随手笔记——演示如何提取 ORB 特征并进行匹配

说明

演示如何提取 ORB 特征并进行匹配

知识点

特征点由关键点（Key-point）和描述子（Descriptor）两部分组成。

ORB 特征亦由关键点和描述子两部分组成。它的关键点称为“Oriented FAST”，是一种改进的 FAST 角点。它的描述子称为 BRIEF（Binary Robust Independent Elementary Feature）。因此，提取ORB 特征分为如下两个步骤：

1. FAST 角点提取：找出图像中的“角点”。相较于原版的 FAST，ORB 中计算了特征点的主方
   向，为后续的 BRIEF 描述子增加了旋转不变特性。
2. BRIEF 描述子：对前一步提取出特征点的周围图像区域进行描述。ORB 对 BRIEF 进行了一
   些改进，主要是指在 BRIEF 中使用了先前计算的方向信息。

源代码

#include <iostream>
#include <opencv2/core/core.hpp>
#include <opencv2/features2d/features2d.hpp>
#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>
#include <chrono>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);assert(img_1.data != nullptr && img_2.data != nullptr);//-- 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chrono::steady_clock::time_point t1 = chrono::steady_clock::now();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);chrono::steady_clock::time_point t2 = chrono::steady_clock::now();chrono::duration<double> time_used = chrono::duration_cast<chrono::duration<double>>(t2 - t1);cout << "extract ORB cost = " << time_used.count() << " seconds. " << endl;Mat outimg1;drawKeypoints(img_1, keypoints_1, outimg1, Scalar::all(-1), DrawMatchesFlags::DEFAULT);imshow("ORB features", 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;t1 = chrono::steady_clock::now();matcher->match(descriptors_1, descriptors_2, matches);t2 = chrono::steady_clock::now();time_used = chrono::duration_cast<chrono::duration<double>>(t2 - t1);cout << "match ORB cost = " << time_used.count() << " seconds. " << endl;//-- 第四步:匹配点对筛选// 计算最小距离和最大距离auto min_max = minmax_element(matches.begin(), matches.end(),[](const DMatch &m1, const DMatch &m2) { return m1.distance < m2.distance; });double min_dist = min_max.first->distance;double max_dist = min_max.second->distance;printf("-- Max dist : %f \n", max_dist);printf("-- Min dist : %f \n", 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("all matches", img_match);imshow("good matches", img_goodmatch);waitKey(0);return 0;
}

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