您的当前位置:首页正文

结合快速鲁棒性特征改进ORB的特征点匹配算法

2020-02-07 来源:个人技术集锦
Journal of Computer Applications ISSN 10o1—9081 2016..07..10 计算机应用,2016,36(7):1923—1926 文章编号:1001-9081(2016)07—1923—04 C0DEN JYIIDU http://www.joca.ca DOI:10.11772/j.issn.1001—9081.2016.07.1923 结合快速鲁棒性特征改进ORB的特征点匹配算法 白雪冰 ,车进 ,牟晓凯 ,张英 (I.宁夏大学物理电气信息学院,银川750021;2.宁夏沙漠信息智能感知重点实验室(宁夏大学),银川750021) ( 通信作者电子邮箱koalache@126.tom) 摘要:针对定向二进制简单描述符(ORB)算法不具备尺度不变性的问题,提出一种结合快速鲁棒性特征 (SURF)算法和ORB的改进算法。首先,利用Hessian矩阵检测特征点的方法,使得提取出的特征点具有尺度不变性; 然后,用ORB生成特征描述子;接着采用 近邻算法进行粗匹配;最后,通过比率测试、对称测试、最小平方中值 (LMedS)定理进行提纯。尺度变化时,该算法比ORB的匹配精度提高了74.3个百分点,比SURF的匹配精度提高了 4.8个百分点;旋转变化时,该算法比ORB的匹配精度提高了6.6个百分点;匹配时间高于SURF低于ORB。实验结 果表明,改进算法不仅保持了ORB的旋转不变性,而且具备了尺度不变性,在不失速度的前提下,匹配精度得到较大 提高。 关键词:特征点匹配;尺度不变性;旋转不变性;比率测试;对称测试;最小平方中值定理 中图分类号:TP391.9 文献标志码:A Improved feature points matching algorithm based on speed.up robust feature and oriented fast and rotated brief BAI Xuebing 一,CHE Jin , ,MU Xiaokai 一,ZHANG Ying ’。 f 1.School ofPhysics&Electrical Information Engineering,Ningxia University,Yinchuan Ningxia 750021,China; 2.Ningxia Key Laboratory ofIntelligent Sensingfor Desert Information(Ningxia University),Yinchuan Ningxia 750021,China) Abstract:Focusing on the issue that the Oriented fast and Rotated Brief(ORB)algorithm does not have scale invariance,an improved algorithm based on Speed—Up Robust Feature(SURF)and ORB was proposed.First,the feature points were detected by Hessian matrix,which made the extracted feature points have scale invarianee.Second,the feature descriptors were generated by the ORB.Then the K-nearest neighbor algorithm was used for rough matching.Finally,the ratio test,symmetry test,the Least Median Squares(LMedS)theorem was used for purification.When the scale changed,the proposed algorithm’S matching precision was improved by 74.3 percentage points than the ORB and matching precision was improved by 4.8 percentage points than the SURF.When the rotation changed,the proposed algorithm’S matching precision was improved by 6.6 percentage points than the ORB.The proposed algorithm’S matching time was above the SURF,below the ORB.The experimental results show that the improved algorithm not only keeps the rotation invariance of ORB,but also has the scale invariance,and the matching accuracy is improved greatly without decreasing the speed. Key words:feature point matching;scale invariance;rotation invariance;ratio test;symmety test;Leastr Median Squares(LMedS)theorem 0 引言 图像特征点匹配是计算机视觉的关键技术之一,广泛应 用于三维重建、图像拼接、目标识别等领域 。Lowe 于 2004年正式提出了尺度不变特征变换(Scale Invariant Feature 描述符(Oriented fast and Rotated Brief,ORB)算法,其计算速 度比SURF快一个数量级,比SIT快两个数量级,匹配性能 F也不逊于SURF和SI兀。 ORB是一种局部不变特征描述子,对图像的平移、旋转 Transform,SIFT)算法,其独特性好,信息量丰富;但该算法的 计算量大、匹配速度较慢。此后,Bay等。。 于2006年提出了 快速鲁棒性特征(Speeded Up Robust Feature,SURF)算法,不 仅简化了SIFT算法,而且在重复性、独特性和鲁棒性三个方 具有不变性;但却并不具备尺度不变性 。文献[10]利用 ORB进行匹配时,采用改进的随机采样一致性(RANdom Sample Consensus,RANSAC)进行提纯,使得匹配精度得到了 提高;文献[11]同样在运用ORB匹配时,结合随机采样一致 性方法,剔除错误匹配,并利用最小二乘估计变换参数,对图 面均超过或接近SIT算法,F计算速度也显著提高。随着计算 机视觉技术的发展对特征点匹配精度和速度的要求越来越 高,Roblee等 在2011年的计算机视觉国际会议(Intemation Conference on Computer Vision,ICCV)提出了定向二进制简单 像进行矫正;文献[12]结合SIFT的算法思想对ORB进行改 进,实现了尺度不变性。以上研究解决了一些问题,但是在使 用RANSAC算法中,判定内外点距离阈值、随机抽样本集的 次数和一致性集合的大小这3个参数需要根据不同的图像设 收稿日期:2015—12-10;修回日期:2016—03—18。 基金项目:国家自然科学基金资助项目(61162020)。 作者简介:白雪冰(1991一),男,河南焦作人,硕士研究生,主要研究方向:信号和图像处理、模式识别;车进(1973一),男,陕西合阳人,教 授,博士,主要研究方向:图像处理、智能视频; 牟晓凯(199O一),男,山东潍坊人,硕士研究生,主要研究方向:模式识别、图像处理; 张英 (1989一),女,重庆潼南人,硕士研究生,主要研究方向:信号和图像处理、模式识别。 l926 计算机应用 第36卷 表2图像旋转时匹配精度对比 别 匹配精度/% 本文算法 ORB 3.3 匹配时间对比实验 为r验证本文算法的实时性。随机统计实验中的5组匹 时l1jJ数据,如表3所示 表3匹配时间对比 从表3¨r以 m,本义算法的平均匹配时间约为 180.3 ms,比ORB的平均匹配时间慢了约l54.8 ills;但却比 SURF快厂约1O0.6 ms,说明_r奉文算法在实时性方面同样具 有良好性能,但是提纯算法会耗费一点时问,使得匹配速度比 ORB略慢 、从以上实验可以看出,本文算法具备了尺度不变 性和旋转不变性, 配精度得到进一步提高,满足实时性需 求,仃一定的实 性。 4 结语 本文提 r一一种结合SURF和ORB的算法,该算法克服 了ORB 具备尺度不变性的缺陷,并采用比率测试、对称测 试、最小平方中值定理进一步提纯,通过实验验证了算法的通 用性以及在 精度方面的优越性能。由于ORB计算速度 本身就很快,同时SURF提取特征点也比较快,使得匹配点经 过提纯后,计算速度也基本能满足实时性的需求,但其速度不 如ORB,这也是接下来要进…步研究的地方。 参考文献: 【1 1 朱琳,t ,刘湫厶,等.螭于改进快速鲁棒特征的图像快速拼接 算法l J I.计算饥应用,2014,34(10):2944—2947.(ZHU L, WANG Y,LIU S Y,et a1.Fast image mosaic algorithm based Oll improved fast robust feature【JJ.Joumal of Computer Applications, 2Ol4 34(101:2944—2947.1 f2】 刘海燕,杨吕玉,刘存玲,等.基于梯度特征和颜色特征的运动目 杯跟踪算法I j】计算机 用,2012,32(5):1265~1268.(LIU H Y.YANG C Y.LIU C L.et a1.Moving target tracking algorithm based on gradient feature and color feature[J】.Journal of Computer Applicatimts,2012,32(5):1265—1268.) I 3l 侯毅 周石琳,宙琳,等.基于ORB的快速完全仿射不变图像匹 配l JI.汁算机工 科学,2014,36(2):303—310.(HOU Y, ZHOU S l .1_EI I .ct a1.Fast tully affine invariant image matching based on ORB【J】Computer Engineering&Science,2014,36 (21:303—310.1 【4I 童 ,桨r1必.魑于特征匹配的全景图的生成【J].华中科技大学 学报(『j然科学版) 2004,32(S1):77—79.(TONG Y CAI Z X. Generation of patioramic image based on feature matching【J J.Jour— nal of Huazhong University of Science and Technology(Nature Sci· once Edition),2004,32(S1):77—79.) l5 l LOWE D G.Object recognition from local scale invariant t)atures [C]//Proceedings of the 1 999 IEEE International Conference on Computer Vision.Piscataway,NJ:IEEE,1999:1 1 50—1 157. [6l BAY H,ESS A TUYTELAARS T,et a1.SURF:speeded up ro— bust feature[J1.Computer Vision and Image Undm,'standing,2008, 110(3):346—359. 1 7】 RUBLEE E,RABAUD V,KONO1 1GE K,et a1.ORB:an efficient alternative to SIFT or SURF【C]//Proceedings of the 201 1 IEEE International Conferenee on Computer Vision.Piscataway,NJ: IEEE,2011:2564—2571. f 8] 刘铭.基于ORB算法的双目 觉测量与跟踪研究I D J.哈尔滨: 哈尔滨工业大学,2014:25.(LIU M Binocular computer vision measurement and tracking research based on the()lib algorithm f D】.Harbin:Harbin Institute of Technology,2014:25.) 【9] 孟凡清.基于背景差分法 ORB算法的运动目标检j!I!II上j跟踪算 法研究【D】.北京:北京印刷学院,2014:30—33.(MENG F Q Study on the moving object detection and tracking based on back- ground subtraction and ORB algorithm【D】.Beijing:Beijing Print— ing Institute,2014:30—33.) [10】 余建国,徐仁桐,陈宁.基于ORB和改进RANSAC弹法的图像 拼接技术[J】.江苏科技大学学报(自然科学版),2015,29(2): 164—1 69.(YU J G,XU R rr,CHEN N.Image stitching technolo— gY based on ORB and improved RANSAC algotithm[J J.Journal of Jiangsu University of Science and Technology(Nattlre Science Edi- tion),2015,29(2):164—169.) }I 11 张云生,邹峥嵘.基于改进ORB算法的遥感图像“动 准方法 [J].国土资源遥感,2013,25(3):20—24.(ZHANG Y S,ZOU Z R.Automatic registration method for remote sensing images based on improved ORB algorithm[J】.Remote Sensing fm Land and Re— sources,2013,25(3):20—24.) [121 许宏科,秦严严,陈会茹.基于改进ORB的图像特征点匹配 【J】.科学技术 工程,2014,14(18):105—109.(XU H K QIN Y Y.CHEN H R.Feature points matching in iutages based on im— proved ORB[J1.Science Technology and Engineering,2014,1 4 (18):105—109.) 【1 3] ROSTEN E,DRUMMOND T.Fusing points and lines tor high per— formance tracking[C]//Proceedings of the 2005 IEEE lnterna— tional Conference on Computer Vision.Piscataway,NJ:IEEE, 2005:1508—1515. f】4 J ROSTEN E,DRUMMOND T.Machine leanring tot high speed comer detection【C]//ECCV’06:Proceedings of the 9th European Conference on Computer Vision.Berlin:Springer 20061 430—443 I 1 5] CALONDER M,LEPETIT V,STRECHA C ct a1.BRIEF’:binary robust independent elementary features【C】//ECCV’10:Prnceed— ings of the l l th European Conterence on Computer vision Berlin: Springer,2010:778—792. Background This work is partially supported by the National Natural Science I:oun— dation of China(61 162020). BAI Xuebing,bona in 1991,M.S.candidate.His research inter— ests include signal and image processing,pattern recognition. CHE Jin,born in 1973,Ph.D.,professor.1fis research Jutcrests include image processing,intelligent video. MU Xiaokai.born in 1990.M.S.candidate.14is resean:h iulerests include pattern recognition,image processing. ZHANG Ying,born in 1989,M.S.candidate.Her research inter— ests inc|ude signal and image processing,pattern recognition. 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Top