第 37 卷 第 6 期 自 动 化 学 报 Vol. 37, No. 6
2011 年 6 月 ACTA AUTOMATICA SINICA June, 2011
一种鲁棒的图像局部特征区域的描述方法
曾 慧
1, 2
穆志纯
1, 2
王秀青
3
摘 要 提出了一种鲁棒的图像局部特征区域的描述方法, 即 IWCS-LTP(Improved weighted center symmetric local trinary
pattern) 描述子. 该方法对图像局部特征区域采用类似 SIFT 描述子的分块处理, 可以使描述子包含更多的结构信息; 采用
ICS-LTP 算子进行编码, 可以在不大量增加描述子维数和计算量的同时对图像的梯度方向信息进行更具体的描述; 采用加权
纹理谱直方图计算方法可以使描述子包含图像的梯度幅值信息. 大量的实验结果验证了该描述子的有效性.
关键词 局部特征区域, LBP 算子, LTP 算子, CS-LBP 描述子
DOI 10.3724/SP.J.1004.2011.00658
A Robust Method for Local Image Feature Region Description
ZENG Hui
1, 2
MU Zhi-Chun
1, 2
WANG Xiu-Qing
3
Abstract In this paper, a robust method for local image feature region description, which is called IWCS-LTP (improved
weighted center symmetric local trinary pattern) descriptor, is proposed. It uses a SIFT-like grid that makes the descriptor
contain more structural information. By using the ICS-LTP operator, the descriptor can have more information of the
image gradient direction without increasing the dimension of the descriptor and computing burden. This method uses the
weighted texture spectrum histogram to construct the descriptor to contain the image gradient-magnitude information.
The effectiveness of the designed descriptor has been validated by extensive experiments.
Key words Lo cal feature region, LBP operator, LTP operator, CS-LBP descriptor
图像局部特征区域的描述是近年来计算机视觉
和模式识别领域的研究热点之一, 在图像配准、三
维重建、图像检索、图像拼接、机器人定位、物体跟
踪与识别等具体应用中均发挥着重要作用
[1−4]
. 图
像局部特征描述子在实际应用中的基本解决思路是:
首先从待匹配图像中检测出特征点, 然后对特征点
的邻域设计具有一定不变性的局部特征描述子, 最
后通过匹配这些描述子来确定图像对应点. 这类方
法的优点是在光照变化、图像几何形变、遮挡、背景
杂乱等情况下均具有较好的鲁棒性. 本文将重点讨
论图像局部特征描述子的构造方法.
目前, 研究者们已提出了多种图像局部特征区
域的描述方法, 如基于高斯微分的描述子、基于不
变矩的描述子、基于可控滤波器的描述子、基于时
收稿日期 2010-05-13 录用日期 2011-03-13
Manuscript received May 13, 2010; accepted March 13, 2011
国家 自 然科 学 基金 (61005009, 60973064), 河北 省 自然 科 学基 金
(F2010000437), 北京市教委重点学科 (XK100080537) 资助
Supported by National Natural Science Foundation of China
(61005009, 60973064), Natural Science Foundation of Hebei
(F2010000437), and Key Discipline Project of Beijing Munici-
pal Commission of Education (XK100080537)
1. 北京科技大学自动化学院 北京 100083 2. 北京科技大学钢铁流
程先进控制教育部重点实验室 北京 100083 3. 河北师范大学职技学
院 石家庄 050031
1. School of Automation and Electrical Engineering, Univer-
sity of Science and Technology Beijing, Beijing 100083 2. Key
Laboratory for Advanced Control of Iron and Steel Process (Min-
istry of Education), University of Science and Technology Bei-
jing, Beijing 100083 3. Vocational and Technical Institute,
Hebei Normal University, Shijiazhuang 050031
频技术的描述子、基于像素灰度值分布的描述子,
以及基于像素梯度值分布的描述子等. 在这些方
法中最受关注的就是由 Lowe 提出的 SIFT (Scale
invariant feature transform) 描述子
[5]
. 这种特征
描述子的构造是通过对特征点的邻域建立一个三
维梯度方向直方图来实现的. SIFT 特征不仅对图
像的尺度变化和旋转具有不变性, 而且对光照的变
化和图像的形变具有较强的适应性, 具有较高的辨
别能力. 在此基础上, 研究者们对 SIFT 特征进行
了改进和扩展, 如 Ke 和 Sukthankar 提出的 PCA-
SIFT 描述子
[6]
、Mikolajczyk 和 Schmid 提出 的
GLOH (Gradient location-orientation histogram)
描 述 子
[7]
、Lazebnik 等 提 出 的 RIFT (Rotation-
invariant feature transform) 描述子
[8]
、Bay 等提
出的 SURF (Speeded up robust features) 描述子
等
[9]
. 文献 [7] 在对众多具有代表性的描述子进行性
能评价后得出结论, 类似于 SIFT 的描述子性能是
最好的.
LBP (Local binary pattern) 是目前对二维图
像最有效地纹理分析特征之一
[10]
. 它利用局部纹理
模式作为纹理基元来进行纹理分析, 本质上是一种
基于像素灰度序的纹理描述子, 具有计算简单、对
线性光照变化具有不变性等特点, 已被广泛应用于
人脸识别、背景提取、图像检索等领域
[11−15]
. 文献
[16] 首次将 LBP 算子应用到图像局部特征描述子
的构造中, 并针对 LBP 描述子维数较高、对纹理平