[发明专利]一种基于特征点拓扑结构的特征匹配算法

权利要求书

1.一种基于特征点拓扑结构的特征匹配算法，记待匹配的两幅图像分别为注册图像和输入图像，fpctX₁，fpctX₂，...，fpctX_n为注册图像提取的n个特征点；iptY₁，iptY₂，...，iptY_m为输入图像提取的m个特征点；其特征在于，整个特征匹配算法包括如下步骤：

S1、计算全局单向最优点对：计算注册图像中的每个特征点描述子向量与输入图像中所有特征点描述子向量的余弦相似度cosine，并记录余弦相似度cosine值最大的一对点(fpctX_p，iptY_q)，1≤p≤n，1≤q≤m为单向最优点对，最终得到注册图像指向输入图像的全局单向最优点对List1，记点对个数Count1；同理，计算得到输入图像指向注册图像的全局单向最优点对List2，记点对个数Count2；

S2、计算全局双向最优点对：基于以上得到的两个全局单向最优点对List1、List2计算全局双向最优点对List3，记点对个数为Count3；

S3、计算邻接矩阵：基于全局双向最优点对List3，计算所有双向最优点对中任意两对双向最优点对之间是否连通，创建Count3*Count3矩阵作为全局双向最优点对的邻接矩阵，若某两对双向最优点对之间连通，则邻接矩阵中对应的元素值记为1，否则记为0；

S4、计算连通域：计算邻接矩阵中的连通子图，记为连通域；在一个图中，会存在一个或多个连通子图，即会得到一个或多个连通域；

S5、计算单应矩阵：取一个尚未被计算过的连通域，并使用所取连通域里的点对坐标，通过最小二乘法迭代计算点对坐标的变换矩阵，得到单应矩阵；

S6、特征点匹配：通过步骤S5得到的单应矩阵将注册图像提取的所有特征点坐标映射到输入图像坐标系下，计算在局部区域内余弦相似度cosine最大且点对欧式距离和特征点主方向偏差在给定阈值范围内的点对，记为一对匹配点对；最终，得到所有的匹配点对；

S7、计算匹配得分并保留：根据每次匹配的点对数进行打分，并保留相应的匹配得分；判断是否存在连通域尚未计算，若无，则直接进入下一步，否则跳转至步骤S5；

S8、计算所有得分中最大的分数：比较所有匹配得分，保留最大的匹配得分作为此注册图像与输入图像的匹配得分，匹配结束；

所述步骤S3中任意两对双向最优点对之间是否连通的基准如下：

记两对双向最优点对分别为(fpctX_a，iptY_b)与(fpctX_c，iptY_d)，其中，1≤a≤n，1≤b≤m，1≤c≤n，1≤d≤m；

1)计算fpctX_a，fpctX_c两点之间的欧氏距离，记为d₁；iptY_b，iptY_d两点之间的欧氏距离，记为d2；Δd＝|d1-d2|；给定阈值D，若Δd≤D，则继续下一步；否则直接断定(fpctX_a，iptY_b)与(fpctX_c，iptY_d)不连通；

2)记fpctX_a，iptY_b两特征点的主方向分别为o_a，o_b，记ori1＝o_a-o_b；fpctX_c，iptY_d两特征点的主方向分别为o_c，o_d，记ori2＝o_c-o_d，其中，o_a，o_b，o_c，o_d的值域为[0，2π]；Δori＝|ori1-ori2|；给定阈值O，若Δori≤O，则继续下一步；否则直接断定(fpctX_a，iptY_b)与(fpctX_c，iptY_d)不连通；

3)将fpctX_a，fpctX_c两点连线与水平向右方向夹角记为α1，记dori1＝α1-o_a；iptY_b，iptY_d两点连线与水平向右方向夹角记为α2，记dori2＝α2-o_b；Δdori＝|dori1-dori2|；给定阈值R，若Δdori≤R，则断定(fpctX_a，iptY_b)与(fpctX_c，iptY_d)连通，否则断定不连通。

2.根据权利要求1所述的一种基于特征点拓扑结构的特征匹配算法，其特征在于，所述步骤S2中双向最优点对是指若全局单向最优点对List1中存在点对(fpctX_i，iptY_j)，且全局单向最优点对List2存在点对(iptY_j，fpctX_i)，则把点对(fpctX_i，iptY_j)记录为一对双向最优点对，其中，1≤i≤n，1≤j≤m；全局双向最优点对Iist3是指所有双向最优点对的集合。