使用Walsh變換的功率譜來描述圖像局部特征區(qū)域的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種使用Walsh變換的功率譜來描述圖像局部特征區(qū)域的方法，首先規(guī)范化圖像局部特征區(qū)域，并對其分塊；然后根據(jù)Walsh變換的功率譜生成圖像局部特征區(qū)域描述子，并對其做歸一化處理，最后得到使用Walsh變換功率譜的圖像局部特征區(qū)域描述子用于描述圖像局部特征區(qū)域。本發(fā)明可以在不大量增加描述子維數(shù)和計(jì)算量的同時(shí)提高描述子的辨識能力，在硬件實(shí)現(xiàn)中非常有價(jià)值。
【專利說明】使用Walsh變換的功率譜來描述圖像局部特征區(qū)域的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字圖像不變特征區(qū)域的描述，尤其是使用Walsh變換的功率譜來描述圖像的局部特征區(qū)域。

【背景技術(shù)】
:
[0002]圖像局部特征區(qū)域的描述是計(jì)算機(jī)視覺和模式識別領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，在圖像配準(zhǔn)、三維重建、圖像檢索、圖像拼接、機(jī)器人定位、物體跟蹤與識別等具體應(yīng)用中均發(fā)揮著重要作用。圖像局部特征描述子在實(shí)際應(yīng)用中的基本解決思路是:首先從待匹配圖像中檢測出特征區(qū)域，然后對特征區(qū)域設(shè)計(jì)具有一定辨識能力的局部特征描述子，最后通過匹配這些描述子來確定圖像對應(yīng)區(qū)域。
[0003]目前，研究者們已提出了多種圖像局部特征區(qū)域的描述方法，如基于高斯微分的描述子、基于不變矩的描述子、基于可控濾波器的描述子、基于時(shí)頻技術(shù)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。在這些方法中，Heikkila首次將LBP(Local binary pattern)應(yīng)用到圖像局部特征描述子的構(gòu)造中，并驗(yàn)證了 LBP描述子良好的性能。隨后Tan和Triggs將LBP描述子擴(kuò)展成三值編碼，提出了 LTP (Localtrinary pattern)描述子，LTP描述子比LBP描述子具有更強(qiáng)的辨別能力，但是其維數(shù)大大增加，不適合直接對圖像局部特征區(qū)域進(jìn)行描述。另外一方面，離散Walsh變換作為一種重要的離散正交變換，其功率譜是描述非正弦信號列率(sequency)特性的有力工具，利用Walsh功率譜能更合理有效地分析像素局部鄰近關(guān)系，描述圖像的局部特征區(qū)域。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有圖像局部特征區(qū)域描述方法的不足，結(jié)合已有的Walsh功率譜的構(gòu)造方法，本發(fā)明旨在提出一種使用Walsh功率譜來描述圖像局部特征區(qū)域的方法，可以在不大量增加描述子維數(shù)和計(jì)算量的同時(shí)提高描述子的辨識能力。同時(shí)，該方法生成的圖像局部區(qū)域特征描述子能夠?yàn)楹罄m(xù)的圖像處理打下好的基礎(chǔ)。
[0005]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種使用Walsh變換的功率譜來描述圖像局部特征區(qū)域的方法，其具體步驟為:
[0006]I)首先規(guī)范化圖像局部特征區(qū)域，并對其分塊；
[0007]對待描述的橢圓形圖像局部特征區(qū)域進(jìn)行規(guī)范化處理，所述規(guī)范化處理包括:首先通過仿射變換將橢圓形圖像局部特征區(qū)域變換為圓形的圖像局部特征區(qū)域，再對圓形的圖像局部特征區(qū)域做旋轉(zhuǎn)變換；再將規(guī)范化處理后的圖像局部特征區(qū)域進(jìn)行分塊，劃分為M*M個(gè)子區(qū)域；
[0008]2)然后根據(jù)Walsh變換的功率譜生成圖像局部特征區(qū)域描述子，并對其做歸一化處理；
[0009]對于每一個(gè)子區(qū)域，首先比較每個(gè)像素點(diǎn)與其鄰近N個(gè)像素點(diǎn)的灰度值生成局部二值序列；然后基于序列的列率特性，構(gòu)造兩族局部Walsh譜，將這兩族局部Walsh譜的譜點(diǎn)值構(gòu)成的特征直方圖作為子區(qū)域的描述子，該描述子是一個(gè)3N/2+2維的向量；最后將每個(gè)子區(qū)域的描述子向量串聯(lián)起來，得到一個(gè)M*M*(3N/2+2)維的向量，將該向量做歸一化處理之后，即可以得到使用Walsh變換功率譜的圖像局部特征區(qū)域描述子。
[0010]根據(jù)實(shí)施例的優(yōu)選方案，所述步驟I中的子區(qū)域大小M設(shè)為4。所述步驟2中，鄰近像素點(diǎn)個(gè)數(shù)N設(shè)為8。
[0011]本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理詳細(xì)敘述如下:
[0012]現(xiàn)有的離散Walsh變換的功率譜是描述非正弦信號列率特性的有力工具，利用離散Walsh變換的功率譜能合理有效地分析圖像像素局部鄰近關(guān)系，描述圖像的特征。本發(fā)明結(jié)合Walsh變換的功率譜，提出一種描述圖像局部特征區(qū)域的方法，首先對檢測出的橢圓形圖像局部特征區(qū)域進(jìn)行規(guī)范化處理，并將其劃分為若干相同大小的子區(qū)域。然后對于每一個(gè)子區(qū)域，通過比較每個(gè)像素點(diǎn)與其鄰近像素點(diǎn)的灰度值生成局部二值序列；然后基于序列的列率特性，構(gòu)造兩族局部Walsh譜，將這兩族局部Walsh譜的譜點(diǎn)值構(gòu)成的特征直方圖作為子區(qū)域的描述子；將每個(gè)子區(qū)域的描述子向量串聯(lián)起來，得到一個(gè)多維的向量，對該向量進(jìn)行歸一化處理之后，即得到使用Walsh變換功率譜的圖像局部特征區(qū)域描述子。
[0013]綜上所述，本發(fā)明確定了用于描述圖像局部特征區(qū)域內(nèi)特征信息的算子。通過本發(fā)明生成的數(shù)字圖像特征描述子，對圖像的旋轉(zhuǎn)變化、尺度變化、亮度變化、視角變化、噪聲干擾等均能保持不變性，即具有完全的仿射不變性。同時(shí)本發(fā)明在構(gòu)造特征描述子的過程中，只有加減法運(yùn)算，可以在不大量增加描述子維數(shù)和計(jì)算量的同時(shí)提高描述子的辨識能力，在硬件實(shí)現(xiàn)中非常有價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0014]圖1是仿射變換示意圖；
[0015]圖2是特征主方向的確定示意圖；
[0016]圖3是N = 8時(shí)，(DWT)h功率譜快速算法流圖；
[0017]圖4是實(shí)施例所述使用Walsh功率譜描述圖像局部特征區(qū)域方法的流程框圖?！揪唧w實(shí)施方式】:
[0018]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0019]本實(shí)施例提供一種使用Walsh功率譜描述圖像局部特征區(qū)域的方法，其包括如下步驟:
[0020]第一步，規(guī)范化圖像局部特征區(qū)域，并對其分塊。
[0021](I)為了使描述子具有仿射不變性，首先使用現(xiàn)有方法檢測出橢圓形的圖像局部特征區(qū)域，通過仿射變換將其變換為圓形的圖像局部特征區(qū)域，再對圓形的圖像局部特征區(qū)域做旋轉(zhuǎn)變換。
[0022]假設(shè)橢圓形圖像局部特征區(qū)域的中心點(diǎn)坐標(biāo)為c = [cx, cy]T，其中x、y為坐標(biāo)值，T表示轉(zhuǎn)置，該橢圓形圖像局部特征區(qū)域上的像素點(diǎn)坐標(biāo)為X = [x-cx, y-cy]T, I(X)表示在坐標(biāo)X= [X-cx，y-cy]T處的圖像灰度值。以C= [cx，cy]T為原點(diǎn)，做如圖1所示的仿射變換后，X = [x-cx, y_cy]T對應(yīng)的像素點(diǎn)坐標(biāo)為X’ = [X’-cx, y’_cy]T,兩者之間的對應(yīng)關(guān)系為:
[0023]X，= A^1X
[0024]I (X，)=I (X)
[0025]其中，A是一個(gè)2*2的對稱矩陣，且J =μ是二階中心矩與原點(diǎn)矩的比值，表現(xiàn)為2*2的矩陣，其4個(gè)元素可用如下的公式計(jì)算:

【權(quán)利要求】
1.一種使用Walsh變換的功率譜來描述圖像局部特征區(qū)域的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)首先規(guī)范化圖像局部特征區(qū)域，并對其分塊； 對待描述的橢圓形圖像局部特征區(qū)域進(jìn)行規(guī)范化處理，所述規(guī)范化處理包括:首先通過仿射變換將橢圓形圖像局部特征區(qū)域變換為圓形的圖像局部特征區(qū)域，再對圓形的圖像局部特征區(qū)域做旋轉(zhuǎn)變換；再將規(guī)范化處理后的圖像局部特征區(qū)域進(jìn)行分塊，劃分為M*M個(gè)子區(qū)域； 2)然后根據(jù)Walsh變換的功率譜生成圖像局部特征區(qū)域描述子，并對其做歸一化處理； 對于每一個(gè)子區(qū)域，首先比較每個(gè)像素點(diǎn)與其鄰近N個(gè)像素點(diǎn)的灰度值生成局部二值序列；然后基于序列的列率特性，構(gòu)造兩族局部Walsh譜，將這兩族局部Walsh譜的譜點(diǎn)值構(gòu)成的特征直方圖作為子區(qū)域的描述子，該描述子是一個(gè)3N/2+2維的向量；最后將每個(gè)子區(qū)域的描述子向量串聯(lián)起來，得到一個(gè)M*M*(3N/2+2)維的向量，將該向量做歸一化處理之后，即可以得到使用Walsh變換功率譜的圖像局部特征區(qū)域描述子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述使用Walsh變換的功率譜來描述圖像局部特征區(qū)域的方法，其特征在于，所述步驟I)中的子區(qū)域大小M設(shè)為4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述使用Walsh變換的功率譜來描述圖像局部特征區(qū)域的方法，其特征在于，所述步驟2)中，鄰近像素點(diǎn)個(gè)數(shù)N設(shè)為8。
【文檔編號】G06K9/46GK104200214SQ201410417637
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】張茂軍, 王煒, 徐瑋, 熊志輝, 譚樹人, 劉煜, 周韜 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)