[發(fā)明專利]一種具有仿射不變性的重復(fù)模式圖像匹配方法

有效

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• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN105741297B
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王云舒;劉建業(yè);曾慶化;劉昇;周德召;熊智;陳艷;潘鵬舉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

本發(fā)明公開了一種具有仿射不變性的重復(fù)模式圖像匹配方法，檢測兩幅輸入圖像的最大穩(wěn)定極值區(qū)域；將具有相似橢圓方程的區(qū)域分類，根據(jù)每一類橢圓區(qū)域歸一化得到的變換矩陣對圖像進(jìn)行若干次仿射變換并保留相應(yīng)的歸一化區(qū)域；然后使用檢測歸一化區(qū)域內(nèi)的特征點，計算每個特征點的局部描述符與全局描述符，并在區(qū)域?qū)Φ幕A(chǔ)上建立特征點對構(gòu)建特征點對描述符；使用最近鄰距離比率特征匹配策略匹配變換后的圖像并將每組匹配數(shù)目最多的特征點通過仿射變換矩陣映射到輸入圖像中，從而完成匹配。本發(fā)明解決了現(xiàn)有重復(fù)模式圖像匹配方法在大視角下無法獲得正確匹配點的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像匹配技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種具有仿射不變性的重復(fù)模式圖像匹配方法。

背景技術(shù)

圖像匹配技術(shù)廣泛應(yīng)用于計算機(jī)視覺的應(yīng)用中，例如目標(biāo)識別、圖像拼接、3D重構(gòu)等。使用基于局部特征圖像匹配算法對圖像的縮放、旋轉(zhuǎn)、光照以及小角度的視角變化具有較好的魯棒性，例如經(jīng)典的SIFT算法及其改進(jìn)算法SURF等。但是，當(dāng)待匹配的圖像含有大量的重復(fù)模式或相似結(jié)構(gòu)時，上述描述算法的匹配效果就會受到很大影響。重復(fù)模式是指一幅圖像中重復(fù)出現(xiàn)的一些局部特征，他們在灰度、形狀以及紋理等方面具有相似的特性，例如樓房表面的窗戶、遙感圖像中的房屋、農(nóng)田等。上述匹配算法僅利用了局部特征信息，因此在對重復(fù)模式圖像的匹配中會產(chǎn)生歧義，造成誤匹配。

針對含有重復(fù)模式圖像的匹配方法主要分為兩類，一類是基于幾何相容性的方法，主要通過特征點之間的幾何約束關(guān)系消除重復(fù)模式帶來的歧義，這類方法計算量大，而且對初始的匹配結(jié)果較為敏感。另一類是引入全局特征描述符，針對全局特征描述符進(jìn)行研究，主流方法是將局部特征描述符與全局特征描述符結(jié)合，對特征點進(jìn)行描述，但忽略了特征點間的幾何約束關(guān)系。目前已有論文將兩者結(jié)合，首先建立成對的特征點，建立特征點間的幾何約束關(guān)系，然后引入了全局特征，對特征點進(jìn)行全局描述，使得重復(fù)特征模式圖像匹配的效果得到了較大的提高。

但是，現(xiàn)有的算法在兩幅圖像視角差異較大的情況下幾乎不起作用，即仿射不變性較差，原因在于視角差異較大時兩幅圖中特征點對之間的幾何約束改變了。現(xiàn)有的具有仿射不變性的圖像匹配算法沒有適用于重復(fù)模式圖像的。例如，有人提出對輸入圖像進(jìn)行多次模擬視角變換，并依次進(jìn)行特征匹配，將匹配點最多的匹配作為最終的匹配結(jié)果，該方法的視角模擬具有盲目性，需要進(jìn)行上百次的匹配，算法效率十分低；有的人提出結(jié)合區(qū)域匹配和點匹配，用MSER檢測仿射區(qū)域并歸一化，再依次匹配每個仿射區(qū)域內(nèi)的特征點，該方法對仿射區(qū)域歸一化，僅減小了仿射區(qū)域內(nèi)特征點的幾何約束關(guān)系變化，但各區(qū)域之間的幾何約束關(guān)系仍然有較大的變化，仍然無法實現(xiàn)重復(fù)模式圖像的匹配。

因此，目前已有的重復(fù)模式圖像匹配方法存在的兩個問題，一是仿射不變性較差，即匹配算法在兩幅圖像視角變換較大時性能較差，由于特征點間的幾何約束關(guān)系在視角變化較大的情況下會發(fā)生較大的改變，導(dǎo)致現(xiàn)有的方法性能下降嚴(yán)重；二是效率較低，成對特征點的引入導(dǎo)致匹配時的特征點數(shù)目成大幅增加，在建立描述符以及搜索特征點時耗時嚴(yán)重。這兩個問題制約了重復(fù)模式圖像匹配方法的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述背景技術(shù)提出的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種具有仿射不變性的重復(fù)模式圖像匹配方法，實現(xiàn)了大視角下重復(fù)模式圖像的匹配，同時也在一定程度上提高了匹配效率。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種具有仿射不變性的重復(fù)模式圖像匹配方法，包括以下步驟：

(1)輸入兩幅具有重復(fù)圖案的圖像，分別定義為圖像I與I′，檢測這兩幅圖像的最大穩(wěn)定極值區(qū)域，并采用橢圓區(qū)域方程擬合檢測到的每個最大穩(wěn)定極值區(qū)域；