一種圖像尺度不變特徵的檢測提取方法和系統的製作方法
2023-07-03 02:46:16 1
一種圖像尺度不變特徵的檢測提取方法和系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種圖像尺度不變特徵的檢測提取方法和系統。所述方法依據二維圖像中每個像素點的數學模型和特徵尺度，為每個像素點定義了不隨尺度變換而變換的方向張量T，並計算其最小特徵值，通過最小特徵值同向表徵像素點的特徵能量強度；最終通過判斷像素點的最小特徵值是否為預設窗口所包括像素點最小特徵值的最大值來檢測該像素點是否為興趣點，實現提取興趣點。由於本發明為每個像素點定義了不隨尺度變換而變換的方向張量T，從而該方向張量T的表徵像素點特徵能量強度的最小特徵值不隨尺度的變換而變換，因此，最終基於特徵能量強度的角度，通過方向張量T的最小特徵值提取的興趣點針對圖像尺度變換具有較好的魯棒性、較高的準確度和穩定性。
【專利說明】一種圖像尺度不變特徵的檢測提取方法和系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於機器視覺領域，尤其涉及一種圖像尺度不變特徵的檢測提取方法和系統。
【背景技術】
[0002]圖像特徵是視覺圖像中原始特徵與屬性的數學描述，一般是由於景物的物理與幾何特性使圖像中局部區域的灰度產生明顯變化而形成的。圖像特徵分為全局特徵和局部特徵，全局特徵通過描述整個圖像的某些特徵來表示整幅圖像，其包含一些冗餘信息，魯棒性不夠；局部特徵著重描述圖像中某個局部的特徵，例如，圖像中的邊緣、點、線、面等圖像低層特徵信息，其冗餘性低、可以有效抵抗各種幾何變換。
[0003]興趣點，又稱為角點，是二維圖像亮度變化劇烈的特徵點或圖像邊緣曲線上曲率極大值的特徵點，如L形、A形角點，X形、T形和Y形交匯點等局部特徵點，興趣點是圖像的一種重要局部特徵，既保留了圖像場景中的重要特徵信息，同時又有效地減少了信息的數據量，因此，如何準確地提取圖像的興趣點成為本領域的研究熱點。目前，應用最廣泛的是基於圖像灰度的Harris角點檢測算子，它是通過計算像素點梯度的二階矩矩陣(thesecond-moment matrix)來檢測、提取圖像興趣點。但該方法所提取的圖像興趣點，對於尺度變換較為敏感，針對圖像較大尺度變換魯棒性較差，準確度和穩定性較低。
【發明內容】
[0004]有鑑於此，本發明的目的在於提供一種圖像尺度不變特徵的檢測提取方法和系統，以解決上述問題，實現提取的圖像興趣點針對圖像尺度變換具有較好的魯棒性以及較高的準確度和穩定性。
[0005]為此，本發明公開如下技術方案:
[0006]一種圖像尺度不變特徵的檢測提取方法，包括:
[0007]對二維圖像進行數學模型變換，得到所述二維圖像中每個像素點的數學模型；
[0008]從預設的尺度空間中獲取每個像素點的特徵尺度，所述尺度空間包括N個不同的尺度，所述N為大於I的自然數；
[0009]針對所述二維圖像中的每個像素點，依據所述像素點的數學模型以及特徵尺度獲取所述像素點的方向張量T，並計算所述方向張量T的最小特徵值λ 2，所述像素點的方向張量T不隨所述尺度空間下尺度的變換而變換，所述最小特徵值λ2同向表徵所述像素點的特徵能量強度；
[0010]判斷所述最小特徵值是否是預設窗口內所包括像素點的方向張量最小特徵值的最大值；
[0011]若判斷結果為是，則將所述特徵值對應的像素點作為所述二維圖像的興趣點，並獲取所述興趣點的特徵信息，所述特徵信息包括所述興趣點的特徵尺度、坐標值及區域。
[0012]優選的，所述數學模型具體為二階多項擴展式，所述二階多項擴展式的表達式具體為:f(X) ~ r1+r2x+r3y+r4x2+r5y2+r6xy = XTAX+bTX+c,,其中:
[0013]f (X)表示像素點X的灰度值；
[0014](X，y)T表示像素點X的圖像坐標；
[0015]
【權利要求】
1.一種圖像尺度不變特徵的檢測提取方法，其特徵在於，包括: 對二維圖像進行數學模型變換，得到所述二維圖像中每個像素點的數學模型； 從預設的尺度空間中獲取每個像素點的特徵尺度，所述尺度空間包括N個不同的尺度，所述N為大於I的自然數； 針對所述二維圖像中的每個像素點，依據所述像素點的數學模型以及特徵尺度獲取所述像素點的方向張量T，並計算所述方向張量T的最小特徵值λ 2，所述像素點的方向張量T不隨所述尺度空間下尺度的變換而變換，所述最小特徵值λ2同向表徵所述像素點的特徵能量強度； 判斷所述最小特徵值是否是預設窗口內所包括像素點的方向張量最小特徵值的最大值； 若判斷結果為是，則將所述特徵值對應的像素點作為所述二維圖像的興趣點，並獲取所述興趣點的特徵信息，所述特徵信息包括所述興趣點的特徵尺度、坐標值及區域。
2.根據權利要求1所述的圖像尺度不變特徵的檢測提取方法，其特徵在於，所述數學模型具體為二階多項擴展式，所述二階多項擴展式的表達式具體為⑴~r1+r2x+r3y+r4x2+r5y2+r6xy = XTAX+bTX+c，，其中: f(X)表示像素點X的灰度值； (χ, y) τ表示像素點X的圖像坐標；
3.根據根據權利要求2所述的圖像尺度不變特徵的檢測提取方法，其特徵在於，所述依據所述像素點的數學模型以及特徵尺度獲取所述像素點的方向張量T，具體包括: 依據所述像素點的數學模型f（x)~r1+r2+r3y+r4x2+r5y2+r6Xy=XTAX+bTX+c定義所述像素點的方向張量T的表達式:T=AAT+ybbT，其中:Y是非負權重因子，為偶次項與奇次項特徵分量的調節參數； 基於所述像素點的特徵尺度對所述方向張量T的表達式T=AAt+ Y bbT進行標準化處理，得到所述方向張量T的標準化表達式:
4.根據權利要求1所述的圖像尺度不變特徵的檢測提取方法，其特徵在於，所述從預設的尺度空間中獲取每個像素點的特徵尺度具體包括: 在預先設定的尺度空間下，依據標準化LoG值的計算公式
5.根據權利要求1所述的圖像尺度不變特徵的檢測提取方法，其特徵在於，所述預設窗口具體為以所述像素點為中心的3X3窗口。
6.一種圖像尺度不變特徵的檢測提取系統，其特徵在於，包括數學模型變換模塊、特徵尺度獲取模塊、方向張量獲取模塊、判斷模塊和興趣點獲取模塊，其中: 所述數學模型變換模塊，用於對二維圖像進行數學模型變換，得到所述二維圖像中每個像素點的數學模型； 所述特徵尺度獲取模塊，用於從預設的尺度空間中獲取每個像素點的特徵尺度，所述尺度空間包括N個不同的尺度，所述N為大於I的自然數； 所述方向張量獲取模塊，用於針對所述二維圖像中的每個像素點，依據所述像素點的數學模型以及特徵尺度獲取所述像素點的方向張量T，並計算所述方向張量T的最小特徵值λ 2，所述像素點 的方向張量T不隨所述尺度空間下尺度的變換而變換，所述最小特徵值λ 2同向表徵所述像素點的特徵能量強度； 所述判斷模塊，用於判斷所述最小特徵值是否是預設窗口內所包括像素點的方向張量最小特徵值的最大值； 所述興趣點獲取模塊，用於在判斷結果為是時，將所述特徵值對應的像素點作為所述二維圖像的興趣點，並獲取所述興趣點的特徵信息，所述特徵信息包括所述興趣點的坐標值、特徵尺度及區域。
7.根據權利要求6所述的圖像尺度不變特徵的檢測提取系統，其特徵在於，所述特徵尺度獲取模塊包括計算單元和特徵尺度獲取單元，其中: 所述計算單元，用於在預先設定的尺度空間下，依據標準化LoG值的計算公式計算每個像素點針對每個尺度的標準化LoG值； 所述特徵尺度獲取單元，用於獲取每個像素點的標準化LoG值的最大值，並將所述最大值對應的尺度標記為相應像素點的特徵尺度。
8.根據權利要求6所述的圖像尺度不變特徵的檢測提取系統，其特徵在於，所述方向張量獲取模塊包括定義單元和標準化單元，其中: 所述定義單元，用於依據所述像素點的數學模型定義所述像素點的方向張量T的表達式； 所述標準化單元，用於基於所述像素點的特徵尺度對所述方向張量T的表達式進行標準化處理，得到所述方向張量T的標準化表達式。
【文檔編號】G06K9/46GK103824076SQ201410073126
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月28日 優先權日:2014年2月28日
【發明者】林睿, 王振華, 任子武, 孫榮川, 厲茂海 申請人:蘇州大學