[发明专利]一种基于鲁棒性交叠的标准特征描述子技术的方法

说明书

本发明公开了一种基于鲁棒性交叠的标准特征描述子技术的方法，它涉及标准特征描述子技术领域。本发明首先基于Scharr算子计算二阶标准偏导数，来增强描述子的不变性，避免高斯滤波对运行效率的影响。然后构造交叠式描述网格，来改善描述网格的连续性，增强描述子的区分性。最后进行邻域响应加权求和与归一化，来生成具有照度不变性的64维描述符。通过测定查全率‑查错率曲线与耗时实验进行了验证，与传统浮点型描述子相比，鲁棒性交叠的标准特征描述子的鲁棒性更强。

技术领域

本发明涉及的是特征描述子技术领域，具体涉及一种基于鲁棒性交叠的标准特征描述子技术的方法。

背景技术

特征描述子是确定特征在不同图像中对应位置的算法。主要解决特征之间在视点变换、模糊变换、照度变换、JPEG压缩变换、尺度变换以及旋转变换下的区分性与不变性问题，是特征匹配与特征跟踪的前提条件。描述子保持了特征的区分性与不变性，克服了旋转、尺度以及仿射变形对识别的影响，从而改善了匹配或跟踪的效果，因此对描述子进行研究具有重要意义。

近年来，描述子主要分为两种：二值型与浮点型。二值描述子在生成与匹配的效率上具有很大的优势，但简单通过像元灰度值对比生成描述子的区分性较差，特别是当图像存在视角变化时，描述子性能会严重下降。原因主要包含2个方面：①简单对比不同点位的灰度值生成的描述子其区分力相对较弱；②由于同一采样点参与多次比较，导致二进制描述子的部分因信息相关而冗余。

对于浮点型描述子，学者们做了大量工作：Lowe提出并完善了SIFT描述子。该描述子利用三线性插值法加权统计了特征点所在高斯金字塔的尺度级别与其邻域内的梯度信息，由梯度方向分布直方图计算得到128维的非负值，经归一化处理后生成SIFT特征描述符。该描述子具有较强的照度、尺度以及旋转不变性，但执行效率不高。Bay等改进了SIFT，提出了SURF描述子。该描述子使用方框型滤波器来近似SIFT中的导数与积分运算，通过小波扇形环绕法来确定特征方向，同时在特征点子块邻域内对小波响应进行插值求和，连接后形成64或128维向量，经归一化处理后生成SURF特征描述符。相对于SIFT描述子，该描述子的运行效率有较大提高，且鲁棒性大幅增强，但分块策略破坏了描述网格的连续性，使鲁棒性减弱；同时128维描述子相比于64维描述子不仅没有大幅增强鲁棒性，而且降低了匹配效率。Pablo等提出了风式特征KAZE描述子。该描述子于Modied-SURF(M-SURF)框架中引入了非线性尺度因子，在特征点子块邻域内采用不同尺度的高斯函数对微分响应进行加权求和，连接后获得特征矢量，而后经归一化处理形成64维KAZE特征描述符。该描述子构造交叠带来改善描述网格间断性问题，对于各种变换比SURF 64维描述子更加稳健，但利用小波响应近似梯度的计算使描述子的鲁棒性减弱，且多次使用高斯滤波使运算效率大幅下降。Pablo等对KAZE描述子进行了改良，提出了Gauge-SURF，该描述子在SURF框架内引入了非线性尺度因子，基于小波响应计算标准导数(gauge derivatives,GD)进行描述，经过加权求和与归一化处理生成64维描述符。该描述子的模糊、照度以及旋转不变性较SURF 64维描述子大幅增强，同时避免了高斯滤波对运行效率造成的影响。但该描述子基于小波响应计算的准确性较差，而且没有解决描述网格间断性的问题，所以该描述子的鲁棒性仍有增强空间。

由于上述传统描述子在特征描述上仍存在以下问题：利用小波响应近似梯度描述特征鲁棒性不高；利用图像梯度与梯度绝对值构成的描述符的模糊、照度及旋转不变性较弱；传统描述子分块策略破坏了网格的连续性，降低了鲁棒性；特征向量的维度较多会大幅降低了匹配的运行效率。所以针对以上问题，本发明设计了一种基于鲁棒性交叠的标准特征描述子技术的方法。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种基于鲁棒性交叠的标准特征描述子技术的方法，

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种基于鲁棒性交叠的标准特征描述子技术的方法，包括以下步骤：