ORB利用高斯金字塔matlab代码

时间: 2023-12-28 09:03:29 浏览: 28
以下是利用高斯金字塔实现ORB特征点提取的 Matlab 代码: ```matlab function [keypoints, descriptors] = ORB(image) % 将图像灰度化 gray_image = rgb2gray(image); % 构建高斯金字塔 num_octaves = 4; num_levels = 5; k = sqrt(2); sigma = 1.6; [gauss_pyramid, dog_pyramid] = create_pyramid(gray_image, num_octaves, num_levels, k, sigma); % 计算特征点 threshold = 0.01; radius = 3; [keypoints, responses] = detect_features(dog_pyramid, threshold, radius); % 计算描述子 patch_size = 31; descriptors = compute_descriptors(gauss_pyramid, keypoints, patch_size); end % 构建高斯金字塔和差分金字塔 function [gauss_pyramid, dog_pyramid] = create_pyramid(image, num_octaves, num_levels, k, sigma) % 将图像转换成双精度类型 image = im2double(image); % 构建高斯金字塔 gauss_pyramid = cell(num_octaves, num_levels); % 不同octave之间的sigma值是一样的,而在同一个octave中,sigma的值是不断增加的 for i = 1:num_octaves for j = 1:num_levels if i == 1 && j == 1 % 第一个金字塔的第一层就是原始图像 gauss_pyramid{i, j} = image; elseif j == 1 % 每个octave的第一层使用前一octave的最后一层下采样得到 gauss_pyramid{i, j} = imresize(gauss_pyramid{i-1, end}, 0.5, 'bilinear'); else % 计算当前层的sigma值 sigma_curr = sigma * k^((j-2)+(i-1)*num_levels); % 使用当前层的sigma值构建高斯滤波器 h = fspecial('gaussian', ceil(sigma_curr*3)*2+1, sigma_curr); % 对上一层进行高斯模糊操作 gauss_pyramid{i, j} = imfilter(gauss_pyramid{i, j-1}, h, 'replicate', 'same'); end end end % 构建差分金字塔 dog_pyramid = cell(num_octaves, num_levels-1); for i = 1:num_octaves for j = 1:num_levels-1 % 相邻两层相减得到差分金字塔 dog_pyramid{i, j} = gauss_pyramid{i, j+1} - gauss_pyramid{i, j}; end end end % 计算特征点 function [keypoints, responses] = detect_features(dog_pyramid, threshold, radius) [num_octaves, num_levels] = size(dog_pyramid); keypoints = cell(num_octaves, num_levels-3); responses = cell(num_octaves, num_levels-3); for i = 1:num_octaves for j = 2:num_levels-2 % 在当前层的3x3邻域内找到极值点 current_layer = dog_pyramid{i, j}; above_layer = dog_pyramid{i, j-1}; below_layer = dog_pyramid{i, j+1}; extrema = detect_extrema(current_layer, above_layer, below_layer, threshold, radius); keypoints{i, j-1} = extrema; % 计算响应值 [r, c, num_extrema] = size(extrema); current_responses = zeros(num_extrema, 1); for k = 1:num_extrema current_responses(k) = compute_response(current_layer, extrema(k,1), extrema(k,2)); end responses{i, j-1} = current_responses; end end % 将所有octave中的特征点合并到一起 keypoints = cell2mat(keypoints); responses = cell2mat(responses); end % 在当前层的3x3邻域内找到极值点 function extrema = detect_extrema(current_layer, above_layer, below_layer, threshold, radius) [h, w] = size(current_layer); extrema = []; for i = radius+1:h-radius for j = radius+1:w-radius current_pixel = current_layer(i, j); % 判断当前像素是否是3x3邻域内的极值点 if abs(current_pixel) > threshold && ... ((current_pixel > 0 && current_pixel == max(max(current_layer(i-radius:i+radius, j-radius:j+radius)))) || ... (current_pixel < 0 && current_pixel == min(min(current_layer(i-radius:i+radius, j-radius:j+radius))))) && ... ((current_pixel > 0 && current_pixel == max(max(above_layer(i-radius:i+radius, j-radius:j+radius)))) || ... (current_pixel < 0 && current_pixel == min(min(above_layer(i-radius:i+radius, j-radius:j+radius))))) && ... ((current_pixel > 0 && current_pixel == max(max(below_layer(i-radius:i+radius, j-radius:j+radius)))) || ... (current_pixel < 0 && current_pixel == min(min(below_layer(i-radius:i+radius, j-radius:j+radius))))) extrema = [extrema; i, j]; end end end end % 计算响应值 function response = compute_response(image, row, col) % 计算像素点周围2x2邻域内的梯度值 dx = (image(row, col+1) - image(row, col-1)) / 2; dy = (image(row+1, col) - image(row-1, col)) / 2; % 计算Hessian矩阵 dxx = image(row, col+1) - 2*image(row, col) + image(row, col-1); dyy = image(row+1, col) - 2*image(row, col) + image(row-1, col); dxy = (image(row+1, col+1) - image(row+1, col-1) - image(row-1, col+1) + image(row-1, col-1)) / 4; % 计算响应值 trace = dxx + dyy; det = dxx * dyy - dxy * dxy; response = det - 0.04 * trace^2; end % 计算描述子 function descriptors = compute_descriptors(gauss_pyramid, keypoints, patch_size) [num_keypoints, ~] = size(keypoints); descriptors = zeros(num_keypoints, 256); for i = 1:num_keypoints octave = keypoints(i, 3); level = keypoints(i, 4); scale = keypoints(i, 5); row = keypoints(i, 1); col = keypoints(i, 2); % 计算旋转角度 angle = compute_orientation(gauss_pyramid{octave, level}, row, col, scale); % 构建描述子 patch = get_patch(gauss_pyramid{octave, level}, row, col, scale, angle, patch_size); descriptors(i, :) = reshape(patch, 1, []); end end % 计算旋转角度 function angle = compute_orientation(image, row, col, scale) % 计算像素点周围16x16邻域内的梯度值和方向 dx = zeros(16, 16); dy = zeros(16, 16); orientation = zeros(16, 16); for i = -8:7 for j = -8:7 dx(i+9, j+9) = (image(row+i, col+j+1) - image(row+i, col+j-1)) / 2; dy(i+9, j+9) = (image(row+i+1, col+j) - image(row+i-1, col+j)) / 2; orientation(i+9, j+9) = atan2(dy(i+9, j+9), dx(i+9, j+9)); end end % 将方向分成36个bin,计算每个bin中的梯度值之和 hist = zeros(1, 36); for i = 1:4 for j = 1:4 hist((i-1)*9+j) = sum(sum((orientation((i-1)*4+1:i*4, (j-1)*4+1:j*4) >= (j-1)*pi/18) & ... (orientation((i-1)*4+1:i*4, (j-1)*4+1:j*4) < j*pi/18))) * ... sum(sum((orientation((i-1)*4+1:i*4, (j-1)*4+1:j*4) >= (j-1)*pi/18) & ... (orientation((i-1)*4+1:i*4, (j-1)*4+1:j*4) < j*pi/18)) .* ... sqrt(dx((i-1)*4+1:i*4, (j-1)*4+1:j*4).^2 + dy((i-1)*4+1:i*4, (j-1)*4+1:j*4).^2)); end end % 找到最大值对应的bin,作为旋转角度 [~, max_bin] = max(hist); angle = (max_bin-1) * pi/18; end % 获取patch function patch = get_patch(image, row, col, scale, angle, patch_size) patch = zeros(patch_size, patch_size); for i = -patch_size/2+1:patch_size/2 for j = -patch_size/2+1:patch_size/2 x = row + i * scale * cos(angle) + j * scale * sin(angle); y = col - i * scale * sin(angle) + j * scale * cos(angle); patch(i+patch_size/2+1, j+patch_size/2+1) = interpolate_pixel(image, x, y); end end % 归一化 patch = (patch - mean(patch(:))) / std(patch(:)); end % 插值获取像素值 function pixel = interpolate_pixel(image, row, col) if row < 1 || row > size(image, 1) || col < 1 || col > size(image, 2) pixel = 0; return end row1 = floor(row); row2 = ceil(row); col1 = floor(col); col2 = ceil(col); if row1 == row2 && col1 == col2 pixel = image(row1, col1); return end if row1 == row2 pixel = (col2-col)*image(row1, col1) + (col-col1)*image(row1, col2); elseif col1 == col2 pixel = (row2-row)*image(row1, col1) + (row-row1)*image(row2, col1); else pixel = (row2-row)*(col2-col)*image(row1, col1) + (row-row1)*(col2-col)*image(row2, col1) + ... (row2-row)*(col-col1)*image(row1, col2) + (row-row1)*(col-col1)*image(row2, col2); end end ```

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