SLAM算法中提取特征总结

我们要知道三维空间中的点在图像中的位置，就需要提取特征与特征匹配了。

1.检测特征点

2.计算描述子

3.特征匹配

1.检测特征点

　　我们用到的检测特征点的方法是FAST算法，最大的特点就是快！

　　算法原理：遍历图像，找到所有的角点。我们就拿一个角点举例，例如只拿到一个角点p，设其像素灰度值为I，取这个角点以三为半径的圆上的所有像素点，能取到16个，然后设定一个阈值t，如果连续n个像素点的灰度值都大于I+t或者都小于I-t。我们则认为其为特征点。接着计算方向：特征点与重心的角度。

2.计算描述子

　　描述子我们可以理解为在每一个特征点旁边有一个向量，或者说也可以理解为数组，记录着特征点周围的信息。这里用的事BRIEF描述子。BRIEF描述子是一个二进制描述子，就是在特征点周围随机取128对点对或者是256对点对p和q，若p大于q，则记为1，否则记为0。这就组成了一个128个数的[0,1,1,0.....]序列。

3.特征匹配

　　此时我们得到了所有的特征点和描述子。此时进行暴力匹配，对图1中的每一个特征点分别和图像2中的特征点的描述子比较，我们用Hamming距离来度量两个描述子的相似程度，如果Hamming距离小于两倍的最小距离则认为匹配正确，否则认为匹配错误。

代码如下：

#include <iostream>
#include <opencv2/core/core.hpp>
#include <opencv2/features2d/features2d.hpp>
#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>

using namespace std;
using namespace cv;

int main ( int argc, char** argv )
{
    if ( argc != 3 )
    {
        cout<<"usage: feature_extraction img1 img2"<<endl;
        return 1;
    }
    //-- 读取图像
    Mat img_1 = imread ( argv[1], CV_LOAD_IMAGE_COLOR );
    Mat img_2 = imread ( argv[2], CV_LOAD_IMAGE_COLOR );

    //-- 初始化
    std::vector<KeyPoint> keypoints_1, keypoints_2;
    Mat descriptors_1, descriptors_2;
    Ptr<FeatureDetector> detector = ORB::create();
    Ptr<DescriptorExtractor> descriptor = ORB::create();
    Ptr<DescriptorMatcher> matcher  = DescriptorMatcher::create ( "BruteForce-Hamming" );

    //-- 第一步:检测 Oriented FAST 角点位置
    detector->detect ( img_1,keypoints_1 );
    detector->detect ( img_2,keypoints_2 );

    //-- 第二步:根据角点位置计算 BRIEF 描述子
    descriptor->compute ( img_1, keypoints_1, descriptors_1 );
    descriptor->compute ( img_2, keypoints_2, descriptors_2 );

    Mat outimg1;
    drawKeypoints( img_1, keypoints_1, outimg1, Scalar::all(-1), DrawMatchesFlags::DEFAULT );
    imshow("ORB特征点",outimg1);

    //-- 第三步:对两幅图像中的BRIEF描述子进行匹配，使用 Hamming 距离
    vector<DMatch> matches;//matches存储特征点信息
    matcher->match ( descriptors_1, descriptors_2, matches );

    //-- 第四步:匹配点对筛选
    double min_dist=10000, max_dist=0;

    //找出所有匹配之间的最小距离和最大距离, 即是最相似的和最不相似的两组点之间的距离
    for ( int i = 0; i < descriptors_1.rows; i++ )
    {
        double dist = matches[i].distance;
        if ( dist < min_dist ) min_dist = dist;
        if ( dist > max_dist ) max_dist = dist;
    }

    printf ( "-- Max dist : %f 
", max_dist );
    printf ( "-- Min dist : %f 
", min_dist );

    //当描述子之间的距离大于两倍的最小距离时,即认为匹配有误.但有时候最小距离会非常小,设置一个经验值30作为下限.
    std::vector< DMatch > good_matches;
    for ( int i = 0; i < descriptors_1.rows; i++ )
    {
        if ( matches[i].distance <= max ( 2*min_dist, 30.0 ) )
        {
            good_matches.push_back ( matches[i] );
        }
    }

    //-- 第五步:绘制匹配结果
    Mat img_match;
    Mat img_goodmatch;
    drawMatches ( img_1, keypoints_1, img_2, keypoints_2, matches, img_match );
    drawMatches ( img_1, keypoints_1, img_2, keypoints_2, good_matches, img_goodmatch );
    imshow ( "所有匹配点对", img_match );
    imshow ( "优化后匹配点对", img_goodmatch );
    waitKey(0);

    return 0;
}

若有错误，欢迎指正！谢谢！