使用Walsh变换的功率谱来描述图像局部特征区域的方法
【专利摘要】本发明公开了一种使用Walsh变换的功率谱来描述图像局部特征区域的方法，首先规范化图像局部特征区域，并对其分块；然后根据Walsh变换的功率谱生成图像局部特征区域描述子，并对其做归一化处理，最后得到使用Walsh变换功率谱的图像局部特征区域描述子用于描述图像局部特征区域。本发明可以在不大量增加描述子维数和计算量的同时提高描述子的辨识能力，在硬件实现中非常有价值。
【专利说明】使用Walsh变换的功率谱来描述图像局部特征区域的方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及数字图像不变特征区域的描述，尤其是使用Walsh变换的功率谱来描述图像的局部特征区域。
【背景技术】
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[0002]图像局部特征区域的描述是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。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区域，然后对特征区域设计具有一定辨识能力的局部特征描述子，最后通过匹配这些描述子来确定图像对应区域。
[0003]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，Heikkila首次将LBP(Local binary pattern)应用到图像局部特征描述子的构造中，并验证了 LBP描述子良好的性能。随后Tan和Triggs将LBP描述子扩展成三值编码，提出了 LTP (Localtrinary pattern)描述子，LTP描述子比LBP描述子具有更强的辨别能力，但是其维数大大增加，不适合直接对图像局部特征区域进行描述。另外一方面，离散Walsh变换作为一种重要的离散正交变换，其功率谱是描述非正弦信号列率(sequency)特性的有力工具，利用Walsh功率谱能更合理有效地分析像素局部邻近关系，描述图像的局部特征区域。
【发明内容】
[0004]针对现有图像局部特征区域描述方法的不足，结合已有的Walsh功率谱的构造方法，本发明旨在提出一种使用Walsh功率谱来描述图像局部特征区域的方法，可以在不大量增加描述子维数和计算量的同时提高描述子的辨识能力。同时，该方法生成的图像局部区域特征描述子能够为后续的图像处理打下好的基础。
[0005]本发明采取的技术方案是:一种使用Walsh变换的功率谱来描述图像局部特征区域的方法，其具体步骤为:
[0006]I)首先规范化图像局部特征区域，并对其分块；
[0007]对待描述的椭圆形图像局部特征区域进行规范化处理，所述规范化处理包括:首先通过仿射变换将椭圆形图像局部特征区域变换为圆形的图像局部特征区域，再对圆形的图像局部特征区域做旋转变换；再将规范化处理后的图像局部特征区域进行分块，划分为M*M个子区域；
[0008]2)然后根据Walsh变换的功率谱生成图像局部特征区域描述子，并对其做归一化处理；
[0009]对于每一个子区域，首先比较每个像素点与其邻近N个像素点的灰度值生成局部二值序列；然后基于序列的列率特性，构造两族局部Walsh谱，将这两族局部Walsh谱的谱点值构成的特征直方图作为子区域的描述子，该描述子是一个3N/2+2维的向量；最后将每个子区域的描述子向量串联起来，得到一个M*M*(3N/2+2)维的向量，将该向量做归一化处理之后，即可以得到使用Walsh变换功率谱的图像局部特征区域描述子。
[0010]根据实施例的优选方案，所述步骤I中的子区域大小M设为4。所述步骤2中，邻近像素点个数N设为8。
[0011]本发明的设计原理详细叙述如下:
[0012]现有的离散Walsh变换的功率谱是描述非正弦信号列率特性的有力工具，利用离散Walsh变换的功率谱能合理有效地分析图像像素局部邻近关系，描述图像的特征。本发明结合Walsh变换的功率谱，提出一种描述图像局部特征区域的方法，首先对检测出的椭圆形图像局部特征区域进行规范化处理，并将其划分为若干相同大小的子区域。然后对于每一个子区域，通过比较每个像素点与其邻近像素点的灰度值生成局部二值序列；然后基于序列的列率特性，构造两族局部Walsh谱，将这两族局部Walsh谱的谱点值构成的特征直方图作为子区域的描述子；将每个子区域的描述子向量串联起来，得到一个多维的向量，对该向量进行归一化处理之后，即得到使用Walsh变换功率谱的图像局部特征区域描述子。
[0013]综上所述，本发明确定了用于描述图像局部特征区域内特征信息的算子。通过本发明生成的数字图像特征描述子，对图像的旋转变化、尺度变化、亮度变化、视角变化、噪声干扰等均能保持不变性，即具有完全的仿射不变性。同时本发明在构造特征描述子的过程中，只有加减法运算，可以在不大量增加描述子维数和计算量的同时提高描述子的辨识能力，在硬件实现中非常有价值。
【专利附图】
【附图说明】
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[0014]图1是仿射变换示意图；
[0015]图2是特征主方向的确定示意图；
[0016]图3是N = 8时，(DWT)h功率谱快速算法流图；
[0017]图4是实施例所述使用Walsh功率谱描述图像局部特征区域方法的流程框图。【具体实施方式】:
[0018]以下结合附图和实施例对本发明的设计原理进行详细描述:
[0019]本实施例提供一种使用Walsh功率谱描述图像局部特征区域的方法，其包括如下步骤:
[0020]第一步，规范化图像局部特征区域，并对其分块。
[0021](I)为了使描述子具有仿射不变性，首先使用现有方法检测出椭圆形的图像局部特征区域，通过仿射变换将其变换为圆形的图像局部特征区域，再对圆形的图像局部特征区域做旋转变换。
[0022]假设椭圆形图像局部特征区域的中心点坐标为c = [cx, cy]T，其中x、y为坐标值，T表示转置，该椭圆形图像局部特征区域上的像素点坐标为X = [x-cx, y-cy]T, I(X)表示在坐标X= [X-cx，y-cy]T处的图像灰度值。以C= [cx，cy]T为原点，做如图1所示的仿射变换后，X = [x-cx, y_cy]T对应的像素点坐标为X’ = [X’-cx, y’_cy]T,两者之间的对应关系为:
[0023]X，= A^1X
[0024]I (X，)=I (X)
[0025]其中，A是一个2*2的对称矩阵，且J =μ是二阶中心矩与原点矩的比值，表现为2*2的矩阵，其4个元素可用如下的公式计算:
【权利要求】
1.一种使用Walsh变换的功率谱来描述图像局部特征区域的方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)首先规范化图像局部特征区域，并对其分块； 对待描述的椭圆形图像局部特征区域进行规范化处理，所述规范化处理包括:首先通过仿射变换将椭圆形图像局部特征区域变换为圆形的图像局部特征区域，再对圆形的图像局部特征区域做旋转变换；再将规范化处理后的图像局部特征区域进行分块，划分为M*M个子区域； 2)然后根据Walsh变换的功率谱生成图像局部特征区域描述子，并对其做归一化处理； 对于每一个子区域，首先比较每个像素点与其邻近N个像素点的灰度值生成局部二值序列；然后基于序列的列率特性，构造两族局部Walsh谱，将这两族局部Walsh谱的谱点值构成的特征直方图作为子区域的描述子，该描述子是一个3N/2+2维的向量；最后将每个子区域的描述子向量串联起来，得到一个M*M*(3N/2+2)维的向量，将该向量做归一化处理之后，即可以得到使用Walsh变换功率谱的图像局部特征区域描述子。
2.根据权利要求1所述使用Walsh变换的功率谱来描述图像局部特征区域的方法，其特征在于，所述步骤I)中的子区域大小M设为4。
3.根据权利要求1所述使用Walsh变换的功率谱来描述图像局部特征区域的方法，其特征在于，所述步骤2)中，邻近像素点个数N设为8。
【文档编号】G06K9/46GK104200214SQ201410417637
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】张茂军, 王炜, 徐玮, 熊志辉, 谭树人, 刘煜, 周韬 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学