[发明专利]基于特征组对的特征点匹配方法

摘要

本发明涉及一种基于特征组对的特征点匹配方法，包括步骤：采集图像并输入计算机，利用已有技术进行图像特征点检测，对图像特征点进行特征组对处理，确定特征对的主方向、尺度及支撑区域，对支撑区域进行子区域划分，计算支撑区域内各点的特征向量，计算特征对支撑区域的匹配描述子，利用匹配描述子进行特征对匹配，由特征对匹配建立特征点匹配。相比于已有基于单个特征点构造匹配描述子的方法，本发明提供的方法构造的匹配描述子能够克服尺度、主方向与边界误差，具有更优的匹配性能。

主权项

1.一种数字图像中基于特征组对的特征点匹配方法，其特征在于，包括步骤：步骤S1：从不同角度拍摄同一场景两幅不同图像并输入计算机；步骤S2：利用已有技术进行特征点检测，如使用Harris算子；步骤S3：对图像中的特征点进行特征组对处理，具体方式为，对于图像中任一特征点X_i，将它与区域SubR(X_i)内的特征点分别组成特征对，其中SubR(X_i)＝{Y：σ₁≤||Y-X_i||≤σ₂}是以X_i为中心σ₁、σ₂为半径的一个环形区域，给定一幅图像中的特征点集合{X_i，i＝1，2，...，m}，可以得到一个特征点对集合{M_k(X_k1，X_k2)，k＝1，2，...n}，其中m表示特征点个数，n表示特征对个数；步骤S4：确定每个特征对的主方向、尺度及支撑区域，具体方式为，对于步骤S3获得的任一特征对M_k(X_k1，X_k2)，在直线X_k1X_k2的两个垂直方向中将与线段X_k1X_k2上各点平均梯度指向接近的方向确定为特征对M_k(X_k1，X_k2)的主方向；将线段X_k1X_k2长度d＝||X_k1-X_k2||的一半确定为特征对M_k(X_k1，X_k2)的尺度，记为σ(M_k)；记X_l，l＝1，2，...Num为线段X_k1X_k2上的任意点，其中Num表示线段上点数，G_σ(X_l)表示以X_l为圆心σ(M_k)为半径的圆形区域，将线段上各点对应的圆形区域覆盖的区域确定为特征对M_k(X_k1，X_k2)的支撑区域G(M_k)＝G_σ(X₁)∪G_σ(X₂)∪...∪G_σ(X_Num)；步骤S5：基于灰度序对特征对的支撑区域进行子区域划分，具体划分方式为：首先将特征支撑区域G(M_k)内包含像素的灰度值升序排列，然后根据像素灰度大小选取一系列阈值t_i将区域G(M_k)划分为K个子区域G_i＝{x_j：t_i-1≤I(x_j)＜t_i}，1≤i≤K，其中划分阈值t_i的确定原则是使每个子区域中包含相等的像素数；步骤S6：计算特征对支撑区域内各点的旋转不变特征向量，具体方式为，对于特征对M_k(X_k1，X_k2)，记其主方向及主方向顺时针旋转90度方向对应的单位向量分别为d_main＝[d_m1，d_m2]与d′_main＝[d′_m1，d′_m2]，计算特征对的支撑区域内任一点X的高斯梯度将分别投影到d_main、d′_main方向上获得点X的旋转不变特征向量V(X)＝[V₁(X)，V₂(X)]，其中V₁(X)＝f_x(X)·d_m1+f_y(X)·d_m2、V₂(X)＝f_x(X)·d′_m1+f_y(X)·d′_m2；步骤S7：计算特征对支撑区域的匹配描述子，具体步骤为，步骤S5将支撑区域G(M_k)按所述方式划分为K个子区域后，记每个子区域包含的像素个数为s，对于其中任一子区域G_i，计算G_i内各像素X₁，X₂，...，X_s对应特征向量的均值与标准差，获得子区域G_i的两个描述向量：M_i＝Mean{V(X₁)，V(X₂)，...，V(X_s)}，S_i＝Std{V(X₁)，V(X₂)，...，V(X_s)}；将K个子区域的均值描述向量与标准差描述向量分别组成一个向量，可获得区域G(M_k)的均值描述向量与标准差描述向量：M＝[M₁，M₂，...M_K]，S＝[S₁，S₂，...S_K]，分别对均值描述向量与标准差描述向量进行归一化，获得区域G(M_k)的均值标准差描述向量MS＝[M/||M||，S/||S||]，最后再次进行归一化处理获得特征对M_k的匹配描述子Des＝MS/||MS||∈R^16K；步骤S8：利用匹配描述子进行特征对匹配，具体方式为，记第1幅图像中待匹配特征对M₁，M₂，...，M_n1的匹配描述子分别为D₁，D₂，...，D_n1，第2幅图像中的待匹配特征对M′₁，M′₂、...，M′_n2的匹配描述子分别为D′₁，D′₂，...，D′_n2，对于D₁，D₂，...，D_n1中的任一描述子D_i，找到D′₁，D′₂，...，D′_n2中与D_i欧氏距离最小的匹配描述子D′_j，如果D_i同时也是D₁，D₂，...，D_n1中与D′_j欧氏距离最小的匹配描述子，则M_iM′_j为一组特征对匹配；步骤S9：由特征对匹配建立特征点匹配，具体方式为，对于步骤S8获得的分别位于两幅图像中的两个相互匹配的特征对，指定每个特征对主方向顺时针旋转90度指向的特征点为其第一个特征点，由两个特征对的第一个特征点获得第一组特征点匹配，由另外两个特征点获得第二组特征点匹配。