基于特征匹配的算法资料54页PPT
基于特征匹配的算法
基于特征匹配的算法特征匹配是一种常用的计算机视觉算法，用于在不同图像或图像中的不同区域之间寻找共享相似或相同特征的方法。
特征匹配算法在图像处理、目标跟踪、图像识别等领域有广泛的应用。
特征匹配算法的基本原理是通过对图像中的特征进行提取和描述，然后在不同图像中或同一图像中的不同区域之间进行匹配。
具体步骤包括特征提取、特征描述和特征匹配。
特征提取是指从原始图像中找到代表图像内容的显著特征点，常用的特征点包括角点、边缘点、斑点等。
具体的特征提取算法包括Harris角点检测、SIFT（尺度不变特征变换）、SURF（加速稳健特征）等。
特征描述是将提取到的特征点转换为特征描述子，以便后续的特征匹配。
特征描述子通常是一个向量，可以通过统计特征点周围的图像局部信息得到。
常用的特征描述算法包括SIFT描述子、SURF描述子、ORB（旋转不变二值）描述子等。
特征匹配是将不同图像或同一图像中的不同区域的特征进行对应，从而实现图像匹配、目标跟踪等功能。
常用的特征匹配方法包括暴力匹配（Brute-Force）算法、最近邻匹配（Nearest Neighbor）算法、RANSAC （随机抽样一致性）算法等。
暴力匹配算法是最简单直接的匹配方法，它通过计算两个特征向量之间的距离（如欧氏距离、汉明距离等），选择距离最小的特征点作为匹配对。
此方法的缺点是计算量大，匹配效果受噪声和干扰较大。
最近邻匹配算法是常用的特征匹配方法之一，它通过计算一个特征向量与另一个特征向量集合中所有向量之间的距离，并选择距离最小的那个特征点作为匹配对。
此方法简单快速，但对于存在匹配相似特征点的情况，容易产生误匹配。
RANSAC算法是一种鲁棒的特征匹配方法，它通过随机选择最少的特征点对进行模型估计，然后根据该模型对所有特征点进行检验和评估，在一定的迭代次数内，找到最佳的模型参数和对应的特征点对。
RANSAC算法可以处理存在误匹配和噪声的情况，但计算复杂度较高。
物体识别中的特征-基于SIFT特征提取、描述、匹配PPT课件
——基于SIFT算法的检测、描述和匹配
CHENLI
1
基于图像进行物体识别的过程
特征提取
特征匹配
CHENLI
2
图像特征
全局特征
大小、灰度分布、颜色、全局边缘
局部特征
点、线 角点 区域内的边缘 局部极值
CHENLI
3
特征提取中的常见问题
物体所在环境复杂
光照 对比度 杂散背景 目标被遮挡
H的特征值α和β为特征值。
假设是α较大的特征值，而是β较小的特征值，令 ，则
两个特征值相等时最小，随着的增大而增大。让该比值小于一定的阈值。 为了检测主曲率是否在某域值r下，只需检测
成立时将关键点保留，反之剔除。在Lowe的文章中，取r＝10。
CHENLI
28
关键点方向分配
通过尺度不变性求极值点，可以使其具有缩放不变的性质，利用关键点 邻域像素的梯度方向分布特性，我们可以为每个关键点指定方向参数方向， 从而使描述子对图像旋转具有不变性。
David G. Lowe Computer Science Department
2366 Main Mall University of British Columbia
Vancouver, B.C., V6T 1Z4, Canada
E-mail: lowe@cs.ubc.ca
1999年British Columbia大学David G.Lowe教授总结了现有的基于不变量技 术的特征检测方法，并正式提出了一种基于尺度空间的、对图像缩放、旋转甚至 仿射变换保持不变性的图像局部特征描述算子－SIFT（scale-invariant feature transform），这种算法在2004年被加以完善。
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。
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差拟合，将残差大于某一阈值点作
为粗差剔除
跨接法影像匹配
处 理 影 像 几 何 变 b1 a1 形的两种方式
b2
a2
先不顾及几何 变形作“粗匹 配”，然后用 其结果作几何 改正再匹配
A B
几何变形
最小二乘影像匹配将影像匹配与几何 改正均作为参数同时解算
特征匹配ppt课件
主要内容
特征匹配的概念 基于特征点的影像匹配策略 跨接法影像匹配
小范围内利用倾斜平面模型进行视差拟合，将残差大于某一阈值点作为粗差剔除 除了运用一定的相似性测度，一般还可考虑特征的方向，周围已匹配点的结果 对匹配窗口进行重采样，使其大小始终等于左方影像的目标窗口的长度，从而消除了几何畸变对相关的影响。 对匹配窗口进行重采样，使其大小始终等于左方影像的目标窗口的长度，从而消除了几何畸变对相关的影响。 计算目标窗口与重采样的匹配窗口的相关系数，按最大相关系数的准则确定Fe的同名特征。 在右方影像上，以Fb为窗口的一个端点特征，而以被选定的备选特征1，3为窗口的另一端的特征，构成不同的匹配窗口 在左方影像上Fb和Fe分别是已配准与待匹配的特征构成目标窗口 对匹配窗口进行重采样，使其大小始终等于左方影像的目标窗口的长度，从而消除了几何畸变对相关的影响。 在右方影像上，以Fb为窗口的一个端点特征，而以被选定的备选特征1，3为窗口的另一端的特征，构成不同的匹配窗口 计算目标窗口与重采样的匹配窗口的相关系数，按最大相关系数的准则确定Fe的同名特征。 对匹配窗口进行重采样，使其大小始终等于左方影像的目标窗口的长度，从而消除了几何畸变对相关的影响。 对匹配窗口进行重采样，使其大小始终等于左方影像的目标窗口的长度，从而消除了几何畸变对相关的影响。
第七章特征匹配与整体匹配
第七章特征匹配与整体匹配特征匹配是计算机视觉中的一项重要技术，它主要用于在多幅图像中寻找相似的特征点，并进行匹配以实现目标识别、图像配准等应用。
特征匹配包括局部特征点匹配和整体匹配两个方面。
局部特征点匹配是指在图像中提取出一些具有明显边缘或纹理的关键点，并计算它们的局部特征描述符，然后通过比较这些特征描述符的相似性来进行匹配。
常用的局部特征点包括SIFT（尺度不变特征变换）点和SURF（加速稳健特征）点等。
这些特征点可以在不同图像之间进行匹配，从而实现目标的识别和追踪。
整体匹配是指对两幅或多幅图像进行全局的匹配，以找出它们之间的相似性和差异性。
整体匹配常用于图像配准和图像拼接等应用。
在图像配准中，通过将待匹配图像与参考图像进行配准，可以实现两幅图像的位置和尺度的对齐，从而实现目标的比对和分析。
在图像拼接中，通过将多幅图像拼接在一起，可以获得更大视野范围的图像，提供更全面的信息。
特征匹配的核心问题是如何准确地计算特征点或特征描述符之间的相似性。
在局部特征点匹配中，常用的相似性度量方法包括欧氏距离、汉明距离、光流匹配等。
这些方法可以分别用于计算特征点坐标、特征向量和像素颜色之间的相似性。
在整体匹配中，常采用的方法包括图像互信息、图像亮度匹配和直方图相似性等。
这些方法可以有效地检测图像之间的相似性和差异性，并提供匹配度量指标。
特征匹配的应用领域非常广泛。
在计算机视觉领域，特征匹配被广泛应用于目标识别、图像检索、图像配准、运动跟踪等方面。
在机器人导航和自主驾驶等领域，特征匹配可以用于地图构建、路径规划和目标跟踪等任务。
在医学影像领域，特征匹配可以用于病灶检测、肿瘤分析和医学图像融合等应用。
在安防领域，特征匹配可以用于人脸识别、指纹识别和行为分析等任务。
总之，特征匹配是计算机视觉中的一项重要技术，它通过寻找图像中的特征点并计算它们之间的相似性，实现了多幅图像之间的匹配和比对。
特征匹配的实现涉及到特征提取、相似性度量和匹配算法等多个方面，同时还需要考虑图像的尺度、旋转、噪声等因素的影响。
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大规模图像数据集的特征匹配问题
计算复杂度
随着图像数据集规模的增大，特征提取和匹配的计算复杂度也随之 增加，影响匹配效率。
数据冗余
大规模图像数据集中存在大量相似或重复图像，导致特征匹配结果 冗余，降低匹配准确性。
噪声干扰
大规模图像数据集中可能包含大量噪声图像，对特征匹配结果造成干 扰，影响匹配性能。
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目录
• 引言 • 图像特征提取方法 • 特征匹配算法 • 图像特征匹配优化技术 • 图像特征匹配实验与分析 • 图像特征匹配的挑战与展望
01
引言
图像特征匹配的意义
提高图像识别精度
通过匹配图像中的特征点，可以更准确地识别和分类图像。
增强图像信息利用率
特征匹配可以提取出图像中的关键信息，提高信息利用率。
实时性要求高的场景中的特征匹配问题
快速特征提取
在实时性要求高的场景 中，需要快速提取图像 特征，以满足实时处理 的需求。
高效匹配算法
为了满足实时性要求， 需要研究高效的特征匹 配算法，提高匹配速度 。
硬件加速技术
利用硬件加速技术（如 GPU、FPGA等）提高 特征提取和匹配的速度 ，满足实时性要求。
图像特征匹配的研究现状
01
02
03
传统方法
如SIFT、SURF等算法在 特征提取和匹配方面取得 了一定成果。
深度学习方法
卷积神经网络（CNN）等 方法在图像特征匹配上取 得了显著进展。
面临挑战
如光照变化、遮挡、复杂 背景等问题仍待解决。
02
图像特征提取方法
基于颜色的特征提取
颜色直方图
特征点匹配算法
特征点匹配算法引言特征点匹配是计算机视觉领域中的重要任务，它是图像处理和目标识别中必不可少的步骤。
特征点匹配算法是指通过计算两幅图像中的特征点，并将这些特征点进行匹配，从而找到两幅图像中相对应的特征点的过程。
本文将深入探讨特征点匹配算法的原理、常用方法和应用领域。
特征点匹配算法原理特征点匹配算法的核心原理是通过计算图像中的特征点的描述子，将这些描述子进行比较，找到两幅图像中相似的特征点。
特征点是图像中具有鲜明的局部特征的点，例如角点、边缘点和斑点等。
特征点的选择需要具有稳定性、唯一性和可区分性。
特征点匹配算法的一般步骤如下： 1. 图像预处理：包括图像的去噪、灰度化和尺度空间变换等步骤，以提取出图像的特征点。
2. 特征点检测：常用的特征点检测算法有Harris角点检测、SIFT和SURF等算法，这些算法通过对图像的局部特征进行分析，找出具有显著变化的点。
3. 特征点描述子计算：对于每个检测到的特征点，计算其描述子，描述子是一个向量，用于描述特征点的局部特征。
4. 特征点匹配：将两幅图像中的特征点的描述子进行比较，通过一定的相似度度量方法，在两幅图像中找到相对应的特征点。
5. 特征点筛选：根据匹配的相似度度量结果，对匹配的特征点进行筛选，排除不正确的匹配，并保留可靠的匹配结果。
常用的特征点匹配算法1. SIFT（尺度不变特征变换）SIFT是一种基于尺度空间的特征点检测和描述子计算算法。
它通过构建图像的金字塔，提取出不同尺度下的特征点，并计算特征点的描述子。
SIFT算法的优点是具有尺度不变性和旋转不变性，可以在不同尺度和旋转情况下进行特征点匹配。
2. SURF（加速稳健特征）SURF是一种基于尺度不变特征变换（SIFT）算法的改进算法，它通过使用快速Hessian矩阵算法来检测图像中的特征点。
SURF算法在计算特征点描述子时使用了积分图像技术，大大加速了计算过程。
SURF算法具有较好的尺度和旋转不变性，并且计算效率高。
特征点检测与匹配算法
特征点检测与匹配算法引言特征点检测与匹配算法是计算机视觉领域的重要研究方向之一。
它在图像处理、图像识别、目标跟踪等应用中发挥着重要的作用。
本文将从特征点检测的概念出发，逐步介绍特征点检测与匹配算法的原理、常用方法及其应用。
特征点检测概述特征点是图像中具有显著性、稳定性且可重复检测的图像区域。
特征点检测是指在图像中自动寻找这些具有特征性的点，并进行描述和匹配的过程。
特征点检测广泛应用于图像匹配、图像拼接、目标识别等领域。
特征点检测算法原理Harris角点检测算法Harris角点检测算法是一种经典的特征点检测算法。
它通过计算图像中每个像素点的Harris响应函数来判断其是否为角点。
Harris角点检测算法对图像的局部对比度和灰度变化进行了建模，能够检测出图像中的角点。
算法步骤： 1. 计算图像的灰度梯度。
2. 对每个像素计算一个自相关矩阵。
3. 计算自相关矩阵的Harris响应函数。
4. 设置一个阈值，根据Harris响应函数的值判断是否为角点。
SIFT算法尺度不变特征转换（SIFT）算法是一种常用的特征点检测算法。
SIFT算法通过使用高斯差分函数来检测图像中的关键点，并计算关键点的描述子，实现了对旋转、尺度缩放等变换的不变性。
算法步骤： 1. 构建高斯金字塔。
2. 在金字塔的每一层上使用高斯差分函数寻找关键点。
3. 基于关键点的位置和尺度，生成关键点的描述子。
4. 使用描述子进行关键点的匹配。
SURF算法加速稳健特征（SURF）算法是一种基于SIFT算法的改进方法。
SURF算法通过加速计算和改进特征描述子的方式，提高了特征点检测的效率和稳定性。
算法步骤： 1. 使用高斯滤波器构建图像金字塔。
2. 使用盒子滤波器计算图像的Hessian矩阵。
3. 使用Hessian矩阵检测图像中的极值点作为特征点。
4. 根据特征点的尺度和方向计算特征点的描述子。
特征点匹配算法特征点匹配是指在两幅图像之间寻找相同或相似的特征点的过程。
特征的提取与匹配
图像自相关函数分析
➢矩阵A与信号处理中的自相关函数密切相关. ➢设α，β为矩阵A的特征值，则α，β与局部自相关函数的主 曲率成比例. ➢当两个曲率都低时，局部自相关函数是平坦的，那么窗口图 像区域的灰度值近似为常量；当只有一个曲率高而另一个曲 率低时，局部自相关函数呈脊形，那么E只有当沿山脊移动时 变化小，这就表示是边缘；当两个曲率都高时，局部自相关 函数是尖峰，那么E在任意方向上移动都会增加，这就表示是 角点. ➢因此我们可以由α，β的值判断是否是角点。为了不对M进 行分解求特征值，可以采用Tr(A)和Det(A)来代替α，β，
T cc (c 5)
当 q Tq同时 w Tw ，该像素为待选点
（5）选取极值点
即在一个适当窗口中选择最大的待选点
Harris算子
▪ 角点是景物轮廓线上曲率的局部极大点，对掌握景物 的轮廓特征具有决定作用。一旦找到了景物的轮廓特 征点也就大致掌握了景物的形状。直观的讲，角点就 是图像上所显示的物体边缘拐角所在的位置点。
ick jrk
ck 1 r k 1
gu gv
( gi1, j 1 gi, j )(gi, j 1 gi 1, j )
ick jrk
哪个图像块更容易被定位？
Aperture problems for different image patches:
判断两幅图像的相似度 由于无法得到另一幅图像，只能在当前图像内寻找 根据泰勒级数展开， 可得，
Forstner算子
计算各像素的Roberts梯度和像素（c，r）为中心 的一个窗口的灰度协方差矩阵，在图像中寻找具有 尽可能小而接近圆的误差椭圆的点作为特征点。
-1 1
r
l
Roberts梯度
计算机视觉中的特征匹配算法研究
计算机视觉中的特征匹配算法研究计算机视觉是一种利用计算机处理和分析图像的技术，它常常需要准确地匹配一些特定区域的像素点，从而实现对图像的分析和处理。
而特征匹配算法就是计算机视觉中必不可少的一种方法。
特征匹配算法简介特征匹配算法是计算机视觉领域中的一种经典算法，它通过识别出图像中的重要特征点，进行描述、提取和匹配，从而实现对图像的倾斜、旋转、缩放等变换的不变性。
在特征匹配算法中，特征点的提取和描述是算法的核心部分，同时匹配也是特征匹配算法中的重要环节。
特征匹配算法从技术上来说可以分为两种类型：基于局部特征的算法和基于全局特征的算法。
局部特征匹配算法局部特征匹配算法是计算机视觉领域中应用最广泛的一种算法，它以局部图像区域的像素颜色和灰度等特征为基准进行匹配。
在局部特征匹配算法中，首先需要确定图像中一些关键点，然后针对这些点进行描述，从而形成特征点向量。
常用的局部特征匹配算法有SIFT、SURF和ORB等。
SIFT算法SIFT算法全称是尺度不变特征变换(Scale-Invariant Feature Transform)，是一种基于局部特征的图像配准算法，由加拿大机器视觉研究组织（VLFeat）开发。
SIFT算法具有尺度不变性、旋转不变性、仿射不变性等优点，因此在图像特征的定位检测和识别方面有着广泛的应用。
SURF算法SURF算法全称是加速稳健特征（Speeded-Up Robust Features），是一种基于尺度空间不变量的局部特征提取算法，由布鲁塞尔自由大学的Herbert Bay等人开发。
与SIFT算法相比，SURF算法的速度更快且更稳健，在小样本大小和低光照等环境下也有很好的表现。
ORB算法ORB算法全称是Oriented FAST and Rotated BRIEF，是一种基于FAST算法和BRIEF算法的局部特征描述算法。
ORB算法结合了FAST和BRIEF算法的优点，在速度、稳健性和描述子矩阵长度等方面都要优于SIFT和SURF算法。
基于特征匹配的算法资料54页PPT
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
基于特征匹配的算法资 料
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
基于特征匹配的算法
一. 特征匹配过程 1 特征提取 2 特征描述 3 特征匹配
二. SIFT算法
Local features Detection:
2 x 2 matrix of image derivatives (averaged in neighborhood of a point).
The need for invariance
Harris points
Harris-Laplacian points
1.2 尺度不变特征检测
(5) The Hessian-Laplace Detector 思想与Harris-Laplacian Detector相同
图：Harris-Laplace算子在 同一场景下不同尺度的两幅 影像上特征检测结果，圆的 半径代表了特征尺度大小
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Harris/Hessian Affine
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1
0
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倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
基Байду номын сангаас特征匹配的算法资料
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散