基于FAST-SURF的移动端实时特征检测匹配算法
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摘 要 ：针 对移 动终 端 自然特征 提取 和 匹配的 处 理 能 力不 足 ，提 出 了一 种 基 于 ＦＡＳＴ．ＳＵＲＦ特征 检 测 匹配 的 简化 算 法 ，采 用 ＦＡＳＴ算 法检 测 自然特 征 点 ，再 采 用简化 过 的 ＳＵＲＦ算法 计 算特征 点 的方 向 ，并建 立特征描 述 符 ，然后 将建 立好 的特征 点描 述符 与数 据 库 中的特 征描 述 符 进 行 匹配。 实验结果表明，该算法处理图像花费时间短 ，在移动端能实时处理 自然特征检测与匹配。 关键词 ：自然特征；ＦＡＳＴ特征检测 ；简化 ＳＵＲＦ描述 ；移动设备 ；实时处理 中图分 类号 ：ＴＰ３９１．４１ 文献标 识 码 ：Ａ
２０１６年第５期
文 章 编 号 ：１０ ９—２５５２（２０１６｝０５－００９１—０４ ＤＯＩ：１０．１３２７４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｈｄｚｊ．２０１６．０５．０２４
基 于 ＦＡＳＴ—ＳＵＲＦ的移 动端 实 时特 征 检 测 匹配算 法
尤 智 ，刘惠义
（河海大学计算机与信息学 院，南京 ２１１１０ ）
收稿 日期 ：２０１５—０７—１６ 作者简 介 ：尤智 （１９９１一），男 ，硕士研究 生 ，研究 方 向为增 强现实 、
计算 机图形学 。
一
Байду номын сангаас
９ｌ 一
测 器应该 立 即探 测 周边 环 境 ，并 将 实 时数 据 回复 给 用 户 。
３ 实验结果 和分 析
根据 文 中前 面 的 描述 ，搭 建 了智 能 入 侵 检 测 系 统来评估 系统的响应时问及 电池寿命等指标。入侵 检测系统对响应时间有严格 的要求 ，在该应用 中，要 求人 侵事 件 发 生 后 ５秒 之 内控 制 器 节 点 应 该 发 出 通 知 。
测试 并 比较 了 两个 场 景 ：一 种 是 簇 头 网 状 网拓 扑结 构 ，网络 的大 小 限制在 ３跳 以 内 ，即探 测器 节点 与控 制器 之 间最 多只 能是 ３跳 。仅探 测器 节点 支持 休眠模式 。两个 转发 器 （或簇头 ）始终处于 活动状 态 。另一 种是 纯 网状 网络 的拓 扑 结 构 ，其 中 两个 探 测器 节 点和转 发器 都 支持 休 眠 模 式 ，并 均 有 电 池供 电。测试 结果 如 图 ２所 示 。
０ 引 言
增 强现实 （Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ，ＡＲ）是 一种 将 虚 拟 世界 的信 息 和真 实 世 界 的 信 息 “无 缝 ”融 合 在 一 起 的新 技 术 。早 期 的 ＡＲ 系 统 由于 其 设 备 笨 重 繁 杂 ，无法 真正 应用 到现 实 生 活 。随 着 移 动互 联 网 的 普 及和 移动 设备计 算 能 力 的快 速 发 展 ，研究 人 员 开 始将 移 动设备 作 为增 强 现 实 技术 的新 载 体 ，从 而 出 现 了移 动增 强现 实 技 术 。 目前 ，移 动 增 强 现实 技 术 已受 到 国内外学 者 的广 泛 关 注 ，将 成 为 增 强 现实 技 术 发展 的主 要方 向。在 增 强 现 实 技 术 中 ，基 于 自然 特征的跟踪注册方法复杂度高 ，对计算能力 的要求 相当高 。而移动设备 因其计 算设 施 （吞 吐量低 ，浮 点 运算 能力 差 ）和 内存 带 宽 （内存 大 小 有 限 ，速度 缓 慢 ，缓存小）方面不足 ，使得技术表现效果受 到了限
制 。因此在 移 动设 备 上 兼 顾 效果 跟 效 率 是一 个 难 题 。
ＦＡＳＴ算法 是 由 Ｅｄｗａｒｄ等 人提 出 的一种快 速 的 角点检 测算 法 ，在计 算 机 视 觉 中常 常被 用 来 提 取特 征点 ，以对物体进行跟踪检测。ＦＡＳＴ算法最大的特 点就 在于其 计 算效 率 。正 是 由于 其 高 速 性 能 ，适 合 应 用 在移 动 平 台 的 实 时 视 频 图像 处 理 中。但 传 统 ＦＡＳＴ算法 检测 出来 的角 点包 含伪 角点 ，需要增 加计 算量通过非极值约束来去除伪角点 。本文对 ＦＡＳＴ 算法做了一些改进 ，充分利用特征点为圆心 ，半径为 ３的圆的内部点的灰度信息 ，以避免检测出伪角点。
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＡＳＴ－ＳＵＲＦ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｌｏｗ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｍｏｂｉｌｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｏｎ ｎａｔｕｒａｌ ｆｅａｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｔｃｈｉｎｇ． Ｔｈｅ ＦＡＳＴ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｎａｔｕｒａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ＳＵＲＦ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｓｃｒ ｉｂｅ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｐｏｉｎｔｓ． Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｆｅａｔｕｒｅ ｄｅｓｃｒ ｉｐｔｏｒ ｉｓ ｍａｔｃｈｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄａｔａｂａｓｅ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｆａｓｔ ｅｎｏｕｇｈ ｔｏ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍ ｅｎｔ ｏｆ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｎａｔｕｒａ ｌ ｆｅａｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｏｎ ｍｏｂｉｌｅ ｔｅｒｍｉｎａ １． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｎａｔｕｒａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ；ＦＡＳＴ ｆｅａｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ＳＵＲＦ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ；ｍｏｂｉｌｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ； ｒｅａ１．ｔｉｍｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
Ｒｅａｌ—ｔｉｍ ｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ａｎｄ ｍ ａｔｃｈｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＡＳＴ．ＳＵＲＦ ｏｎ ｍ ｏｂｉｌｅ ｔｅｒｍ ｉｎａｌ
ＹＯＵ Ｚｈｉ． ＬＩＵ Ｈｕｉ．ｙｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｈｏｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１ １ １０ ，Ｃｈｉｎａ）
２０１６年第５期
文 章 编 号 ：１０ ９—２５５２（２０１６｝０５－００９１—０４ ＤＯＩ：１０．１３２７４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｈｄｚｊ．２０１６．０５．０２４
基 于 ＦＡＳＴ—ＳＵＲＦ的移 动端 实 时特 征 检 测 匹配算 法
尤 智 ，刘惠义
（河海大学计算机与信息学 院，南京 ２１１１０ ）
收稿 日期 ：２０１５—０７—１６ 作者简 介 ：尤智 （１９９１一），男 ，硕士研究 生 ，研究 方 向为增 强现实 、
计算 机图形学 。
一
Байду номын сангаас
９ｌ 一
测 器应该 立 即探 测 周边 环 境 ，并 将 实 时数 据 回复 给 用 户 。
３ 实验结果 和分 析
根据 文 中前 面 的 描述 ，搭 建 了智 能 入 侵 检 测 系 统来评估 系统的响应时问及 电池寿命等指标。入侵 检测系统对响应时间有严格 的要求 ，在该应用 中，要 求人 侵事 件 发 生 后 ５秒 之 内控 制 器 节 点 应 该 发 出 通 知 。
测试 并 比较 了 两个 场 景 ：一 种 是 簇 头 网 状 网拓 扑结 构 ，网络 的大 小 限制在 ３跳 以 内 ，即探 测器 节点 与控 制器 之 间最 多只 能是 ３跳 。仅探 测器 节点 支持 休眠模式 。两个 转发 器 （或簇头 ）始终处于 活动状 态 。另一 种是 纯 网状 网络 的拓 扑 结 构 ，其 中 两个 探 测器 节 点和转 发器 都 支持 休 眠 模 式 ，并 均 有 电 池供 电。测试 结果 如 图 ２所 示 。
０ 引 言
增 强现实 （Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ，ＡＲ）是 一种 将 虚 拟 世界 的信 息 和真 实 世 界 的 信 息 “无 缝 ”融 合 在 一 起 的新 技 术 。早 期 的 ＡＲ 系 统 由于 其 设 备 笨 重 繁 杂 ，无法 真正 应用 到现 实 生 活 。随 着 移 动互 联 网 的 普 及和 移动 设备计 算 能 力 的快 速 发 展 ，研究 人 员 开 始将 移 动设备 作 为增 强 现 实 技术 的新 载 体 ，从 而 出 现 了移 动增 强现 实 技 术 。 目前 ，移 动 增 强 现实 技 术 已受 到 国内外学 者 的广 泛 关 注 ，将 成 为 增 强 现实 技 术 发展 的主 要方 向。在 增 强 现 实 技 术 中 ，基 于 自然 特征的跟踪注册方法复杂度高 ，对计算能力 的要求 相当高 。而移动设备 因其计 算设 施 （吞 吐量低 ，浮 点 运算 能力 差 ）和 内存 带 宽 （内存 大 小 有 限 ，速度 缓 慢 ，缓存小）方面不足 ，使得技术表现效果受 到了限
制 。因此在 移 动设 备 上 兼 顾 效果 跟 效 率 是一 个 难 题 。
ＦＡＳＴ算法 是 由 Ｅｄｗａｒｄ等 人提 出 的一种快 速 的 角点检 测算 法 ，在计 算 机 视 觉 中常 常被 用 来 提 取特 征点 ，以对物体进行跟踪检测。ＦＡＳＴ算法最大的特 点就 在于其 计 算效 率 。正 是 由于 其 高 速 性 能 ，适 合 应 用 在移 动 平 台 的 实 时 视 频 图像 处 理 中。但 传 统 ＦＡＳＴ算法 检测 出来 的角 点包 含伪 角点 ，需要增 加计 算量通过非极值约束来去除伪角点 。本文对 ＦＡＳＴ 算法做了一些改进 ，充分利用特征点为圆心 ，半径为 ３的圆的内部点的灰度信息 ，以避免检测出伪角点。
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＡＳＴ－ＳＵＲＦ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｌｏｗ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｍｏｂｉｌｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｏｎ ｎａｔｕｒａｌ ｆｅａｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｔｃｈｉｎｇ． Ｔｈｅ ＦＡＳＴ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｎａｔｕｒａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ＳＵＲＦ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｓｃｒ ｉｂｅ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｐｏｉｎｔｓ． Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｆｅａｔｕｒｅ ｄｅｓｃｒ ｉｐｔｏｒ ｉｓ ｍａｔｃｈｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄａｔａｂａｓｅ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｆａｓｔ ｅｎｏｕｇｈ ｔｏ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍ ｅｎｔ ｏｆ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｎａｔｕｒａ ｌ ｆｅａｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｏｎ ｍｏｂｉｌｅ ｔｅｒｍｉｎａ １． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｎａｔｕｒａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ；ＦＡＳＴ ｆｅａｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ＳＵＲＦ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ；ｍｏｂｉｌｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ； ｒｅａ１．ｔｉｍｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
Ｒｅａｌ—ｔｉｍ ｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ａｎｄ ｍ ａｔｃｈｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＡＳＴ．ＳＵＲＦ ｏｎ ｍ ｏｂｉｌｅ ｔｅｒｍ ｉｎａｌ
ＹＯＵ Ｚｈｉ． ＬＩＵ Ｈｕｉ．ｙｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｈｏｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１ １ １０ ，Ｃｈｉｎａ）