第三节、图像特征提取与描述

目录

一、颜色特征

1、量化颜色直方图

类似于把颜色空间分段归类。

下图为一个HSV空间下的例子:

2、聚类颜色直方图

解决量化颜色直方图的稀疏的缺点:只有出现过的颜色才会在直方图里分布,相近的颜色聚在一起。避免出现大量bin的像素数量非常稀疏的情况。

考虑相似但不相同的颜色之间的相似度:(各个“零”之间离的远近:二次式方法)

比如A图有5个像素点,颜色为255;B图有5个像素点,颜色为254,;C图有5个像素点,颜色为260。

二、几何特征

(一)边缘

1、边缘的定义:

2、边缘提取的方法:

先高斯去噪(用高斯函数进行滤波),再用一阶导数获取极值。

高斯去噪的原因:极值对噪声特别敏感。

公式中的g代表高斯滤波,f代表原函数。

高斯函数的导数:标准差sigma代表边缘提取的尺度。

对x,y求导:两个峰分辨是横向和纵向分布。

梯度的概念:

其实是变化最快的方向或者下降最快的方向,不是增加最快的方向吧。

图上每一个点都可以求出它的梯度。

X方向高斯梯度着重关注纵向边缘,Y方向高斯梯度着重关注横向边缘。重点看人物左边的那一根柱子就可以确定。

sigma代表了边缘提取的模板的尺度,比如如果边界清晰,sigma可以取得较大;如果边界模糊,sigma需要取得较小。

反过来,sigma越小,提取到的边界越清晰。

(二)角点(Corner)

1、Harris角点

Harris角点的理解:

人眼对角点的识别通常是在一个局部的小区域或小窗口完成的。如果在各个方向上移动这个特征的小窗口,窗口内区域的灰度发生了较大的变化,那么就认为在窗口内遇到了角点。如果这个特定的窗口在图像各个方向上移动时,窗口内图像的灰度没有发生变化,那么窗口内就不存在角点;如果窗口在某一个方向移动时,窗口内图像的灰度发生了较大的变化,而在另一些方向上没有发生变化,那么,窗口内的图像可能就是一条直线的线段。

图中的变动是指:小观察窗区域内图像灰度的变动

对于图像I(x,y)I(x,y),当在点(x,y)(x,y)处平移(Δx,Δy)(Δx,Δy)后的自相似性,可以通过自相关函数给出:

其中,W(x,y)是以点(x,y)为中心的窗口,w(u,v)为加权函数,它既可是常数,也可以是高斯加权函数。

判断Harris角点的方法:

计算并比较特征值。

计算Harris角点的步骤:

举例说明:计算Harris角点的响应值——>阈值化——>获取局部最大值点(左下图中标红点的部分)

2、FAST角点

FAST角点的概念:

求FAST角点的具体步骤:

n通常取12.

(三)斑点(Blob)

斑点又称为拉普拉斯梯度,其定义以及算法如下:

高斯滤波的二阶导数:

高斯算子中sigma对斑点识别的影响:

斑点是什么:边界包围的部分就是斑点,如下图:

四、基于特征点的特征描述子

大小、方向、明暗不能作为特征描述子。

特征点的应用:

(一)局部特征:SIFT

其实不够快,因此在SIFT之后产生了SURF和ORB。

这边只列一些基本的概念吧。

DoG是高斯差分空间。LoG高斯拉普拉斯尺度空间和DoG之间有一个转换关系,为了计算方便我们通常用拉普拉斯空间来替代高斯差分空间。

关键点描述子生成的解释:

(1)找到关键点;

(2)在其附近划一块区域,然后把这块区域转化成一个由梯度所描述的高维向量(即:用合理的特征来描述),以代表这个点周围的所有信息。

LoG:先进行高斯平滑,再进行拉普拉斯滤波以发现边缘和斑块。

拉普拉斯二阶求偏导,运算量很大:用差分代替微分。见下图最下面两张图:左边代表了差分,右边两条曲线是差分和微分的结果对比。














参考文献:

Harrris角点部分参考:https://www.cnblogs.com/ronny/p/4009425.html

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