python利用sift和surf进行图像配准

1.SIFT特征点和特征描述提取（注意opencv版本）

高斯金字塔：O组L层不同尺度的图像（每一组中各层尺寸相同，高斯函数的参数不同，不同组尺寸递减2倍）

特征点定位：极值点

特征点描述：根据不同bin下的方向给定一个主方向，对每个关键点，采用4*4*8共128维向量的描述子进项关键点表征，综合效果最佳：

pip uninstall opencv-python
pip install opencv-contrib-python==3.4.2.16

1.特征点检测

def sift_kp(image):
    gray_image = cv2.cvtColor(image,cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    sift = cv2.xfeatures2d_SIFT.create()
    kp,des = sift.detectAndCompute(gray_image,None)
    kp_image = cv2.drawKeypoints(gray_image,kp,None) return kp_image,kp,des

2.SIFT特征点匹配

SIFT算法得到了图像中的特征点以及相应的特征描述，一般的可以使用K近邻（KNN）算法。K近邻算法求取在空间中距离最近的K个数据点，并将这些数据点归为一类。在进行特征点匹配时，一般使用KNN算法找到最近邻的两个数据点，如果最接近和次接近的比值大于一个既定的值，那么我们保留这个最接近的值，认为它和其匹配的点为good match

def get_good_match(des1,des2):
    bf = cv2.BFMatcher()
    matches = bf.knnMatch(des1, des2, k=2)
    good = []
    for m, n in matches:
        if m.distance < 0.75 * n.distance:
            good.append(m)
    return good

　3.单应性矩阵Homography Matrix

通过上面的步骤，我们找到了若干两张图中的匹配点，如何将其中一张图通过旋转、变换等方式将其与另一张图对齐呢？这就用到了单应性矩阵了。Homography这个词由Homo和graphy，Homo意为同一，graphy意为图像，也就是同一个东西产生的图像。

单应性矩阵有八个参数，如果要解这八个参数的话，需要八个方程，由于每一个对应的像素点可以产生2个方程(x一个，y一个)，那么总共只需要四个像素点就能解出这个单应性矩阵。

RANSAC算法选择其中最优的四个点

随机抽样一致算法（Random sample consensus:RANSAC）

H, status = cv2.findHomography(ptsA,ptsB,cv2.RANSAC,ransacReprojThreshold)
#其中H为求得的单应性矩阵矩阵
#status则返回一个列表来表征匹配成功的特征点。
#ptsA,ptsB为关键点
#cv2.RANSAC, ransacReprojThreshold这两个参数与RANSAC有关

4.图像匹配

其中：

第一个参数为需要投影的图像（img2）
第二个参数为单应性矩阵（H）
第三个参数为所得图像的矩阵大小（（img1.shape[1],img1.shape[0]) ）
最后的参数cv2.INTER_LINEAR + cv2.WARP_INVERSE_MAP，为插值时使用的插值方法INTER_LINEAR，cv2.WARP_INVERSE_MAP则将M设置为dst--->src的方向变换。

def siftImageAlignment(img1,img2):
   _,kp1,des1 = sift_kp(img1)
   _,kp2,des2 = sift_kp(img2)
   goodMatch = get_good_match(des1,des2)
   if len(goodMatch) > 4:
       ptsA= np.float32([kp1[m.queryIdx].pt for m in goodMatch]).reshape(-1, 1, 2)
       ptsB = np.float32([kp2[m.trainIdx].pt for m in goodMatch]).reshape(-1, 1, 2)
       ransacReprojThreshold = 4
       H, status =cv2.findHomography(ptsA,ptsB,cv2.RANSAC,ransacReprojThreshold);
       imgOut = cv2.warpPerspective(img2, H, (img1.shape[1],img1.shape[0]),flags=cv2.INTER_LINEAR + cv2.WARP_INVERSE_MAP)
   return imgOut,H,status

5.综合应用：

import numpy as np
import cv2
import Utility
img1 = cv2.imread('1.jpg')
img2 = cv2.imread('2.jpg')
result,_,_ = siftImageAlignment(img1,img2)
allImg = np.concatenate((img1,img2,result),axis=1)
cv2.namedWindow('Result',cv2.WINDOW_NORMAL)
cv2.imshow('Result',allImg)
cv2.waitKey(0)

6.SIFT速度太慢，利用surf检测

def surf_kp(image):
    '''SIFT(surf)特征点检测(速度比sift快)'''
    height, width = image.shape[:2]
    size = (int(width * 0.2), int(height * 0.2))
    shrink = cv2.resize(image, size, interpolation=cv2.INTER_AREA)
    gray_image = cv2.cvtColor(shrink,cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    surf = cv2.xfeatures2d_SURF.create()
    kp, des = surf.detectAndCompute(gray_image, None)
    return kp,des

　为了再一次提升速度将图片进行了缩放，再进行匹配的时候要对4对坐标点进行相应的放大即可。

ORB速度更快，不过效果较差