单应性矩阵应用-基于特征的图像拼接

2020-02-21 13:28:52 浏览数 (2)
前言

前面写了一篇关于单应性矩阵的相关文章，结尾说到基于特征的图像拼接跟对象检测中单应性矩阵应用场景。得到很多人留言反馈，让我继续写，于是就有这篇文章。这里有两张照片(我手机拍的)，背景是我老家的平房，周围是一片开阔地带，都是麦子。有图为证：

图一：

图二：

思路

这里是两张图像的拼接，多张图像与此类似。主要是应用特征提取模块的AKAZE图像特征点与描述子提取，当然你也可以选择ORB、SIFT、SURF等特征提取方法。匹配方法主要是基于暴力匹配/FLANN KNN完成，图像对齐与配准通过RANSAC跟透视变换实现，最后通过简单的权重图像叠加实现融合、得到拼接之后得全景图像。这个其中单应性矩阵发现是很重要的一步，如果不知道这个是什么请看这里：

OpenCV单应性矩阵发现参数估算方法详解

基本流程

1.加载输入图像

2.创建AKAZE特征提取器

3.提取关键点跟描述子特征

4.描述子匹配并提取匹配较好的关键点

5.单应性矩阵图像对齐

6.创建融合遮罩层，准备开始融合

7.图像透视变换与融合操作

8.输出拼接之后的全景图

关键代码

在具体代码实现步骤之前，先说一下软件版本

代码语言：javascript复制
-VS2015
-OpenCV4.2
-Windows 10 64位

代码实现：提取特征与描述子

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// 提取特征点与描述子
vector<KeyPoint> keypoints_right, keypoints_left;
Mat descriptors_right, descriptors_left;
auto detector = AKAZE::create();
detector->detectAndCompute(left, Mat(), keypoints_left, descriptors_left);
detector->detectAndCompute(right, Mat(), keypoints_right, descriptors_right);

提取好的匹配描述子

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// 暴力匹配
vector<DMatch> matches;
auto matcher = DescriptorMatcher::create(DescriptorMatcher::BRUTEFORCE);

// 发现匹配
std::vector< std::vector<DMatch> > knn_matches;
matcher->knnMatch(descriptors_left, descriptors_right, knn_matches, 2);
const float ratio_thresh = 0.7f;
std::vector<DMatch> good_matches;
for (size_t i = 0; i < knn_matches.size(); i  )
{
      if (knn_matches[i][0].distance < ratio_thresh * knn_matches[i][1].distance)
      {
              good_matches.push_back(knn_matches[i][0]);
      }
}
printf("total good match points : %dn", good_matches.size());
std::cout << std::endl;

Mat dst;
drawMatches(left, keypoints_left, right, keypoints_right, good_matches, dst);

创建mask对象

代码语言：javascript复制
// create mask
int win_size = 800;
int h1 = left.rows;
int w1 = left.cols;
int h2 = right.rows;
int w2 = right.cols;
int h = max(h1, h2);
int w = w1   w2;
Mat mask1 = Mat::ones(Size(w, h), CV_32FC1);
Mat mask2 = Mat::ones(Size(w, h), CV_32FC1);
Rect roi;
roi.height = h;
roi.width = win_size;
roi.y = 0;
roi.x = w1 - win_size;

// left mask
Mat temp = mask1(roi);
linspace(temp, 1, 0, win_size);

// right mask
temp = mask2(roi);
linspace(temp, 0, 1, win_size);

对齐生成全景图像

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// generate panorama
Mat panorama_01 = Mat::zeros(Size(w, h), CV_8UC3);
roi.x = 0;
roi.y = 0;
roi.width = w1;
roi.height = h1;
left.copyTo(panorama_01(roi));
Mat m1;
vector<Mat> mv;
mv.push_back(mask1);
mv.push_back(mask1);
mv.push_back(mask1);
merge(mv, m1);
panorama_01.convertTo(panorama_01, CV_32F);
multiply(panorama_01, m1, panorama_01);


Mat panorama_02;
warpPerspective(right, panorama_02, H, Size(w, h));
mv.clear();
mv.push_back(mask2);
mv.push_back(mask2);
mv.push_back(mask2);
Mat m2;
merge(mv, m2);
panorama_02.convertTo(panorama_02, CV_32F);
multiply(panorama_02, m2, panorama_02);

上述代码中panorama_01实现对第一张图像内容提取与mask权重生成混合，panorama_02完成对第二张图的内容透视变换与mask权重生成混合。特别注意的是顺序很重要。单应性矩阵发现代码可以看之前文章即可，这里不再赘述。

合并全景图像

代码语言：javascript复制
// 合并全景图
Mat panorama;
add(panorama_01, panorama_02, panorama);
panorama.convertTo(panorama, CV_8U);
imwrite("D:/panorama.png", panorama);

程序运行->特征点匹配如下：

最终拼接的全景图如下：

想知道如何改进这个输出结果，让输出结果融合的根据自然与真实，请听下回再说吧！过年了终于有点时间写点干货回报一下大家！请大家多多支持！多多反馈！

knn mask

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