[發明專利]使用Walsh變換的功率譜來描述圖像局部特征區域的方法

有效

• 申請號: 201410417637.0
• 申請日: 2014-08-22
• 公開（公告）號: CN104200214A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 張茂軍;王煒;徐瑋;熊志輝;譚樹人;劉煜;周韜
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06K9/46
• 分類號: G06K9/46
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 盧宏

技術領域：

本發明涉及數字圖像不變特征區域的描述，尤其是使用Walsh變換的功率譜來描述圖像的局部特征區域。?

背景技術：

圖像局部特征區域的描述是計算機視覺和模式識別領域的研究熱點之一,在圖像配準、三維重建、圖像檢索、圖像拼接、機器人定位、物體跟蹤與識別等具體應用中均發揮著重要作用。圖像局部特征描述子在實際應用中的基本解決思路是:首先從待匹配圖像中檢測出特征區域,然后對特征區域設計具有一定辨識能力的局部特征描述子,最后通過匹配這些描述子來確定圖像對應區域。?

目前,研究者們已提出了多種圖像局部特征區域的描述方法,如基于高斯微分的描述子、基于不變矩的描述子、基于可控濾波器的描述子、基于時頻技術的描述子、基于像素灰度值分布的描述子，以及基于像素梯度值分布的描述子等。在這些方法中，Heikkila首次將LBP(Local?binary?pattern)應用到圖像局部特征描述子的構造中，并驗證了LBP描述子良好的性能。隨后Tan和Triggs將LBP描述子擴展成三值編碼，提出了LTP(Local?trinary?pattern)描述子，LTP描述子比LBP描述子具有更強的辨別能力,但是其維數大大增加,不適合直接對圖像局部特征區域進行描述。另外一方面，離散Walsh變換作為一種重要的離散正交變換，其功率譜是描述非正弦信號列率(sequency)特性的有力工具，利用Walsh功率譜能更合理有效地分析像素局部鄰近關系,描述圖?像的局部特征區域。?

發明內容

針對現有圖像局部特征區域描述方法的不足，結合已有的Walsh功率譜的構造方法，本發明旨在提出一種使用Walsh功率譜來描述圖像局部特征區域的方法，可以在不大量增加描述子維數和計算量的同時提高描述子的辨識能力。同時，該方法生成的圖像局部區域特征描述子能夠為后續的圖像處理打下好的基礎。?

本發明采取的技術方案是：一種使用Walsh變換的功率譜來描述圖像局部特征區域的方法，其具體步驟為：?

1)首先規范化圖像局部特征區域，并對其分塊；?

對待描述的橢圓形圖像局部特征區域進行規范化處理，所述規范化處理包括：首先通過仿射變換將橢圓形圖像局部特征區域變換為圓形的圖像局部特征區域，再對圓形的圖像局部特征區域做旋轉變換；再將規范化處理后的圖像局部特征區域進行分塊,劃分為M*M個子區域；?

2)然后根據Walsh變換的功率譜生成圖像局部特征區域描述子，并對其做歸一化處理；?

對于每一個子區域，首先比較每個像素點與其鄰近N個像素點的灰度值生成局部二值序列；然后基于序列的列率特性，構造兩族局部Walsh譜，將這兩族局部Walsh譜的譜點值構成的特征直方圖作為子區域的描述子，該描述子是一個3N/2+2維的向量；最后將每個子區域的描述子向量串聯起來，得到一個M*M*(3N/2+2)維的向量,將該向量做歸一化處理之后，即可以得到使用Walsh變換功率譜的圖像局部特征區域描述子。?

根據實施例的優選方案，所述步驟1中的子區域大小M設為4。所述步驟2中，鄰近像素點個數N設為8。?

本發明的設計原理詳細敘述如下：?

現有的離散Walsh變換的功率譜是描述非正弦信號列率特性的有力工具，利用離散Walsh變換的功率譜能合理有效地分析圖像像素局部鄰近關系，描述圖像的特征。本發明結合Walsh變換的功率譜，提出一種描述圖像局部特征區域的方法，首先對檢測出的橢圓形圖像局部特征區域進行規范化處理，并將其劃分為若干相同大小的子區域。然后對于每一個子區域，通過比較每個像素點與其鄰近像素點的灰度值生成局部二值序列；然后基于序列的列率特性，構造兩族局部Walsh譜，將這兩族局部Walsh譜的譜點值構成的特征直方圖作為子區域的描述子；將每個子區域的描述子向量串聯起來，得到一個多維的向量,對該向量進行歸一化處理之后，即得到使用Walsh變換功率譜的圖像局部特征區域描述子。?

綜上所述，本發明確定了用于描述圖像局部特征區域內特征信息的算子。通過本發明生成的數字圖像特征描述子，對圖像的旋轉變化、尺度變化、亮度變化、視角變化、噪聲干擾等均能保持不變性，即具有完全的仿射不變性。同時本發明在構造特征描述子的過程中，只有加減法運算，可以在不大量增加描述子維數和計算量的同時提高描述子的辨識能力，在硬件實現中非常有價值。?

附圖說明:

圖1是仿射變換示意圖；?

圖2是特征主方向的確定示意圖；?

圖3是N＝8時，(DWT)_H功率譜快速算法流圖；?