241. 尺度不变特征变换(SIFT)

13. 特征提取

一、简介

  • 尺度不变特征转换算法(Scale-invariant feature transform,SIFT)是图像处理中经典的局部特征描述算法,广泛应用于物体识别、动作识别、影像配准、影像追踪和 3D 建模。

  • 当不同图像尺度系统、方向相似时,可以用角检测和 MSER 作为整体图像特征。但存在尺度变化、方向旋转、光照变化和视点变化时,则需要使用 SIFT 方法提取图像中的不变特征。

  • SIFT 算法检测与描述影像中的局部性特征,在空间尺度中寻找极值点,并提取出其位置、尺度、旋转不变量。

  • SIFT 算法的实质是在不同的尺度空间上查找关键点(特征点),计算特征点的大小、方向、尺度信息,利 用这些信息组成关键点对特征点进行描述的问题。SIFT 算法查找的关键点都是高度显著且容易获取的“稳定”特征点,如角点、边缘点、暗区的亮点以及亮区的暗点等,这些特征与大小、旋转无关,对于光线、噪声、视角改变的鲁棒性也很高。

  • SIFT 算法的特点是:
    (1)SIFT 特征不仅具有尺度不变性,而且具有旋转不变性、亮度不变性,对视角变化、仿射变换、噪声也保持一定程度的稳定性;
    (2)独特性好,信息量丰富,适用于在海量的特征数据库中进行快速、准确的匹配;
    (3)多量性,即使少数几个物体也可以产生大量的 SIFT 特征向量;
    (4)高速性,优化的 SIFT 匹配算法可以满足实时要求;
    (5)可扩展性,方便与其它形式的特征向量相结合。

  • SIFT 算法比较复杂,Lowe 将其分解为四个基本步骤:
    (1)尺度空间极值检测:通过高斯差分金字塔识别潜在的对于尺度和旋转不变的兴趣点。
    (2)关键点的精确定位:通过模型拟合确定关键点位置和尺度。
    (3)确定关键点的方向:基于图像局部的梯度方向,确定每个关键点的一个或多个方向。
    (4)关键点描述:在关键点的邻域内,在选定的尺度上测量图像局部的梯度。

二、资料

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