计算机视觉-图像的SIFT特征(尺度空间)

SIFT,(Scale-invariant feature transform,SIFT),尺度不变特征转换。是用于图像处理领域的一种特征描述,具有旋转不变性、尺度不变性、亮度变化保持不变性,也就是说在图片发生旋转、伸缩、明暗变化时,图片的SIFT特征都保持稳定。
与HOG在整幅图像上均匀地提取梯度方向统计特征不同,SIFT是一种局部特征,可在图像中检测出关键点,SIFT特征提取分为在图片上寻找关键点和提取关键点邻域信息两部分,在提取特征时只关注稳定的关键点及其附近的信息,使得特征更加具有描述性。
计算机视觉-图像的SIFT特征(尺度空间)_第1张图片SIFT算法的实质是在不同的尺度空间上查找关键点,并计算关键点方向。从一张图片中提取SIFT的步骤如下:
尺度空间的极值检测
特征点定位
特征方向赋值
特征点描述
特征匹配

一.尺度空间的极值检测

1.什么是尺度空间

尺度空间理论是通过对一张原始图像进行尺度变换,获得多张图像,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。

2.高斯核函数

在对有噪声的图像求取边缘点时,可以先用平滑滤波器对图像平滑,然后再对平滑后的图像求两阶微分,并检测局部极值点.
高斯卷积核是实现尺度变换的唯一线性核, 所以SIFT算法中使用了高斯滤波器对图像进行平滑处理.
计算机视觉-图像的SIFT特征(尺度空间)_第2张图片在这里插入图片描述对原始图像做多次的高斯平滑处理,也就得到了一个多尺度图像金字塔

3.多尺度图像金字塔

图像金字塔是对一张图片进行多次采样,生成多张分辨率不同的图,把他们按从大到小,从下到上排列。
计算机视觉-图像的SIFT特征(尺度空间)_第3张图片
高斯金字塔是多组图像金字塔,在同一组中,每一层图像的尺寸都是一样的。图像金字塔能够很好的显示图像多尺度空间的特征,SIFT算法中的图像金字塔共有o组,每组有S层,下一组的图像由上一组图像降采样得到。
先将原图像扩大一倍之后作为高斯金字塔的第1组第1层,然后保持尺寸不变,做一次高斯平滑作为第二组第二层,重复下去,最后得到L层图像。
将第1组倒数第三层图像作比例因子为2的降采样,得到的图像作为第2组的第1层,然后也是保持尺寸不变,做多次高斯平滑,得到L层图像。
这样反复执行,就可以得到一共O组,每组L层,共计O*L个图像,这些图像一起就构成了高斯金字塔。
计算机视觉-图像的SIFT特征(尺度空间)_第4张图片
差分金子塔-DOG,图像与图像相减,称为差分图,在高斯金字塔的基础上,高斯金字塔每组的,第一层减第二层,第二层减第三层,…,最后得到差分金字塔,又称DOG金字塔。
计算机视觉-图像的SIFT特征(尺度空间)_第5张图片在这里插入图片描述
计算机视觉-图像的SIFT特征(尺度空间)_第6张图片计算机视觉-图像的SIFT特征(尺度空间)_第7张图片

二.特征点提取

计算机视觉-图像的SIFT特征(尺度空间)_第8张图片

三.特征方向赋值

四.特征点描述

五.特征匹配

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