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surf算法详解

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-02-22 18:51
tags:

-

2021年2月22日发(作者:度假)


SURF


学习笔记




Speed-Up Robust Features(SURF)




SURF


是一种尺度,旋转不变的


d etector



descriptor.

最大的特点是快!在快的


基础上保证性能(


repeata bility,distinctiveness



robu stness


)。



SURF


采用有效策略的主要有:


1


< br>积分图


(用于对图像卷积)


2



detector


是基于


Hessia n


矩阵,


descriptor


是基于 分布的



下面是


SURF


算法的具体实现:



1.


兴趣点检测



SURF


对于兴趣点的检测是基于最基本的

< br>Hessian


近似矩阵。



1.1


积分图像



(由于不会在这里编辑公式,直接截图了)




PS



这里 加一点自己的一点个人理解



关于矩形区域内像素点的求和应该 是一种简单重复性


运算,采用这种思路总体上提高了效率。为什么这么说呢?假设一幅图 片共有


n


个像素点,


则计算

< p>
n


个位置的积分图总共的加法运算有


n-1


次(注意:可不是


次哦,要充分利用递推思想),将这些结果保存在一 个跟原图对应的


矩阵


M


中。

< p>
当需要计算图像中某个矩形区域内的所有像素之和是直接像查表一样,


调出


A,B,C,D


四点的积


分图值,简单 的加减法(注意只需要三次哦)即可得到结果。反之,如果采用


naive


的方式直接在原图像


中的某个矩形区域内求和,你想想,总共可能的矩形组合 有多少?


!!且对于


一幅图像


n


那是相当大啊,所以


2^n



那可是天文数字,


而且这里面绝大部分的矩形有重叠,


重叠意味着什么?在算求和的时候有


重复性的工作,


其实我们是 可以有


效的利用已经计算过的信息的



这就是积分图法的内在思


想:它实际上是先计算


n


个互不重叠


(专业点说是不相交)的矩形区域内的像素点求和,充

< p>
分利用这些值


(已有值)


计算未知值,

< p>
有点类似递推的味道


...


这就完全避免了重复求 和运算。



1.2


用于检测兴趣点的


Hessian


矩阵



作者


Herbert


Bay


利用


Hessian


矩阵来检测兴趣点,


具体是用


Hessian


矩阵行列式的最


大值标记斑状结构(


blob-like structure


)的位置。同时,行列式值也作为尺度选择的依


据,这里,作者是参 考了


Lindeberg


的做法(


'< /p>


Feature detection with automatic scale < /p>


selection


'


我还没有拜读原文 !!


)。



说一下

Hessian


矩阵的定义:




中得到启发,采用了盒子型滤波器(


box

< br>filter


)对上面的滤波器进行近似。盒子型滤波


器 见图


1.3.





补充一点



filter


的响应还要根据


filter

的大小做一个归一化。


这样做就可以保证对于


任意大小的< /p>


filter



F


范数是统一的(这对于尺度不变性是有必要的)。




有了前面的着一些准备工作,


就可以对一幅图像


I


计算每个点的近似


Hessian


矩阵的


行列式值,将这些值存储,


备用!



1.3


尺度空间表示


< p>
算法的尺度不变性主要靠不同尺度下寻找感兴趣点。


谈到不同尺度就不得不 说


‘金字塔’



Lowe


在其


SIFT


大作中是这样构造尺度空间的:


对原图像不断地进行


Gauss


平滑


+


降采样。


得到金字塔图像后,有进一步得到了


DoG


图,边和斑状结构就是通过


Do G


图得到其在原图


的位置。



SURF


中的做法与


SIFT

< br>是有所不同的。


SIFT


算法在构造金字塔图层时


Gauss


滤波器大小


不变,改变的是图像的 大小;而


SURF


则恰恰相反:图像大小保持不变,改变的是滤 波器的


大小。



PS



之所以这么做的目的考虑的主要目的还是效率问题< /p>


(这样可以利用积分图有关的快速计


算,用不同

< br>size



Mask


进行卷积运 算,复杂度是一样的,仅仅是三个加减法而已)。而


且,由于没有对图像进行降采样,所 以不存在


混叠


现象。




SIFT


类似,


SURF


的尺度空间也是按组(


Octaves


)划分的。每一个


Octave


里是对输


入图像用


size


不断增加的


fil ter


进行滤波后得到的一系列响应。


总的来说,


一组包含了


一个缩放因子


2


()。每一组内的层数是一个常量。由于积分图像的离散特性(


不懂

),两


个连续尺度间的最小尺度差分取决于二阶偏导在导数方向(

< br>x



y


)上正的或负的波瓣(即


不同的颜色块,见


Fig.1.5


)长 度


L0


,实际中,


L0


设为


filter


边长的


1/ 3


。例如,对于


9*9



filter



L0


值为< /p>


3.


对于连续的


level


,采用的


filter



s ize


大小增加的最小


量是


2


,以保证


filter


的边长始终是奇数,


(奇数可以保证


filter


有中心点)。 这样使



Mask


< br>6


个像素为单位进行扩充。




以图


1.5



1.6


为例对上面的叙述做一解释


:图


1.5


左边是


9*9


大小


y


方向的二阶偏导计


算模板。


Y


方向共有


3


个波瓣(两正(白的) ,一负(黑的)),则


的值即任意一个波瓣


< br>宽度。右边是对每个波瓣各扩充


2


个像素后的

< p>
filter


,注意先是对波瓣扩充,即先扩宽,扩完后置于


长怎么办,还没有搞懂


.....


貌似整体上最外的 边(灰色的)是扩两个像素。



-


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