الدرس الثالث والعشرون : مقدمة ل SURF

مقدمة ل SURF - الخصائص القوية المسرّعة :¶

الهدف :¶

في هذا الفصل

• سنرى أسس ال SURF.

• سنرى فعاليات SURF في OpenCV.

النظرية :¶

في السابق رأينا اكتشاف الخصائص و الموصفاتفي SIFT ولكن بعض الناس تحتاج نسخة أكثر سرعة لهذا , ولذلك في 2006 قام ثلاثة باحثين بوضع خوارزمية أخرى وهي SURF الخصائص القوية المسرعة.

حيث في SIFT ثم حساب LoG اما هنا فيتم التبسيط أكثر بحساب المرشح الصندوقي , المتوسط , للصورة , ومن حسناتها الكبيرة أن هذا المرشح يحسب بسهولة بوساطة مكاملة الصورة , ويمكن حسابه بشكل موازي ولقياسات مختلفة . وأيضاً تعتمد ال SURF على محدد مصفوفة الHussian لكل من الموضع والقياس

ولحساب الاتجاه تعتمد ال SURF على كل من استجابات Wavlets في كل من الاتجاهين العامودي والافقي , وبجوار بحوالي 6 أضعاف القياس , ومن ثم يرسم الناتج كنقاط في الفضاء والكثافة الاعلى يتم أعتمادها كاتجاه مناسب للخاصية , وذلك عن طريق جمع الاستجابات بزاوية متغيرة بقيمة 60 درجة كل مرة .

والامر المثير أن استجابات wavelets يمكن ايجادها بسهولة بالغة , عند أي قياس . وللعديد من التطبيقات ثبات الاتجاه غير مطلوب , ولذلك لا داعي لايجاد الزاوية مما يسرع الخوارزمية , وتدعى هذه الصيغة U-SURF , وهي فعالة لحوالي +-15 . في OpenCV هناك علم يحدد هل نستخدمها 0 , أم لا 1.

ولوصف الخصائص نستخدم الاستجابات السابقة بالاتجاهين العامودي و الافقي , ولذلك نأخذ جوار 20s X20s حيث s هي القياس , حول النقطة . وستقسم ل 4X4 مقطعاً . ولكل مقطع نأخذ الاستجابات ونشكل الشعاع : $v = (\sum {d_x},\sum {d_y},\sum {\lvert d_x \rvert},\sum {\lvert d_y \rvert}).$ وهذا عند تمثيله كشعاع يعطي موصف ال SURF ب 64 بعداً وكلما قللناها حصلنا على سرعة أكثر ولكنت على حساب الدقة .

ولدقة أكبر لدى SURF نمط أخر , نحسب فيه 128 بعداً للموصف , وهذا النمط يمثل في OpenCV بعلم يكون 0 ل 64 بعد أو 1 ل 128 بعد.

وهناك تحسين آخر هو باستخدام إشارة اللابلاسيان , ( أثر مصفوفة هوسيان). وهذا لا يزيد التعقيد الحسابي بما أنه محسوب أصلاً أثناء الاكتشاف , وهذه الاشارة توضح الخلفيات العاتمة وراء الاجسام البيضاء أو الوضع المعاكس , وعند المطابقة نلاحظ أولاً وضع التباين البيني , وهذه المعلومة البسيطة تسرع الاداء بالمطابقة دون التأثير على أداء الموصف.

باختصار , فانSURF تعطي العديد من الميزات بكل مرحلة , حيث يظهر التحليل أنها أسرع بحوالي 3 مرات من SIFT بينما الاداء يقارن بال SIFT .

وال SURF جيدة للصور المدورة والضبابية , ينما غير جيدة كثيراً للتعامل مع تغير ناحية الرؤية وتغيرات التألق.

SURF في OpenCV:¶

يعطي OpenCV تابع يقوم باشتقاق الخصائص وفق SURF مشابه لتابعSIFT , ونمرر له المداخل المناسبة الاختيارية , ومن ثم نكتشف الخصائص ونحسب الموصفات ..

أولا ً سنأخذ مثالاً بسيطاً :

In [6]:

img = cv2.imread('mario.jpg',0)

انشىء جسم SURF , يمكنك تحديد البارامترات لاحقاً . ونضع عتبة المصفوفة ل 400.

In [7]:

surf = cv2.SURF(400)

أوجد الخصائص والموصفات مباشرة .

In [9]:

kp, des = surf.detectAndCompute(img,None)
len(kp)

Out[9]:

296

296 نقطة عدد ضخم للرسم , لذلك نزيد العتبة لتصل ل 50 نقطة . وعند المقارنة سنحتاج كل تلك الخصائص ولكن ليس الان

In [10]:

print surf.hessianThreshold

400.0

سنجعلها مثلاً 5000 . تذكر , هذا فقط للتمثيل بالصورة ..

In [12]:

surf.hessianThreshold = 5000

kp, des = surf.detectAndCompute(img,None)

print len(kp)

61

وهذا مناسب أكثر , لذلك نكتب ,

In [14]:

img2 = cv2.drawKeypoints(img,kp,None,(255,0,0),4)

plt.figure(figsize=(8,16))
plt.imshow(img2)
plt.xticks([])
plt.yticks([])
plt.title('Result')
plt.show()

كما يمكن تغيير كل من علم حساب الاتجاه , للتسريع ..

وكذلك علم زيادة طول شعاع الخصائص.

In [15]:

surf.upright = True

# So we make it to True to get 128-dim descriptors.
surf.extended = True

وما تبقى هو المطابقة ..

مراجع اضافية.¶

تمارين.¶