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首页Harris算子驱动的高效图像匹配算法:鲁棒与速度提升
本文主要探讨了"一种基于Harris算子的快速图像匹配算法",发表于2012年的武汉大学学报·信息科学版。作者唐永鹤、陶华敏、卢焕章和胡谋法针对图像匹配中实时性和鲁棒性之间的平衡问题提出了创新解决方案。Harris算子是一种常用的图像特征检测工具,它在图像处理中被用于寻找稳定的角点,即具有显著局部结构变化的像素点。 该算法的核心思想是利用Harris算子的特性,通过特征检测过程获取中间数据来描述局部特征。作者提出了一种新的低维特征描述子,它是基于Harris自相关矩阵的迹,这种方法能够保持算法的鲁棒性,即在面对图像的各种变换(如尺度缩放、旋转、模糊、亮度变化和较小的视角变化)时仍能保持特征的稳定性。这样做的好处在于显著减少了算法的计算负担,提高了匹配效率。 相比于传统的基于灰度相关或尺度不变特征变换(SIFT)的匹配方法,该算法更注重处理各种图像变换的不变性。通过使用特征描述子之间的绝对值距离作为相似性度量,算法有效地降低了匹配复杂度,实现了快速的特征点匹配。这使得算法在保持匹配性能的同时,提高了匹配速度,对于实时应用场景具有明显优势。 这篇文章的研究成果对提高图像匹配的实时性和鲁棒性具有重要意义,特别是在三维重建、特征识别和图像配准等领域,为实际应用提供了实用的算法支持。由于其计算效率和稳定性,该算法在计算机视觉领域具有广阔的应用前景。
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第
37
卷第
4
期
2012
年
4
月
武汉大学学报·信息科学版
Geomatics
and
Information Science
of
W
uhan
University
Vo
l.
37
No.4
Apr.
2012
文章编号
:1671-8860(2012)04-0406-04
文献标志码
:A
一种基于
Harris
算子的快速图像匹配算法
唐永鹤
l
陶华敏
l
卢焕章
l
胡谋法
l
(1
国防科学技术大学
ATR
重点实验室,长沙市瓦砚池正街
48
号,
410073)
摘
要:针对局部特征匹配面临的实时性和鲁棒性难以兼顾的问题,提出了一种基于
Harris
算子的快速图像
匹配算法。通过分析
Harris
算子的基本原理,提出了用特征检测的中间数据描述局部特征,并建立了一种基
于
Harris
白相关矩阵之迹的低维特征描述子,在保持算法鲁棒性的同时有效减少了算法的计算量,最后用特
征描述子之间的绝对值距离作为相似性度量匹配特征点以降低计算复杂度。实验结采表明,本算法不仅对图
像尺度缩放、旋转、模糊、亮度变化和较小视角变化保持不变,而且匹配速度较快。
关键词:图像匹配
Harris
算子;特征描述子;相似性度量
中图法分类号
:P237.3
图像匹配是计算机视觉中的一项关键技术,
在三维重建、特征识别、图像配准等诸多领域有着
极为重要的应用[山]。图像匹配大致可以分为基
于灰度相关和基于特征的匹配两种。前者对图像
的旋转、尺度缩放、亮度变化、模糊变换和视角变
化等比较敏感;而基于局部不变特征的图像匹配
算法因具备对多种图像变换不敏感、对局部遮挡
适应性强等特点而逐渐成为该领域的研究热点。
目前,已有许多基于局部特征的图像匹配算法见
诸文献[叫。
Lowe[4
J
提出了一种尺度不变特征变换
Csca!e
invariant
feature
transform
,
SIFT)
算法。
Miko
!ajczyk[5J
采用对数极坐标的形式划分特征点邻
域,提出了一种扩展
SIFT
算法
GLOH
C
gradient
!ocation
and
orientation
histogram)
,提高了算法
的鲁棒性。
Wu
等
[6J
利用图像梯度的内积和外积
构建特征向量场,然后将特征点的圆形邻域划分
征描述子,算法的鲁棒性较好,但也存在以下不
足:①特征描述子建立方法复杂,伴随着插值和
加权运算,计算量很大;②特征描述子的维度较
高,特征点匹配速度较慢,算法实时性较差。为了
提高算法的速度,
Bay
等问提出了一种
SURF
Cspeed
up
robust
reature)
算法,对积分图像作均
值滤波模拟
LOG
算子,快速提取图像的特征区
域,然后利用
Harr
小波的局部响应建立
128
维特
征描述子,并将其应用于特征点的匹配。
为了弥补上述算法的不足,更好地兼顾实时
性和鲁棒性,本文提出了一种基于
Harris
算子的
快速图像匹配算法。通过分析
Harris
算子的基
本原理,提出用特征提取的中间数据描述特征点,
并利用
Harris
自相关矩阵之迹构建了一种
32
维
特征描述子,最后采用特征描述子间的绝对值距
离关系匹配特征点。
成
16
个子区域,通过统计各个子区域的特征向量
1
算法原理
场生成
64
维特征描述子,进而实现图像匹配,该
算法对图像欧氏变换和亮度的线性变化保持不
变。王旭光等[7
J
提出了一种
Harris
相关特征,将
其应用于描述特征点的局部特征,生成一种
98
维
特征描述子,并用其匹配图像特征点。这一类算
法利用梯度(或其扩展)的统计直方图构建局部特
收稿日期,
2012-01-18
0
项目来源:国家
863
计划资助项目。
1.1
Harris
算子
Harris
算子的基本思想川是:在图像中设计
一个局部窗口,当窗口沿各个方向移动时,考察窗
口的平均能量变化,若像素点处于平坦区域,则沿
任意方向的平均能量变化都很小;若像素点位于
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weixin_38543950
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