一、SURF算法
- SURF（Speeded Up Robust Features）
是一种用于特征检测和图像匹配的算法，
其主要特点是在提供良好特征匹配性能的同时，具有高速性和对图像变换的鲁棒性。
二、核心函数
1、SURF.Create()
创建SURF检测器
SURF.Create(hessianThreshold, extended, upright)
- hessianThreshold：
Hessian阈值，用于控制关键点检测。通常，较大的值将导致更少但更重要的关键点。 - extended：
如果为 true，则使用扩展的SURF描述符。扩展的描述符具有更多信息，但也更大。 - upright：
如果为 true，则只检测正立（不旋转）的SURF特征。这在某些情况下可以提高性能。
2、detector.DetectAndCompute()
检测关键点并计算特征描述向量
DetectAndCompute(Mat image, Mat mask, out KeyPoint[] keypoints, Mat descriptors)
- image：
要检测关键点的图像。 - mask：
一个可选的掩膜，可用于限制关键点的检测区域。 - keypoints：
输出参数，存储检测到的关键点。 - descriptors：
输出参数，存储计算的特征描述向量。
3、Cv2.DrawMatches()
绘制特征匹配
void Cv2.DrawMatches(
Mat img1, KeyPoint[] keypoints1,
Mat img2, KeyPoint[] keypoints2,
DMatch[] matches1to2,
Mat outImg,
Scalar matchColor, Scalar singlePointColor,
MatOfByte mask,
DrawMatchesFlags flags = DrawMatchesFlags.Default );
- img1 和 img2:
两幅输入图像，用于绘制特征匹配。 - keypoints1 和 keypoints2:
分别是两幅图像的关键点数组。 - matches1to2:
一个包含特征点匹配关系的数组，通常是使用特征匹配算法（如SIFT，SURF，ORB）得出的。 - outImg:
存储输出结果的 Mat 对象，通常是一个空白图像，这个方法会在这个图像上绘制特征匹配。 - matchColor:
用于绘制匹配线的颜色。 - singlePointColor:
用于绘制单个特征点的颜色。 - mask:
可选参数，一个指示哪些匹配有效的掩码图像。如果不使用掩码，可以传递 null。 - flags:
一个可选参数，控制绘制特征匹配的方式。可以是DrawMatchesFlags.Default 或其他选项。
4、KeyPoint 类：
- 用于表示检测到的关键点的类，包括位置、尺度、方向等信息。
三、匹配思路：
1、创建检测器
2、检测关键点并计算特征描述向量
3、创建特征点匹配器并进行匹配
4、绘制两个图像匹配出得关键点
5、显示匹配图像
四、程序
private Image image = null;
private Image image2 = null;
private Mat dst = new Mat();
private Mat srcImage1;
private Mat srcImage2;
string filePath = "";
private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
{
OpenFileDialog openFileDialog = new OpenFileDialog();
openFileDialog.Title = "选择操作的图片";
openFileDialog.Filter = "图片 *.jpg|*.jpg|*.bmp|*.bmp|图像*.png|*.png";
if (openFileDialog.ShowDialog() == DialogResult.OK)
{
filePath = openFileDialog.FileName;
image2 = Image.FromFile(filePath);
srcImage2 = Cv2.ImRead(filePath);
}
if (filePath != "")
{
pictureBox2.Image = image2;
}
}
private void button3_Click(object sender, EventArgs e)
{
// 定义SURF中的hessian阈值特征点检测算子
int minHessian = 400;
// 定义一个特征检测类对象
var MySurf = OpenCvSharp.XFeatures2D.SURF.Create(minHessian, 4, 3, true, true);
Mat descriptors1 = new Mat();
Mat descriptors2 = new Mat();
// 模板类是能够存放任意类型的动态数组，能够增加和压缩数据
// 方法1：计算描述符（特征向量），将Detect和Compute操作分开
//KeyPoint[] keyPoint1 = MySurf.Detect(srcImage1);
//KeyPoint[] keyPoint2 = MySurf.Detect(srcImage2);
//MySurf.Compute(srcImage1, ref keyPoint1, descriptors1);
//MySurf.Compute(srcImage2, ref keyPoint2, descriptors2);
// 方法2：计算描述符（特征向量），将Detect和Compute操作合并
OpenCvSharp.KeyPoint[] keyPoint1, keyPoint2;
MySurf.DetectAndCompute(srcImage1, null, out keyPoint1, descriptors1);
MySurf.DetectAndCompute(srcImage2, null, out keyPoint2, descriptors2);
// 使用BruteForce进行匹配 暴力匹配
// 创建特征点匹配器
BFMatcher matcher = new BFMatcher(NormTypes.L2, crossCheck: false);
// 匹配两幅图中的描述子（descriptors）
DMatch[] matches = matcher.Match(descriptors1, descriptors2);
// 设置比率阈值
double ratio_thresh = 0.2;
List<DMatch> good_matches = new List<DMatch>();
for (int i = 0; i < matches.Length; i++)
{
if (matches[i].Distance < ratio_thresh)
{
good_matches.Add(matches[i]);
}
}
if (good_matches.Count <= 4)
{
// 匹配点不足，无法进行透视变换
MessageBox.Show("合格匹配点数量不足" + good_matches.Count);
}
// 创建一个新的图像以绘制匹配结果
Mat imgMatches = new Mat();
// 绘制匹配关键点
Cv2.DrawMatches(srcImage1, keyPoint1, srcImage2, keyPoint2, good_matches, imgMatches, null, null, null, DrawMatchesFlags.NotDrawSinglePoints);
// -------锚定物体------------
// 创建两个数组来存储匹配成功的特征点，一个用于物体图像（obj），另一个用于场景图像（scene）
Point2d[] obj = new Point2d[good_matches.Count()], scene = new Point2d[good_matches.Count()];
// 遍历匹配成功的特征点
for (int i = 0; i < good_matches.Count(); i++)
{
// 获取查询图像中特征点的坐标，通过good_matches[i].QueryIdx找到对应特征点的索引
obj[i] = new Point2d((int)keyPoint1[good_matches[i].QueryIdx].Pt.X, (int)keyPoint1[good_matches[i].QueryIdx].Pt.Y);
// 获取模板图像中对应的特征点坐标，通过good_matches[i].TrainIdx找到对应特征点的索引
scene[i] = new Point2d((int)keyPoint2[good_matches[i].TrainIdx].Pt.X, (int)keyPoint2[good_matches[i].TrainIdx].Pt.Y);
}
if (obj.Length < 4)
{
MessageBox.Show("obj优秀匹配点不足，数量为" + obj.Length);
}
if (scene.Length < 4)
{
MessageBox.Show("匹配点不足,数量为" + scene.Length);
return;
}
// 使用Cv2.FindHomography方法计算透视变换矩阵H，它可以将物体图像映射到场景图像上
// HomographyMethods.Ransac表示使用RANSAC算法来估计透视变换矩阵，3表示RANSAC算法的最大迭代次数，null表示不使用掩码
Mat H = Cv2.FindHomography(obj, scene, HomographyMethods.Ransac, 3, null);
// 创建两点，初始值设为最小和最大的浮点数，用于存储最左上角和最右下角的点
OpenCvSharp.Point2f topLeft = new OpenCvSharp.Point2f(float.MaxValue, float.MaxValue);
OpenCvSharp.Point2f bottomRight = new OpenCvSharp.Point2f(float.MinValue, float.MinValue);
// 遍历所有匹配点
foreach (DMatch match in good_matches)
{
// 获取当前匹配对中源图像和目标图像的点坐标
OpenCvSharp.Point2f srcPt = keyPoint1[match.QueryIdx].Pt;
OpenCvSharp.Point2f dstPt = keyPoint2[match.TrainIdx].Pt;
// 寻找最左上角的点
topLeft.X = Math.Min(topLeft.X, srcPt.X);
topLeft.Y = Math.Min(topLeft.Y, srcPt.Y);
// 寻找最右下角的点
bottomRight.X = Math.Max(bottomRight.X, srcPt.X);
bottomRight.Y = Math.Max(bottomRight.Y, srcPt.Y);
}
// 将浮点数坐标转换为整数坐标
OpenCvSharp.Point topLeftPoint = new OpenCvSharp.Point((int)topLeft.X, (int)topLeft.Y);
OpenCvSharp.Point bottomRightPoint = new OpenCvSharp.Point((int)bottomRight.X, (int)bottomRight.Y);
// 绘制一个矩形框，框住匹配的区域
Cv2.Rectangle(imgMatches, topLeftPoint, bottomRightPoint, new Scalar(0, 255, 0), 2);
// 显示最终的匹配图像
Cv2.ImShow("匹配图", imgMatches);
}
五、结果
SURF特征匹配结果
六、资料
亦陈不染的博客：
https://blog.csdn.net/m0_55074196/article/details/134181416
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