一種圖像尺度不變特征的檢測提取方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種圖像尺度不變特征的檢測提取方法和系統(tǒng)。所述方法依據(jù)二維圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型和特征尺度，為每個(gè)像素點(diǎn)定義了不隨尺度變換而變換的方向張量T，并計(jì)算其最小特征值，通過最小特征值同向表征像素點(diǎn)的特征能量強(qiáng)度；最終通過判斷像素點(diǎn)的最小特征值是否為預(yù)設(shè)窗口所包括像素點(diǎn)最小特征值的最大值來檢測該像素點(diǎn)是否為興趣點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)提取興趣點(diǎn)。由于本發(fā)明為每個(gè)像素點(diǎn)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的表征像素點(diǎn)特征能量強(qiáng)度的最小特征值不隨尺度的變換而變換，因此，最終基于特征能量強(qiáng)度的角度，通過方向張量T的最小特征值提取的興趣點(diǎn)針對(duì)圖像尺度變換具有較好的魯棒性、較高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。
【專利說明】一種圖像尺度不變特征的檢測提取方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器視覺領(lǐng)域，尤其涉及一種圖像尺度不變特征的檢測提取方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像特征是視覺圖像中原始特征與屬性的數(shù)學(xué)描述，一般是由于景物的物理與幾何特性使圖像中局部區(qū)域的灰度產(chǎn)生明顯變化而形成的。圖像特征分為全局特征和局部特征，全局特征通過描述整個(gè)圖像的某些特征來表示整幅圖像，其包含一些冗余信息，魯棒性不夠；局部特征著重描述圖像中某個(gè)局部的特征，例如，圖像中的邊緣、點(diǎn)、線、面等圖像低層特征信息，其冗余性低、可以有效抵抗各種幾何變換。
[0003]興趣點(diǎn)，又稱為角點(diǎn)，是二維圖像亮度變化劇烈的特征點(diǎn)或圖像邊緣曲線上曲率極大值的特征點(diǎn)，如L形、A形角點(diǎn)，X形、T形和Y形交匯點(diǎn)等局部特征點(diǎn)，興趣點(diǎn)是圖像的一種重要局部特征，既保留了圖像場景中的重要特征信息，同時(shí)又有效地減少了信息的數(shù)據(jù)量，因此，如何準(zhǔn)確地提取圖像的興趣點(diǎn)成為本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前，應(yīng)用最廣泛的是基于圖像灰度的Harris角點(diǎn)檢測算子，它是通過計(jì)算像素點(diǎn)梯度的二階矩矩陣(thesecond-moment matrix)來檢測、提取圖像興趣點(diǎn)。但該方法所提取的圖像興趣點(diǎn)，對(duì)于尺度變換較為敏感，針對(duì)圖像較大尺度變換魯棒性較差，準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種圖像尺度不變特征的檢測提取方法和系統(tǒng)，以解決上述問題，實(shí)現(xiàn)提取的圖像興趣點(diǎn)針對(duì)圖像尺度變換具有較好的魯棒性以及較高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。
[0005]為此，本發(fā)明公開如下技術(shù)方案:
[0006]一種圖像尺度不變特征的檢測提取方法，包括:
[0007]對(duì)二維圖像進(jìn)行數(shù)學(xué)模型變換，得到所述二維圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型；
[0008]從預(yù)設(shè)的尺度空間中獲取每個(gè)像素點(diǎn)的特征尺度，所述尺度空間包括N個(gè)不同的尺度，所述N為大于I的自然數(shù)；
[0009]針對(duì)所述二維圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)，依據(jù)所述像素點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型以及特征尺度獲取所述像素點(diǎn)的方向張量T，并計(jì)算所述方向張量T的最小特征值λ 2，所述像素點(diǎn)的方向張量T不隨所述尺度空間下尺度的變換而變換，所述最小特征值λ2同向表征所述像素點(diǎn)的特征能量強(qiáng)度；
[0010]判斷所述最小特征值是否是預(yù)設(shè)窗口內(nèi)所包括像素點(diǎn)的方向張量最小特征值的最大值；
[0011]若判斷結(jié)果為是，則將所述特征值對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)作為所述二維圖像的興趣點(diǎn)，并獲取所述興趣點(diǎn)的特征信息，所述特征信息包括所述興趣點(diǎn)的特征尺度、坐標(biāo)值及區(qū)域。
[0012]優(yōu)選的，所述數(shù)學(xué)模型具體為二階多項(xiàng)擴(kuò)展式，所述二階多項(xiàng)擴(kuò)展式的表達(dá)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(diǎn)X的灰度值；
[0014](X，y)T表示像素點(diǎn)X的圖像坐標(biāo)；
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種圖像尺度不變特征的檢測提取方法，其特征在于，包括: 對(duì)二維圖像進(jìn)行數(shù)學(xué)模型變換，得到所述二維圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型； 從預(yù)設(shè)的尺度空間中獲取每個(gè)像素點(diǎn)的特征尺度，所述尺度空間包括N個(gè)不同的尺度，所述N為大于I的自然數(shù)； 針對(duì)所述二維圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)，依據(jù)所述像素點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型以及特征尺度獲取所述像素點(diǎn)的方向張量T，并計(jì)算所述方向張量T的最小特征值λ 2，所述像素點(diǎn)的方向張量T不隨所述尺度空間下尺度的變換而變換，所述最小特征值λ2同向表征所述像素點(diǎn)的特征能量強(qiáng)度； 判斷所述最小特征值是否是預(yù)設(shè)窗口內(nèi)所包括像素點(diǎn)的方向張量最小特征值的最大值； 若判斷結(jié)果為是，則將所述特征值對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)作為所述二維圖像的興趣點(diǎn)，并獲取所述興趣點(diǎn)的特征信息，所述特征信息包括所述興趣點(diǎn)的特征尺度、坐標(biāo)值及區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像尺度不變特征的檢測提取方法，其特征在于，所述數(shù)學(xué)模型具體為二階多項(xiàng)擴(kuò)展式，所述二階多項(xiàng)擴(kuò)展式的表達(dá)式具體為⑴~r1+r2x+r3y+r4x2+r5y2+r6xy = XTAX+bTX+c，，其中: f(X)表示像素點(diǎn)X的灰度值； (χ, y) τ表示像素點(diǎn)X的圖像坐標(biāo)；
3.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像尺度不變特征的檢測提取方法，其特征在于，所述依據(jù)所述像素點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型以及特征尺度獲取所述像素點(diǎn)的方向張量T，具體包括: 依據(jù)所述像素點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型f（x)~r1+r2+r3y+r4x2+r5y2+r6Xy=XTAX+bTX+c定義所述像素點(diǎn)的方向張量T的表達(dá)式:T=AAT+ybbT，其中:Y是非負(fù)權(quán)重因子，為偶次項(xiàng)與奇次項(xiàng)特征分量的調(diào)節(jié)參數(shù)； 基于所述像素點(diǎn)的特征尺度對(duì)所述方向張量T的表達(dá)式T=AAt+ Y bbT進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到所述方向張量T的標(biāo)準(zhǔn)化表達(dá)式:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像尺度不變特征的檢測提取方法，其特征在于，所述從預(yù)設(shè)的尺度空間中獲取每個(gè)像素點(diǎn)的特征尺度具體包括: 在預(yù)先設(shè)定的尺度空間下，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化LoG值的計(jì)算公式
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像尺度不變特征的檢測提取方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)窗口具體為以所述像素點(diǎn)為中心的3X3窗口。
6.一種圖像尺度不變特征的檢測提取系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)學(xué)模型變換模塊、特征尺度獲取模塊、方向張量獲取模塊、判斷模塊和興趣點(diǎn)獲取模塊，其中: 所述數(shù)學(xué)模型變換模塊，用于對(duì)二維圖像進(jìn)行數(shù)學(xué)模型變換，得到所述二維圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型； 所述特征尺度獲取模塊，用于從預(yù)設(shè)的尺度空間中獲取每個(gè)像素點(diǎn)的特征尺度，所述尺度空間包括N個(gè)不同的尺度，所述N為大于I的自然數(shù)； 所述方向張量獲取模塊，用于針對(duì)所述二維圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)，依據(jù)所述像素點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型以及特征尺度獲取所述像素點(diǎn)的方向張量T，并計(jì)算所述方向張量T的最小特征值λ 2，所述像素點(diǎn) 的方向張量T不隨所述尺度空間下尺度的變換而變換，所述最小特征值λ 2同向表征所述像素點(diǎn)的特征能量強(qiáng)度； 所述判斷模塊，用于判斷所述最小特征值是否是預(yù)設(shè)窗口內(nèi)所包括像素點(diǎn)的方向張量最小特征值的最大值； 所述興趣點(diǎn)獲取模塊，用于在判斷結(jié)果為是時(shí)，將所述特征值對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)作為所述二維圖像的興趣點(diǎn)，并獲取所述興趣點(diǎn)的特征信息，所述特征信息包括所述興趣點(diǎn)的坐標(biāo)值、特征尺度及區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像尺度不變特征的檢測提取系統(tǒng)，其特征在于，所述特征尺度獲取模塊包括計(jì)算單元和特征尺度獲取單元，其中: 所述計(jì)算單元，用于在預(yù)先設(shè)定的尺度空間下，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化LoG值的計(jì)算公式計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)針對(duì)每個(gè)尺度的標(biāo)準(zhǔn)化LoG值； 所述特征尺度獲取單元，用于獲取每個(gè)像素點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化LoG值的最大值，并將所述最大值對(duì)應(yīng)的尺度標(biāo)記為相應(yīng)像素點(diǎn)的特征尺度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像尺度不變特征的檢測提取系統(tǒng)，其特征在于，所述方向張量獲取模塊包括定義單元和標(biāo)準(zhǔn)化單元，其中: 所述定義單元，用于依據(jù)所述像素點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型定義所述像素點(diǎn)的方向張量T的表達(dá)式； 所述標(biāo)準(zhǔn)化單元，用于基于所述像素點(diǎn)的特征尺度對(duì)所述方向張量T的表達(dá)式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到所述方向張量T的標(biāo)準(zhǔn)化表達(dá)式。
【文檔編號(hào)】G06K9/46GK103824076SQ201410073126
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】林睿, 王振華, 任子武, 孫榮川, 厲茂海 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)