一種局部特征描述方法技術

本發明專利技術提供一種局部特征描述方法，首先對獲得的局部興趣區域歸一化，然后利用極坐標采樣網格劃分局部塊，對局部塊進行量化采樣，將其映射為2維矩陣并提取2維DCT頻域特征，再按zigzag順序掃描DCT系數矩陣，重排和篩選DCT特征，形成最終的局部描述符。本發明專利技術使用極坐標采樣結構，不僅保留了局部塊的原始空域信息，而且能夠容忍一定的形變，增強描述符的魯棒性。2維DCT特征計算簡單，高效，且具緊致性，篩選后的DCT特征進一步去除了光照影響。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術設計數字圖像處理技術，特別涉及圖像的局部特征處理技術。
技術介紹
相對于全局特征，圖像的局部特征能夠在物體發生形變，或者遮擋的情況下獲得可靠的匹配，因此在圖像處理和計算機視覺領域備受關注。局部特征已在寬基線匹配、物體識別、紋理分類、圖像檢索等領域得到了廣泛應用。一般而言，局部特征涉及三個步驟局部特征檢測，局部特征描述和局部特征匹配。首先用特征檢測器檢測圖像的興趣點(或者興趣區域)，然后在定位的興趣點的周圍支 撐區域上計算圖像描述符，最后用合適的匹配函數測度描述符之間的距離，用于建立特征點之間的對應。常見的特征檢測器包括Harris角點、差分高斯(DoG)、Harris/Hessian仿射、最大穩定極值檢測器(MSER)等。一個優良的局部圖像描述符應該具備很高的判決能力并表現出一定的魯棒性，前者用于區分物理上不同的興趣點，后者用來克服圖像的幾何和成像形變，如旋轉、尺度、模糊、噪聲、JPEG壓縮和光照變化等。為使描述符具有尺度和旋轉不變性，通常的做法是利用檢測器獲得興趣點的仿射不變區域，并且估計特征點的主方向。實際應用中也可利用設備的重力傳感器獲得方向信息。常用的局部描述符包括尺度不變特征變換(SIFT)、梯度位置方向直方圖(GLOH)、形狀上下文(SC)等。這些描述符利用直方圖統計圖像的局部特性，盡管能夠獲得比較穩定的性能，但是維數過高(如SIFT為128維)，構建過程復雜(如GLOH利用PCA技術將維數從272降至128)，不利于實時匹配。另外，利用直方圖構建描述符號時往往損失空間信息，導致匹配精度下降。緊致性是設計描述符時應考慮的另外一個重要特性。當成千上萬個興趣點需要表達和匹配時，這將給實時應用系統和低功耗的移動終端帶來很大挑戰。因此，設計一種能夠快速構建、快速匹配并且保持魯棒性的描述符，已成為視覺應用實時處理中的迫切要求。代表性的工作是SURF和BRIEF。SURF通過積分圖等技術提高運算速度，BRIEF通過簡單的灰度差分測試取其二值符號串作為特征描述符，以節約計算資源。近兩年來，更多快速檢測和描述的方法被提出，如ORB, BRISK, CARD和FREAK等。現有的這些方法大多以犧牲匹配質量為代價換取匹配速度的提升。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，提供一種緊致的能夠快速構建、快速匹配同時保持優良匹配性能的局部圖像描述符的局部特征描述方法。本專利技術為解決上述技術問題所采用的技術方案是，，包括步驟預處理步驟將檢測出的圖像局部特征區域映射到大小為dXd的局部塊；極網格采樣和映射步驟以所述局部塊中心為原點，在徑向上采用分格數N，角度方向分格數M得到分格數為MXN的極坐標網格；分別對獲得的極坐標網格的每個分格進行采樣，并映射到2維的MXN矩陣上，在角度方向的分格數為Θ的分格的采樣值對應矩陣的第Θ行，在徑向上的分格數為P的分格的采樣值對應矩陣的第P列；其中，Θ e {0，···，M-1}，P e {O, ...，N-1}；離散余弦變換DCT系數計算和掃描步驟對2維的MXN矩陣計算其2維的DCT系數，按照ζ字形掃描方式對計算的DCT系數矩陣從左上角依次掃描至右下角形成I維特征向量;描述符生成步驟取I維特征向量中除第I個系數之外的前T個系數作為當前圖像局部特征區域的描述符。 本專利技術首先對獲得的局部興趣區域歸一化，然后利用極坐標采樣網格劃分局部塊，對局部塊進行量化采樣，將其映射為2維矩陣并提取2維DCT頻域特征，再按zigzag(z字形掃描)順序掃描DCT系數矩陣，重排和篩選DCT特征，形成最終的局部描述符。本專利技術使用極坐標采樣結構，不僅保留了局部塊的原始空域信息，而且能夠容忍一定的形變，增強描述符的魯棒性。2維DCT特征計算簡單，高效，且具緊致性，篩選后的DCT特征(除第I個系數之外的前T個系數)則進一步去除了光照影響。具體的，預處理步驟中為獲得仿射不變支撐區域，采用Hessian仿射檢測器檢測得到圖像局部特征區域。進一步的，預處理步驟中為了去除仿射得到的局部塊中的噪聲干擾，對局部塊進行高斯濾波。進一步的，預處理步驟中為了去除光照變換的影響，用局部塊灰度值的均值μ和標準差σ對局部塊每個像素的灰度值Xi進行歸一化處理得到yi;用于后續處理。Ji=(Xi-μ ) / σ 0進一步的，極網格采樣和映射步驟中對每個分格進行采樣為對每個分格求灰度均值。以灰度均值作為采樣值，計算簡單，不僅保留了圖像的局部結構信息，而且增強了抗噪能力。本專利技術的有益效果是，從DCT頻域特征來描述圖像局部特征區域。由于利用了 DCT優良的去相關性、能量緊致性和可分離性，得到的描述符能夠滿足緊致性和實時性要求，有利于傳輸和存儲，而且精細設計的采樣網格結構使其保持了很高的匹配性能。本專利技術將在圖像處理和視覺計算的實時匹配和識別等領域具有很高的應用價值。附圖說明圖I :預處理后局部塊示意圖；圖2 :極網格采樣示意圖；圖3 :極網格映射示意圖；圖4 :zigzag掃描示意圖。具體實施例方式如圖1-4所示，本專利技術包括預處理，極網格采樣，映射，DCT計算，zigzag掃描和描述符形成幾個步驟。詳述如下。步驟一、預處理特征檢測和歸一化。第I步利用特征檢測器檢測出圖像的局部特征區域，并將其映射到大小為dXd的局部塊(d = 41)。局部特征區域檢測采用Hessian仿射檢測器。第2步用高斯濾波去除仿射歸一化帶來的內插噪聲，高斯濾波使用的高斯核大小5X5,標準差為I。第3步用第2步得到的局部塊灰度值的均值μ和標準差σ再次歸一化塊的每一個像素Xi,去除光照變化影響得到歸一化后的局部塊灰度值yi，得到如圖I所示的預處理后的局部塊。Yi= (Xi-μ ) / σ。步驟二、極網格采樣和映射。 第I步極網格定位。以步驟一得到的格中心為原點，采用徑向8bins和角度方向16bins的極坐標定位網格，得到128bins的空間劃分網格，如圖2所示。第2步對128bins的每個網格內的像素求取灰度均值，作為該bin的采樣值。此操作能夠對噪聲干擾有很好的抑制作用。第3步將128bins采樣映射到2-D (2維)MXN的矩陣，如圖3，其中N = 8，M =16。這里的P和Θ分別對應128bins徑向和角度方向采樣的位置，Θ e {0，···，Μ_1}，P e {O,…，Ν-l}。步驟三、DCT計算和zigzag掃描。對獲得的映射矩陣計算2_D DCT系數，然后按照zigzag掃描方式重排系數，即從左上角依次掃描到右下角形成I-D特征向量，如圖4所示。對于從圖像f(x，y)獲得的MXN的采樣塊，其DCT計算方式為 w\ (Γ( 、 Γ^·(2χ + 1)μ Γπ(2γ + )νC(u,v) = a(u)a(v)Y^f(x,y)xcos ^cos x=o v-o|_ 2M 」L 2iV _其中， ,..........................M = O,、4ma(u) = { .__I 2 J— u — 1,2,...,Af —I IVM ,—v = 0(、VNa\v) = lJ~ V =步驟四、描述符形成。經zigzag掃描得到的DCT特征向量代表了不同的頻率信息。DC系數C(0，0)代表直流分量，即整個塊的灰度平均值，其它系數(AC系數)代表本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種局部特征描述方法，其特征在于，包括步驟：預處理步驟：將檢測出的圖像局部特征區域映射到到大小為d×d的局部塊；極網格采樣和映射步驟：以局部塊中心為原點，在徑向上采用分格數N，角度方向分格數M得到分格數為M×N的極坐標網格；分別對獲得的極坐標網格的每個分格進行采樣，并映射到2維的M×N矩陣上，在角度方向的分格數為θ的分格的采樣值對應矩陣的第θ行，在徑向上的分格數為ρ的分格的采樣值對應矩陣的第ρ列；其中，θ∈{0,…，M？1}，ρ∈{0,…,N？1}；離散余弦變換DCT系數計算和掃描步驟：對2維的M×N矩陣計算其2維的DCT系數，按照z字形掃描方式對計算的DCT系數矩陣從左上角依次掃描至右下角形成1維特征向量；描述符生成步驟：取1維特征向量中除第1個系數之外的前T個系數作為當前圖像局部特征區域的描述符。

【技術特征摘要】
1.一種局部特征描述方法，其特征在于，包括步驟 預處理步驟將檢測出的圖像局部特征區域映射到到大小為dXd的局部塊； 極網格采樣和映射步驟以局部塊中心為原點，在徑向上采用分格數N，角度方向分格數M得到分格數為MXN的極坐標網格；分別對獲得的極坐標網格的每個分格進行采樣，并映射到2維的MXN矩陣上，在角度方向的分格數為Θ的分格的采樣值對應矩陣的第Θ行，在徑向上的分格數為P的分格的采樣值對應矩陣的第P列；其中，Θ e {0，···，Μ-1}，P e {O, ...，N-1}； 離散余弦變換DCT系數計算和掃描步驟對2維的MXN矩陣計算其2維的DCT系數，按照ζ字形掃描方式對計算的DCT系數矩陣從左上角依次掃描至右下角形成I維特征向量；描述符生成步驟取I維特征向量中除第I個系數之外的前T個系數作為當前圖像局部特征區域的描述符。2.如權利要求I所述一種局部特征描述方法，其特征在于，預處理步驟中圖像局部特征區域由Hessian仿射檢測器檢測得到。3.如權利要求I所述一種局部特征描述方法，其特征在于，預處理步驟中還包括在仿射得到對局...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李宏亮，宋鐵成，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：