基于几何兼容性的特征点匹配方法

摘要

本发明涉及一种数字图像中基于几何兼容性的特征点匹配方法，包括：采集图像并输入计算机；使用SIFT技术进行图像特征点检测与描述；对图像特征点进行组对处理；计算任意两个特征对之间的匹配置信度；挑选初始匹配建立已确立匹配集合；利用几何兼容性建立新匹配并添加到已确立匹配集合，然后重复执行该步骤直到不能产生新匹配；由特征对匹配建立特征点匹配。相比于已有的基于几何一致性优化的匹配方法，本发明提供的方法不需要进行整体优化，大大减少了运算量，具有更高的计算效率。

主权项

一种数字图像中基于几何兼容性的特征点匹配方法，其特征在于，包括步骤：步骤S1：从不同角度拍摄同一场景两幅不同图像并输入计算机；步骤S2：使用SIFT技术进行图像特征点检测并计算特征点描述子；步骤S3：对图像特征点进行组对处理，具体方式为，对于图像中任一特征点Xi，将它与区域SubR(Xi)内的特征点分别组成特征对，其中SubR(Xi)＝{Y：σ1≤||Y‑Xi||≤σ2}是以Xi为中心的一个环形区域，给定一幅图像中的特征点集合{Xi，i＝1，2，...，m}，可以得到一个特征点对集合{Mk(Xk1，Xk2，Dk1，Dk2)，k＝1，2，...n}，其中m表示特征点个数，n表示特征对个数，Dk1、Dk2分别表示步骤S2获得的特征点Xk1、Xk2的描述子，σ(Mk)＝||Xk1‑Xk2||/2称为特征Mk的尺度；步骤S4：计算任意两个特征对之间的匹配置信度，具体方式如下：对于分别位于两幅图像中的任意两个特征对M(X11，X12，D11，D12)，M′(X′11，X′12，D′11，D′12)，利用S(M，M′)＝min(|D11‑D′11|+|D12‑D′12|，|D11‑D′12|+|D12‑D′11|)计算它们之间的相似性；对于位于某一图像中的特征对M，记另外一幅图像上的各个特征对中与M相似性的最小值、次小值分别为s1(M)、s2(M)，利用NNDR(M)＝s1(M)/s2(M)计算特征M的NNDR值；获得两幅图像上任一特征对的NNDR值后，使用方式R(M，M′)＝e‑max(NNDR(M)，NNDR(M′))计算分别位于两幅图像中的两个特征对M，M′之间的匹配置信度值；步骤S5：挑选匹配置信度较高的特征对组合作为初始匹配建立已确立特征对匹配集合F，一般取匹配置信度最大的10‑20个匹配作为初始匹配；步骤S6：在已确立特征对匹配集合F的基础上利用几何兼容性建立新特征对匹配；步骤S6由S61、S62、S63、S64四个子步骤组成，下面先定义该步骤需要 使用的连接兼容性、尺度兼容性与角度兼容性：连接兼容性对于同一图像中两个特征对M1，M2，如果它们具有共同的特征点X，则称M1，M2具有连接关系；对于两组特征对匹配G1(M1，M′1)，G2(M2，M′2)，如果M1，M2、M′1，M′2中至少一组具有连接关系则称G1，G2具有连接关系，如果M1，M2、M′1，M′2同时满足连接关系则称G1，G2连接兼容；尺度兼容性对于相互连接兼容的两组特征对匹配G1(M1，M′1)、G2(M2，M′2)，记sσ(M1，M′1)＝σ(M′1)/σ(M1)、sσ(M2，M′2)＝σ(M′2)/σ(M2)分别表示匹配G(M1，M′1)、G(M2，M′2)的尺度变化，其中σ(M1)、σ(M′1)、σ(M2)、σ(M′2)分别表示M1、M′1、M2、M′2的尺度，给定一个形变尺度参数Tσ，如果sσ(M1，M′1)与sσ(M2，M′2)满足以下条件则称G1，G2尺度兼容： E σ ( G 1 , G 2 ) = | s σ ( M 1 , M 1 ′ ) - s σ ( M 2 , M 2 ′ ) | max ( s σ ( M 1 , M 1 ′ ) , s σ ( M 2 , M 2 ′ ) ) < T σ , 一般Tσ取0.1‑0.2；角度兼容性对于相互连接兼容的两组特征对匹配G1(M1，M′1)，G2(M2，M′2)，记θ(M1，M′1)、θ(M2，M′2)分别表示M1，M′1、M2，M′2之间的夹角，给定一个形变角度参数Tθ，如果θ(M1，M′1)与θ(M2，M′2)满足以下条件则称G1，G2角度兼容： E θ ( G 1 , G 2 ) = | θ ( M 1 , M 2 ) - θ ( M 1 , M 2 ) | max ( θ ( M 1 , M 2 ) , θ ( M 1 , M 2 ) ) < T θ , 一般Tθ取0.1‑0.2；步骤S61：在已确立特征对匹配集合F的基础上，利用连接兼容性获得潜在特征对匹配集合，具体方式为，记两幅图像中所有可能的特征对匹配组成的集合为P，对于已确立特征对匹配集合F中的任一特征对匹配Gi，记集合P中所有与Gi连接兼容的特征对匹配组成集合记为S(Gi)，则按照如下方式由集合F各点确定潜在特征对匹配集合S(F)＝S(G1)∪S(G2)，..∪S(Gi)，..∪S(G#F)，其中G1，G2，...，G#F表示集合F中的所有特征对匹配，#F为个数；步骤S62：验证潜在特征对匹配集合中的匹配是否满足尺度兼容性条件，具 体方式为，对于潜在特征对匹配集合S(F)中任一特征对匹配Gi，记集合F中与Gi连接兼容、尺度兼容的匹配个数分别为nA、nσ，如果比值nσ/nA＞Lσ，则称Gi满足尺度兼容性条件，其中Lσ一般取0.8‑0.9；步骤S63：验证潜在特征对匹配集合中的匹配是否满足角度兼容性条件，具体方式为，对于潜在特征对匹配集合S(F)中任一特征对匹配Gi，记集合F中与Gi连接兼容、角度兼容的匹配个数分别为nA，nθ，如果比值nθ/nA＞Lθ，则称Gi满足尺度兼容性条件，其中Lθ一般取0.8‑0.9；步骤S64：将潜在匹配特征对集合S(F)中同时满足获得尺度兼容性条件与角度兼容性条件的匹配确定为新特征对匹配，如果获得的新特征对匹配数量大于0，则将新特征对匹配添加到已确立特征对匹配集合S(F)，重新执行步骤S6，直到不能获得新特征对匹配为止；步骤S7：由特征对匹配建立特征点匹配，具体方式为，对于获得的分别位于两幅图像中的一组特征对匹配M(X11，X12，D11，D12)，M′(X′11，X′12，D′11，D′12)，分别计算T1＝|D11‑D′11|+|D12‑D′12|与T2＝|D11‑D′12|+|D12‑D′11|，如果T1＜T2则建立两组特征点匹配(X1，X′1)、(X2，X′2)，否则建立两组特征点匹配(X1，X′2)、(X2，X′1)。