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VSLAM系统中的快速特征点匹配算法

计算机测量与控制 2024年

作者：谢东张泽均谢坚筱周雅凯蒙研浙江师范大学物理与电子信息工程学院

连续图像帧之间特征点匹配是视觉同步定位与建图（VSLAM）技术的关键技术；针对VSLAM系统中连续图像帧之间特征点匹配耗时且精度低的问题，一种基于局部像素运动模型的快速特征点匹配算法（LPMM）被提出；该算法基于运动平滑约束假设，... 详细信息

连续图像帧之间特征点匹配是视觉同步定位与建图（VSLAM）技术的关键技术；针对VSLAM系统中连续图像帧之间特征点匹配耗时且精度低的问题，一种基于局部像素运动模型的快速特征点匹配算法（LPMM）被提出；该算法基于运动平滑约束假设，利用连续图像帧中局部区域内的像素点的运动具有一致性这一特性，将图像划分成局部网格区域后利用每个网格中的部分特征点估算该网格区域的运动向量，并以此为基础，计算下一帧匹配特征点的搜索范围的中心点；最终在计算出下一帧的中心点的局部邻域内搜索与当前帧的特征点相匹配的特征点；实验结果表明，所提出的匹配算法与广泛使用的ORB-SLAM2中的投影匹配算法相比，平均匹配速度提高50%以上，匹配精度提升了约4%。

关键词： VSLAM 特征点匹配局部像素运动模型局部区域网格

多算法融合的高性能稀疏特征点匹配研究型实验设计

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科技与创新 2024年第10期 16-18,25页

作者：彭智勇吴磊邓仕杰梁红珍桂林电子科技大学光电工程学院广西桂林541004 桂林生命与健康职业技术学院广西桂林541100

影像间特征点匹配是图像处理领域的基础问题,是实现目标识别、影像拼接、三维重建、机器视觉等功能的基础。针对基于深度学习的SuperPoint特征点匹配算法具有很强的特征描述能力但特征点检测精度不高的问题,提出将SIFT亚像素特征点检测... 详细信息

影像间特征点匹配是图像处理领域的基础问题,是实现目标识别、影像拼接、三维重建、机器视觉等功能的基础。针对基于深度学习的SuperPoint特征点匹配算法具有很强的特征描述能力但特征点检测精度不高的问题,提出将SIFT亚像素特征点检测算法与SuperPoint特征描述相结合,改进SuperPoint提取的特征点精度,同时保留其强大的特征描述能力,最后通过SuperGlue特征匹配网络实现特征点的匹配筛选,从而得到多算法融合的高性能稀疏特征点匹配算法。实验测试结果表明,新方法获得的匹配点对数量是SIFT匹配算法的2.04倍,且对称极线距离小于等于10^(-4)的匹配点对比例较SIFT匹配算法提高了7.2%,对比其他ORB、SuperPoint等经典算法,新算法总体性能有一定提升。

关键词： SuperPoint 特征点匹配多算法融合实验研究

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仿人眼双目图像特征点提取与匹配方法

哈尔滨工业大学学报 2024年第4期56卷 92-100页

作者：向浩鸣夏晓华葛兆凯曹雨松道路施工技术与装备教育部重点实验室(长安大学) 西安710064

模仿人眼的视觉特性已成为机器迈向智能感知、智能认知的研究热点和难点。图像边缘蕴含着丰富的信息,因此人眼对场景中物体的边缘更加敏感。为在机器上实现这一视觉特性,提出了一种仿人眼双目图像特征点提取与匹配方法。首先选择边缘特... 详细信息

模仿人眼的视觉特性已成为机器迈向智能感知、智能认知的研究热点和难点。图像边缘蕴含着丰富的信息,因此人眼对场景中物体的边缘更加敏感。为在机器上实现这一视觉特性,提出了一种仿人眼双目图像特征点提取与匹配方法。首先选择边缘特征提取能力突出的SUSAN(small univalue segment assimilating nucleus)算子作为特征检测器;然后改进尺度不变特征变换(scale-invariant feature transform,SIFT)描述子的采样邻域,减少远离特征点的梯度信息因视点和视角差异带来的匹配误差,保留靠近特征点的主要梯度信息;随后对输入图像建立多尺度结构,在不同尺度上计算同一特征的主要梯度信息;最后利用平方根核比较梯度信息的相似性,生成多尺度描述子,增强描述向量的独特性。实验采用多种评价指标分别对提出的多尺度描述子和整体算法进行评估,并与经典的SIFT、SURF(speeded up robust features)、Root-SIFT等算法和先进的BEBLID (boosted efficient binary local image descriptor)、SuperGlue、DFM等算法进行对比。结果表明:提出的多尺度描述子能够提高边缘特征点的匹配准确率,并对光照变化具有更强的适应能力,体现出更好的匹配稳定性;与其他算法相比,本算法具有更高的匹配准确性。

关键词：特征点提取特征点匹配仿人眼双目图像多尺度结构特征描述子

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特征点匹配和互信息融合下连续形变图像配准

计算机仿真 2023年第8期40卷 182-185页

作者：陆杨杨茂云徐州工程学院信息工程学院江苏徐州221018 江苏师范大学智慧教育学院江苏徐州221116

图像配准中易受到外界干扰发生变形或者部分特征缺失,为此提出融合特征点匹配和互信息的连续形变图像配准方法。提取连续形变图像特征,对提取到的特征实施匹配处理,结合互信息算法统计两图像之间的相似程度,得出最佳配准指标,即像素灰... 详细信息

图像配准中易受到外界干扰发生变形或者部分特征缺失,为此提出融合特征点匹配和互信息的连续形变图像配准方法。提取连续形变图像特征,对提取到的特征实施匹配处理,结合互信息算法统计两图像之间的相似程度,得出最佳配准指标,即像素灰度值为最大值,结合特征点匹配结果以及互信息算法生成图像配准刚性指标,实现连续形变图像配准。实验结果表明,所提方法配准后图像信息完整,配准效果较好,且匹配耗时较短,说明其能够降低图像配准中干扰因素的影响,有效提升图像配准质量。

关键词：特征点匹配互信息图像配准自动尺度选择方法相似度

基于注意力机制的特征点匹配网络的SLAM方法

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光电子．激光 2022年第1期33卷 14-22页

作者：俎晨洋刘凤连汪日伟天津理工大学计算机视觉与系统教育部重点实验室和天津市智能计算及软件新技术重点实验室天津300384 温州理工学院浙江温州325035

已有的实时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping, SLAM)方案采用的特征点匹配方法普遍会受视角变化的影响使得特征点的匹配比较困难,进而干扰到特征点匹配的精度,最终影响到三维(three-dimensional, 3D)点云地图构建... 详细信息

已有的实时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping, SLAM)方案采用的特征点匹配方法普遍会受视角变化的影响使得特征点的匹配比较困难,进而干扰到特征点匹配的精度,最终影响到三维(three-dimensional, 3D)点云地图构建以及相机运动位姿估计的精度。为此,本文提出一种基于注意力机制的特征点匹配网络的SLAM方法。相比于现有的SLAM方法,本文将SLAM中视觉里程计模块的特征点匹配的方法替换成了一个全新的、基于注意力机制的特征点匹配网络的特征点匹配方法,并和传统的特征点提取方法做了一个全新的特征点提取与匹配的组合,形成了一个新的视觉里程计,进而形成了一个新的SLAM方法。首先,通过传统的特征点提取算法进行特征点的提取,对提取的特征点及描述子向量进行编码,通过图注意力神经网络进行学习得到匹配描述子,根据匹配描述子创建得分矩阵,采用最优传输算法求解最优得分矩阵,计算得到最优匹配点对,到这里就完成了特征点提取与匹配的整个过程;基于匹配点对完成相机的定位、建图和回环检测。本文采用KITTI公开数据集进行实验,实验结果表明采用基于注意力机制特征点匹配网络的SLAM方案,在视角变化不稳定的情况下,相机运动轨迹误差和相机位姿估计误差的精度明显有所提升。

关键词： SLAM 注意力机制特征点匹配神经网络

多源同名居民地面目标识别及其同名特征点匹配方法

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地理与地理信息科学 2022年第5期38卷 9-15页

作者：徐晶晶赵东保邓悦曹连海管相荣华北水利水电大学测绘与地理信息学院河南郑州450046 河南省自然资源综合保障中心河南郑州450016

同名目标匹配是空间数据融合、共享与集成的关键所在,针对多源居民地面目标空间数据融合问题,该文提出一种同名居民地面目标自动识别及其同名特征点自动匹配算法。该算法通过计算面目标质心重叠前后的匹配相似度实现同名居民地面目标多... 详细信息

同名目标匹配是空间数据融合、共享与集成的关键所在,针对多源居民地面目标空间数据融合问题,该文提出一种同名居民地面目标自动识别及其同名特征点自动匹配算法。该算法通过计算面目标质心重叠前后的匹配相似度实现同名居民地面目标多重匹配关系的自动识别;通过构建向量方向相似度、面积比相似度与距离邻近度等特征指标,并将其建模为最优化函数,进而采用基于编辑距离的串匹配算法,有效解决了不同匹配关系下同名居民地面目标特征点的匹配问题,进一步实现了居民地面目标的几何纠正。以实测的不同来源导航电子地图郑州市部分居民地面目标数据对算法进行验证,结果表明:该算法能稳健识别多源居民地面目标间各种匹配类型,且能自动匹配同名特征点,二者准确率均在95%以上,可为面目标位置的精确融合奠定重要基础。

关键词：数据融合居民地面目标匹配特征点匹配匹配相似度

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特征点匹配法实现汽车牌照的快速识别

光电子．激光 2002年第3期13卷 273-276页

作者：刘维一盛益强乔辉方志良南开大学现代光学研究所教育部光电信息技术科学开放研究实验室天津300071

本文在模板匹配法的基础上 ,根据汽车牌照本身的特性 ,提出了特征点匹配识别的方法。选取能够区分各字符的若干特征点 ,进而取值得到各字符的编码 ,通过判断达到识别汽车牌照的目的。本方法减少了冗余信息。

关键词：特征点匹配模糊匹配汽车牌照字符识别汽车牌照

一种基于改进ORB和PROSAC特征点匹配的V-SLAM算法

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河南理工大学学报（自然科学版） 2023年第1期42卷 152-159页

作者：王红星徐婉琳张勃阳河南理工大学物理与电子信息学院河南焦作454000 河南理工大学土木工程学院河南焦作454000

随着机器视觉的高速发展,视觉同步定位与地图构建(visual simultaneous localization and mapping,V-SLAM)成为室内定位、导航应用的研究热点。针对传统ORB算法提取特征点分布不均匀的问题,在前端采用四叉树算法管理特征点,实现特征点... 详细信息

随着机器视觉的高速发展,视觉同步定位与地图构建(visual simultaneous localization and mapping,V-SLAM)成为室内定位、导航应用的研究热点。针对传统ORB算法提取特征点分布不均匀的问题,在前端采用四叉树算法管理特征点,实现特征点均匀化分布,并结合渐进抽样一致性(progressive sample consensus,PROSAC)算法剔除误匹配特征点;在后端,采用构建词袋(bag of words,BoW)法对关键帧进行回环检测,判断帧与帧之间是否存在回环,并采用光束平差(bundle adjustment,BA)法进行相机位姿优化,修正相机位姿。在图像特征点提取和匹配实验中,通过与传统ORB算法及其他方法对比,证明本文算法具有较好的运算效率。与ORB_SLAM-modified算法进行轨迹对比实验,分析生成的点云图,结果表明,本文算法具有较高的可靠性和精确度。

关键词：改进ORB特征渐进抽样一致性特征点匹配 V-SLAM 3D点云构图

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基于特征点匹配的点云配准方法研究

合肥工业大学学报（自然科学版） 2023年第6期46卷 808-812,821页

作者：欧鑫高飞崔浩叶周润汤毅合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

针对快速点特征直方图(fast point feature histogram,FPFH)与迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法结合的配准方法达不到精度要求的问题,文章在FPFH的基础上加入特征点的提取与匹配,使得配准精度进一步提升。该方法先通过尺度... 详细信息

针对快速点特征直方图(fast point feature histogram,FPFH)与迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法结合的配准方法达不到精度要求的问题,文章在FPFH的基础上加入特征点的提取与匹配,使得配准精度进一步提升。该方法先通过尺度不变特征变换(scale-invariant feature transform,SIFT)算法和3DHarris算法对点云数据的特征点进行提取,再通过计算FPFH寻找对应点对,使用随机采样一致性(random sample consensus,RANSAC)算法剔除错误点对,通过奇异值分解(singular value decomposition,SVD)算法计算初始旋转矩阵和平移矩阵,最后用传统ICP精配准。结果表明,基于特征点匹配的算法相比基于特征描述的算法精度更高。

关键词：特征点提取特征点匹配奇异值分解(SVD)算法迭代最近点(ICP) 点云配准