數字圖像中不規則區域自動匹配方法
2023-05-07 09:40:56 1
專利名稱：：數字圖像中不規則區域自動匹配方法
技術領域：
：本發明涉及計算機視覺中的圖像特徵自動匹配領域，尤其涉及一種數字圖像中不規則區域自動匹配方法。
背景技術：
：特徵匹配技術在圖像檢索、物體識別、視頻跟蹤以及增強現實等諸多領域有著重要應用。近些年來，以尺度不變特徵變換(ScaleInvariantFeatureTransform，簡稱SIFT)技術的提出為標誌，圖像特徵點自動匹配技術取得了較大進展；以最大穩定極值區域(MaximallyStableExtremalRegions，簡稱MSER)技術為標誌，圖像特徵區域自動檢測技術也取得了較大進展。但是，如何匹配諸如MSER區域這類具有不規則形狀的區域，是目前亟需解決的重要問題。目前已有方法主要採用形狀擬合的方式解決不規則區域的匹配問題首先將不規則區域的形狀擬合為規則形狀，如橢圓、平行四邊形等；然後在規則形狀上構造區域描述子；最後利用區域描述子進行區域匹配。在對MSER區域進行匹配時，首先將原始不規則的MSER區域擬合為橢圓，然後使用SIFT描述子進行匹配。但是，將不規則區域的形狀擬合為規則形狀的過程會產生擬合誤差，導致匹配的準確性不高。
發明內容本發明主要解決數字圖像中不規則區域自動匹配問題，目的是提供一種具有更高準確性的數字圖像中不規則區域自動匹配方法。為實現本目的，本發明提供了一種數字圖像中不規則區域自動匹配方法包括以下步驟步驟S1採集圖像並輸入計算機；步驟S2利用不規則區域提取方法提取圖像中的不規則區域；步驟S3通過計算所述不規則區域內各點的平均梯度方向確定所述不規則區域的主方向dMain；步驟S4通過計算各點的不對稱性確定所述不規則區域的最大對稱位置P；步驟S5以所述最大對稱位置為中心，以所述主方向為起始方向，確定所述不規則區域的鄰域；步驟S6將所述不規則區域的鄰域從裡到外劃分為三層，並將每層進一步沿圓周方向劃分為至少一個子區域；步驟S7利用梯度內積與外積運算構造所述不規則區域的匹配描述子；步驟S8通過計算所得描述子之間歐式距離並利用雙向匹配準則計算所述不規則區域之間的相似性，進行區域匹配並輸出匹配結果。本發明提供的數字圖像中不規則區域自動匹配方法，沒有將不規則區域的形狀擬合為規則形狀，而是將不規則區域的鄰域從裡到外劃分為三層，並將每層進一步沿圓周方向劃分為至少一個子區域，利用梯度內積與外積運算構造所述不規則區域的匹配描述子，通過計算所得描述子之間歐式距離並利用雙向匹配準則計算所述不規則區域之間的相似性，進行區域匹配，所以不會引入由於將不規則區域擬合為規則形狀而帶來的誤差；並且在其他的步驟中也不會有顯著的誤差引入，所以相對於現有的不規則區域匹配方法，本發明具有更高的準確性。圖1所示為本發明數字圖像中不規則區域自動匹配方法的流程圖；圖2所示為本發明步驟S5中確定的不規則區域的鄰域的示意圖；圖3所示為本發明步驟S6中分層並進行其區域劃分的示意圖。具體實施例方式如圖1所示為本發明數字圖像中不規則區域自動匹配方法的流程圖。本發明提供的不規則區域自動匹配方法主要步驟包括採集圖像並輸入計算機、提取圖像中的不規則區域、計算不規則區域的主方向dMain、計算不規則區域的最大對稱位置P、確定不規則區域的鄰域、對鄰域進行子區域劃分、構造匹配描述子、匹配並輸出結果。各步驟的具體實施細節如下步驟S1採集圖像並輸入計算機。可以利用數位相機拍攝同一場景不同視角下的兩幅或多幅圖像，輸入計算機。步驟S2提取圖像中的不規則區域。具體地可以利用MSER等各種不規則區域提取方法提取圖像中的不規則區域。步驟S3通過計算不規則區域內各點的平均梯度方向確定不規則區域的主方向dMain。步驟S4通過計算各點的不對稱性確定不規則區域的最大對稱位置P。對不規則區域內的任一位置，以該位置為中心，引出18條直線Li(i＝1，2，...，18)將圓周分為36等份；記不規則區域內直線Li(i＝1，2，...，18)兩側包含的像素數分別為NL(i)，NR(i)(i＝1，2，...，18)，定義為上述任意位置處的不對稱性，將不對稱性最小的位置確定為不規則區域的最大對稱位置。步驟S5以最大對稱位置為中心，以主方向為起始方向，確定不規則區域的鄰域。如圖2所示為本發明步驟S5中確定的不規則區域的鄰域的示意圖，圖2中箭頭所示的方向即為主方向dMain，P點為最大對稱位置。具體步驟如下以最大對稱位置P為中心，主方向dMain為起始方向，分別引出16條射線將圓周分為16等份，沿逆時針方向記各條射線與不規則區域邊界輪廓線的交點分別為Ci(i＝1，2，...16)；延長線段Ci至點Di，使得|PDi|＝6/5·|PCi|(i＝1，2，...16)，其中|PCi|、|PDi|分別表示線段長度；將線段PDi(i＝1，2，...16)等分為三段PAi，AiBi，BiDi(i＝1，2，...16)；將封閉曲線D1D2D3...D16D1包含的區域確定為不規則區域的鄰域。步驟S6將不規則區域的鄰域從裡到外劃分為三層，並將每層進一步沿圓周方向劃分為至少一個子區域。圖3所示為本發明步驟S6中分層並進行其區域劃分的示意圖。具體步驟如下確定不規則區域鄰域的同時，將不規則區域的鄰域從裡到外劃分為三層第一層是封閉曲線A1A2A3...A16A1構成的區域；第二層是封閉曲線A1A2A3...A16A1與B1B2B3...B16B1構成的區域；第三層是封閉曲線B1B2B3...B16B1與D1D2D3...D16D1構成的區域。將第一層區域劃分為4個子區域，依次編號為G1、G2、G3和G4，這4個子區域的邊界曲線分別為G1PA1A2A3A4A5P；G2PA5A6A7A8A9P；G3PA9A10A11A12A13P；G4PA13A14A15A16A1P。將第二層區域劃分8個子區域，依次編號為G5、G6、G7、G8、G9、G10、G11和G12，這8個子區域的邊界曲線分別為G5A1B1B2B3A3A2A1；G6A3B3B4B5A5A4A3；G7A5B5B6B7A7A6A5；G8A7B7B8B9A9A8A7；G9A9B9B10B11A11A10A9；G10A11B11B12B13A13A12A11；G11A13B13B14B15A15A14A13；G12A15B15B16B1A1A16A15。將第三層區域劃分為16個子區域，依次編號為G13、G14、G15、G16、G17、G18、G19、G20、G21、G22、G23、G24、G25、G26、G27和G28，這16個子區域的邊界曲線分別為G13B1D1D2B2B1；G14B2D2D3B3B2；G15B3D3D4B4B3；G16B4D4D5B5B4；G17B5D5D6B6B5；G18B6D6D7B7B6；G19B7D7D8B8B7；G20B8D8D9B9B8；G21B9D9D10B10B9；G22B10D10D11B11B10；G23B11D11D12B12B11；G24B12D12D13B13B12；G25B13D13D14B14B13；G26B14D14D15B15B14；G27B15D15D16B16B15；G28B16D16D1B1B16。步驟S7利用梯度內積與外積運算構造不規則區域的匹配描述子。具體步驟如下記子區域Gk(k＝1，2，...，28)內點(xi，yi)處梯度向量為區域內平均梯度向量為按照下式計算該區域描述向量Vk＝[Vk1，Vk2，Vk3，Vk4](k＝1，2，...，28)其中ο與∧分別表示內積與外積運算將Vk(k＝1，2，...，28)除以對應的子區域Gk(k＝1，2，...，28)內像素數，然後排列為一個向量，即可獲得112維描述向量(其中Nk(k＝1，2...，28)分別表示子區域Gk(k＝1，2...，28)包含的像素數)V＝[V1/N1，V2/N2，...，V28/V28]最後將向量V歸一化為單位向量V/||V||即可獲得不規則區域的匹配描述子。步驟S8通過計算所得描述子之間歐式距離並利用雙向匹配準則計算不規則區域之間的相似性，進行區域匹配並輸出匹配結果。獲得匹配描述子後，首先計算兩幅圖像中描述子間的歐式距離來度量不同不規則區域之間的相似性；然後利用雙向匹配準則進行匹配對於第1幅圖像中一個區域G，如果第2幅圖像中區域G′在所有候選區域中與G匹配描述子間的歐式距離最小，如果G同時也是第1幅圖像中與G′最匹配的區域，則G，G′為一對匹配區域。匹配完成後輸出匹配結果。本發明提供的數字圖像中不規則區域自動匹配方法，沒有將不規則區域的形狀擬合為規則形狀，而是將不規則區域的鄰域從裡到外劃分為三層，並將每層進一步沿圓周方向劃分為至少一個子區域，利用梯度內積與外積運算構造所述不規則區域的匹配描述子，通過計算所得描述子之間歐式距離並利用雙向匹配準則計算所述不規則區域之間的相似性，進行區域匹配，所以不會引入由於將不規則區域擬合為規則形狀而帶來的誤差；並且在其他的步驟中也不會有顯著的誤差引入，所以相對於現有的不規則區域匹配方法，本發明具有更高的準確性。權利要求1.一種數字圖像中不規則區域自動匹配方法，其特徵在於，包括步驟S1採集圖像並輸入計算機；步驟S2利用不規則區域提取方法提取圖像中的不規則區域；步驟S3通過計算所述不規則區域內各點的平均梯度方向確定所述不規則區域的主方向dMain；步驟S4通過計算各點的不對稱性確定所述不規則區域的最大對稱位置P；步驟S5以所述最大對稱位置為中心，以所述主方向為起始方向，確定所述不規則區域的鄰域；步驟S6將所述不規則區域的鄰域從裡到外劃分為三層，並將每層進一步沿圓周方向劃分為至少一個子區域；步驟S7利用梯度內積與外積運算構造所述不規則區域的匹配描述子；步驟S8通過計算所得描述子之間歐式距離並利用雙向匹配準則計算所述不規則區域之間的相似性，進行區域匹配並輸出匹配結果。2.根據權利要求1所述的數字圖像中不規則區域自動匹配方法，其特徵在於，所述步驟S4包括以所述不規則區域內的任一位置為中心，利用18條直線Li(i＝1，2，...，18)將整個圓周等分為36份；記所述不規則區域內直線Li(i＝1，2，...，18)兩側的像素數分別為NL(i)，NR(i)(i＝1，2，...，18)，定義為所述任一位置處的不對稱性；將不對稱性最小的位置確定為不規則區域的最大對稱位置P。3.根據權利要求1所述的數字圖像中不規則區域自動匹配方法，其特徵在於，所述步驟S5包括以所述最大對稱位置P為中心，以所述主方向dMain為起始方向，分別引出16條射線將圓周分為16等份，沿逆時針方向記各條射線與所述不規則區域邊界輪廓線的交點分別為Ci(i＝1，2，...16)；延長線段Ci至點Di，使得|PDi|＝6/5·|PCi|(i＝1，2，...16)，其中|PCi|、|PDi|分別表示線段長度；將線段PDi(i＝1，2，...16)等分為三段PAi，AiBi，BiDi(i＝1，2，...16)；將封閉曲線D1D2D3...D16D1包含的區域確定為所述不規則區域的鄰域。4.根據權利要求3所述的數字圖像中不規則區域自動匹配方法，其特徵在於，所述步驟S6包括將所述不規則區域的鄰域從裡到外劃分為三層，第一層是封閉曲線A1A2A3...A16A1構成的區域；第二層是封閉曲線A1A2A3...A16A1與B1B2B3...B16B1構成的區域；第三層是封閉曲線B1B2B3...B16B1與D1D2D3...D16D1構成的區域。5.根據權利要求4所述的數字圖像中不規則區域自動匹配方法，其特徵在於，所述步驟S5中對第一層進行劃分獲得的子區域數為4，依次編號為G1、G2、G3和G4，這4個子區域的邊界曲線分別為G1PA1A2A3A4A5P；G2PA5A6A7A8A9P；G3PA9A10A11A12A13P；G4PA13A14A15A16A1P。6.根據權利要求5所述的數字圖像中不規則區域自動匹配方法，其特徵在於，所述步驟S5中對第二層進行劃分獲得的子區域數為8，依次編號為G5、G6、G7、G8、G9、G10、G11和G12，這8個子區域的邊界曲線分別為G5A1B1B2B3A3A2A1；G6A3B3B4B5A5A4A3；G7A5B5B6B7A7A6A5；G8A7B7B8B9A9A8A7；G9A9B9B10B11A11A10A9；G10A11B11B12B13A13A12A11；G11A13B13B14B15A15A14A13；G12A15B15B16B1A1A16A15。7.根據權利要求6所述的數字圖像中不規則區域自動匹配方法，其特徵在於，所述步驟S5對第三層進行劃分獲得的子區域數為16，依次編號為G13、G14、G15、G16、G17、G18、G19、G20、G21、G22、G23、G24、G25、G26、G27和G28，這16個子區域的邊界曲線分別為G13B1D1D2B2B1；G14B2D2D3B3B2；G15B3D3D4B4B3；G16B4D4D5B5B4；G17B5D5D6B6B5；G18B6D6D7B7B6；G19B7D7D8B8B7；G20B8D8D9B9B8；G21B9D9D10B10B9；G22B10D10D11B11B10；G23B11D11D12B12B11；G24B12D12D13B13B12；G25B13D13D14B14B13；G26B14D14D15B15B14；G27B15D15D16B16B15；G28B16D16D1B1B16。全文摘要本發明涉及一種數字圖像中不規則區域自動匹配方法，包括採集圖像並輸入計算機；提取圖像中的不規則區域；通過計算不規則區域內各點的平均梯度方向確定不規則區域的主方向；通過計算各點的不對稱性確定其最大對稱位置；以最大對稱位置為中心，以主方向為起始方向，確定不規則區域的鄰域；將不規則區域的鄰域從裡到外劃分為三層，並將每層進一步沿圓周方向劃分為至少一個子區域；利用梯度內積與外積運算構造不規則區域的匹配描述子；通過計算所得描述子之間歐式距離並利用雙向匹配準則計算不規則區域之間的相似性，進行區域匹配並輸出結果。本發明提供的方法，不會引入由於將不規則區域的形狀擬合為規則形狀帶來的誤差，提高了匹配的準確性。文檔編號G06K9/64GK101819636SQ20101015482公開日2010年9月1日申請日期2010年3月30日優先權日2010年3月30日發明者王志衡,劉紅敏,鄧超,賈宗璞,楊瑩麗申請人:河南理工大學