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高分辨率遥感图像SIFT和SURF算法匹配性能研究

齐冰洁,刘金国,张博研,左洋,吕世良

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齐冰洁, 刘金国, 张博研, 左洋, 吕世良. 高分辨率遥感图像SIFT和SURF算法匹配性能研究[J]. , 2017, 10(3): 331-339. doi: 10.3788/CO.20171003.0331
引用本文: 齐冰洁, 刘金国, 张博研, 左洋, 吕世良. 高分辨率遥感图像SIFT和SURF算法匹配性能研究[J]. , 2017, 10(3): 331-339.doi:10.3788/CO.20171003.0331
QI Bing-jie, LIU Jin-guo, ZHANG Bo-yan, ZUO Yang, LYU Shi-liang. Research on matching performance of SIFT and SURF algorithms for high resolution remote sensing image[J]. Chinese Optics, 2017, 10(3): 331-339. doi: 10.3788/CO.20171003.0331
Citation: QI Bing-jie, LIU Jin-guo, ZHANG Bo-yan, ZUO Yang, LYU Shi-liang. Research on matching performance of SIFT and SURF algorithms for high resolution remote sensing image[J].Chinese Optics, 2017, 10(3): 331-339.doi:10.3788/CO.20171003.0331

高分辨率遥感图像SIFT和SURF算法匹配性能研究

doi:10.3788/CO.20171003.0331
基金项目:

国家自然科学基金资助项目61405191

详细信息
    作者简介:

    齐冰洁(1991-), 女, 辽宁开原人, 硕士研究生, 主要从事遥感图像处理方面的研究。E-mail:doudouqbj@126.com

    刘金国(1968—),男,吉林蛟河人,硕士,研究员,硕士生导师,主要从事空间遥感与图像处理方面的研究。E-mail:liujg@ciomp.ac.cn

    通讯作者:

    刘金国, E-mail:liujg@ciomp.ac.cn

  • 中图分类号:TP391

Research on matching performance of SIFT and SURF algorithms for high resolution remote sensing image

Funds:

National Natural Science Foundation of China61405191

  • 摘要:遥感图像匹配是图像校正、拼接的基础。由于遥感图像特征相似度大,重叠区域小,遥感图像对匹配算法的要求更高。本文首先从特征检测、特征描述和特征匹配三个方面,比较了SIFT算法和SURF算法在计算速度和准确度方面性能,然后研究了算法对遥感图像重叠度、度量距离的要求,并针对SURF算法对特征方向误差敏感的特点,提出一种oSURF算法;最后利用卫星1A级条带遥感图像分析各个算法优劣性。测试结果表明,相比于SIFT算法,SURF算法计算速度为SIFT的3倍,需要的图像重叠宽度仅为1.25倍描述向量尺寸,而在保证同样匹配率的情况下,SIFT算法则需要图像重叠宽度为1.5倍描述向量尺寸。本文提出的oSURF算法在保证计算速度的同时,准确度相对于SURF算法提升5%~10%,因此,oSURF算法更适合1A级条带遥感图像的拼接。

  • 图 1美国某海岸影像数据

    Figure 1.Image of an America′s shore

    图 2SIFT和SURF算法特征点检测效果

    Figure 2.Detection result of SIFT and SURF algorithm

    图 3检测区域宽度不同时描述向量个数变化

    Figure 3.Vector number change with the detection area

    图 4重叠区域不同时同名点概率变化

    Figure 4.Probability change of Homologous Points with the overlap region

    图 5不同算法匹配效果图

    Figure 5.Matching result of different algorithms

    图 6非重叠区域的影响

    Figure 6.Influence of non-overlapping domain

    图 7不同算法计算距离不同时正确率的变化情况

    Figure 7.Matching ratio change with the calculated distance

    图 8Haar小波滤波器

    Figure 8.Haar wavelet filters

    图 9扇形窗口

    Figure 9.Sector window

    图 10oSURF算法匹配效果图

    Figure 10.Matching result of oSURF algorithm

    图 11不同算法匹配结果

    Figure 11.Matching result of different algorithms

    表 1SIFT和SURF算法特征检测结果

    Table 1.Detection result of SIFT and SURF algorithm

    图像 算法 特征点数/个 检测时间/s
    条带图像1 SIFT 438 5.013
    SURF 523 1.596
    条带图像2 SIFT 480 5.326
    SURF 573 1.869
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    表 2不同算法特征向量描述结果

    Table 2.Feature description result of different algorithms

    算法 图像 特征向量 特征点变化 描述时间 10个向量描述时间
    SIFT 条带图像1 1 119 +681 12.962 0.116
    条带图像2 1 451 +971 13.863 0.096
    SURF64 条带图像1 464 -59 3.015 0.065
    条带图像2 520 -53 3.368 0.065
    SURF128 条带图像1 464 -59 3.213 0.069
    条带图像2 520 -53 3.473 0.067
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    表 3不同算法特征匹配结果比较

    Table 3.Matching result of different algorithms

    算法 匹配点 正确率 匹配时间 总时间
    SIFT 286 0.979 1.152 38.521
    SURF64 84 0.896 0.310 11.514
    SURF128 120 0.946 7 0.425 12.581
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    表 4oSURF算法特征匹配结果比较

    Table 4.Matching result of oSURF algorithm

    算法 条带1描述向量 条带2描述向量 匹配点数 准确度 总时间
    oSURF 814 963 289 0.965 4 12.926
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  • 收稿日期:2017-01-18
  • 修回日期:2017-03-27
  • 刊出日期:2017-06-01

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