基于極坐標傅里葉變換的旋轉不變性圖像特征提取方法
【專利摘要】本發明提供了一種基于極坐標傅里葉變換的旋轉不變性圖像特征提取方法，包括步驟：步驟一，獲取圖像梯度，并根據圖像梯度獲取圖像的梯度方向；步驟二，對圖像的梯度方向進行歸一化處理；步驟三，基于歸一化處理后的圖像梯度方向提取圖像的CHOG特征：步驟四，對圖像的CHOG特征進行極坐標傅里葉變換，提取變換后傅里葉系數的幅值為旋轉不變性圖像特征。本發明采用CHOG特征可以很好地描述圖像中物體的形狀，對圖像CHOG特征進行極坐標傅里葉變換，獲取的旋轉不變性圖像特征可實現旋轉目標的檢測，對提高目標檢測的準確性具有一定的意義。
【專利說明】 基于極坐標傅里葉變換的旋轉不變性圖像特征提取方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于遙感影像處理【技術領域】，尤其涉及一種基于極坐標傅里葉變換的旋轉不變性圖像特征提取方法。
【背景技術】
[0002]數字圖像處理中的諸多問題，如:圖像匹配、目標識別、三維重建，都可以歸結為圖像特征的提取和識別問題。這些問題可以通過提取局部不變性的圖像特征得到很好地解決。局部不變性特征以圖像的局部區域作為處理單元，對圖像的光學和幾何變化具有良好的不變性。局部不變性特征一方面不容易受到平移、旋轉、縮放、光照的影響，另一方面可以很大程度上避免復雜背景對特征的影響。相對于全局特征來說，局部特征的針對性更強、所處的位置更加靈活、適用性更廣。
[0003]在圖像目標檢測中，同一目標可能在不同的圖像中擁有不同的表達方式，為了準確地從不同圖像中檢測出同一目標，需要有一種具有良好不變性的圖像特征來辨別目標物體和非目標物體。目前的圖像特征都難以檢測出發生了旋轉變化的目標。
【發明內容】
[0004]針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種基于極坐標傅里葉變換的旋轉不變性圖像特征提取方法，所獲取的旋轉不變性圖像特征可用來檢測圖像中的旋轉目標。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案:
[0006]基于極坐標傅里葉變換的旋轉不變性圖像特征提取方法，包括步驟:
[0007]步驟一，獲取圖像梯度，并根據圖像梯度獲取圖像的梯度方向；
[0008]步驟二，對圖像的梯度方向進行歸一化處理:
[0009]以圖像中心為極坐標原點、以水平方向為極軸建立極坐標系，在極坐標系下獲取圖像上各像素點的徑向角，將像素點的梯度方向減去該像素點的徑向角，即獲得歸一化處理后的圖像梯度方向；
[0010]步驟三，基于歸一化處理后的圖像梯度方向提取圖像的CHOG特征:
[0011]采用圓形分塊策略劃分圖像獲得塊區域，統計各塊區域的梯度方向信息，并根據各塊區域的梯度方向信息獲得圖像的CHOG特征；
[0012]步驟四，對圖像的CHOG特征進行極坐標傅里葉變換，提取變換后傅里葉系數的幅值為旋轉不變性圖像特征。
[0013]上述步驟三進一步包括子步驟:
[0014]3.1采用S個同心圓劃分圖像，獲得若干扇形塊區域和弧形塊區域，同心圓數量S根據經驗選取；
[0015]3.2根據歸一化處理后的圖像梯度方向劃分P個均勻梯度方向區間，即P個方向單元，P根據經驗進行選取；
[0016]3.3針對各同心圓對應的塊區域，進行如下操作:[0017]根據塊區域各像素點的梯度方向將像素點劃分到對應的方向單元，并統計不同方向單元中各像素點的梯度方向，獲得塊區域的梯度方向直方圖；合并該同心圓對應的所有塊區域的梯度直方圖，即獲得該同心圓對應的CHOG特征；
[0018]3.4合并S個同心圓對應的CHOG特征，獲得圖像的CHOG特征。
[0019]為保證圖像CHOG特征對光照和對比度的不變性，上述步驟三中還對獲得的圖像CHOG特征進行L2歸一化處理。
[0020]上述步驟四進一步包括子步驟:
[0021]4.1根據不同的方向單元將圖像CHOG特征組織成大小為(M，N，K)的三維特征矩陣Feature,其中，M為一個同心圓劃分的塊區域數量，N為同心圓數量，K為方向單元數量；
[0022]4.2對三維特征矩陣Feature中各方向單元對應的特征圖像進行二維離散傅里葉變換，并獲取變換后的傅里葉系數F( μ，V):
【權利要求】
1.基于極坐標傅里葉變換的旋轉不變性圖像特征提取方法，其特征在于，包括步驟: 步驟一，獲取圖像梯度，并根據圖像梯度獲取圖像的梯度方向； 步驟二，對圖像的梯度方向進行歸一化處理: 以圖像中心為極坐標原點、以水平方向為極軸建立極坐標系，在極坐標系下獲取圖像上各像素點的徑向角，將像素點的梯度方向減去該像素點的徑向角，即獲得歸一化處理后的圖像梯度方向； 步驟三，基于歸一化處理后的圖像梯度方向提取圖像的CHOG特征: 采用圓形分塊策略劃分圖像獲得塊區域，統計各塊區域的梯度方向信息，并根據各塊區域的梯度方向信息獲得圖像的CHOG特征； 步驟四，對圖像的CHOG特征進行極坐標傅里葉變換，提取變換后傅里葉系數的幅值為旋轉不變性圖像特征。
2.如權利要求1所述的基于極坐標傅里葉變換的旋轉不變性圖像特征提取方法，其特征在于: 步驟三進一步包括子步驟: 3.1采用S個同心圓劃分圖像，獲得若干扇形塊區域和弧形塊區域，同心圓數量S根據經驗選取； 3.2根據歸一化處理后的圖像梯度方向劃分P個均勻梯度方向區間，即P個方向單元，P根據經驗進行選取； 3.3針對各同心圓對應的塊區域，進行如下操作: 根據塊區域各像素點的梯度方向將像素點劃分到對應的方向單元，并統計不同方向單元中各像素點的梯度方向，獲得塊區域的梯度方向直方圖；合并該同心圓對應的所有塊區域的梯度直方圖，即獲得該同心圓對應的CHOG特征； 3.4合并S個同心圓對應的CHOG特征，獲得圖像的CHOG特征。
3.如權利要求1所述的基于極坐標傅里葉變換的旋轉不變性圖像特征提取方法，其特征在于: 步驟三中還包括對獲得的圖像CHOG特征進行L2歸一化處理。
4.如權利要求1所述的基于極坐標傅里葉變換的旋轉不變性圖像特征提取方法，其特征在于: 步驟四進一步包括子步驟: 4.1根據不同的方向單元將圖像CHOG特征組織成大小為(M，N，K)的三維特征矩陣Feature,其中，M為一個同心圓劃分的塊區域數量，N為同心圓數量，K為方向單元數量； 4.2對三維特征矩陣Feature中各方向單元對應的特征圖像進行二維離散傅里葉變換，并獲取變換后的傅里葉系數F( μ，V):
17{μ,ν) = Y, \ Fcaiurcie, ψ,κ) exp(-2/r/(^ + ^))1
^=O ψ=?似 N 其中，F(y, V)為傅里葉變換后方向單元K的傅里葉系數；μ、V表示圖像中像素點坐標；Feature( ε , ψ, κ )表示同心圓ψ塊區域ε中對應于方向單元κ的像素點的COHG特征；K表示方向單元編號，K = I, 2,..., K ； ε表示塊區域編號，ε = 1，2，...，M ; Ψ表不問心圓編號，Ψ = I, 2,..., N ； j表不虛部；.4.3組合步驟4. 2獲得的各方向單元的傅里葉系數幅值，得到旋轉不變性圖像特征。
【文檔編號】G06K9/00GK103646239SQ201310725894
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月25日 優先權日:2013年12月25日
【發明者】肖志峰, 劉清, 唐閣夫 申請人:武漢大學