特征提取算法与图像描述符[ORB]

ORB特征算法

ORB算法综合了FAST角点检测算法和BRIEFF描述符。

FAST特征检测

1. 算法原理
2. opencv官方文档

FAST只是一种特征点检测算法，并不涉及特征点的特征描述。

fast = cv2.FastFeatureDetector_create(threshold=10)

img = cv2.imread("laugh.jpg", 0)
fast = cv2.FastFeatureDetector_create()
keypoints = fast.detect(img, None)
img = cv2.drawKeypoints(img, keypoints, None, (0, 0, 255))

FAST - threshold100效果图

FAST - 默认threshold(10)效果图

BRIEF特征描述符

1. 论文
2. opencv官方文档
3. 中文版

Brief是Binary Robust Independent Elementary Features的缩写。这个特征描述子是由EPFL的Calonder在ECCV2010上提出的。主要思路就是在特征点附近随机选取若干点对，将这些点对的灰度值的大小，组合成一个二进制串，并将这个二进制串作为该特征点的特征描述子。文章同样提到，在此之前，需要选取合适的gaussian kernel对图像做平滑处理。

缺点

1：不具备旋转不变性。
2：对噪声敏感
3：不具备尺度不变性。

img = cv2.imread("laugh.jpg", 0)
# Initiate FAST detector
star = cv2.xfeatures2d.StarDetector_create()
# Initiate BRIEF extractor
brief = cv2.xfeatures2d.BriefDescriptorExtractor_create()
# find the keypoints with STAR
kp = star.detect(img, None)
# compute the descriptors with BRIEF
kp, des = brief.compute(img, kp)
print(brief.descriptorSize())
print(des.shape)

ORB

1. ORB论文
2. OpenCV官方文档

ORB采用了FAST作为特征点检测算子，特征点的主方向是通过矩（moment）计算而来解决了BRIEF不具备旋转不变性的问题。
ORB还做了这样的改进，不再使用pixel-pair，而是使用9×9的patch-pair，也就是说，对比patch的像素值之和，解决了BRIEF对噪声敏感的问题。
关于计算速度：
ORB是sift的100倍，是surf的10倍。

import cv2

img = cv2.imread("A.jpg", 0)
orb = cv2.ORB_create()
kp, des = orb.detectAndCompute(img, None)

ORB效果