AKAZE本地功能匹配

介绍

在本教程中，我们将学习如何使用AKAZE [5]本地功能来检测和匹配两个图像上的关键点。我们将在给定的单对应矩阵的一对图像上找到关键点，匹配它们并计数

内联数（即适合给定单应性匹配的）。

您可以在此找到此示例的扩展版本：https：//github.com/pablofdezalc/test_kaze_akaze_opencv

数据

我们将使用牛津数据集的Graffity序列中的图像1和3 。

Homography由3乘3矩阵给出：

7.6285898e-01 -2.9922929e-01 2.2567123e + 02
3.3443473e-01 1.0143901e + 00 -7.6999973e + 01
3.4663091e-04 -1.4364524e-05 1.0000000e + 00

您可以在opencv / samples / cpp中找到图像（graf1.png，graf3.png）和单色（H1to3p.xml）。

源代码

#include <opencv2/features2d.hpp>
#include <opencv2/imgcodecs.hpp>
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
using namespace cv;
const float inlier_threshold = 2.5f; // Distance threshold to identify inliers
const float nn_match_ratio = 0.8f;   // Nearest neighbor matching ratio
int main(void)
{
    Mat img1 = imread("../data/graf1.png", IMREAD_GRAYSCALE);
    Mat img2 = imread("../data/graf3.png", IMREAD_GRAYSCALE);
    Mat homography;
    FileStorage fs("../data/H1to3p.xml", FileStorage::READ);
    fs.getFirstTopLevelNode() >> homography;
    vector<KeyPoint> kpts1, kpts2;
    Mat desc1, desc2;
    Ptr<AKAZE> akaze = AKAZE::create();
    akaze->detectAndCompute(img1, noArray(), kpts1, desc1);
    akaze->detectAndCompute(img2, noArray(), kpts2, desc2);
    BFMatcher matcher(NORM_HAMMING);
    vector< vector<DMatch> > nn_matches;
    matcher.knnMatch(desc1, desc2, nn_matches, 2);
    vector<KeyPoint> matched1, matched2, inliers1, inliers2;
    vector<DMatch> good_matches;
    for(size_t i = 0; i < nn_matches.size(); i++) {
        DMatch first = nn_matches[i][0];
        float dist1 = nn_matches[i][0].distance;
        float dist2 = nn_matches[i][1].distance;
        if(dist1 < nn_match_ratio * dist2) {
            matched1.push_back(kpts1[first.queryIdx]);
            matched2.push_back(kpts2[first.trainIdx]);
        }
    }
    for(unsigned i = 0; i < matched1.size(); i++) {
        Mat col = Mat::ones(3, 1, CV_64F);
        col.at<double>(0) = matched1[i].pt.x;
        col.at<double>(1) = matched1[i].pt.y;
        col = homography * col;
        col /= col.at<double>(2);
        double dist = sqrt( pow(col.at<double>(0) - matched2[i].pt.x, 2) +
                            pow(col.at<double>(1) - matched2[i].pt.y, 2));
        if(dist < inlier_threshold) {
            int new_i = static_cast<int>(inliers1.size());
            inliers1.push_back(matched1[i]);
            inliers2.push_back(matched2[i]);
            good_matches.push_back(DMatch(new_i, new_i, 0));
        }
    }
    Mat res;
    drawMatches(img1, inliers1, img2, inliers2, good_matches, res);
    imwrite("akaze_result.png", res);
    double inlier_ratio = inliers1.size() * 1.0 / matched1.size();
    cout << "A-KAZE Matching Results" << endl;
    cout << "*******************************" << endl;
    cout << "# Keypoints 1:                        \t" << kpts1.size() << endl;
    cout << "# Keypoints 2:                        \t" << kpts2.size() << endl;
    cout << "# Matches:                            \t" << matched1.size() << endl;
    cout << "# Inliers:                            \t" << inliers1.size() << endl;
    cout << "# Inliers Ratio:                      \t" << inlier_ratio << endl;
    cout << endl;
    imshow("result", res);
    waitKey();
    return 0;
}

说明

• 加载图像和单应性
  

Mat img1 = imread("graf1.png", IMREAD_GRAYSCALE);
Mat img2 = imread("graf3.png", IMREAD_GRAYSCALE);
Mat homography;
FileStorage fs("H1to3p.xml", FileStorage::READ);
fs.getFirstTopLevelNode() >> homography;

我们正在加载灰度图像。Homography存储在使用FileStorage创建的xml中。

• 使用AKAZE检测关键点并计算描述符
  

vector<KeyPoint> kpts1, kpts2;
Mat desc1, desc2;
AKAZE akaze;
akaze(img1, noArray(), kpts1, desc1);
akaze(img2, noArray(), kpts2, desc2);

我们创建AKAZE对象并使用它的operator（）功能。由于我们不需要mask参数，所以使用noArray（）。

• 使用强力匹配器找到2-nn个匹配项
  

BFMatcher matcher(NORM_HAMMING);
vector< vector<DMatch> > nn_matches;
matcher.knnMatch(desc1, desc2, nn_matches, 2);

我们使用汉明距离，因为AKAZE默认使用二进制描述符。

• 使用2-nn匹配来找到正确的关键点匹配
  

for(size_t i = 0; i < nn_matches.size(); i++) {
    DMatch first = nn_matches[i][0];
    float dist1 = nn_matches[i][0].distance;
    float dist2 = nn_matches[i][1].distance;
    if(dist1 < nn_match_ratio * dist2) {
        matched1.push_back(kpts1[first.queryIdx]);
        matched2.push_back(kpts2[first.trainIdx]);
    }
}

如果最接近的比例比第二个最接近的比例更接近，则匹配是正确的。

• 检查我们的匹配是否适合单性模型

for(int i = 0; i < matched1.size(); i++) {
    Mat col = Mat::ones(3, 1, CV_64F);
    col.at<double>(0) = matched1[i].pt.x;
    col.at<double>(1) = matched1[i].pt.y;
    col = homography * col;
    col /= col.at<double>(2);
    float dist = sqrt( pow(col.at<double>(0) - matched2[i].pt.x, 2) +
                       pow(col.at<double>(1) - matched2[i].pt.y, 2));
    if(dist < inlier_threshold) {
        int new_i = inliers1.size();
        inliers1.push_back(matched1[i]);
        inliers2.push_back(matched2[i]);
        good_matches.push_back(DMatch(new_i, new_i, 0));
    }
}

如果从第一关键点的投影到第二关键点的距离小于阈值，则它适合于单应性。

我们为内部值创建一组新的匹配，因为它是绘制函数所必需的。

• 输出结果
  

Mat res;
drawMatches(img1, inliers1, img2, inliers2, good_matches, res);
imwrite("res.png", res);
...

这里我们保存生成的图像并打印一些统计信息。

结果

找到匹配

A-KAZE匹配结果

Keypoints 1:   2943
Keypoints 2:   3511
Matches:       447
Inliers:       308
Inlier Ratio: 0.689038}