在一定的范围内,无论物体是大还是小,人眼都可以分辨出来,然而计算机要有相同的能力却很难,所以要让机器能够对物体在不同尺度下有一个统一的认知,就需要考虑图像在不同的尺度下都存在的特点。
尺度空间的获取通常使用高斯模糊来实现
不同σ的高斯函数决定了对图像的平滑程度,越大的σ值对应的图像越模糊。
为了寻找尺度空间的极值点,每个像素点要和其图像域(同一尺度空间)和尺度域(相邻的尺度空间)的所有相邻点进行比较,当其大于(或者小于)所有相邻点时,该点就是极值点。如下图所示,中间的检测点要和其所在图像的3×3邻域8个像素点,以及其相邻的上下两层的3×3领域18个像素点,共26个像素点进行比较。
这些候选关键点是DOG空间的局部极值点,而且这些极值点均为离散的点,精确定位极值点的一种方法是,对尺度空间DoG函数进行曲线拟合,计算其极值点,从而实现关键点的精确定位。
每个特征点可以得到三个信息(x,y,σ,θ),即位置、尺度和方向。具有多个方向的关键点可以被复制成多份,然后将方向值分别赋给复制后的特征点,一个特征点就产生了多个坐标、尺度相等,但是方向不同的特征点。
在完成关键点的梯度计算后,使用直方图统计邻域内像素的梯度和方向。
为了保证特征矢量的旋转不变性,要以特征点为中心,在附近邻域内将坐标轴旋转θ角度,即将坐标轴旋转为特征点的主方向。
旋转之后的主方向为中心取8x8的窗口,求每个像素的梯度幅值和方向,箭头方向代表梯度方向,长度代表梯度幅值,然后利用高斯窗口对其进行加权运算,最后在每个4x4的小块上绘制8个方向的梯度直方图,计算每个梯度方向的累加值,即可形成一个种子点,即每个特征的由4个种子点组成,每个种子点有8个方向的向量信息。
论文中建议对每个关键点使用4x4共16个种子点来描述,这样一个关键点就会产生128维的SIFT特征向量。
import cv2
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt#Matplotlib是RGB
img = cv2.imread('test_1.jpg')
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
def cv_show(img,name):
b,g,r = cv2.split(img)
img_rgb = cv2.merge((r,g,b))
plt.imshow(img_rgb)
plt.show()
def cv_show1(img,name):
plt.imshow(img)
plt.show()
cv2.imshow(name,img)
cv2.waitKey()
cv2.destroyAllWindows()
cv2.__version__ #3.4.1.15 pip install opencv-python==3.4.1.15 pip install opencv-contrib-python==3.4.1.15
'3.4.1'
得到特征点
sift = cv2.xfeatures2d.SIFT_create()
kp = sift.detect(gray, None)
img = cv2.drawKeypoints(gray, kp, img)
cv_show(img,'drawKeypoints')
# cv2.imshow('drawKeypoints', img)
# cv2.waitKey(0)
# cv2.destroyAllWindows()
计算特征
kp, des = sift.compute(gray, kp)
print (np.array(kp).shape)
(6827,)
des.shape
(6827, 128)
des[0]
array([ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 21., 8., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 157., 31., 3., 1., 0., 0.,
2., 63., 75., 7., 20., 35., 31., 74., 23., 66., 0.,
0., 1., 3., 4., 1., 0., 0., 76., 15., 13., 27.,
8., 1., 0., 2., 157., 112., 50., 31., 2., 0., 0.,
9., 49., 42., 157., 157., 12., 4., 1., 5., 1., 13.,
7., 12., 41., 5., 0., 0., 104., 8., 5., 19., 53.,
5., 1., 21., 157., 55., 35., 90., 22., 0., 0., 18.,
3., 6., 68., 157., 52., 0., 0., 0., 7., 34., 10.,
10., 11., 0., 2., 6., 44., 9., 4., 7., 19., 5.,
14., 26., 37., 28., 32., 92., 16., 2., 3., 4., 0.,
0., 6., 92., 23., 0., 0., 0.], dtype=float32)
import cv2
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt#Matplotlib是RGB
img = cv2.imread('chessboard.jpg')
print ('img.shape:',img.shape)
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
# gray = np.float32(gray)
dst = cv2.cornerHarris(gray, 2, 3, 0.04)
print ('dst.shape:',dst.shape)
img.shape: (512, 512, 3)
dst.shape: (512, 512)
def cv_show(img,name):
b,g,r = cv2.split(img)
img_rgb = cv2.merge((r,g,b))
plt.imshow(img_rgb)
plt.show()
def cv_show1(img,name):
plt.imshow(img)
plt.show()
cv2.imshow(name,img)
cv2.waitKey()
cv2.destroyAllWindows()
img[dst>0.01*dst.max()]=[255,255,255]
cv_show(img,'dst')
# cv2.imshow('dst',img)
# cv2.waitKey(0)
# cv2.destroyAllWindows()
import cv2
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
%matplotlib inline
img1 = cv2.imread('box.png', 0)
img2 = cv2.imread('box_in_scene.png', 0)
def cv_show(img,name):
b,g,r = cv2.split(img)
img_rgb = cv2.merge((r,g,b))
plt.imshow(img_rgb)
plt.show()
def cv_show1(img,name):
plt.imshow(img)
plt.show()
cv2.imshow(name,img)
cv2.waitKey()
cv2.destroyAllWindows()
cv_show1(img1,'img1')
cv_show1(img2,'img2')
sift = cv2.xfeatures2d.SIFT_create()
kp1, des1 = sift.detectAndCompute(img1, None)
kp2, des2 = sift.detectAndCompute(img2, None)
# crossCheck表示两个特征点要互相匹,例如A中的第i个特征点与B中的第j个特征点最近的,并且B中的第j个特征点到A中的第i个特征点也是
#NORM_L2: 归一化数组的(欧几里德距离),如果其他特征计算方法需要考虑不同的匹配计算方式
bf = cv2.BFMatcher(crossCheck=True) #蛮力匹配
matches = bf.match(des1, des2)
matches = sorted(matches, key=lambda x: x.distance)#排序
img3 = cv2.drawMatches(img1, kp1, img2, kp2, matches[:10], None,flags=2)
cv_show(img3,'img3')
bf = cv2.BFMatcher()
matches = bf.knnMatch(des1, des2, k=2)#1对K匹配
good = []
for m, n in matches:
if m.distance < 0.75 * n.distance:
good.append([m])
img3 = cv2.drawMatchesKnn(img1,kp1,img2,kp2,good,None,flags=2)
cv_show(img3,'img3')
如果需要更快速完成操作,可以尝试使用cv2.FlannBasedMatcher
选择初始样本点进行拟合,给定一个容忍范围,不断进行迭代
每一次拟合后,容差范围内都有对应的数据点数,找出数据点个数最多的情况,就是最终的拟合结果