sift特征提取,是获取特征值的一种重要方法,目前在OpenCV3.4.3以上的版本中已经不能使用,因此,要使用本方法需要对OpenCV进行降级,并安装指定的版本:

pip uninstall opencv-python
pip install opencv-python == xxx
pip install opencv-contrib-python==xxx

其中xxx是版本号

sift特征提取涉及到以下几个部分:

图像尺度空间

图像尺度空间,指的是让机器对物体在不同的尺度下有一个统一的认识,需要考虑图像在不同的尺度下都存在的特点;

尺度空间的获取通常使用高斯模糊进行实现:

python提取特征的方法用于分类非图像 python sift特征提取_sift算法

python提取特征的方法用于分类非图像 python sift特征提取_opencv_02


不同的参数σ决定了高斯函数对图像的平滑程度,越大的σ值对应的图像越模糊。

python提取特征的方法用于分类非图像 python sift特征提取_sift算法_03


多分辨率金字塔

python提取特征的方法用于分类非图像 python sift特征提取_极值_04


高斯差分金字塔

python提取特征的方法用于分类非图像 python sift特征提取_sift算法_05


上面图像中,第一根最后一层是检测不到的。

python提取特征的方法用于分类非图像 python sift特征提取_python_06


高斯差分金字塔空间极值检测

检测之后得到检测点。

为了寻找尺度空间的极值点,每个像素点要和其图像域(同一尺度空间)和尺度域(相邻的尺度空间)的所有相邻点进行比较,当其大于(或者小于)所有相邻点时,该点就是极值点。如下图所示,中间的检测点要和其所在图像的3×3邻域8个像素点,以及其相邻的上下两层的3×3领域18个像素点,共26个像素点进行比较

python提取特征的方法用于分类非图像 python sift特征提取_计算机视觉_07


关键点的精确定位

这些候选关键点是DOG空间的局部极值点,而且这些极值点均为离散的点,精确定位极值点的一种方法是,对尺度空间DoG函数进行曲线拟合,计算其极值点,从而实现关键点的精确定位。

python提取特征的方法用于分类非图像 python sift特征提取_sift算法_08


python提取特征的方法用于分类非图像 python sift特征提取_python_09


将极值点求出带回函数,对极值位置进行修正。了解即可

消除边界响应

python提取特征的方法用于分类非图像 python sift特征提取_sift算法_10


特征点的主方向

此处可参考模式识别中的主成分分析PCA

python提取特征的方法用于分类非图像 python sift特征提取_sift算法_11

每个特征点可以得到三个信息((x,y),σ,θ),即位置、尺度和方向。具有多个方向的关键点可以被复制成多份,然后将方向值分别赋给复制后的特征点,一个特征点就产生了多个坐标、尺度相等,但是方向不同的特征点。

生成特征描述

在完成关键点的梯度计算后,使用直方图统计邻域内像素的梯度和方向。

python提取特征的方法用于分类非图像 python sift特征提取_opencv_12


为了保证特征矢量的旋转不变性,要以特征点为中心,在附近邻域内将坐标轴旋转θ角度,即将坐标轴旋转为特征点的主方向

python提取特征的方法用于分类非图像 python sift特征提取_计算机视觉_13

旋转之后的主方向为中心取8x8的窗口,求每个像素的梯度幅值和方向,箭头方向代表梯度方向,长度代表梯度幅值,然后利用高斯窗口对其进行加权运算,最后在每个4x4的小块上绘制8个方向的梯度直方图,计算每个梯度方向的累加值,即可形成一个种子点,即每个特征的由4个种子点组成,每个种子点有8个方向的向量信息。

python提取特征的方法用于分类非图像 python sift特征提取_极值_14

论文中建议对每个关键点使用4x4共16个种子点来描述,这样一个关键点就会产生128维(每个关键点4x4,有八个方向,有4x4x8=128)的SIFT特征向量。

python提取特征的方法用于分类非图像 python sift特征提取_opencv_15


代码比较简洁:

# shift scale invariant feature transform平移尺寸不变转换
# 灰度-高斯模糊-高斯差分金字塔-差分金字塔空间极值检测-关键点的精确定位
# 消除边界噪声-确定特征点的主方向-生成特征描述

import cv2 as cv
import numpy as np

path = r'F:\Python_study\python_image\opencv\image\chessboard.png'
img = cv.imread(path)
gray = cv.cvtColor(img, cv.COLOR_RGB2GRAY)

# get sift
sift = cv.xfeatures2d.SIFT_create()
kp = sift.detect(gray, None)

img = cv.drawKeypoints(gray, kp, img)
cv.imshow('frawkeypoint', img)

# compute sift
kp, des = sift.compute(gray, kp)
print(np.array(kp).shape)


cv.waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()

由于没有装合适的版本,没有能运行出结果,之后会补上。