sift演算法詳解

A. sift演算法

SIFT演算法主要分為四個步驟：

1、尺度空間極值檢測（Scale-space extrema detection）：通過使用高斯差分函數來搜索所有尺度上的圖像位置，識別出其中對於尺度和方向不變的潛在興趣點。

B. SIFT演算法原理與源碼分析

SIFT演算法的精密解析：關鍵步驟與核心原理

1. 准備階段：特徵提取與描述符生成

在SIFT演算法中，首先對box.png和box_in_scene.png兩張圖像進行關鍵點檢測。利用Python的pysift庫，通過一系列精細步驟，我們從灰度圖像中提取出關鍵點，並生成穩定的描述符，以確保在不同尺度和角度下依然具有較高的匹配性。

2. 高斯金字塔構建

• 計算基礎圖像的高斯模糊，sigma值選擇1.6，先放大2倍，確保模糊程度適中。


• 通過連續應用高斯濾波，構建高斯金字塔，每層圖像由模糊和下采樣組合而成，每組octave包含5張圖像，從底層開始，逐漸減小尺度。

3. 極值點檢測與極值點定位

• 在高斯差分金字塔中尋找潛在的興趣點，利用26鄰域定義，選擇尺度空間中的極值點，這些點具有旋轉不變性和穩定性。


• 使用quadratic fit細化極值點位置，確保匹配點的精度。

4. 特徵描述與方向計算

• 從細化的位置計算關鍵點方向，通過梯度方向和大小統計直方圖，確定主次方向，以增強描述符的旋轉不變性。


• 通過描述符生成過程，旋轉圖像以匹配關鍵點梯度與x軸，劃分16x16格子並加權疊加，生成128維的SIFT特徵描述符。

5. 精度校驗與匹配處理

• 利用FLANN進行k近鄰搜索，執行Lowe's ratio test篩選匹配點，確保足夠的匹配數。


• 執行RANSAC方法估計模板與場景之間的homography，實現3D視角變化適應。


• 在場景圖像上標注檢測到的模板並標識SIFT匹配點。

SIFT的獨特性：它提供了尺度不變、角度不變以及在一定程度上抵抗3D視角變化的特徵，是計算機視覺領域中重要的特徵檢測和描述演算法。

C. 快速搞定SIFT演算法

SIFT演算法旨在在圖像中搜索關鍵點並描述它們，實現尺度不變性特徵轉換，有助於對圖像進行詳細描述。

其核心在於在不同尺度空間中查找關鍵點，識別這些在光照、仿射變換和噪音影響下仍保持穩定的特徵點，如角點、邊緣點、暗區亮點及亮區暗點。

SIFT演算法流程分為關鍵點檢測和關鍵點描述兩大部分。

第一步是尺度空間極值檢測，通過構建高斯金字塔，使用差分高斯金字塔找出具有極值的候選關鍵點。

第二步是關鍵點精確定位，利用Taylor展開對候選關鍵點進行精確計算，去除低對比度、對雜訊敏感的關鍵點，確保候選關鍵點的穩定性。

第三步是關鍵點方向分配，通過計算局部像素梯度分布，為關鍵點分配基準方向，增強描述符的旋轉不變性。

最後一步是關鍵點描述子構建，根據關鍵點的位置、尺度和方向，通過特徵向量描述每個關鍵點，確保描述穩定，不受光照、視角變化影響。

D. SIFT綆楁硶

SIFT綆楁硶錛氫竴縐嶉潻鍛芥х殑灞閮ㄧ壒寰佹弿榪版妧鏈

鑷1999騫碊avid Lowe鐨勯潻鏂頒箣浣滆癁鐢熶互鏉ワ紝SIFT綆楁硶鍥犲叾灝哄害鍜屾棆杞涓嶅彉鎬у湪鍥懼儚澶勭悊棰嗗煙鐙鏍戜竴甯溿傜洿鑷2020騫寸殑涓撳埄鏈熸弧錛岃繖涓寮哄ぇ鐨勫伐鍏峰備粖宸叉垚涓哄紑婧愮殑瀹濊吹璧勬簮錛岃騫挎硾搴旂敤浜庡叏鏅鎷嶆憚銆佸浘鍍忓尮閰嶇瓑浼楀氬満鏅銆傝╂垜浠娣卞叆鎺㈣⊿IFT綆楁硶鐨勫伐浣滃師鐞嗭紝棰嗙暐鍏跺湪鍥懼儚涓栫晫鐨勯瓟鍔涖

1.2 SIFT綆楁硶鐨勬牳蹇冨師鐞

棣栧厛錛孲IFT璧鋒簮浜庡浘鍍忕殑灝哄害絀洪棿姒傚康錛岄氳繃鍒涘緩楂樻柉閲戝瓧濉旀潵妯℃嫙浜虹溂瀵硅繙榪戝拰娓呮櫚搴︾殑鎰熺煡銆傝繖涓榪囩▼閫氳繃閲囨牱娉曟ā鎷熷浘鍍忕殑緙╂斁錛岄珮鏂鏍稿鉤婊戝勭悊鍒欐ā鎷熺粏鑺傜殑灞傛″彉鍖栥

1.2.1 鍥懼儚楂樻柉閲戝瓧濉旂殑鏋勫緩

鏋勫緩楂樻柉閲戝瓧濉旂殑鍏抽敭鍦ㄤ簬璁＄畻鍘熷嬪浘鍍忕殑灝哄搞侀噾瀛楀旂殑灞傜駭鍜岄珮鏂妯＄硦緋繪暟銆傛瘡灞傚浘鍍忛氳繃涓婁竴灞傜殑涓嬮噰鏍鋒潵瀹炵幇錛屽艦鎴愪竴緇勬ā鎷熶笉鍚屽昂搴︾殑鍥懼儚銆傚湪瀵繪壘鏋佸肩偣鏃訛紝鎴戜滑鍒╃敤楂樻柉宸鍒嗛噾瀛楀旓紝鍏舵瘡灞備箣闂寸殑宸寮傛湁鍔╀簬媯嫻嬪叧閿鐐廣傛瀬鍊肩偣瀹氫綅娑夊強闃堝煎勭悊錛堜緥濡傦紝T=0.04錛屼笌鍥懼儚鏁伴噺鐩稿叧錛屼互鍙婂儚緔犲肩殑緇濆瑰礆級錛屽苟鍦ㄤ笁涓鏂瑰悜錛坸銆亂鍜屜冿級涓婅繘琛屾悳緔銆備負浜嗘彁楂樼簿搴︼紝鏋佸肩偣榪橀渶緇忚繃娉板嫆灞曞紑淇姝ｏ紝鍚屾椂鍓旈櫎浣庡規瘮搴﹀尯鍩熷拰杈圭紭鏁堝簲鐨勫獎鍝嶃

鍏抽敭鐐規弿榪扮殑鏋勫緩

鍏抽敭鐐圭殑鏂瑰悜淇℃伅鐢辨搴︾粺璁℃彁渚涳紝鎺ョ潃閫氳繃鍒掑垎鍥懼儚鍖哄煙銆佹墽琛屽潗鏍囧彉鎹錛屼互鍙婄粺璁128緇寸洿鏂瑰浘鏉ユ瀯閫犺︾粏鐨勬弿榪扮︺傝繖涓榪囩▼紜淇濅簡鍏抽敭鐐瑰湪涓嶅悓灝哄害鍜屾棆杞涓嬬殑紼沖畾琛ㄧず錛屼嬌寰桽IFT鍦ㄥ浘鍍忓尮閰嶅拰璇嗗埆浠誨姟涓琛ㄧ幇鍑鴻壊銆

娣卞叆浜嗚ВSIFT綆楁硶鐨勬瘡涓涓緇嗚妭錛屼綘灝嗘洿鑳芥ｈ祻鍒板畠鍦ㄥ浘鍍忓勭悊棰嗗煙涓鐨勫箍娉涘簲鐢ㄥ拰鍗撹秺鎬ц兘銆傛棤璁烘槸澶勭悊澶嶆潅鍦烘櫙涓鐨勮嗚夋悳緔錛岃繕鏄鍦ㄥ叏鏅鎷嶆憚涓瀹炵幇鏃犵紳鎷兼帴錛孲IFT閮芥槸涓嶅彲鎴栫己鐨勫伐鍏楓傛帰緔㈡洿澶氬叧浜嶴IFT鐗瑰緛鎻愬彇鍜屽昂搴︾┖闂村浘鍍忛噾瀛楀旂殑娣卞叆鏂囩珷錛岃繘涓姝ユ彁鍗囦綘鐨勫浘鍍忓勭悊鎶鑳藉惂錛