较结果连接成二进制串,作为区域的描述子。匹配时比较描述子在所有旋转模式中的汉明距离,取最小值作为描述子的距离,实现不依赖于主方向的旋转不变性。配合多尺度特征检测方法,将采样模式进行缩放,并对图像进行亚像素插值,实现尺度不变性。描述子匹配的实验结果表明,本文方法在旋转,尺度和光照变换下的匹配效果比当前依赖主方向的二进制描述子方法具有更高的鲁棒性。     

基于改进ORB特征点的LK光流算法

针对传统ORB特征点匹配准确率低和在光流算法中跟踪特性差的问题,提出了一种基于改进ORB特征点的LK光流算法。首先结合FAST特征点和rBRIEF特征描述符计算出ORB特征点;然后结合SURF算法在特征提取步骤中构建的Hessian矩阵对ORB特征点进行再提取;最后对改进ORB特征点进行特征匹配测试和LK光流跟踪测试。实验结果表明,相较于传统ORB特征点,改进ORB特征点的特征匹配准确率平均提升20.96%,LK光流跟踪成功率平均提升19.73%。本文提出的改进ORB特征点不仅拥有更好的特征匹配效果,同时具有更好的跟踪特性。     

字典重建和空间分布关系约束下的特征选择与图像拼接

目的 针对大型图像检索领域中,复杂图像中SIFT特征描述子的冗余和高维问题,提出了一种基于字典重建和空间分布关系约束的特征选择的方法,来消除冗余特征并保留最具表现力的、保留原始空间结构性的SIFT特征描述子。方法 首先,实验发现了特征选择和字典学习方法在稀疏表示方面的内在联系,将特征选择问题转化为字典重构任务;其次,在SIFT特征选择问题中,为了保证特征空间中特征的鲁棒性,设计了新型的字典学习模型,并采用模拟退火算法进行迭代求解;最后,在字典学习的过程中,加入熵理论来约束特征的空间分布,使学习到的特征描述子能最大限度保持原始SIFT特征空间的空间拓扑关系。结果 在公开数据集Holiday大型场景图片检索数据库上,通过与国际公认的特征选择方法进行实验对比,本文提出的特征选择方法在节省内存空间和提高时间效率（30%~ 50%）的同时,还能保证所筛选的特征描述子的检索准确率比同类特征提高8%~ 14.1%;在国际通用的大型场景图片拼接数据库IPM上,验证本文方法在图像拼接应用中特征提取和特征匹配上的有效性,实验表明本文方法能节省（50% ~70%）图像拼接时间。结论 与已有的方法比较,本文的特征选择方法既不依赖训练数据集,也不丢失重要的空间结构和纹理信息,在大型图像检索、图像拼接领域和3D检索领域中,能够精简特征,提高特征匹配效率和准确率。     

针对重复模式图像的成对特征点匹配

目的 含有重复模式的图像会对局部特征描述符产生歧义,因此基于局部特征的匹配算法在此类图像的匹配过程中极易产生误匹配.同时,通过研究现有的引入全局特征描述符的匹配算法,发现全局特征同样依赖于计算局部信息所得到的特征点主方向,所以此类方法在含有重复模式的图像中也不容易得到令人满意的匹配效果.为了解决这一问题,提出一种基于成对特征点的图像匹配算法.方法 该方法利用成对特征点的方向向量作为特征点对的主方向,为特征描述提供了正确的方向信息,同时引入DAISY描述符与改进后的全局上下文(globalcontext)特征描述符,提高了匹配能力.结果 分别在模拟图像与实际图像上面进行了对比匹配实验,本文算法平均的匹配正确率能达到88％以上,比其他经典的匹配算法提高了26％以上.结论 实验结果表明,本文算法克服了现有算法在特征描述与主方向分配上的缺陷,进一步提升了匹配正确率,能够有效地解决重复模式图像的匹配问题.     

基于ORB-LATCH的特征检测与描述算法

针对基于学习安排的三元组（LATCH）二进制描述子不具备尺度不变性且其旋转不变性,需要特征检测子辅助的问题,提出了一种基于快速定向旋转二进制稳健基元独立特征（ORB）和LATCH相结合的特征检测与描述算法。首先,在图像金字塔尺度空间上进行加速段测试特征（FAST）检测;然后,采用ORB灰度质心方法来进行方向补偿;最后,对特征进行LATCH描述。实验结果表明,所提算法具备运算量小、实时性高以及旋转和尺度不变性的特点,在相同的准确率下,其召回率优于ORB和哈里斯-LATCH （HARRIS-LATCH）算法,其匹配内点率比ORB算法提高了4.2个百分点。该算法在保持实时性的同时进一步缩小了与基于直方图的尺度不变特征变换（SIFT）和加速健壮特征（SURF）算法之间的精度差距,可对图像序列进行快速且精确的实时处理。     

改进FAST特征点支持下的实时影像地标匹配算法

针对图像匹配技术中匹配时间与匹配精度不能同时满足要求的问题,提出一种基于特征点匹配的方法,利用随机森林分类器实现地标的匹配,将匹配问题转化为简单的分类问题,大大简化了计算过程,保证影像匹配实时性;采用FAST特征点表示影像地标,利用高斯金字塔结构以及仿射增强策略改进FAST特征点的尺度和仿射不变性,提升影像地标匹配率。将实验结果与尺度不变特征变换(SIFT)算法和加速鲁棒性(SURF)算法进行比较。实验结果表明在尺度变化、发生遮挡以及旋转情况下,匹配率能达到90%左右,保持与SIFT算法和SURF算法相近的匹配率,并且匹配时间相较其他两种算法减少了一个数量级,能有效地对影像地标进行匹配,匹配时间也满足实时影像地标匹配要求。     

2DPCA-SIFT:一种有效的局部特征描述方法

PCA-SIFT （Principal component analysis—scale invariant feature transform）方法通过对归一化梯度向量进行PCA降维,在保留特征不变性的同时,有效地降低了特征矢量的维数,从而提高了局部特征的匹配速度. 但PCA-SIFT中对本征向量空间的求解非常耗时,极大地限制了PCA-SIFT的灵活性与应用范围. 本文提出采用2DPCA对梯度向量块进行降维的特征描述方法. 该方法相比于PCA-SIFT,可以快速地求解本征空间. 实验结果表明:2DPCA-SIFT在多种图像变换匹配和图像检索实验中可以实现与PCA-SIFT相当的性能,并且从计算效率上看,2DPCA-SIFT具有更好的扩展性.     

一种具有强实时性、强鲁棒性的图像匹配算法

针对描述符BRIEF对图像旋转敏感的问题,提出一种改进的描述符RIBRIEF,该描述符具有识别能力强、提取速度快、占用空间小及抗干扰能力强等优点,并具有旋转不变性.经分析,图像匹配算法的实时性较大程度上由特征点数量、匹配点搜索次数及描述符相似度计算复杂度决定,因此提出通过描述符索引与描述符聚类相结合、基于FAST稳定特征点提取和逻辑运算计算相似度等方法提高算法的整体实时性.实验结果表明,与描述符BRIEF及SURF相比较,基于描述符RIBRIEF的图像匹配算法在鲁棒性及实时性方面均具有明显优势.     

基于不变特征的运动视频序列自动配准算法

快速、鲁棒的图像配准是运动视频处理的基础,也是制约后继应用稳定性及可靠性的关键。针对运动视频中存在的图像平移、旋转、尺度及光照变化,提出一种基于不变特征的快速图像配准算法,包括特征点检测、描述和匹配。首先通过多层箱式滤波器构建图像多尺度空间,并同时考虑质量与空间分布检测特征点;然后用主成分分析法对SIFT(scale invariant feature transform)特征进行降维,用于特征描述;最后根据描述子主成分的差异设计层叠分类器,加速特征匹配。定量分析实验和对视觉监视系统中球形摄像机和无人机航拍视频的实验结果表明,该算法具有良好的匹配性能,为后继运动载台上的运动目标检测、跟踪、分类等处理提供了坚实基础。     

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。     

双损失估计下强化学习型图像匹配方法

学习型特征检测器利用神经网络来检测和匹配图像特征点,其网络参数通常通过优化低层视觉的匹配准确率而训练得到,然而在高级视觉任务中,低层图像配准率的提升未必能带来更佳性能.针对该问题,提出一种双损失误差策略下的强化学习方法,一方面,将学习不变特征变换(LIFT)所得到的特征点和描述符以概率形式表示,估算出图像间的相对位姿,...     

改进人工鱼群的ORB特征匹配算法

针对室内轮椅定位与地图构建中传统ORB（oriented FAST and rotated BRIEF）受到特征点检测与选取策略的影响导致特征匹配正确率不理想,提出一种改进人工鱼群的ORB特征匹配算法。使用改进后的FAST检测特征点,利用改进后的人工鱼群在组合优化问题中具有收敛速度快且易获得最优解的特点,在图像中计算出不同特征区域,根据特征点所在区域位置赋予其相应的状态,对不同状态的特征点选择保留或去除,使用汉明距离的RANSAC算法在特征区域之间进行特征匹配。实验结果表明,改进后的FAST在图像边缘处提取到更多的图像特征,在实际环境中改进后的ORB匹配算法平均正确匹配率达到了92.7%,比传统ORB平均正确匹配率高52.3%。     

基于改进的SURF算子和透视变换模型的图像配准

对于传统的图像匹配算法存在特征信息少、错误匹配率高的问题,提出了一种基于改进的SURF算子和通过透视变换模型的图像配准算法。首先对传统的SURF描述符进行改进来进行特征点检测,然后用FLANN(Fast Library for Approximate Nearest Neighbors)搜索算法对检测出的角点进行粗匹配,再采用随机抽样一致(Random Samples Consensus,RANSAC)算法来消除粗匹配中误匹配的特征点对,最后将保留下来的精确匹配角点通过透视变换模型对图像进行配准。实验表明,该方法在光照、平移和模糊、旋转和尺度、视角变化具有更优的性能,提高了SURF算法的配准精度。