中科院计算机视觉特征匹配
特征匹配的三个步骤
特征匹配的三个步骤特征匹配是一种常用的图像处理和计算机视觉领域的技术，它可以通过比较图像中的特征点来找出两幅图像之间的相似性。
特征匹配的三个步骤包括特征提取、特征描述和特征匹配。
一、特征提取特征提取是特征匹配的第一步，它的目标是从图像中提取出最具代表性的特征点。
常用的特征点包括角点、边缘点和斑点等。
在进行特征提取时，需要考虑到图像中的噪声和变形等因素，选择合适的特征提取算法。
在特征提取的过程中，一种常用的方法是使用Harris角点检测算法。
该算法通过计算图像中每个像素点的角点响应函数来识别角点。
角点是图像中灰度变化最大的点，具有较高的信息量和稳定性。
二、特征描述特征描述是特征匹配的第二步，它的目标是对提取出的特征点进行描述，将其转换为具有可比性的特征向量。
常用的特征描述算法包括SIFT（尺度不变特征变换）、SURF（加速稳健特征）和ORB （Oriented FAST and Rotated BRIEF）等。
在特征描述的过程中，SIFT算法是一种经典的方法。
它通过对特征点周围的局部区域进行尺度空间的变换和高斯模糊处理，得到特征点的尺度不变描述子。
这种描述子具有旋转不变性和尺度不变性，能够更好地描述特征点的特征。
三、特征匹配特征匹配是特征匹配的最后一步，它的目标是找出两幅图像中具有相似特征的特征点对。
特征匹配可以通过计算特征向量之间的相似度来实现，常用的相似度度量方法包括欧氏距离、汉明距离和余弦相似度等。
在特征匹配的过程中，一种常用的方法是使用最近邻法。
该方法将待匹配图像中的每个特征点与参考图像中的特征点进行比较，选择距离最近的特征点作为匹配点。
通过设定一个阈值来判断匹配点的可靠性，可以过滤掉不可靠的匹配点。
特征匹配是一种通过比较图像中的特征点来找出两幅图像之间的相似性的技术。
它包括特征提取、特征描述和特征匹配三个步骤。
特征匹配在图像处理和计算机视觉领域有着广泛的应用，如图像拼接、目标跟踪和图像检索等。
多边形近似及形状特征匹配的二维目标检测
Ｐ 在 ， 的 ８邻域 方 向为 Ｃ ， 么 Ｉ 一ｃ Ｉ 川 那 ｃ … ：０则
Ｐ 为线 性点 ；Ｃ 一 Ｉ ３ｏ ｆ ｃ ＝ ｒ ５表示 ｐ 与 Ｐ 的方 向夹 角 为 １５ ， ３ 。 这些 点 将 作 为 初 始关 键 点 ； 如果 没
似处 理 ， 以看 出分 段 多边 形 近 似 的 方法 可 以得 到 可
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预处 理过程 ， 包括 图像平 滑 去 噪 、 缘 提 取 等 。 边 当图像 对 比度 较 高时可通 过 阈值化 ： 形 态学 平 及
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ｓ ｎ ｕ ｈｄｗ ，ｏｃ ｉ ｎ ｖｒ ｐ ｉ ｂｅｔｉ ｓｍ ｏ ｐｉ ｔ ｎｉ ｎ ｅｔ Ｔ ｅｅｐ ｒ ｅｔ ｅｕｔ ｉ ｓｄｅｔ ｓａ ｏ ｓ ｔ ｈｎ ａｄｏｅｌ ｐｎ ｏｊｃ ｎ ｏ ｅｃｍ ｌ ａ ｄｅ ｖ ｏｍ ｎｓ ｈ ｘ ｅ ｍ ｎ ｌｒｓｌ ｏ ｏ ｕ ｇ ａ ｇ ｃｅ ｒ ． ｉ ａ ｓ
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机器视觉处理算法中特征点匹配常用方法
一、介绍在机器视觉处理算法中，特征点匹配是一个重要的环节，它是指在两幅图像中找到相对应的特征点的过程。
特征点匹配的准确度会直接影响到后续的物体识别、目标跟踪、三维重建等任务的效果。
特征点匹配的算法选择和设计是至关重要的。
本文将针对机器视觉处理算法中特征点匹配常用方法进行全面评估，并提供个人观点和理解。
二、常用的特征点匹配方法1. Harris角点检测Harris角点检测是一种常用的特征点提取方法，通过计算图像的灰度变化来检测角点。
通过非极大值抑制和角点响应函数来筛选出最具代表性的角点。
2. SIFT特征匹配SIFT是一种基于局部特征的描述符，它通过在不同尺度空间和不同方向上寻找局部极值来检测图像的关键点，然后使用特征描述符进行匹配。
3. SURF特征匹配SURF是对SIFT算法的改进，它使用了快速Hessian矩阵检测关键点，并使用加速的Haar小波特征描述符进行匹配。
4. ORB特征匹配ORB是一种同时具备SIFT和SURF的优点的算法，它结合了FAST角点检测和BRIEF描述符，具有更快的速度和更好的性能。
5. 其他方法除了上述常用的特征点匹配方法，还有基于深度学习的方法、基于颜色直方图的方法、基于形状上下文的方法等，这些方法根据具体任务和应用场景选择的灵活性更强。
三、个人观点和理解在特征点匹配的方法中，不同的算法适用于不同的场景和要求。
对于实时性要求较高的场景，可以选择ORB特征匹配算法；对于精度要求较高的场景，可以选择SIFT或SURF特征匹配算法。
结合深度学习的方法可以在特定数据集上取得更好的效果。
在实际应用中，需要根据具体情况进行选择和组合使用。
四、总结回顾特征点匹配在机器视觉处理算法中起着至关重要的作用，不同的方法都有各自的优势和局限性。
通过本文的介绍，可以看出特征点匹配算法的发展已经非常成熟，并且在不断地向着更加快速、精确以及适用于更多场景的方向发展。
对于我个人而言，特征点匹配算法的研究不仅是对图像处理技术的挑战，更是对计算机视觉领域的探索。
特征 图像匹配算法
特征图像匹配算法1. 简介特征图像匹配算法是一种计算机视觉中常用的算法，用于在两幅图像之间找到相对应的特征点，并将它们匹配起来。
这种算法在多个应用领域都有广泛的应用，包括图像检索、三维重建、目标跟踪等。
特征图像匹配算法的核心思想是通过提取图像中的关键特征点，然后计算这些特征点的描述子，在不同图像中进行匹配，找到相对应的特征点。
这些特征点通常是图像中的角点、边缘或者纹理等具有区分性的部分。
2. 特征提取在特征图像匹配算法中，特征点的提取是首要任务。
常用的特征点提取算法包括Harris角点检测、SIFT（Scale-Invariant Feature Transform）、SURF （Speeded-Up Robust Features）等。
•Harris角点检测是一种通过计算图像中像素点周围的灰度变化来检测图像中的角点的算法。
它主要是通过计算图像中每个像素点的窗口内的像素梯度的方差来确定是否为角点。
•SIFT是一种尺度不变特征变换的算法，它可以在不同大小和旋转角度的图像中匹配特征点。
SIFT算法首先通过高斯滤波器进行图像平滑，然后通过DoG（Difference of Gaussians）算子检测图像中的极值点作为特征点。
•SURF是一种类似于SIFT的特征提取算法，但它具有更快的计算速度和更好的旋转不变性。
SURF算法通过检测图像中的极值点，并计算它们的Haar小波特征来提取特征点。
3. 特征描述在特征提取之后，需要对特征点进行描述，以便在不同图像中进行匹配。
常用的特征描述算法包括ORB（Oriented FAST and Rotated BRIEF）、BRISK（Binary Robust Invariant Scalable Keypoints）等。
•ORB是一种具有旋转不变性和尺度不变性的特征描述算法。
它通过计算特征点周围的像素点在不同方向上的灰度变化来生成特征点的描述子。
最后，ORB算法将描述子通过二进制编码，以降低计算复杂度。
又快又准的特征匹配方法
又快又准的特征匹配方法又快又准的特征匹配方法是计算机视觉领域中非常重要的一个问题。
特征匹配是指在两个或多个图像中找到具有相似性的特征点，并建立它们之间的对应关系。
特征匹配在很多应用中都有广泛的应用，如图像配准、目标检测和跟踪等。
在过去的几十年中，研究人员提出了许多特征匹配方法，其中一些方法即使在处理大规模数据集时也能提供很高的匹配准确性和效率。
下面将介绍几种又快又准的特征匹配方法。
1.SIFT（尺度不变特征变换）SIFT是一种非常经典的特征匹配算法，在很多应用中都被广泛使用。
它通过将图像中的特征点转换成尺度、旋转和亮度不变的向量，然后使用特征向量之间的欧氏距离来进行匹配。
SIFT算法具有很高的匹配准确性和鲁棒性，但在处理大规模数据集时会存在时间和空间复杂度较高的问题。
2.SURF（加速稳健特征）SURF是一种基于SIFT的改进算法，能够在保持较高匹配准确性的同时提高匹配的速度。
SURF算法用Hessian矩阵来检测特征点，并通过使用积分图像来加速特征描述子的计算。
这种基于加速稳健特征的特征匹配方法比SIFT更快、更鲁棒，适用于处理大规模数据集。
3.ORB（方向倒角二值描述子）ORB是一种在效率和准确性之间取得平衡的特征匹配算法。
它结合了FAST关键点检测器和BRIEF特征描述子，使用方向倒角二进制描述子来表示特征点，从而使得匹配速度更快。
ORB算法在实践中表现良好，尤其适用于移动设备上的实时应用。
4.BRISK（加速鲁棒特征）BRISK是一种能够提供快速、鲁棒特征匹配的算法。
它通过快速角点检测器来检测特征点，并使用二进制描述子来进行特征匹配。
BRISK算法具有较低的计算复杂度和内存消耗，并且能够在保持较高的匹配准确性的同时提供很高的速度。
TCH（局部联合二进制特征）LATCH是一种基于二进制特征匹配的算法，具有很高的匹配速度和鲁棒性。
LATCH算法通过使用快速特征检测器和局部联合二进制描述子来检测和匹配图像中的特征点。
特征匹配 匹配策略
特征匹配匹配策略：
特征匹配是图像处理和计算机视觉中的重要技术，用于在两幅或多幅图像之间找到对应的特征点，并建立特征点之间的对应关系。
特征匹配的匹配策略主要有以下几种：
1.基于阈值的匹配策略：通过设定阈值来比较两个特征点之间的相似度，如果相似度
大于阈值，则认为这两个特征点是匹配的。
这种策略简单、快速，但容易受到光照、旋转等因素的影响，匹配精度不高。
2.基于最近邻距离比的匹配策略：首先计算两个特征点之间的距离，然后通过比较该
距离与次近邻距离的比值来判断是否匹配。
这种策略能够排除一些不准确的匹配点，但计算复杂度较高。
3.基于特征描述符的匹配策略：通过提取特征点的特征描述符（如SIFT、SURF等），
然后比较两个特征点的描述符是否相似来判定是否匹配。
这种策略对光照、旋转等变化具有一定的鲁棒性，但计算量大，需要较长的计算时间。
4.基于深度学习的匹配策略：利用深度学习技术进行特征点的匹配，如卷积神经网络
（CNN）等。
这种策略能够自动学习特征表示，具有较高的匹配精度和鲁棒性，但需要大量的训练数据和计算资源。
特征匹配算法
特征匹配算法
特征匹配算法是计算机视觉领域中的一种常见的算法，它的主要功能是在图像中检测匹配的特征点，以实现图像的定位、对齐、重建等。
它是一种基于模板匹配的算法，也称为特征点检测算法，可以用来识别图像中的特征点，并将它们与另一个图像中的特征点进行匹配。
特征匹配算法主要分为两个阶段：特征提取和特征匹配。
在特征提取阶段，将图像划分成一些子图像，称为特征单元，然后从每个特征单元中提取一组特征点，并建立特征点的描述子，以便在后面的特征匹配阶段进行匹配。
在特征匹配阶段，将两幅图像中的特征描述子进行比较，以找出最相似的特征点，这就是特征匹配的主要过程。
特征匹配算法在计算机视觉领域有着广泛的应用，它可以用来识别目标物体，并在不同图像中对它们进行跟踪。
此外，它还可以用来检测图像中的边缘和轮廓等，以及实现图像的定位、旋转、缩放、平移等多种变换。
因此，特征匹配算法在计算机视觉领域的应用非常广泛，是提高图像处理效率的重要方法。
计算机视觉中的图像匹配技术研究
计算机视觉中的图像匹配技术研究计算机视觉是计算机科学中的一个重要方向，它致力于使计算机看懂和理解图像或视频中的内容。
而图像匹配技术又是计算机视觉中的一个重要子领域。
它通过对两幅或多幅图像进行特征提取和比对，来判断它们是否是同一物体或场景。
现在，我们就来一起探究一下图像匹配技术的研究发展和应用情况。
1. 特征提取在对两幅或多幅图像进行匹配之前，需要先对它们进行特征提取。
特征是图像中最具有代表性的、最具有区分度的部分。
因此，特征提取的好坏直接影响到图像匹配的精度和效率。
常用的图像特征有：SIFT（尺度不变特征转换）、SURF（加速稳健特征）、ORB（旋转不变性特征）、BRISK（加速稳健特征）、FAST（高速角点检测算法）等。
它们通过不同的算法来提取图像中的关键点和对应的描述子。
可以根据实际需要选择合适的特征算法。
2. 特征匹配特征匹配是通过比较两幅图像中的特征点，找到一一对应的匹配点。
特征点的匹配是通过计算它们的描述子之间的距离或相似度，来判断它们是否匹配。
如果匹配点的数量足够多，就可以计算出两幅图像之间的变换矩阵，从而完成图像配准。
常用的特征匹配算法有：暴力匹配算法、基于k-d树的最近邻匹配算法、基于FLANN的最近邻匹配算法、基于RANSAC的特征匹配算法等。
它们在匹配速度、准确性、鲁棒性和对噪声的处理能力方面有所不同。
3. 图像拼接图像拼接是图像匹配技术的一个重要应用，它可以将多幅图像拼接成一幅大图。
图像拼接常用的方法有：基于平面投影变换的拼接、基于柱面投影变换的拼接、基于球面投影变换的拼接、基于全景图像拼接的拼接等。
图像拼接的核心是图像配准，而图像配准的精度和鲁棒性取决于特征提取和特征匹配的效果。
对于大场景的图像拼接，需要选择合适的算法和技术来提高图像配准的精度和鲁棒性。
4. 目标跟踪目标跟踪是将自动跟踪目标进行跟踪，以便在未来的帧上追踪目标。
它的应用范围广泛，包括视频监控、自动驾驶、虚拟现实等领域。
ORB特征点检测匹配算法
ORB特征点检测匹配算法ORB (Oriented FAST and Rotated BRIEF) 特征点检测匹配算法是一种用于计算机视觉中特征点提取和描述的算法。
它结合了FAST角点检测器和BRIEF描述符，具有旋转不变性和快速计算速度，被广泛应用于目标识别、图像拼接、三维重建等领域。
ORB算法的主要步骤包括特征点检测、特征描述和特征匹配。
1.特征点检测：ORB算法采用FAST角点检测器进行特征点检测，FAST角点检测器是一种高速的角点检测算法，通过比较中心点像素值和其周围相邻像素值的差异来判断是否为角点。
FAST角点检测器在角度变化和尺度变化下具有一定的鲁棒性。
ORB算法在FAST角点检测的基础上进行改进，引入了旋转不变性，通过计算像素的灰度质心，来判断角点的旋转方向，并计算角点的方向和尺度。
2.特征描述：ORB算法使用BRIEF描述符对特征点进行描述，BRIEF是一种二进制描述符，它通过随机选择一组像素对，并比较它们的亮度值来生成一个二进制串。
BRIEF描述符具有较低的计算复杂度和存储空间需求，适合于在实时性要求较高的场景中使用。
为了提高旋转不变性，ORB算法在BRIEF描述符的基础上引入了方向校正，将旋转不变特征描述符 (Rotated BRIEF) 与尺度不变特征描述符(Scale Invariant Feature Transform, SIFT) 结合起来。
在计算BRIEF描述符之前，ORB算法将图像进行多个尺度的高斯模糊操作，计算每个尺度下的图像金字塔，并在每个金字塔层级上计算BRIEF描述符。
3.特征匹配：特征点匹配是ORB算法的最后一步，通过计算特征点之间的距离来确定匹配关系。
ORB算法使用汉明距离 (Hamming Distance) 来衡量两个二进制描述符的相似性，汉明距离越小表示两个特征点越相似。
为了提高匹配的鲁棒性，ORB算法采用了基于最近邻和次近邻距离比的匹配策略，只有当最近邻距离比次近邻距离的阈值小于一个阈值时，才认为匹配成功。
特征提取与特征匹配的关系
特征提取与特征匹配的关系特征提取和特征匹配是计算机视觉领域的重要内容，它们在图像处理、模式识别、机器学习等领域都有着广泛的应用。
特征提取是指从原始数据中提取出能够代表数据重要信息的特征，而特征匹配则是指在不同数据集中找到相似的特征。
特征提取和特征匹配是紧密相关的，特征提取的好坏直接影响了特征匹配的准确性和效率。
特征提取可以说是计算机视觉任务中的第一步，它的目的是从原始数据中提取出具有代表性的特征，以便后续的处理和分析。
特征通常是一些可量化的属性或特性，如边缘、颜色、纹理等。
在图像处理中，特征可以是图像的局部描述子，例如SIFT、SURF等。
在模式识别中，特征可以是数据的统计特性，例如平均值、方差等。
特征提取的目标是降低数据的维度，去除冗余信息，保留重要特征，为后续的处理和分析提供便利。
特征匹配则是在不同数据集中找到相似的特征，它是通过比较特征之间的相似度来实现的。
特征匹配在计算机视觉中有着广泛的应用，如物体识别、目标跟踪等。
特征匹配的准确性和效率直接取决于特征提取的质量。
如果特征提取得不好，特征匹配就会受到影响，导致识别错误或匹配失败。
特征提取和特征匹配的关系可以用“捕捉-匹配”来描述。
特征提取就好比是捕捉到的信息，特征匹配则是对捕捉到的信息进行识别和匹配。
特征提取的好坏直接影响了特征匹配的结果。
好的特征提取能够提供具有代表性的特征，使得特征匹配更加准确和高效；而差的特征提取则会导致特征匹配的困难和错误。
特征提取和特征匹配在计算机视觉中有着广泛的应用。
在人脸识别中，特征提取可以得到人脸的局部特征，特征匹配则是比较两幅图像中的人脸特征，从而实现人脸识别。
在图像检索中，特征提取可以得到图像的局部描述子，特征匹配则是比较图像中的特征，以实现图像的相似性检索。
在目标跟踪中，特征提取可以得到目标的特征，特征匹配则是比较目标特征和候选目标特征，以实现目标的跟踪。
总之，特征提取和特征匹配是计算机视觉领域中不可分割的两个部分。
视觉SLAM十四讲——特征提取和匹配
视觉SLAM⼗四讲——特征提取和匹配主要内容1. 常⽤的特征提取的⽅法：SIFT SURF ORB 其中，SIFT(尺度不变特征变换，Scale-Invariant Feature Transform)最为经典，充分考虑了相机的运动，光照变化，以及尺度和旋转变化，但需要较⼤的计算量， 在普通pc cpu上⽆法实时计算SIFT特征进⾏定位与建图 考虑适当减低精度和健壮性，减⼩计算量，如下两种： FAST关键点：没有描述⼦ ORB (Oriented FAST and Rotated BRIEF): 改进了FAST检测⼦不具有⽅向性的问题，并采⽤速度极快的⼆进制描述⼦BRIEF。
2. ORB特征——FAST关键点 1）选取周围半径为3的圆上的像素点，检测连续超过本像素点正负p%门限的像素点个数，根据个数分别为FAST-9, FAST-11, FAST-12。
2）预处理，排除⾮⾓点像素，增加处理速度 3）避免⾓点集中，采⽤⾮极⼤值抑制，在⼀定区域仅保留响应极⼤值的⾓点 4）提取最终的⾓点数量N,选取前N个最⼤响应值5）尺度不变性：构建图像⾦字塔 6）旋转：灰度质⼼法3. ORB特征——BRIEF描述⼦ 4. 特征匹配 计算所有特征点描述⼦距离，表征了特征点的相似程度 （采⽤不同的距离度量范数，浮点型描述⼦-欧⽒距离，⼆进制描述⼦-汉明距离） 匹配算法: 快速近似最近邻（FLANN）5. 正确匹配筛选的依据：汉明距离⼩于最⼩距离的两倍，⼯程上的经验⽅法 在后⾯的运动估计中，还需要使⽤去除误匹配的算法参考链接代码#include <iostream>#include <opencv2/core/core.hpp>#include <opencv2/features2d/features2d.hpp>#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>using namespace std;using namespace cv;int main ( int argc, char** argv ){if ( argc != 3 ){cout<<"usage: feature_extraction img1 img2"<<endl;return1;}//-- 读取图像Mat img_1 = imread ( argv[1], CV_LOAD_IMAGE_COLOR );Mat img_2 = imread ( argv[2], CV_LOAD_IMAGE_COLOR );//-- 初始化std::vector<KeyPoint> keypoints_1, keypoints_2;Mat descriptors_1, descriptors_2;Ptr<FeatureDetector> detector = ORB::create();Ptr<DescriptorExtractor> descriptor = ORB::create();// Ptr<FeatureDetector> detector = FeatureDetector::create(detector_name);// Ptr<DescriptorExtractor> descriptor = DescriptorExtractor::create(descriptor_name);Ptr<DescriptorMatcher> matcher = DescriptorMatcher::create ( "BruteForce-Hamming" );//-- 第⼀步:检测 Oriented FAST ⾓点位置detector->detect ( img_1,keypoints_1 );detector->detect ( img_2,keypoints_2 );//-- 第⼆步:根据⾓点位置计算 BRIEF 描述⼦descriptor->compute ( img_1, keypoints_1, descriptors_1 );descriptor->compute ( img_2, keypoints_2, descriptors_2 );Mat outimg1;drawKeypoints( img_1, keypoints_1, outimg1, Scalar::all(-1), DrawMatchesFlags::DEFAULT );imshow("ORB特征点",outimg1); imwrite ("ORB_Feature.png", outimg1);//-- 第三步:对两幅图像中的BRIEF描述⼦进⾏匹配，使⽤ Hamming 距离vector<DMatch> matches;//BFMatcher matcher ( NORM_HAMMING );matcher->match ( descriptors_1, descriptors_2, matches );//-- 第四步:匹配点对筛选double min_dist=10000, max_dist=0;//找出所有匹配之间的最⼩距离和最⼤距离, 即是最相似的和最不相似的两组点之间的距离for ( int i = 0; i < descriptors_1.rows; i++ ){double dist = matches[i].distance;if ( dist < min_dist ) min_dist = dist;if ( dist > max_dist ) max_dist = dist;}// 仅供娱乐的写法min_dist = min_element( matches.begin(), matches.end(), [](const DMatch& m1, const DMatch& m2) {return m1.distance<m2.distance;} )->distance; max_dist = max_element( matches.begin(), matches.end(), [](const DMatch& m1, const DMatch& m2) {return m1.distance<m2.distance;} )->distance; printf ( "-- Max dist : %f \n", max_dist );printf ( "-- Min dist : %f \n", min_dist );//当描述⼦之间的距离⼤于两倍的最⼩距离时,即认为匹配有误.但有时候最⼩距离会⾮常⼩,设置⼀个经验值30作为下限.std::vector< DMatch > good_matches;for ( int i = 0; i < descriptors_1.rows; i++ ){if ( matches[i].distance <= max ( 2*min_dist, 30.0 ) ){good_matches.push_back ( matches[i] );}}//-- 第五步:绘制匹配结果Mat img_match;Mat img_goodmatch;drawMatches ( img_1, keypoints_1, img_2, keypoints_2, matches, img_match );drawMatches ( img_1, keypoints_1, img_2, keypoints_2, good_matches, img_goodmatch );imshow ( "所有匹配点对", img_match );imshow ( "优化后匹配点对", img_goodmatch ); // 保存图像imwrite ("all_feature_matching.png", img_match);imwrite ("good_feature_matching.png", img_goodmatch);waitKey(0);return0;}结果输出。
特征匹配算法
特征匹配算法
特征匹配算法是计算机视觉领域最常用的算法之一，它可以在图像中快速检测和识别特征，从而实现计算机辅助检测、分类、定位等功能。
特征匹配算法可以用来识别图像中的模式，并将其与存储的模式进行比较，以判断图像是否与存储的模式相似。
它通过比较图像中的像素值来实现相似性检测，从而识别出图像中的特征。
特征匹配算法分为两类：基于模板的特征匹配算法和基于点的特征匹配算法。
基于模板的特征匹配算法是以模板图像为基础，在模板图像上提取特征，然后在目标图像中寻找与模板图像相似的特征，从而识别出图像中的模式。
基于点的特征匹配算法是以特征点的位置和特征信息为基础，根据特征点的位置和特征信息来定位和匹配特征点，从而识别出图像中的模式。
特征匹配算法的应用非常广泛，它可以用于图像检索、图像识别、图像分类、图像定位等，在对象检测、图像拼接等技术中都有广泛应用。
总之，特征匹配算法是一种非常重要的计算机视觉算法，它可以快速检测和识别图像中的模式，并可以广泛应用于图像检索、图像识别、图像分类、图像定位等任务中。
特征点匹配算法概要
特征点匹配算法概要特征点匹配是计算机视觉领域中的一项重要任务，其主要是为了在不同图像或视频帧中找到相互对应的特征点。
特征点是指在图像中明显可识别的局部区域，可以通过其在不同图像中的描述符来进行匹配。
在很多计算机视觉应用中，如图像拼接、目标跟踪、三维重建等，特征点匹配是必不可少的。
1.经典算法1.1尺度不变特征变换(SIFT)SIFT算法是一种基于局部特征的描述符，其通过尺度空间上的高斯差分函数检测图像中的关键点，并计算其旋转不变的特征向量。
SIFT算法具有尺度不变性和旋转不变性，可以在不同尺度和旋转角度下匹配特征点。
SIFT算法的主要流程包括尺度空间极值检测、关键点定位、方向分配和特征描述四个步骤。
1.2 加速稳健特征(Accelerated-robust features, SURF)SURF算法是对SIFT算法的改进，其通过积分图像和快速哈希技术实现了更快速的特征点检测和匹配。
SURF算法具有较好的尺度不变性和旋转不变性，并且可以在多尺度下进行特征点匹配。
1.3匹配追踪算法(OPTICALFLOW)匹配追踪是一类基于像素变化的特征点匹配算法，其通过计算图像中像素的运动向量来进行匹配。
典型的匹配追踪算法包括Lucas-Kanade光流算法和Horn-Schunck光流算法。
2.深度学习算法2.1 卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)卷积神经网络是一种深度学习算法，其通过卷积层、池化层和全连接层等结构来提取图像的特征。
在特征点匹配中，可以使用卷积神经网络来学习特征点的表示并进行匹配。
相比于传统算法，卷积神经网络可以自动学习图像的特征表示，具有更强的泛化能力。
2.2 微调网络(Fine-tuned network)微调网络是在预训练好的卷积神经网络模型上进行微调，以适应特定任务的需求。
在特征点匹配中，可以使用微调网络对图像进行特征提取，并使用其中一种距离度量方法（如欧氏距离、余弦相似度等）进行特征点的匹配。
特征点匹配——SIFT算法详解
特征点匹配——SIFT算法详解SIFT（Scale-Invariant Feature Transform）是一种用于在图像中寻找关键点并进行匹配的算法。
该算法由David Lowe在1999年发布，并且一直被广泛应用于计算机视觉领域。
SIFT算法具有尺度不变性和旋转不变性，可以在不同的图像尺度和旋转角度下进行特征点的匹配。
SIFT算法的主要步骤包括关键点检测、关键点描述和特征点匹配。
关键点检测：在一张图像中，关键点通常是指存在于不同尺度和方向上的局部最大值或局部最小值。
SIFT使用高斯差分金字塔来检测关键点。
首先，通过对原始图像进行高斯模糊，创建一个金字塔，然后在每一组金字塔中计算高斯差分图像。
接着，通过比较每个像素周围的8个像素和自身像素的差值，找到局部极值点。
最后，使用尺度空间极大值抑制来进一步过滤出稳定的关键点。
关键点描述：在关键点检测后，需要对每个关键点进行描述。
SIFT使用局部图像梯度的直方图来描述关键点。
首先，在每个关键点周围的16x16像素块上计算梯度的幅值和方向。
然后将这个块分成16个4x4的子块，并在每个子块上计算一个8方向的直方图。
最后，将这些直方图连接起来形成一个128维的向量，用来表示该关键点。
在对两幅图像提取出关键点并进行描述后，需要对这些特征点进行匹配。
SIFT使用欧式距离来计算特征向量之间的相似性。
对于每个特征点，将其描述子与另一幅图像中的所有描述子进行比较，选择最佳匹配的特征点对。
SIFT算法在匹配过程中还引入了RANSAC算法来排除错误的匹配。
RANSAC（Random Sample Consensus）是一种迭代的鲁棒性估计方法，可以通过随机选择一个小子集来估计模型参数，并通过计算剩余误差和阈值来确定最终的模型。
总结一下，SIFT算法通过关键点检测、关键点描述和特征点匹配三个步骤来实现对图像中的特征点进行匹配。
该算法具有尺度不变性和旋转不变性，可以在不同的图像尺度和旋转角度下进行特征点的匹配。
eigenvector(二个点集之间的匹配)
National Laboratory of Pattern Recognition
Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences
模式识别国家重点实验室
中国科学院自动化研究所
National Laboratory of Pattern Recognition
其中 rij 是点 I i 和点 I j 之间的距离.可见H是实对称矩 阵,其对角线元素均为1.
National Laboratory of Pattern Recognition
Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences
模式识别国家重点实验室
G ij = exp( rij2 / 2σ 2 ),
其中 rij 是点 I i 和点 J j 之间的距离.
National Laboratory of Pattern Recognition
Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences
模式识别国家重点实验室
SVD算法的两大准则
相近性准则(Principle of proximity) 排它性准则(Principle of exclusion)
National Laboratory of Pattern Recognition
Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences
2000
'Alignment using Spectral Clusters' ---Marco Carcassoni and Edwin R. Hancock, BMVC 2002
特征匹配的原理
特征匹配的原理特征匹配是计算机视觉领域中一种常用的图像处理技术，它通过对比图像中的特征点，找出图像之间的相似之处。
特征匹配在图像识别、目标跟踪、图像拼接等应用中有着广泛的应用。
特征匹配的原理是基于图像中的特征点，通过比较特征点之间的相似度来确定图像之间的匹配关系。
特征点是图像中具有独特性和稳定性的点，它可以通过图像的局部特征进行描述。
常见的特征点包括角点、边缘点、斑点等。
特征匹配的过程一般包括以下几个步骤：1. 特征提取：首先从图像中提取特征点。
常用的特征提取算法有Harris角点检测、SIFT（尺度不变特征变换）和SURF（加速稳健特征）等。
2. 特征描述：对于提取到的特征点，需要对其进行描述，以便进行后续的匹配。
描述子是一个具有固定长度的向量，它可以描述特征点周围的图像信息。
常用的描述子算法有SIFT描述子和SURF描述子等。
3. 特征匹配：将待匹配的图像与参考图像进行特征匹配。
常用的匹配算法有暴力匹配和FLANN（快速最近邻搜索）匹配等。
暴力匹配会对待匹配图像的每个特征点逐个与参考图像中的特征点进行比较，计算它们之间的相似度，然后选取最相似的特征点作为匹配结果。
FLANN匹配则利用了kd-tree等数据结构，通过快速搜索找到最相似的特征点。
4. 匹配验证：对于匹配的结果，需要进行验证以排除错误匹配。
常用的验证方法有基于几何关系的RANSAC算法和基于相似度的阈值判定等。
特征匹配的准确性和稳定性对于后续的图像处理任务非常重要。
为了提高匹配的准确性，可以选择更加稳定的特征点和描述子，并使用更加严格的匹配验证方法。
此外，还可以通过图像预处理、特征点筛选等方法来提高匹配的效果。
特征匹配是一种通过对比图像中的特征点来确定图像之间匹配关系的图像处理技术。
它在计算机视觉领域有着广泛的应用，可以用于图像识别、目标跟踪、图像拼接等任务中。
特征匹配的原理是基于特征点的提取、描述和匹配，通过计算特征点之间的相似度来确定匹配关系。
计算机视觉中的图像配准方法
计算机视觉中的图像配准方法在计算机视觉领域，图像配准是一项重要的技术，用于将两幅或多幅图像对齐以便进行比较、融合或者其他后续处理。
图像配准可以用于医学影像、遥感图像、安防监控等众多领域，其准确性对于后续分析的结果至关重要。
本文将介绍几种常用的图像配准方法。
一、特征点匹配法特征点匹配法是一种常见且广泛使用的图像配准方法。
该方法基于图像中的特征点，通过在两幅图像中提取特征点并找到对应关系，从而将两幅图像对齐。
对于特征点的提取，常见的算法包括SIFT、SURF、ORB等。
这些算法通过局部特征的描述，将图像中的特征点提取出来，并计算特征点的描述子。
在匹配过程中，可以使用暴力匹配算法或者基于FLANN 的快速匹配算法。
特征点匹配法的优点是可以在图像具有较大变形的情况下保持较好的配准性能，而其缺点是对于纹理缺乏明显特征或存在视差较大的区域，会出现匹配错误的情况。
二、基于区域的图像配准方法基于区域的图像配准方法以图像的一些特定区域为基础进行配准。
该方法在医学影像领域较为常见，如脑部MRI图像的配准。
在这种方法中，通常首先选择一些显著的图像区域作为配准参考，可以是人眼识别的解剖结构或者其他特征明显的区域。
然后，通过提取这些区域的特征并进行匹配，实现图像的配准。
基于区域的图像配准方法的优点是可以更好地处理缺失纹理或大面积变形的情况，而其缺点是对于纹理稀疏或者不连续的区域，可能无法找到有效的配准特征。
三、基于图像变换的配准方法基于图像变换的配准方法通过对图像进行变换和变形，实现图像的对齐。
常用的变换包括平移、旋转、缩放、仿射变换等。
在这种方法中，首先需要确定变换模型，根据具体需求选择适当的变换模型。
然后，通过优化匹配误差，估计出最优的变换参数，使得两幅图像尽可能一致。
基于图像变换的配准方法的优点是可以在图像中存在较大形变或者变形的情况下实现配准，同时可以控制图像变换的参数进行精细调整。
然而，该方法也存在计算复杂度高和模型选择的挑战。
特征匹配原理
特征匹配原理
特征匹配原理是指通过比较图像或物体的特征点，找出它们之间的对应关系。
特征点是图像或物体中具有唯一性和稳定性的点，可以通过角点检测、边缘检测等方法来提取。
常用的特征点包括SIFT、SURF、ORB等。
特征匹配的原理包括以下几个步骤：
1. 特征点提取：通过特征点提取算法，在待匹配的图像或物体中提取出一些具有唯一性和稳定性的特征点。
2. 特征描述：对于每个特征点，计算其周围区域的特征描述符。
这些描述符具有一定的独特性，能够区分不同的特征点。
3. 特征匹配：将待匹配的图像或物体的特征点与参考图像或物体的特征点进行匹配。
通过比较特征描述符的相似度，找出最佳的匹配对应。
4. 匹配筛选：根据匹配的相似度，通过一定的阈值筛选匹配对应关系。
一般来说，相似度越高的匹配对应关系越可靠。
特征匹配的原理主要基于以下假设：
1. 特征点的提取和描述是可靠的，能够准确地提取出具有唯一性和稳定性的特征点。
2. 特征点的匹配是可靠的，通过比较特征点的相似度，能够找到最佳的匹配对应关系。
3. 特征匹配结果能够准确地表达图像或物体的几何变换关系，例如平移、旋转、缩放等。
特征匹配在计算机视觉和图像处理领域有广泛的应用，例如目标检测、图像配准、三维重建等。
特征匹配综述
特征匹配综述
特征匹配是计算机视觉中的一个重要任务，用于在两个或多个图像中找到相似的特征点或区域。
特征匹配可以用于目标检测、图像配准、运动估计等应用。
在特征匹配中，我们通常先在图像中提取特征点，然后使用一种匹配算法来计算特征点之间的相似度，并找到最佳匹配。
有许多不同的特征检测和匹配算法可供选择，下面是一些常用的方法：
1. 尺度不变特征变换(SIFT)：SIFT是一种高效且鲁棒的特征检测和匹配算法，能够在不同尺度和旋转角度下对特征点进行准确匹配。
2. 加速稳健特征(FAST)：FAST是一种快速特征检测算法，适用于实时应用，具有较好的稳定性和鲁棒性。
3. 模板匹配：模板匹配是一种简单但有效的特征匹配方法，通过比较图像中的像素值来找到相似的区域。
模板匹配在一些特定场景下具有较好的性能。
4. 匹配学习：匹配学习是一种利用机器学习算法学习匹配规则的方法。
通过训练一个分类器或回归模型，可以实现更准确和鲁棒的特征匹配。
虽然特征匹配在很多应用中都能取得不错的结果，但仍然存在一些挑战和限制。
例如，当图像中存在视角变化、遮挡、噪声等情况时，特征匹配的准确性可能会
下降。
因此，为了提高特征匹配的性能，研究人员一直在不断改进算法和提出新的方法。
总而言之，特征匹配是计算机视觉领域中的一个重要任务，有许多不同的算法和方法可供选择。
随着技术的不断发展，特征匹配在各种应用中的性能和效果也得到了不断提高。
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为什么要匹配特征
物体识别
D. Lowe, 2004
为什么要匹配特征
三维重建
Internet Photos (“Colosseum”)
Reconstructed 3D cameras and points
N. Snavely, 2006
为什么要匹配特征
Sony Aibo
• Recognize charging station
特征匹配
用于定量衡量匹配质量的指标—ROC曲线 ROC：Receiver Operating Characteristic curve
1
• 阈值最高时，ROC曲线在 左下角； • 阈值最低时，ROC曲线在 右上角； • ROC曲线越靠近左上角（ ROC曲线下面积越大）性 能越好。
0.7
true positive rate
特征描述—DAISY
DAISY的基本思想
SIFT描述子中每一个值对应一个子区域内某一方向的梯度幅值加权和 ，权值大小与到特征点的距离以及到子区域两个边缘的距离有关。
特征描述—DAISY
DAISY的基本思想
可以将SIFT使用的梯度图看作由图像 点位置（u,v）和朝向（ori）构成的三 维空间图，其中每一个空间点的值与 梯度幅值、到特征点的距离、以及到 子区域两个边缘的距离有关。 DAISY基本思想：提前计算好一系列 梯度方向图，在构造描述子时可以反 复使用，从而提高效率。
特征描述—SIFT
梯度直方图
• • • • 计算特征点窗口内每个图像点的梯度方向和梯度幅值； 将梯度幅值图进行高斯平滑（避免窗口微移导致描述子剧变）； 将窗口划分成子区域（图示为2×2 ），统计每个子区域内的梯度方 向直方图（图示中箭头为方向，长度为梯度幅值加权和）； 梯度幅值的权重为图像点到子区域两个边缘的距离乘积。
每一个特征点的参数： ������, ������, ������, ������
������
特征描述—MOPS
构造MOPS描述子
• • • • • 以特征点为中心根据 主方向取一个40×40 的窗口； 将窗口主方向旋转至 水平； 窗口下采样至8×8； 窗口灰度归一化（每 一个像素灰度减去均 值、除以标准差）； 对窗口进行Haar小波 变换，将小波系数写 成一个64维向量构成 描述子。
特征描述—DAISY
DAISY：the descriptor looks like a flower
• • DAISY计算速度比SIFT快很多； DAISY在每一个图像点上计算描述子（用于稠密匹配），SIFT主要 用于特征点（角点）的描述（当然也可以描述任意图像点）。
(Tola, Lepetit, and Fua,, 2010)
•
•
Communicate with visual cards
Teach object recognition
特征匹配
有时候匹配是一件很简单的事
立体相机红外探针匹配
特征匹配
但大多数时候很复杂
特征匹配—基本思路
• 特征准确匹配的要求是待匹配特征对平移、2D/3D旋转、光 照、对比度、仿射变换等具有不变性。 • 这需要一个具有不变性的特征检测子： - Harris：对平移、2D旋转、光照具有不变性； - SIFT：对平移、2D旋转、光照、3D旋转（约60度）、尺 度具有不变性； • 还需要一个具有不变性的特征描述子： - 描述子用来记录特征点周围的区域信息； - 描述子要有不变性：图像变化时描述子不变；
特征描述—基本思路
• 最简单的描述子：一个像素点，具有不变性吗？
• 对平移、旋转、仿射、尺度都有不变性； • 但对光照没有任何不变性。
特征描述—基本思路
• 另一个简单的描述子：以特征点为中心的一个小方窗区域， 具有不变性吗？
≠
≠
特征描述—基本思路
• 另一个简单的描述子：以特征点为中心的一个小方窗区域， 具有不变性吗？
特征描述—DAISY
DAISY的应用
特征匹配
对于图像I1中的一个特征点，图像I2中那个特征点与它匹配？
特征匹配
对于图像I1中的一个特征点，图像I2中那个特征点与它匹配？ 特征匹配的基本假设：可以在特征空间通过特征描述子之间的 欧氏距离判断匹配程度，距离越小匹配度越高。 特征匹配基本思路： 1）在特征空间定义特征描述子之间的某种距离度量函数； 2）找出I2中与I1特征点距离最小的作为匹配点。 常用距离度量函数：SSD（Sum of Square Differences ） 两个描述子对应值差的平方和
0 0.1
false positive rate
1
特征匹配—单阈值法
单阈值法：给定一个阈值，返回所有匹配距离小于阈值的特征 点作为匹配点。
左图中数字表示类别
阈值高时（实线），容易产生False Negative； 阈值低时（虚线），容易产生False Positive。
特征匹配—最近邻法
最近邻法：给定一个较低阈值，返回阈值内匹配距离最小的特 征点作为匹配点。
特征匹配
用于定量衡量匹配质量的指标： TP：True Positive，被判定为匹配，事实上也是匹配； FN：False Negative，被判定为不匹配，但事实上匹配； FP：False Positive，被判定为匹配，但事实上不匹配； TN：True Negative，被判定为不匹配，事实上也是不匹配。 TPR=TP/(TP+FN)，真阳性率； FPR=FP/(FP+TN)，假阳性率； PPV=TP/(TP+FP)，阳性预测值； ACC=(TP+TN)/(TP+FN+TP+TN)，预测精度。
8 pixels
特征描述—MOPS
补充知识：图像（信号）变换
傅立叶变换：任意一条在实数域内有意义的曲线都可以分解为若干个正 弦曲线的叠加。
余弦变换：类似于傅立 叶变换，但是只使用实数。（JPEG） 小波变换：使用有限宽度基函数进行变换，这些基函数不仅在频率上而 且在位置上是变化的。（JPEG2000）
左图中颜色表示类别
使用最近邻法，DA与DB正确匹配，但DD与DC错误匹配。
特征匹配—最近邻比值法
最近邻比值法：当距离最近的特征点和距离次近特征点间距离 比值小于一定阈值时，将距离最近的特征点作为匹配点，否则 无匹配点。
左图中颜色表示类别
1. 2. 3. 在每一个图像点(u,v)计算描述向量 hΣ ������, ������ = ,������1 Σ , ������2 Σ , … , ������������ Σ -������ ； 将hΣ ������, ������ 归一化为hΣ ������, ������ ； 构成DAISY描述子: ������ ������, ������ = ������ ,hΣ1 ������, ������ , ������ ������ hΣ1 ������1 (������, ������, ������1 ) , … , hΣ1 ������ ������ (������, ������, ������1 ) , ������ ������ hΣ2 ������1 (������, ������, ������2 ) , … , hΣ2 ������ ������ (������, ������, ������2 ) , … ������ ������ hΣ������ ������1 (������, ������, ������������ ) , … , hΣ������ ������ ������ (������, ������, ������������ ) -������
参数设置：Q=3, T=8, H=8
特征描述—DAISY
DAISY的计算效率
• •
高斯卷积计算效率高 大尺度高斯卷据可以通过小尺度卷积加快计算
特征描述—DAISY
DAISY的应用
NCC
SIFT
DAISY
特征描述—DAISY
DAISY的应用
Tola, Strecha, and Fua, 2013
回忆一下上周课的SIFT特征点检测：高斯尺度空间→高斯差分尺度空间 →空间局部极值
(Lowe, 2004)
特征描述—SIFT
计算窗口主方向
• • • • • 将圆周分为36份，每份10 度； 计算特征点附近区域每个 像素梯度方向和幅值； 根据每一像素梯度幅值和 距中心的高斯距离绘制梯 度直方图； 将直方图中最大值方向作 为特征点主方向； 如果直方图其他值达到最 大值的80%，则通过抛物 线插值确定主方向。
特征描述—DAISY
DAISY的基本思想
计算H个方向上的梯度高斯幅值图������������ Σ = GΣ ∗ ( )+ ，o表示梯度方向 ������������ + 其中GΣ 为高斯卷积核，Σ控制区域大小，(������) =max(a,0)
������������
特征描述—DAISY
构造DAISY描述子
特征描述—GLOH
构造GLOH描述子
• • • • • 使用对数极坐标结构替代SIFT的4象限； 空间上取半径6、11和15，角度上分八个区间（除中间区域）； 梯度方向分为16份，构成一个272（17×16）维梯度直方图； 使用PCA将得到的272维向量降到128维构成描述子； 这个PCA的协方差矩阵 通过在47,000个图像path上训练得到。
特征描述—SIFT
构造SIFT描述子
1. 2. 3. 4. 5. 以特征点为中心根据主方向取一个16×16的窗口（图示为8×8 ）； 将窗口主方向旋转至水平； 将窗口划分成4×4个子区域（图示为2×2 ）； 计算每个子区域梯度直方图； 得到一个4×4×8=128维向量构成描述子。
特征描述—PCA-SIFT