尺度空间理论和SIFT算法小结
尺度空间理论
尺度空间(scalesPace)思想最早由Iijima 于1962年提出([l])，但当时并未引起算机视觉领域研究者们的足够注意，直到上世纪八十年代，witkin([2])Koenderink([3])等人的奠基性工作使得尺度空间方法逐渐得到关注和发展。此后，随着非线性扩散方程、变分法和数学形态学等方法在计算机视觉领域中的广泛应用，尺度空间方法进入了快速发展阶段。尺度空间方法本质上是偏微分方程对图像的作用。
尺度空间方法的基本思想是：在视觉信息(图像信息)处理模型中引入一个被视为尺度的参数，通过连续变化尺度参数获得不同尺度下的视觉处理信息，然后综合这些信息以深入地挖掘图像的本质特征。尺度空间方法将传统的单尺度视觉信息处理技术纳入尺度不断变化的动态分析框架中，因此更容易获得图像的本质特征。尺度空间的生成目的是模拟图像数据的多尺度特征。高斯卷积核是实现尺度变换的唯一线性核。
尺度空间是一个用来控制观察尺度或表征图像数据多尺度自然特性的框架；信号的尺度空间表征是信号的特征结构集合并包含有一个连续的尺度参量(即观察尺度)。尺度空间理论[8]是通过对原始图像进行尺度变换，获得图像多尺度下的尺度空间表示序列，对这些序列进行尺度空间主轮廓的提取，并以该主轮廓作为一种特征向量，实现边缘、角点检测和不同分辨率上的特征提取等。尺度空间表示是一种基于区域而不是基于边缘的表达，它无需关于图像的先验知识。与通过减小图像尺寸而提高计算效率的其他多尺度或多分辨率表达相比，尺度空间表示由平滑获得，在多由尺度上都保持了不变的空间取样，但对同一特征而言，它在粗糙尺度上对应更多的像素点，这样就使得对这些数据的计算任务得到连续的简化。尺度空间表示的另一个重要特征，就是基于尺度的结构特性能以一种简单的方式解析的表达，不同尺度上的特征可以一种精确的方式联系起来。作为尺度空间理论中的一个重要概念，尺度空间核被定义为：in out f K f *= (1)
对于所有的信号in f ，若它与变换核K 卷积后得到的信号out f 中的极值(一阶微分过零点数)不超过原图像的极值，则称K 为尺度空间核，所进行的卷积变换称为尺度变换。尺度空间表示通过平滑获得,可描述为),(σx 空间（？y 呢？），x 和σ分别为位置参数和尺度参数。当采用不同尺度的平滑函数对同一图像进行滤波时，得到的一簇图像就是原始图像相对于该平滑函数的尺度空间，σ为尺度空间坐标。
在高斯尺度空间，同一类型特征点和边缘在不同的尺度上具有因果性，即当尺度变化时，新的特征点可能出现，而老的特征点可能移位或消失。这种因果性带来的含糊性是固有的，不可避免的，不能企求消除，但可以减小。然而,由于高斯核[9] 具有线性、平移不变性、旋转不变性和子集特性等特性，可以证明，
高斯核是实现尺度变换的唯一变换核[10]。因此，利用高斯核的一阶导数将Harris 角点算子变换成尺度空间的表示。
[8] Lindeberg T. Scale-space theory ：A basic tool for ana-lysing structures at different scales [J]. Journal Ap-plied Statistics, 1994, 21(2)：223 261.
[9] Babaud J, Witkin A P, Baudin M,et al. Uniquenessof the Gaussian kernel for scale-space filtering [J].IEEE Transactions on Pattern Analysis Machine
Intelligence, 1986, 8(1)：26 33.
[10]吴立德.计算机视觉[M].上海：复旦大学出版社，1993.
Harris 角点提取方法是目前效果最好的，它不受摄像机姿态及光照的影响。然而，对于尺度变化较大的视觉系统，该方法却不能保持特征的不变性，如移动机器人视觉系统，由于移动机器人位置变化，其采集的图像不仅会有光照、位置的变化，还存在尺度变化。通常，通过大尺度观察图像，可以得到图像的粗糙画面；而从小尺度观察，能够检测到图像的细节特征。实际图像中的特征角点常常发生在不同的尺度范围上，并且每一角点的尺度信息是未知的。一般认为在较大尺度下能较可靠地消除误检和检测到真正的角点，但角点的定位不易准确。相反，在较小尺度下对真正的特征角点的定位比较准确，但误检的比例会增加。所以，可考虑先在较大尺度下检测出角点，然后在较小尺度下对真正特征角点进行较精确定位。因此，利用多尺度技术检测角点是获得理想特征角点的一种理想途径，即有效组合利用多个不同尺度的角点检测算子，同时正确地检测一幅图像内发生在各个尺度水平上的角点。某一角点检测算法的优劣可通过稳定性准则、可靠性准则和抗噪性能准则来评价[12]。这3个准则依靠改变参数、阈值或增加噪声后检测出的角点与初始检测出的角点的重复率η决定。
()%100,min ??=j i j
i C C C C η
分子的含义是计算不同尺度下检测到的完全相同的角点(即横、纵坐标都相同)的数目。由式(9)可知，重复率η越大，算法的稳定性越高。
[12] 杨杨，张田文.角点检测算法评价方法的研究[J].哈尔滨工业大学学报，1998，30(2)：7 10.
为了能够对特征点在不同尺度下提取的效果进行定量评价，使用以下公式
[12]：
()()%100,,2121?=m m mean
I I C η 分子表示两幅图像中重复特征点的个数，分母表示两幅图像中特征点提取个数的平均值，这个值被称为重复率。重复率越大，则说明特征点算法效果越好，即算法提取特征点的稳定性越好。
[12] C Schmid R M,C https://www.360docs.net/doc/b012614618.html,paring and evaluating in-terest
points[A].Proceedings of the6th International Confer-ence on Computer
Vision[C].Bombay,India:IEEE ComputerSociety Press,1998.230-235.
视觉多尺度分析是一种新的视觉信息处理方法，其基本思想是：当我们用眼睛观察物体且物体和观察者之间的距离(将距离视为尺度参数)不断变化时，视网膜将感知到不断变化的图像信息，分析和综合这些不同尺度下的视觉信息以获得被观察物体的本质特征，这种视觉分析方法即称为视觉多尺度分析。
尺度空间满足的视觉不变性：
上述诸不变性定义的视觉解释如下：当我们用眼睛观察物体时，一方面，当物体所处背景的光照条件变化时，视网膜感知图像的亮度水平和对比度是不同的，因此要求尺度空间算子对图像的分析不受图像的灰度水平和对比度变化的影响，即满足灰度不变性和对比度不变性；另一方面，相对于某一固定坐标系，当观察者和物体之间的相对位置变化时，视网膜所感知的图像的位置、大小、角度和形状(三维物体投影到视网膜上的二维图像轮廓，通常对应于图像的仿射变换)是不同的，因此要求尺度空间算子对图像的分析与图像的位置、大小、角度以及仿射变换无关，即满足平移不变性、尺度不变性、欧基里德不变性以及仿射不变性。
尺度空间的因果性：
上述定义所叙述的锥形性意味着大尺度下的图像可以通过对小尺度图像的尺度空间算子作用而直接获得，局部对比性意味着尺度空间算子作用对图像灰度值的局部保序性，而正则性则是为导出尺度空间算子表达形式而引入的附加要求。
SIFT算法小结
1 SIF T 发展历程
SIFT算法由D.G.Lowe 1999年提出，2004年完善总结。后来Y.Ke将其描述子部分用PCA代替直方图的方式，对其进行改进。
2 SIFT 主要思想
SIFT算法是一种提取局部特征的算法，在尺度空间寻找极值点，提取位置，尺度，旋转不变量。
3 SIFT算法的主要特点：
a)SIFT特征是图像的局部特征，其对旋转、尺度缩放、亮度变化保持不变性，对视角变化、仿射变换、噪声也保持一定程度的稳定性。
b)独特性(Distinctiveness)好，信息量丰富，适用于在海量特征数据库中进
行快速、准确的匹配[23]
。
c)多量性，即使少数的几个物体也可以产生大量SIFT特征向量。
d)高速性，经优化的SIFT匹配算法甚至可以达到实时的要求。
e)可扩展性，可以很方便的与其他形式的特征向量进行联合。
4 SIFT 算法步骤：
1）检测尺度空间极值点
2）精确定位极值点
3）为每个关键点指定方向参数
4）关键点描述子的生成
5 SIFT 算法详细
▲尺度空间的生成
尺度空间理论目的是模拟图像数据的多尺度特征。
高斯卷积核是实现尺度变换的唯一线性核[]，于是一副二维图像的尺度空间定义为：
),(),,(),,(y x I y x G y x L *=σσ （1） 其中 ),,(σy x G 是尺度可变高斯函数，2)(22/21
),,(22σπσσy x e y x G +-= （2）
（x ，y ）是空间坐标，σ是尺度坐标。σ大小决定图像的平滑程度，大尺度对应图像的概貌特征，小尺度对应图像的细节特征。大的σ值对应粗糙尺度(低分辨率)，反之，对应精细尺度(高分辨率)。
为了有效的在尺度空间检测到稳定的关键点，提出了高斯差分尺度空间（DOG scale-space ）。利用不同尺度的高斯差分核与图像卷积生成。
),,(),,(),()),,(),,((),,(σσσσσy x L k y x L y x I y x G k y x G y x D -=*-= （3）
DOG 算子计算简单，是尺度归一化的LoG 算子的近似。
图像金字塔的构建：图像金字塔共O 组，每组有S 层，下一组的图像由上一组图像降采样得到。 图1由两组高斯尺度空间图像示例金字塔的构建， 第二组的第一副？？图像由第一组的第一副到最后一副图像由一个因子2降采样得到。????如何实现？？
图2 DoG 算子的构建：
图1 Two octaves of a Gaussian scale-space image pyramid with s =2 intervals. The first image in the second octave is created by down sampling the second？？to last image in the previous
图2 The difference of two adjacent intervals in the Gaussian scale-space pyramid create an interval in the difference-of-Gaussian pyramid (shown in green).
▲空间极值点检测
为了寻找尺度空间的极值点，每一个采样点要和它所有的相邻点比较，看其是否比它的图像域和尺度域的相邻点大或者小。如图3所示，中间的检测点和它同尺度的8个相邻点和上下相邻尺度对应的9×2个点共26个点比较，以确保在尺度空间和二维图像空间都检测到极值点。一个点如果在DOG尺度空间本层以及上下两层的26个领域中是最大或最小值时，就认为该点是图像在该尺度下的一个特征点,如图1所示。
▲ 构建尺度空间需确定的参数
σ－尺度空间坐标
O －octave 坐标
S － sub-level 坐标
σ和O 、S 的关系S s o s o /02),(+=σσ，],1,...,0[min -+∈O o o ]1,...,0[-∈S s 其中0σ是基准层尺度。o －octave 坐标，s － sub-level 坐标。注：octaves 的索引可能是负的。第一组索引常常设为0或者-1,当设为-1的时候，图像在计算高斯尺度空间前先扩大一倍。
空间坐标x 是组octave 的函数，设0x 是0组的空间坐标，则
[][]1,...,01,...,0,,20000-?-∈Z ∈=M N x o x x o
如果()00,M N 是基础组o=0的分辨率，则其他组的分辨率由下式获得：
0000,22o o N M N M ????==????????
注：在Lowe 的文章中，Lowe 使用了如下的参数：
1/0min 0.5, 1.62,1,3S n o S σσ==?=-=
在组o=-1，图像用双线性插值扩大一倍（对于扩大的图像1n σ=）。 ▲ 精确确定极值点位置
通过拟和三维二次函数以精确确定关键点的位置和尺度（达到亚像素精度），同时去除低对比度的关键点和不稳定的边缘响应点(因为DoG 算子会产生较强的边缘响应)，以增强匹配稳定性、提高抗噪声能力。
图3 DoG 尺度空间局部极值检测
①空间尺度函数),,(σy x D （在局部极值点()σ,,00y x 处的，去掉这个限制不行吗？
: ()x x
D x x x D y x D y x D T T 2221,,),,(??+??+=σσ (3) 对上式求导,并令其为0,得到精确的位置x ?,x
D x D x ????-=-212? (4) ②在已经检测到的特征点中,要去掉低对比度的特征点和不稳定的边缘响应点。去除低对比度的点：把公式(4)代入公式(3)，只取前两项可得：
()x x
D y x D x D T
?21,,)?(??+=σ 若()03.0?≥x
D ，该特征点就保留下来，否则丢弃。 ③边缘响应的去除
一个定义不好的高斯差分算子的极值在横跨边缘的地方有较大的主曲率，而在垂直边缘的方向有较小的主曲率。主曲率通过一个2x2 的Hessian 矩阵H 求出:
xx xy xy yy D D H D D ??=???? （4）
导数由采样点相邻差估计得到。
D 的主曲率和H 的特征值成正比，令
α为最大特征值，β为最小的特征值，则
令
αγβ=，则：
(r + 1)2
/r 的值在两个特征值相等的时候最小，随着r 的增大而增大，因此，为
了检测主曲率是否在某域值r下，只需检测
在Lowe的文章中，取r＝10。
▲关键点方向分配
利用关键点邻域像素的梯度方向分布特性为每个关键点指定方向参数，使算子具备旋转不变性。
(5)
式(5)为(x,y)处梯度的模值和方向公式。其中L所用的尺度为每个关键点各自所在的尺度。
在实际计算时，我们在以关键点为中心的邻域窗口内采样，并用直方图统计邻域像素的梯度方向。梯度直方图的范围是0～360度，其中每10度一个柱，总共36个柱。直方图的峰值则代表了该关键点处邻域梯度的主方向，即作为该关键点的方向。图4是采用7个柱时使用梯度直方图为关键点确定主方向的示例。（窗口尺寸采用Lowe推荐的1.5σ×1.5σ）
图4 由梯度方向直方图确定主梯度方向
在梯度方向直方图中，当存在另一个相当于主峰值80%能量的峰值时，则将这个方向认为是该关键点的辅方向。一个关键点可能会被指定具有多个方向（一个主方向，一个以上辅方向），这可以增强匹配的鲁棒性[53]。
至此，图像的关键点已检测完毕，每个关键点有三个信息：位置、所处尺度、方向。由此可以确定一个SIFT特征区域（在实验章节用椭圆或箭头表示）。
▲特征点描述子生成
首先将坐标轴旋转为关键点的方向，以确保旋转不变性。
图5 由关键点邻域梯度信息生成特征向量
接下来以关键点为中心取8×8的窗口。图5-4左部分的中央黑点为当前关键点的位置，每个小格代表关键点邻域所在尺度空间(和关键点是否为一个尺度空间？？)的一个像素，利用公式（5）求得每个像素()j i ,的梯度幅值j i m ,与梯度方向j i ,θ，箭头方向代表该像素的梯度方向，箭头长度代表梯度模值，然后用高斯窗口对其进行加权运算,每个像素对应一个向量，长度为()
j i m j i G ,',,*σ，()
j i G ,,'σ为该像素点的高斯权值，方向为j i ,θ， 图中蓝色的圈代表高斯加权的范围（越靠近关键点的像素梯度方向信息贡献越大）。高斯参数σ′取3倍特征点所在的尺度，即3σ 1.5σ？？？。然后在每4×4的小块上计算8个方向的梯度方向直方图，绘制每个梯度方向的累加值，即可形成一个种子点，如图5右部分所示。此图中一个关键点由2×2共4个种子点组成，每个种子点有8个方向向量信息。这种邻域方向性信息联合的思想增强了算法抗噪声的能力，同时对于含有定位误差的特征匹配也提供了较好的容错性。
实际计算过程中，为了增强匹配的稳健性，Lowe 建议对每个关键点使用4×4共16个种子点来描述，这样对于一个关键点就可以产生128个数据，即最终形成128维的SIFT 特征向量。此时SIFT 特征向量已经去除了尺度变化、旋转等几何变形因素的影响，再继续将特征向量的长度归一化，则可以进一步去除光照变化的影响。
当两幅图像的SIFT 特征向量生成后，下一步我们采用关键点特征向量的欧式距离来作为两幅图像中关键点的相似性判定度量。取图像1中的某个关键点，并找出其与图像2中欧式距离最近的前两个关键点，在这两个关键点中，如果最近的距离除以次近的距离少于某个比例阈值，则接受这一对匹配点。降低这个比例阈值，SIFT 匹配点数目会减少，但更加稳定。为了排除因为图像遮挡和背景混乱而产生的无匹配关系的关键点,Lowe 提出了比较最近邻距离与次近邻距离的方法,距离比率ratio 小于某个阈值的认为是正确匹配。因为对于错误匹配,由于特征空间的高维性,相似的距离可能有大量其他的错误匹配,从而它的ratio 值比较高。Lowe 推荐ratio 的阈值为0.8。（还不理解）但作者对大量任意存在尺度、旋转和亮度变化的两幅图片进行匹配，结果表明ratio 取值在0. 4~0. 6之间最佳，小于0. 4的很少有匹配点，大于0. 6的则存在大量错误匹配点。(如果这个地方你要改进，最好给出一个匹配率和ration 之间的关系图，这样才有说服力)作者建议ratio 的取值原则如下:
ratio=0. 4 对于准确度要求高的匹配；
ratio=0. 6 对于匹配点数目要求比较多的匹配；
ratio=0. 5 一般情况下。
也可按如下原则:当最近邻距离<200时ratio=0. 6，反之ratio=0. 4。ratio 的取值策略能排分错误匹配点。
对SIFT算法的总的概述：SIFT算法中的邻域方向性信息联合的思想能够增强算法的抗噪声能力,同时对于含有定位误差的特征匹配也提供了较好的容错性,并且SIFT特征是图像的局部特征,其对图像旋转、尺度缩放、亮度变化保持不变性,对视角变化、仿射变换、噪声也保持一定程度的稳定性,它具有很好的独特性和丰富的信息量,适用于海量特征数据库的图像匹配。
SIFT图像特征的许多属性适合于对不同图像或场景中同一目标进行匹配。这些特征对于图像尺度、旋转、亮度和3D视点都具有不变性,而且有很高的独特性,能使单独一个特征从很大的特征数据库中被高概率正确地匹配出来,减小了由遮挡、混乱或噪音所造成的错误概率。生成SIFT图像特征集的主要计算步
SIFT算法基于图像特征尺度选择的思想，建立图像的多尺度空间，在不同尺度下检测到同一个特征点，确定特征点位置的同时确定其所在尺度，以达到尺度抗缩放的目的，剔出一些对比度较低的点以及边缘响应点，并提取旋转不变特征描述符以达到抗仿射变换的目的。该算法主要包含4个步骤:(1)建立尺度空间,寻找候选点；(2)精确确定关键点,剔除不稳定点；(3)确定关键点的方向；(4)提取特征描述符。
利用一组连续的高斯卷积核与原图像进行卷积，生成一系列尺度空间的图像，相邻尺度的图像相减就得到一组DOG图像，然后将图像缩小2倍并重复以上过程,直至图像尺寸小于某一范围(例如32×32)。
SIFT特征描述子以基于梯度位置和方向的三维直方图来描述图像局部特征，其中每个位置和方向上的描述子分量由梯度幅值的加权和计算求得，这种梯度位置和方向的量化使得SIFT特征描述子对图像中细小的几何畸变以及特征提取过程中微小的定位误差具有非常好的抗干扰性。
SIFT算法学习小记
Sift是David Lowe于1999年提出的局部特征描述子，并于2004年进行了更深入的发展和完善。Sift特征匹配算法可以处理两幅图像之间发生平移、旋转、仿射变换情况下的匹配问题，具有很强的匹配能力。在Mikolajczyk对包括Sift算子在内的十种局部描述子所做的不变性对比实验中，Sift及其扩展算法已被证实在同类描述子中具有最强的健壮性。
总体来说，Sift算子具有以下特性：
（1）Sift特征是图像的局部特征，对平移、旋转、尺度缩放、亮度变化、遮挡和噪声等具有良好的不变性，对视觉变化、仿射变换也保持一定程度的稳定性。
（2）独特性好，信息量丰富，适用于在海量特征数据库中进行快速、准确的匹配。
（3）多量性，即使少数的几个物体也可以产生大量Sift特征向量。
（4）速度相对较快，经优化的Sift匹配算法甚至可以达到实时的要求。
（5）可扩展性强，可以很方便的与其他形式的特征向量进行联合。
Sift特征匹配算法主要包括两个阶段，一个是Sift特征的生成，即从多幅图像中提取对尺度缩放、旋转、亮度变化无关的特征向量；第二阶段是Sift特征向量的匹配。
Sift特征的生成一般包括以下几个步骤：
1、构建尺度空间，检测极值点，获得尺度不变性；
2、特征点过滤并进行精确定位；
3、为特征点分配方向值；
4、生成特征描述子。
以特征点为中心取16*16的邻域作为采样窗口，将采样点与特征点的相对方向通过高斯加权后归入包含8个bin的方向直方图，最后获得4*4*8的128维特征描述子。示意图如下：
当两幅图像的Sift特征向量生成以后，下一步就可以采用关键点特征向量的欧式距离来作为两幅图像中关键点的相似性判定度量。取图1的某个关键点，通过遍历找到图像2中的距离最近的两个关键点。在这两个关键点中，如果次近距离除以最近距离小于某个阙值，则判定为一对匹配点。
SIFT算法原理
3.1.1尺度空间极值检测 尺度空间理论最早出现于计算机视觉领域，当时其目的是模拟图像数据的多尺度特征。随后Koendetink 利用扩散方程来描述尺度空间滤波过程，并由此证明高斯核是实现尺度变换的唯一变换核。Lindeberg ，Babaud 等人通过不同的推导进一步证明高斯核是唯一的线性核。因此，尺度空间理论的主要思想是利用高斯核对原始图像进行尺度变换，获得图像多尺度下的尺度空间表示序列，对这些序列进行尺度空间特征提取。二维高斯函数定义如下： 222()/221 (,,)2x y G x y e σσπσ-+= （5） 一幅二维图像，在不同尺度下的尺度空间表示可由图像与高斯核卷积得到： (,,(,,)*(,)L x y G x y I x y σσ)= （6） 其中(x,y )为图像点的像素坐标，I(x,y )为图像数据, L 代表了图像的尺度空间。σ称为尺度空间因子，它也是高斯正态分布的方差，其反映了图像被平滑的程度，其值越小表征图像被平滑程度越小，相应尺度越小。大尺度对应于图像的概貌特征，小尺度对应于图像的细节特征。因此，选择合适的尺度因子平滑是建立尺度空间的关键。 在这一步里面，主要是建立高斯金字塔和DOG(Difference of Gaussian)金字塔，然后在DOG 金字塔里面进行极值检测，以初步确定特征点的位置和所在尺度。 (1)建立高斯金字塔 为了得到在不同尺度空间下的稳定特征点，将图像(,)I x y 与不同尺度因子下的高斯核(,,)G x y σ进行卷积操作，构成高斯金字塔。 高斯金字塔有o 阶，一般选择4阶，每一阶有s 层尺度图像，s 一般选择5层。在高斯金字塔的构成中要注意，第1阶的第l 层是放大2倍的原始图像，其目的是为了得到更多的特征点；在同一阶中相邻两层的尺度因子比例系数是k ，则第1阶第2层的尺度因子是k σ，然后其它层以此类推则可；第2阶的第l 层由第一阶的中间层尺度图像进行子抽样获得，其尺度因子是2k σ，然后第2阶的第2层的尺度因子是第1层的k 倍即3 k σ。第3阶的第1层由第2阶的中间层尺度图像进行子抽样获得。其它阶的构成以此类推。 (2)建立DOG 金字塔 DOG 即相邻两尺度空间函数之差，用(,,)D x y σ来表示，如公式(3)所示： (,,)((,,)(,,))*(,)(,,)(,,)D x y G x y k G x y I x y L x y k L x y σσσσσ=-=- (7) DOG 金字塔通过高斯金字塔中相邻尺度空间函数相减即可，如图1所示。在图中，DOG 金字塔的第l 层的尺度因子与高斯金字塔的第l 层是一致的，其它阶也一样。
SIFT算法实现及代码详解
经典算法SIFT实现即代码解释： 以下便是sift源码库编译后的效果图：
为了给有兴趣实现sift算法的朋友提供个参考，特整理此文如下。要了解什么是sift算法，请参考：九、图像特征提取与匹配之SIFT算法。ok，咱们下面，就来利用Rob Hess维护的sift 库来实现sift算法： 首先，请下载Rob Hess维护的sift 库： https://www.360docs.net/doc/b012614618.html,/hess/code/sift/ 下载Rob Hess的这个压缩包后，如果直接解压缩，直接编译，那么会出现下面的错误提示： 编译提示:error C1083: Cannot open include file: 'cxcore.h': No such file or directory，找不到这个头文件。 这个错误，是因为你还没有安装opencv，因为：cxcore.h和cv.h是开源的OPEN CV头文件,不是VC++的默认安装文件,所以你还得下载OpenCV并进行安装。然后，可以在OpenCV文件夹下找到你所需要的头文件了。 据网友称，截止2010年4月4日，还没有在VC6.0下成功使用opencv2.0的案例。所以，如果你是VC6.0的用户请下载opencv1.0版本。vs的话，opencv2.0,1.0任意下载。 以下，咱们就以vc6.0为平台举例，下载并安装opencv1.0版本、gsl等。当然，你也可以用vs编译，同样下载opencv（具体版本不受限制）、gsl等。 请按以下步骤操作： 一、下载opencv1.0 https://www.360docs.net/doc/b012614618.html,/projects/opencvlibrary/files/opencv-win/1.0/OpenCV_1.0.exe
SIFT算法英文详解
SIFT: Scale Invariant Feature Transform The algorithm SIFT is quite an involved algorithm. It has a lot going on and can be come confusing, So I’ve split up the entire algorithm into multiple parts. Here’s an outline of what happens in SIFT. Constructing a scale space This is the initial preparation. You create internal representations of the original image to ensure scale invariance. This is done by generating a “scale space”. LoG Approximation The Laplacian of Gaussian is great for finding interesting points (or key points) in an image. But it’s computationally expensive. So we cheat and approximate it using the representation created earlier. Finding keypoints With the super fast approximation, we now try to find key points. These are maxima and minima in the Difference of Gaussian image we calculate in step 2 Get rid of bad key points Edges and low contrast regions are bad keypoints. Eliminating these makes the algorithm efficient and robust. A technique similar to the Harris Corner Detector is used here. Assigning an orientation to the keypoints An orientation is calculated for each key point. Any further calculations are done relative to this orientation. This effectively cancels out the effect of orientation, making it rotation invariant. Generate SIFT features Finally, with scale and rotation invariance in place, one more representation is generated. This helps uniquely identify features. Lets say you have 50,000 features. With this representation, you can easily identify the feature you’re looking for (sa y, a particular eye, or a sign board). That was an overview of the entire algorithm. Over the next few days, I’ll go through each step in detail. Finally, I’ll show you how to implement SIFT in OpenCV! What do I do with SIFT features? After you run through the algorithm, you’ll have SIFT features for your image. Once you have these, you can do whatever you want. Track images, detect and identify objects (which can be partly hidden as well), or whatever you can think of. We’ll get into this later as well. But the catch is, this algorithm is patented. >.< So, it’s good enough for academic purposes. But if you’re looking to make something commercial, look for something else! [Thanks to aLu for pointing out SURF is patented too] 1. Constructing a scale space Real world objects are meaningful only at a certain scale. You might see a sugar cube perfectly on a table. But if looking at the entire milky way, then it simply does not exist. This multi-scale nature of objects is quite common in nature. And a scale space attempts to replicate this concept
SIFT 特征提取算法详解
SIFT 特征提取算法总结 主要步骤 1)、尺度空间的生成； 2)、检测尺度空间极值点； 3)、精确定位极值点； 4)、为每个关键点指定方向参数； 5)、关键点描述子的生成。 L(x,y,σ), σ= 1.6 a good tradeoff
D(x,y,σ), σ= 1.6 a good tradeoff
关于尺度空间的理解说明：图中的2是必须的，尺度空间是连续的。在 Lowe 的论文中， 将第0层的初始尺度定为1.6，图片的初始尺度定为0.5. 在检测极值点前对原始图像的高斯平滑以致图像丢失高频信息，所以Lowe 建议在建立尺度空间前首先对原始图像长宽扩展一倍，以保留原始图像信息，增加特征点数量。尺度越大图像越模糊。 next octave 是由first octave 降采样得到（如2） ， 尺度空间的所有取值，s为每组层数，一般为3~5 在DOG尺度空间下的极值点 同一组中的相邻尺度（由于k的取值关系，肯定是上下层）之间进行寻找
在极值比较的过程中，每一组图像的首末两层是无法进行极值比较的，为了满足尺度 变化的连续性，我们在每一组图像的顶层继续用高斯模糊生成了 3 幅图像， 高斯金字塔有每组S+3层图像。DOG金字塔每组有S+2层图像.
If ratio > (r+1)2/(r), throw it out (SIFT uses r=10) 表示DOG金字塔中某一尺度的图像x方向求导两次 通过拟和三维二次函数以精确确定关键点的位置和尺度（达到亚像素精度）？
直方图中的峰值就是主方向，其他的达到最大值80%的方向可作为辅助方向 Identify peak and assign orientation and sum of magnitude to key point The user may choose a threshold to exclude key points based on their assigned sum of magnitudes. 利用关键点邻域像素的梯度方向分布特性为每个关键点指定方向参数，使算子具备 旋转不变性。以关键点为中心的邻域窗口内采样，并用直方图统计邻域像素的梯度 方向。梯度直方图的范围是0～360度，其中每10度一个柱，总共36个柱。随着距中心点越远的领域其对直方图的贡献也响应减小.Lowe论文中还提到要使用高斯函 数对直方图进行平滑，减少突变的影响。
SIFT算法C语言逐步实现详解
SIFT算法C语言逐步实现详解（上） 引言： 在我写的关于sift算法的前倆篇文章里头，已经对sift算法有了初步的介绍：九、图像特征提取与匹配之SIFT算法，而后在：九（续）、sift算法的编译与实现里，我也简单记录下了如何利用opencv，gsl等库编译运行sift程序。 但据一朋友表示，是否能用c语言实现sift算法，同时，尽量不用到opencv，gsl等第三方库之类的东西。而且，Rob Hess维护的sift 库，也不好懂，有的人根本搞不懂是怎么一回事。 那么本文，就教你如何利用c语言一步一步实现sift算法，同时，你也就能真正明白sift算法到底是怎么一回事了。 ok，先看一下，本程序最终运行的效果图，sift 算法分为五个步骤（下文详述），对应以下第二--第六幅图：
sift算法的步骤 要实现一个算法，首先要完全理解这个算法的原理或思想。咱们先来简单了解下，什么叫sift算法： sift，尺度不变特征转换，是一种电脑视觉的算法用来侦测与描述影像中的局部性特征，它在空间尺度中寻找极值点，并提取出其位置、尺度、旋转不变量，此算法由David Lowe 在1999年所发表，2004年完善总结。 所谓，Sift算法就是用不同尺度（标准差）的高斯函数对图像进行平滑，然后比较平滑后图像的差别， 差别大的像素就是特征明显的点。 以下是sift算法的五个步骤： 一、建立图像尺度空间(或高斯金字塔)，并检测极值点 首先建立尺度空间，要使得图像具有尺度空间不变形，就要建立尺度空间，sift算法采用了高斯函数来建立尺度空间，高斯函数公式为：
上述公式G(x,y,e)，即为尺度可变高斯函数。 而，一个图像的尺度空间L（x,y,e) ,定义为原始图像I(x,y)与上述的一个可变尺度的2维高斯函数G(x,y,e) 卷积运算。 即，原始影像I(x，y)在不同的尺度e下，与高斯函数G(x,y,e)进行卷积，得到L(x,y,e)，如下： 以上的（x，y）是空间坐标，e，是尺度坐标，或尺度空间因子，e的大小决定平滑程度，大尺度对应图像的概貌特征，小尺度对应图像的细节特征。大的e值对应粗糙尺度(低分辨率)，反之，对应精细尺度(高分辨率)。 尺度，受e这个参数控制的表示。而不同的L（x,y,e）就构成了尺度空间，具体计算的时候，即使连续的高斯函数，都被离散为（一般为奇数大小）(2*k+1) *(2*k+1)矩阵，来和数字图像进行卷积运算。 随着e的变化，建立起不同的尺度空间，或称之为建立起图像的高斯金字塔。 但，像上述L(x,y,e) = G(x,y,e)*I(x,y)的操作，在进行高斯卷积时，整个图像就要遍历所有的像素进行卷积(边界点除外)，于此，就造成了时间和空间上的很大浪费。 为了更有效的在尺度空间检测到稳定的关键点，也为了缩小时间和空间复杂度，对上述的操作作了一个改建：即，提出了高斯差分尺度空间（DOG scale-space）。利用不同尺度的高斯差分与原始图像I(x,y)相乘，卷积生成。 DOG算子计算简单，是尺度归一化的LOG算子的近似。 ok，耐心点，咱们再来总结一下上述内容： 1、高斯卷积 在组建一组尺度空间后，再组建下一组尺度空间，对上一组尺度空间的最后一幅图像进行二分之一采样，得到下一组尺度空间的第一幅图像，然后进行像建立第一组尺度空间那样的操作，得到第二组尺度空间，公式定义为 L(x,y,e) = G(x,y,e)*I(x,y)
SIFT算法分析
SIFT算法分析 1 SIFT 主要思想 SIFT算法是一种提取局部特征的算法，在尺度空间寻找极值点，提取位置，尺度，旋转不变量。 2 SIFT 算法的主要特点： a)SIFT特征是图像的局部特征，其对旋转、尺度缩放、亮度变化保持不变性，对视角变化、仿射变换、噪声也保持一定程度的稳定性。 b)独特性(Distinctiveness)好，信息量丰富，适用于在海量特征数据库中进 行快速、准确的匹配。 c)多量性，即使少数的几个物体也可以产生大量SIFT特征向量。 d)高速性，经优化的SIFT匹配算法甚至可以达到实时的要求。 e)可扩展性，可以很方便的与其他形式的特征向量进行联合。 3 SIFT 算法流程图：
4 SIFT 算法详细 1）尺度空间的生成 尺度空间理论目的是模拟图像数据的多尺度特征。 高斯卷积核是实现尺度变换的唯一线性核，于是一副二维图像的尺度空间定义为： L( x, y, ) G( x, y, ) I (x, y) 其中G(x, y, ) 是尺度可变高斯函数，G( x, y, ) 2 1 2 y2 (x ) 2 e / 2 2 （x，y）是空间坐标，是尺度坐标。大小决定图像的平滑程度，大尺度对应图像的概貌特征，小尺度对应图像的细节特征。大的值对应粗糙尺度(低分辨率)，反之，对应精细尺度(高分辨率)。 为了有效的在尺度空间检测到稳定的关键点，提出了高斯差分尺度空间（DOG scale-space）。利用不同尺度的高斯差分核与图像卷积生成。 D( x, y, ) (G( x, y,k ) G( x, y, )) I ( x, y) L( x, y,k ) L( x, y, ) DOG算子计算简单，是尺度归一化的LoG算子的近似。图像金字塔的构建：图像金字塔共O组，每组有S层，下一组的图像由上一 组图像降采样得到。 图1由两组高斯尺度空间图像示例金字塔的构建，第二组的第一副图像由第一组的第一副到最后一副图像由一个因子2降采样得到。图2 DoG算子的构建： 图1 Two octaves of a Gaussian scale-space image pyramid with s =2 intervals. The first image in the second octave is created by down sampling to last image in the previous
sift算法详解
尺度不变特征变换匹配算法详解 Scale Invariant Feature Transform(SIFT) Just For Fun 张东东zddmail@https://www.360docs.net/doc/b012614618.html, 对于初学者，从David G.Lowe的论文到实现，有许多鸿沟，本文帮你跨越。 1、SIFT综述 尺度不变特征转换(Scale-invariant feature transform或SIFT)是一种电脑视觉的算法用来侦测与描述影像中的局部性特征，它在空间尺度中寻找极值点，并提取出其位置、尺度、旋转不变量，此算法由David Lowe在1999年所发表，2004年完善总结。 其应用范围包含物体辨识、机器人地图感知与导航、影像缝合、3D模型建立、手势辨识、影像追踪和动作比对。 此算法有其专利，专利拥有者为英属哥伦比亚大学。 局部影像特征的描述与侦测可以帮助辨识物体，SIFT特征是基于物体上的一些局部外观的兴趣点而与影像的大小和旋转无关。对于光线、噪声、些微视角改变的容忍度也相当高。基于这些特性，它们是高度显著而且相对容易撷取，在母数庞大的特征数据库中，很容易辨识物体而且鲜有误认。使用SIFT特征描述对于部分物体遮蔽的侦测率也相当高，甚至只需要3个以上的SIFT物体特征就足以计算出位置与方位。在现今的电脑硬件速度下和小型的特征数据库条件下，辨识速度可接近即时运算。SIFT特征的信息量大，适合在海量数据库中快速准确匹配。 SIFT算法的特点有： 1.SIFT特征是图像的局部特征，其对旋转、尺度缩放、亮度变化保持不变性，对视角变化、仿射变换、噪声也保持一定程度的稳定性； 2.独特性（Distinctiveness）好，信息量丰富，适用于在海量特征数据库中进行快速、准确的匹配； 3.多量性，即使少数的几个物体也可以产生大量的SIFT特征向量； 4.高速性，经优化的SIFT匹配算法甚至可以达到实时的要求；
SIFT算法与RANSAC算法分析
概率论问题征解报告： （算法分析类） SIFT算法与RANSAC算法分析 班级：自23 姓名：黄青虬 学号：2012011438 作业号：146
SIFT 算法是用于图像匹配的一个经典算法，RANSAC 算法是用于消除噪声的算法，这两者经常被放在一起使用，从而达到较好的图像匹配效果。 以下对这两个算法进行分析，由于sift 算法较为复杂，只重点介绍其中用到的概率统计概念与方法——高斯卷积及梯度直方图，其余部分只做简单介绍。 一． SIFT 1. 出处：David G. Lowe, The Proceedings of the Seventh IEEE International Conference on (Volume:2, Pages 1150 – 1157), 1999 2. 算法目的：提出图像特征，并且能够保持旋转、缩放、亮度变化保持不变性，从而 实现图像的匹配 3. 算法流程图： 原图像 4. 算法思想简介： （1） 特征点检测相关概念： ◆ 特征点：Sift 中的特征点指十分突出、不会因亮度而改变的点，比如角点、边 缘点、亮区域中的暗点等。特征点有三个特征：尺度、空间和大小 ◆ 尺度空间：我们要精确表示的物体都是通过一定的尺度来反映的。现实世界的 物体也总是通过不同尺度的观察而得到不同的变化。尺度空间理论最早在1962年提出，其主要思想是通过对原始图像进行尺度变换，获得图像多尺度下的尺度空间表示序列，对这些序列进行尺度空间主轮廓的提取，并以该主轮廓作为一种特征向量，实现边缘、角点检测和不同分辨率上的特征提取等。尺度空间中各尺度图像的模糊程度逐渐变大，能够模拟人在距离目标由近到远时目标在视网膜上的形成过程。尺度越大图像越模糊。 ◆ 高斯模糊：高斯核是唯一可以产生多尺度空间的核，一个图像的尺度空间，L （x,y,σ) ,定义为原始图像I(x,y)与一个可变尺度的2维高斯函数G(x,y,σ) 卷积运算 高斯函数： 高斯卷积的尺度空间： 不难看到，高斯函数与正态分布函数有点类似，所以在计算时，我们也是 ()()() ,,,,*,L x y G x y I x y σσ=()22221 ()(),,exp 22i i i i x x y y G x y σπσσ??-+-=- ? ??
SIFT算法和卷积神经网络算法在图像检索领域的应用分析
SIFT算法和卷积神经网络算法在图像检索领域的应用分析 1、引言 基于内容的图像检索是由于图像信息的飞速膨胀而得到关注并被提出来的。如何快速准确地提取图像信息内容是图像信息检索中最为关键的一步。传统图像信息检索系统多利用图像的底层特征，如颜色、纹理、形状以及空间关系等。这些特征对于图像检索有着不同的结果，但是同时也存在着不足，例如：颜色特征是一种全局的特征，它对图像或图像区域的方向、大小等变化不敏感，所以颜色特征不能很好的捕捉图像中对象的局部特征，也不能表达颜色空间分布的信息。纹理特征也是一种全局特征，它只是物体表面的一种特性，并不能完全反映物体的本质属性。基于形状的特征常常可以利用图像中感兴趣的目标进行检索，但是形状特征的提取，常常受到图像分割效果的影响。空间关系特征可以加强对图像内容的描述和区分能力，但空间关系特征对图像或者，目标的旋转、平移、尺度变换等比较敏感，并且不能准确地表达场景的信息。图像检索领域急需一种能够对目标进行特征提取，并且对图像目标亮度、旋转、平移、尺度甚至仿射不变的特征提取算法。 2、SIFT特征 SIFT（Scale-Invariant Feature Transform，尺度不变特征转换）是一种电脑视觉的算法，用来侦测与描述影像中的局部性特征，它在空间尺度中寻找极值点，并提取出其位置、尺度、旋转不变量，此算法由David Lowe在1999年所发表，2004年完善总结。 局部特征的描述与侦测可以帮助辨识物体，SIFT特征是基于物体上的一些局部外观的兴趣点，与目标的大小和旋转无关，对于光线、噪声、些微视角改变的容忍度也相当高。使用SIFT特征描述对于部分物体遮蔽的侦测成功率也相当高，甚至只需要3个以上的SIFT 物体特征就足以计算出位置与方位。在现今的电脑硬件速度和小型的特征数据库条件下，辨识速度可接近即时运算。SIFT特征的信息量大，也适合在海量数据库中快速准确匹配。 SIFT算法的特点有： （1）SIFT特征是图像的局部特征，其对旋转、尺度缩放、亮度变化保持不变形，是非常稳定的局部特征，现在应用非常广泛。（仿射变换，又称仿射映射，是指在几何中，一个向量空间进行一次线性变换并加上一个平移，变换为另一个向量空间。） （2）独特性（Distinctiveness）好，信息量丰富，适用于在海量特征数据库中进行快速、准确的匹配； （3）多量性，即使少数的几个物体也可以产生大量的SIFT特征向量； （4）高速性，经优化的SIFT匹配算法甚至可以达到实时的要求； （5）可扩展性，可以很方便的与其他形式的特征向量进行联合。 SIFT算法可以解决的问题：目标的自身状态、场景所处的环境和成像器材的成像特性等因素影响图像配准/目标识别跟踪的性能。 而SIFT算法在一定程度上可解决：
SIFT算法实现原理步骤
SIFT 算法实现步骤 ：1 关键点检测、2 关键点描述、3 关键点匹配、4 消除错配点 1关键点检测 1.1 建立尺度空间 根据文献《Scale-space theory: A basic tool for analysing structures at different scales 》我们可知，高斯核是唯一可以产生多尺度空间的核，一个图像的尺度空间，L （x,y,σ) ,定义为原始图像I(x,y)与一个可变尺度的2维高斯函数G(x,y,σ) 卷积运算。 高斯函数 高斯金字塔 高斯金子塔的构建过程可分为两步： （1）对图像做高斯平滑； （2）对图像做降采样。 为了让尺度体现其连续性，在简单 下采样的基础上加上了高斯滤波。 一幅图像可以产生几组（octave ） 图像，一组图像包括几层 （interval ）图像。 高斯图像金字塔共o 组、s 层， 则有： σ——尺度空间坐标；s ——sub-level 层坐标；σ0——初始尺度；S ——每组层数（一般为3~5）。 当图像通过相机拍摄时，相机的镜头已经对图像进行了一次初始的模糊，所以根据高斯模糊的性质： -第0层尺度 --被相机镜头模糊后的尺度 高斯金字塔的组数: M 、N 分别为图像的行数和列数 高斯金字塔的组内尺度与组间尺度: 组内尺度是指同一组（octave ）内的尺度关系，组内相邻层尺度化简为： 组间尺度是指不同组直接的尺度关系，相邻组的尺度可化为： 最后可将组内和组间尺度归为： ()22221 ()(),,exp 22i i i i x x y y G x y σπσσ??-+-=- ? ??()()(),,,,*,L x y G x y I x y σσ=Octave 1 Octave 2 Octave 3 Octave 4 Octave 5σ2σ 4σ8 σ 0()2s S s σσ= g 0σ=init σpre σ()() 2log min ,3O M N ??=-?? 1 12S s s σσ+=g 1()2s S S o o s σσ++=g 222s S s S S o o σσ+=g g 121 2(,,,) i n k k k σσσσ--L 1 2 S k =
遥感图像处理在汶川地震中的应用分析
遥感图像处理在汶川地震中的应用分析 摘要 随着卫星技术的快速发展，遥感技术被越来越广泛的应用于国民经济的各个方面。本文结合汶川地震中遥感技术的应用实例，系统阐述了遥感应用于应急系统中需要解决的一系列关键技术问题。并就数据获取、薄云去除、图像镶嵌、图像解译，以及灾后重建中的若干关键技术问题展开了分析。关键词：遥感；地震；应用；关键技术 1 引言 长期以来，人们不断遭受到各种自然灾害的侵害，如地震、火山、洪水等，同时，由人为因素导致的灾难也不断发生，如火灾、恐怖袭击等。这些灾害具备破坏性、突发性、连锁性、难预报性等特点，往往容易造成重大的人员伤亡和巨大的财产损失。为了有效的应对突发事件，产生了各类应急系统。 灾区数据的实时获取足所有应急系统的基础。对于区域性的灾害，传统的地面调查方式，由于速度慢、面积小、需要人员现场勘查等无法避免的特点，很难满足应急系统的需要。相对而言，遥感技术有其得天独厚的优势：遥感传感器能实时的、大面积的、无接触的获取灾区数据，因此成为绝大多数应急系统中数据获取的主要手段。为了使遥感数据能满足应急系统中基础数据的要求，需要经过数据获取、数据预处理、图像解译等阶段的处理，最终提取出准确的遥感信息。下面将根据这三个阶段的处理技术展开阐述与分析，并以汶川地震为例，介绍遥感技术在应急救灾及灾后重建中的应用。 2 数据获取 灾害发生后，由于地形、气象等客观因素的影响，通过单一的遥感传感器往往很难获得灾区所有数据，需要充分发挥多种传感器的优势，获取灾区的各种类型数据，主要包括光学与SAR卫星遥感影像、光学与SAR航空遥感影像两大类。 2.1 光学与SAR卫星遥感影像的获取 此类数据包括国内外的众多高分辨率光学与SAR卫星遥感影像。从时间上说，重点是灾害发生前后数据的获取，以快速确定灾区的位置和前后的变化。 2.2 光学与SAR航空遥感影像的获取 此类数据是利用高空遥感琶机、无人机和卣升机等高、低空遥感平台，搭载遥感传感器，快速
SIFT特征提取分析
SIFT（Scale-invariant feature transform）是一种检测局部特征的算法，该算法通过求一幅图中的特征点（interest points, or corner points）及其有关scale 和orientation 的描述子得到特征并进行图像特征点匹配，获得了良好效果，详细解析如下： 算法描述 SIFT特征不只具有尺度不变性，即使改变旋转角度，图像亮度或拍摄视角，仍然能够得到好的检测效果。整个算法分为以下几个部分： 1. 构建尺度空间 这是一个初始化操作，尺度空间理论目的是模拟图像数据的多尺度特征。 高斯卷积核是实现尺度变换的唯一线性核，于是一副二维图像的尺度空间定义为： 其中G(x,y,σ) 是尺度可变高斯函数 （x，y）是空间坐标，是尺度坐标。σ大小决定图像的平滑程度，大尺度对应图像的概貌特征，小尺度对应图像的细节特征。大的σ值对应粗糙尺度(低分辨率)，反之，对应精细尺度(高分辨率)。为了有效的在尺度空间检测到稳定的关键点，提出了高斯差分尺度空间（DOG scale-space）。利用不同尺度的高斯差分核与图像卷积生成。 下图所示不同σ下图像尺度空间：
关于尺度空间的理解说明：2kσ中的2是必须的，尺度空间是连续的。在 Lowe的论文中，将第0层的初始尺度定为1.6（最模糊），图片的初始尺度定为0.5（最清晰）. 在检测极值点前对原始图像的高斯平滑以致图像丢失高频信息，所以Lowe 建议在建立尺度空间前首先对原始图像长宽扩展一倍，以保留原始图像信息，增加特征点数量。尺度越大图像越模糊。 图像金字塔的建立：对于一幅图像I,建立其在不同尺度(scale)的图像，也成为子八度（octave），这是为了scale-invariant，也就是在任何尺度都能够有对应的特征点，第一个子八度的scale为原图大小，后面每个octave为上一个octave降采样的结果，即原图的1/4（长宽分别减半），构成下一个子八度（高一层金字塔）。
sift算法的MATLAB程序
% [image, descriptors, locs] = sift(imageFile) % % This function reads an image and returns its SIFT keypoints. % Input parameters: % imageFile: the file name for the image. % % Returned: % image: the image array in double format % descriptors: a K-by-128 matrix, where each row gives an invariant % descriptor for one of the K keypoints. The descriptor is a vector % of 128 values normalized to unit length. % locs: K-by-4 matrix, in which each row has the 4 values for a % keypoint location (row, column, scale, orientation). The % orientation is in the range [-PI, PI] radians. % % Credits: Thanks for initial version of this program to D. Alvaro and % J.J. Guerrero, Universidad de Zaragoza (modified by D. Lowe) function [image, descriptors, locs] = sift(imageFile) % Load image image = imread(imageFile); % If you have the Image Processing Toolbox, you can uncomment the following % lines to allow input of color images, which will be converted to grayscale. % if isrgb(image) % image = rgb2gray(image); % end [rows, cols] = size(image); % Convert into PGM imagefile, readable by "keypoints" executable f = fopen('tmp.pgm', 'w'); if f == -1 error('Could not create file tmp.pgm.'); end fprintf(f, 'P5\n%d\n%d\n255\n', cols, rows); fwrite(f, image', 'uint8'); fclose(f); % Call keypoints executable if isunix command = '!./sift '; else command = '!siftWin32 '; end command = [command '
SIFT算法分析
SIFT算法分析 1 SI F T主要思想 S IF T算法就是一种提取局部特征得算法，在尺度空间寻找极值点，提取位置，尺度，旋转不变量。 2 SI FT算法得主要特点 a)SIFT特征就是图像得局部特征，其对旋转、尺度缩放、亮度变化保持不变性，对视角变化、仿射变换、噪声也保持一定程度得稳定性。 b )独特性(Dis t in c t iv e n es s)好，信息量丰富，适用于在海量特征数据库中进行快速、准确得匹配? c) 多量性,即使少数得几个物体也可以产生大量S IFT特征向量。 d) 高速性，经优化得SIF T匹配算法甚至可以达到实时得要求。 e) 可扩展性，可以很方便得与其她形式得特征向量进行联合。 3 SI F T算法流程图: 爹尺度空间扱值点检测 特征点的精确定位 I*
特征点的主方向计算 描述子的构造 特征向童I*
4 SIFT 算法详细 1)尺度空间得生成 尺度空间理论目得就是模拟图像数据得多尺度特征 . 高斯卷积核就是实现尺度变换得唯一线性核，于就是一副二维图像得尺度 空间定义为： 其中就是尺度可变高斯函数， (x ，y )就是空间坐标，就是尺度坐标.大小决定图像得平滑程度，大尺度对 应图像得概貌特征，小尺度对应图像得细节特征。大得值对应粗糙尺度 (低分辨 率)，反之，对应精细尺度(高分辨率)。 为了有效得在尺度空间检测到稳定得关键点，提出了高斯差分尺度空间 (D O G seal e — s p ace ).利用不同尺度得高斯差分核与图像卷积生成。 D(x,y, ) (G(x, y,k ) G(x, y, )) I(x,y) L(x, y,k ) L(x, y,) D OG 算子计算简单，就是尺度归一化得L o G 算子得近似。 图像金字塔得构建：图像金字塔共O 组，每组有S 层，下一组得图像由上一组图 像降采样得到。 图1由两组高斯尺度空间图像示例金字塔得构建， 第二组得第一副图像由第 一组得第一副到最后一副图像由一个因子 2降采样得到。图2 DoG 算子得构建： t o last image in t h e p revio us 图 1 Tw o o ct a ves of a G aus sia n s cale-spac e i ma g e pyr amid with s = 2 inte r vals 、Th e fir s t image i n t h e sec o nd o e t a ve is created b y dow n sa m p l ing Oj-taw J Octave 聖
深度解析：移动机器人的几种视觉算法
深度解析：移动机器人的几种视觉算法谈到移动机器人，大家第一印象可能是服务机器人，实际上无人驾驶汽车、可自主飞行的无人机等等都属于移动机器人范畴。它们能和人一样能够在特定的环境下自由行走／飞行，都依赖于各自的定位导航、路径规划以及避障等功能，而视觉算法则是实现这些功能关键技术。 如果对移动机器人视觉算法进行拆解，你就会发现获取物体深度信息、定位导航以及壁障等都是基于不同的视觉算法，本文就带大家聊一聊几种不同但又必不可少的视觉算法组成。 本文作者陈子冲，系Segway Robot架构师和算法负责人。 移动机器人的视觉算法种类 Q：实现定位导航、路径规划以及避障，那么这些过程中需要哪些算法的支持？ 谈起移动机器人，很多人想到的需求可能是这样的：“嘿，你能不能去那边帮我拿一杯热拿铁过来。”这个听上去对普通人很简单的任务，在机器人的世界里，却充满了各种挑战。为了完成这个任务，机器人首先需要载入周围环境的地图，精确定位自己在地图中的位置，然后根据地图进行路径规划控制自己完成移动。 而在移动的过程中，机器人还需要根据现场环境的三维深度信息，实时的躲避障碍物直至到达最终目标点。在这一连串机器人的思考过程中，可以分解为如下几部分的视觉算法： 1．深度信息提取 2．视觉导航 3．视觉避障 后面我们会详细说这些算法，而这些算法的基础，是机器人脑袋上的视觉传感器。 视觉算法的基础：传感器 Q：智能手机上的摄像头可以作为机器人的眼睛吗？ 所有视觉算法的基础说到底来自于机器人脑袋上的视觉传感器，就好比人的眼睛和夜间视力非常好的动物相比，表现出来的感知能力是完全不同的。同样的，一个眼睛的动物
对世界的感知能力也要差于两个眼睛的动物。每个人手中的智能手机摄像头其实就可以作为机器人的眼睛，当下非常流行的Pokeman Go游戏就使用了计算机视觉技术来达成AR 的效果。 像上图画的那样，一个智能手机中摄像头模组，其内部包含如下几个重要的组件：镜头，IR filter，CMOS sensor。其中镜头一般由数片镜片组成，经过复杂的光学设计，现在可以用廉价的树脂材料，做出成像质量非常好的手机摄像头。 CMOS sensor上面会覆盖着叫做Bayer三色滤光阵列的滤色片。每个不同颜色的滤光片，可以通过特定的光波波长，对应CMOS感光器件上就可以在不同位置分别获得不同颜色的光强了。如果CMOS传感器的分辨率是4000x3000，为了得到同样分辨率的RGB 彩色图像，就需要用一种叫做demosaicing的计算摄像算法，从2绿1蓝1红的2x2网格中解算出2x2的RGB信息。
OpenCV SIFT特征算法详解与使用
SIFT概述 SIFT特征是非常稳定的图像特征，在图像搜索、特征匹配、图像分类检测等方面应用十分广泛，但是它的缺点也是非常明显，就是计算量比较大，很难实时，所以对一些实时要求比较高的常见SIFT算法还是无法适用。如今SIFT算法在深度学习特征提取与分类检测网络大行其道的背景下，已经越来越有鸡肋的感觉，但是它本身的算法知识还是很值得我们学习，对我们也有很多有益的启示，本质上SIFT算法是很多常见算法的组合与巧妙衔接，这个思路对我们自己处理问题可以带来很多有益的帮助。特别是SIFT特征涉及到尺度空间不变性与旋转不变性特征，是我们传统图像特征工程的两大利器，可以扩展与应用到很多图像特征提取的算法当中，比如SURF、HOG、HAAR、LBP等。夸张一点的说SIFT算法涵盖了图像特征提取必备的精髓思想，从特征点的检测到描述子生成，完成了对图像的准确描述，早期的ImageNet 比赛中，很多图像分类算法都是以SIFT与HOG特征为基础，所有SIFT算法还是值得认真详细解读一番的。SIFT特征提取归纳起来SIFT特征提取主要有如下几步： ?构建高斯多尺度金字塔 ?关键点精准定位与过滤 ?关键点方向指派 ?描述子生成 构建高斯多尺度金字塔 常见的高斯图像金字塔是每层只有一张图像，大致如下： 上述的是通过图像金字塔实现了多分辨率，如果我们在每一层高斯金字塔图像生成的时候，给予不同的sigma值，这样不同的sigam就会产生不同模糊版本的图像，在同一层中就是实现不同尺度的模糊图像，再结合高斯金
字塔，生成多个层多个尺度的金字塔，就是实现了图像的多尺度金字塔。同一张图像不同尺度高斯模糊如下： 为了在每层图像中检测 S 个尺度的极值点，DoG 金字塔每层需 S+2 张图像，因为每组的第一张和最后一张图像上不能检测极值，DoG 金字塔由高斯金字塔相邻两张相减得到，则高斯金字塔每层最少需 S+3 张图像，实际计算时 S 通常在2到5之间。SIFT算法中生成高斯金字塔的规则如下（尺度空间不变性）： 关键点精准定位与过滤 对得到的每层DOG图像，计算窗口3x3x3范围除去中心点之外的26点与中心点比较大小，寻找最大值或者最小值（极值点），如下图：