专利名称：基于轮廓的局部不变区域的检测方法
技术领域：
本发明涉及图像处理技术领域，特别涉及一种基于轮廓的局部不变区域的检测方法。
背景技术：
图像特征的提取与描述在模式识别、图像理解中具有非常重要的意义。图像中显著特征的局部区域往往具有独特的结构，如角点、边缘点等，从图像中提取具有独特性的特征来表达图像内容是计算机视觉领域研究的热点。目前已经广泛应用于图像匹配，目标识另O，图像检索等领域。在实际场景中，视点或环境会发生变化，因此图像可能受到噪声和背景的干扰，或发生尺度、旋转、仿射和光照等变化。局部不变区域独立于这些变化从而指向场景中相同的物理区域。目前有很多局部不变区域的检测方法，大致可以分为两类，一类是基于灰度，另一类是基于图像轮廓。基于灰度的方法发展的历史可追溯到1981年Moravec提出利用灰度方差提取点特征的算子。Harris和Stephens在Moravec算子的基础上进行了改进提出了Harris角点检测方法。Lowe通过寻找图像尺度空间极值点进行特征点的定位，提出了尺度不变特征检测方法(Scale Invariant Feature Transform, SIFT),该方法提取的SIFT特征点对尺度和旋转保持不变，能够有效地对抗光照和噪声，对仿射变换也具有一定的鲁棒性。现在针对仿射不变性提出了许多方法，Longeberg和Garding基于二阶矩阵使用自适应仿射方法提出了仿射不变的团块(blob)检测方法。Mikolajczyk和Schmid融合了多尺度和自适应仿射方法，提出了尺度和仿射都不变的区域检测方法。Matas等提出的MSER方法使用一系列阈值对图像进行二值化处理，提取在比较宽的灰度阈值范围内保持形状稳定的区域作为仿射不变区域，达到了很好的效果。Tuytelaars和Mikolajczyk对局部不变区域检测子和仿射不变区域检测子进行了性能分析和对比，并做了综述。最近在SIFT方法的基础上，Morel提出了 ASIFT(Affine_SIFT)方法，该方法在仿射变换矩阵的基础上增加了相机变换矩阵的两个仿射变换参数，从而能在更大的视角变换中提取特征。基于灰度的方法取得了很好的检测性能，但这类方法需要处理的灰度信息量比较大，而基于轮廓的方法相对来说处理的轮廓信息量小，且能取得很好的性能。基于轮廓的方法基本思想是，轮廓是图像的显著特征，代表了图像的概貌信息，在一些变换下，比如旋转和缩放，轮廓的变化反映为自身几何形状的改变。因此，可以从轮廓的几何信息出发，提取出相对不变点，最终达到提取特征区域的目的。目前，这类方法研究得还比较少，Tuytelaars和Van Gool提出的EBR(Edge Based Regions)方法利用轮廓信息提取仿射不变区域，该方法首先提取轮廓和Harris角点，然后在角点两边轮廓上寻找两个相对不变点，最后由角点与两个相对不变点构造出平行四边形的仿射不变区域。该方法取 得了不错的效果，是目前这类方法中性能最好的，但是其在求取相对不变点过程中每次搜索都要计算矩，计算量很大导致方法速度慢。最近，杨丹等也提出了利用轮廓提取旋转和尺度不变区域，方法首先提取LoG(Laplacian of Gaussian)特征角点,然后将角点在轮廓上的切线方向作为特征方向，接着在轮廓上寻找除角 点外与特征方向相切的不变点，将不变点与角点的距离作为半径，根据特征角点、特征方向和半径提取圆形的旋转尺度不变区域。该方法求取切线方向受轮廓噪声和仿射等因素的影响，而这些因素在实际场景和轮廓中经常出现，因此该方向并不稳定，导致方法的鲁棒性差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于轮廓的局部不变区域的检测方法。该方法充分利用轮廓曲线的几何特征，提取轮廓上与图像变化保持相对不变的特征，包括角点、角平分线和相对不变点，并由此构造椭圆不变区域。由于检测只涉及到轮廓信息，有效减少
了计算量。本发明的目的是通过以下技术方案实现的该种基于轮廓的局部不变区域的检测方法，包括以下步骤步骤I :将待检测的图像输入计算机，使用Canny算法提取图像轮廓，在轮廓上提取一个DoG角点；步骤2 :分别拟合P点左右两端轮廓得到角点的两边，斜率分别为Ic1和k2，以P点为顶点，ki和k2为两边方向构成一个角，角平分线的方向为kp，以kp作为特征方向；步骤3 :在轮廓上寻找与kp相对不变的点P’ ；步骤4 :以PP’为斜边，角平分线为直角边构成一直角三角形，两条直角边分别为rl 和 r2 ；步骤5 :将两条直角边rI和r2作为椭圆的两条轴，以P为中心点，kp为方向，rl和r2为轴，构造出椭圆局部不变区域。进一步，在步骤二中，特征方向的选取包括以下步骤步骤11 :设轮廓C上的任意一点为Pi,以Pi为原点建立直角坐标系T，设轮廓C上有η个点，在图像坐标系I下建立如下公式C1 = (Pi = (Xi, Yi), i = I, 2, . . . , η}；步骤12 :将轮廓C从图像坐标系转换到坐标系T下，设(m，η)是Pi的图像坐标，建立如下公式Ct = {p, j (Xi, Yi) = (xj-m, γ^η), i = I, 2, . . , η}；步骤13 :分别取Pi左右两边轮廓上各k点组成两曲线段，如果不够k个点，则将最后一个点重复直至有k个点，曲线段通过下式表示lSk(p' ^ = {p, j I j = i_k, i-k+1, · · · , i_l}rSk (p' ) = {p, j I j = i+1, . . . , i+k-1, i+k}；步骤14:将lSk(p' J和rSk(p')拟合成过角点的两条直线，两边的斜率通过下式表不
权利要求
1.基于轮廓的局部不变区域的检测方法，其特征在于所述检测方法包括以下步骤 步骤I :输入待检测的图像，使用Canny算法提取图像轮廓，在轮廓上提取ー个DoG角点； 步骤2 :分别拟合P点左右两端轮廓得到角点的两边，斜率分别为Ic1和k2，以P点为顶点，ki和k2为两边方向构成ー个角，角平分线的方向为kp，以kp作为特征方向； 步骤3 :在轮廓上寻找与kp相对不变的点P，； 步骤4 :以PP’为斜边，角平分线为直角边构成一直角三角形，两条直角边分别为rl和r2 ； 步骤5 :将两条直角边rl和r2作为椭圆的两条轴，以P为中心点，kp为方向，rl和r2为轴，构造出椭圆局部不变区域。
2.根据权利要求I所述的基于轮廓的局部不变区域的检测方法，其特征在于在步骤ニ中，特征方向的选取包括以下步骤 步骤11 :设轮廓C上的任意一点为Pi，以Pi为原点建立直角坐标系T，设轮廓C上有η个点，在图像坐标系I下建立如下公式 C1 = {Pi = (Xi, Yi), i = 1,2, . . . , η}； 步骤12:将轮廓C从图像坐标系转换到坐标系T下，设(m，n) iPi的图像坐标，建立如下公式Ct = {p, i (Xi, Yi) = (XiI, Yi-Ii), i = 1,2,…，η}； 步骤13 :分别取Pi左右两边轮廓上各k个点组成两曲线段，如果不够k个点，则将最后一个点重复直至有k个点，曲线段通过下式表示 ISk (p' D = {p, j I j = i-k, i-k+1, · · · , i-1} rSk(p' i) = {p,』I j = i+1, · · · , i+k-1, i+k}; 步骤14 :将ISk(p' J和rSk(p' J拟合成过角点的两条直线，两边的斜率通过下式表示 t(ん U Σ( .) IK1=へ-A=へ- ΣΑ—, ΣΑ, J=1 , 1=1 , 式中IKi和!"Ki分别为左右两边的斜率； 步骤15:求取角平分线角度QiG [0，2π)，即绕X轴逆时针旋转到角平分线方向的角度,通过先算出两边的角度θ η和Θ i2，再求和平均得到Qi, θ η和Θ i2的求取如下式arctan(/^ ), L=Ii arctan(r^ ), L=I θη = < π+Sxctan^lKi ),Ζ = 2,3 Qi2 = < 7Γ+arctan(ri^. ),Ζ = 2,3 2π + arctan(/iC; \L = 42π + arctan(riC; )，L = 4 式中L= 1，2，3，4分别表示两边落在象限I，II，III，VI，由拟合点的坐标判断出分布的象限； 步骤16:得到角平分线的角度Qi= (011+012)/2，角平分线的斜率1^ =セ&11(01)。
3.根据权利要求2所述的基于轮廓的局部不变区域的检测方法，其特征在于在步骤14中，利用最小二乗法，通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，拟合出两边的斜率。
4.根据权利要求I所述的基于轮廓的局部不变区域的检测方法，其特征在于在步骤3中，寻找相对不变点的方法如下 沿角点的一端轮廓移动平行线，将轮廓与平行线的交点定义为当前点，移动停止的条件是当前点两端的轮廓都在平行线的ー侧，也即平行线与轮廓相切，将停止时的当前点作为相对不变点。
5.根据权利要求4所述的基于轮廓的局部不变区域的检测方法，其特征在于寻找相对不变点的具体步骤包括 步骤41 :选取轮廓上的角点Pi,以直线a作为角点的角平分线,沿角点右端轮廓上的点移动平行线，移动k(k > O)个点后，当前点为pi+k，平行线为b ； 步骤42 :判断平行线b是否与轮廓相切，选取pi+k两边轮廓上的相邻点pi+k_n和pi+k+n(l ^ η < k)进行计算,如果点卩…ヰ和pi+k+n在直线b的同侧,将两点坐标值带入直线b的方程将得到同样符号的值，此时的pi+k即作为相对不变点；相反，如果两点不在直线同ー侧，那么带入方程将得到相反符号的值。
6.根据权利要求5所述的基于轮廓的局部不变区域的检测方法，其特征在于在步骤42中，通过点pi+k的直线b的方程如下式 y-K (x-xi+k) -yi+k = O 式中K是角平分线方向的斜率； 分别将两点的坐标值带入上面的等式，可以得到
全文摘要
本发明公开了一种基于轮廓的局部不变区域的检测方法，该方法主要利用轮廓角点、角点的角平分线和轮廓上与角平分线相对不变的特征点来构造不变区域，由于角平分线的抗噪能力强，受旋转和尺度等因素的影响小，通过本发明的方法所得到的区域具有较好的稳定性和可重复性，通过旋转、尺度、仿射、光照、噪声和模糊等重复率实验，验证了本方法处理速度快，具有较强的鲁棒性和较广的应用性。
文档编号G06K9/46GK102651069SQ20121010153
公开日2012年8月29日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者张小洪, 徐玲, 杨梦宁, 洪明坚, 胡海波, 葛永新, 陈远 申请人:重庆大学