这篇教程基于OpenCV实现小型的图像数据库检索功能写得很实用，希望能帮到您。
本文对前面的几篇文章进行个总结，实现一个小型的图像检索应用。 一个小型的图像检索应用可以分为两部分： - train，构建图像集的特征数据库。
- retrieval，检索，给定图像，从图像库中返回最类似的图像
构建图像数据库的过程如下： 提取图像集所有图像的sift特征 对得到的sifte特征集合进行聚类，聚类中心就是Vocabulary - 对图像集中的图像重新编码表示，可使用BoW或者VLAD，这里选择VLAD.
- 将图像集中所有图像的VLAD表示组合到一起得到一个VLAD表，这就是查询图像的数据库。
得到图像集的查询数据后，对任一图像查找其在数据库中的最相似图像的流程如下： - 提取图像的sift特征
- 加载Vocabulary，使用VLAD表示图像
- 在图像数据库中查找与该VLAD最相似的向量
构建图像集的特征数据库的流程通常是offline的，查询的过程则需要是实时的，基本流程参见下图： 
由两部分构成：offline的训练过程以及online的检索查找 各个功能模块的实现下面就使用VLAD表示图像，实现一个小型的图像数据库的检索程序。下面实现需要的功能模块 第一步，特征点的提取不管是BoW还是VLAD，都是基于图像的局部特征的，本文选择的局部特征是SIFT，使用其扩展RootSift。提取到稳定的特征点尤为的重要，本文使用OpenCV体哦那个的SiftDetecotr，实例化如下： auto fdetector = xfeatures2d::SIFT::create(0,3,0.2,10); create的声明如下：
static Ptr<SIFT> cv::xfeatures2d::SIFT::create ( int nfeatures = 0, int nOctaveLayers = 3, double contrastThreshold = 0.04, double edgeThreshold = 10, double sigma = 1.6 ) - nfeatures 设置提取到的特征点的个数，每个sift的特征点都根据其对比度(local contrast)计算出来一个分数。设置了该值后，会根据分数排序，只保留前nfeatures个返回
- nOctaveLayers 每个octave中的层数，该值可以根据图像的分辨率大小计算出来。D.Lowe论文中该值为３
- contrastThreshold 过滤掉低对比度的不稳定特征点，该值越大，提取到的特征点越少
- edgeThreshold 过滤边缘处的特征点，该值越大，提取到的特征点就越多
- sigma 高斯滤波器的参数，该滤波器应用于第0个Octave
个人的一些见解。 设置参数时，主要是设置contrastThreshold和edgeThreshold。contrastThreshold是过滤掉平滑区域的一些不稳定的特征点，edgeThreshold是过虑类似边缘的不稳定关键点。设置参数时，应尽量保证提取的特征点个数适中，不易过多，也不要过少。另外，contrastThreshold和edgeThreshold的平衡，应根据要提取的目标是比较平滑的区域还是纹理较多的区域，来平衡这两个参数的设置。 对于有些图像，可能设置的提取特征点的参数叫严格，提取特征点的个数过少，这时候可改变宽松一些的参数。 auto fdetector = xfeatures2d::SIFT::create(0,3,0.2,10);fdetector->detectAndCompute(img,noArray(),kpts,feature);if(kpts.size() < 10){ fdetector = xfeatures2d::SIFT::create(); fdetector->detectAndCompute(img,noArray(),kpts,feature);}阈值10，可根据具体的情况进行调节。 更多关于sift的内容可以参看文章： 关于RootSift和VLAD可以参考前面的文章www.jb51.net/article/231900.htm 第二步，构建VocabularyVocabulary的构建过程，实际就是对提取到的图像特征点的聚类。首先提取图像库图像sift特征，并将其扩展为RootSift，然后对提取到的RootSift进行聚类得到Vocabulary。
这里创建class Vocabulary，主要以下方法： create 从提取到的特征点构建聚类得到视觉词汇表Vocabulary
void Vocabulary::create(const std::vector<cv::Mat> &features,int k){ Mat f; vconcat(features,f); vector<int> labels; kmeans(f,k,labels,TermCriteria(TermCriteria::COUNT + TermCriteria::EPS,100,0.01),3,cv::KMEANS_PP_CENTERS,m_voc); m_k = k;} load和save，为了使用方便，需要能够将生成的视觉词汇表Vocabulary保存问文件(.yml)tranform_vlad，将输入的图像进行转换为vlad表示 void Vocabulary::transform_vlad(const cv::Mat &f,cv::Mat &vlad){ // Find the nearest center Ptr<FlannBasedMatcher> matcher = FlannBasedMatcher::create(); vector<DMatch> matches; matcher->match(f,m_voc,matches); // Compute vlad Mat responseHist(m_voc.rows,f.cols,CV_32FC1,Scalar::all(0)); for( size_t i = 0; i < matches.size(); i++ ){ auto queryIdx = matches[i].queryIdx; int trainIdx = matches[i].trainIdx; // cluster index Mat residual; subtract(f.row(queryIdx),m_voc.row(trainIdx),residual,noArray()); add(responseHist.row(trainIdx),residual,responseHist.row(trainIdx),noArray(),responseHist.type()); } // l2-norm auto l2 = norm(responseHist,NORM_L2); responseHist /= l2; //normalize(responseHist,responseHist,1,0,NORM_L2); //Mat vec(1,m_voc.rows * f.cols,CV_32FC1,Scalar::all(0)); vlad = responseHist.reshape(0,1); // Reshape the matrix to 1 x (k*d) vector}class Vocabulary有以下方法：
- 从图像列表中构建视觉词汇表
Vocabulary - 将生成的
Vocabulary保存到本地，并提供了load方法 - 将图像表示为VLAD
第三步，创建图像数据库图像数据库也就是将图像VLAD表示的集合，在该数据库检索时，返回与query图像相似的VLAD所对应的图像。
本文使用OpenCV提供的Mat构建一个简单的数据库，Mat保存所有图像的vlad向量组成的矩阵，在检索时，实际就是对该Mat的检索。
声明类class Database，其具有以下功能： add 添加图像到数据库save和load 将数据库保存为文件(.yml)retrieval 检索，对保存的vald向量的Mat创建索引，返回最相似的结果。 第四步，Trainer在上面实现了特征点的提取，构建视觉词汇表，构建图像表示为VLAD的数据库，这里将其组合到一起，创建Trainer类，方便训练使用。 class Trainer{public: Trainer(); ~Trainer(); Trainer(int k,int pcaDim,const std::string &imageFolder, const std::string &path,const std::string &identifiery,std::shared_ptr<RootSiftDetector> detector); void createVocabulary(); void createDb(); void save();private: int m_k; // The size of vocabulary int m_pcaDimension; // The retrain dimensions after pca Vocabulary* m_voc; Database* m_db;private: /* Image folder */ std::string m_imageFolder; /* training result identifier,the name suffix of vocabulary and database voc-identifier.yml,db-identifier.yml */ std::string m_identifier; /* The location of training result */ std::string m_resultPath;};使用Trainer 需要配置 - 图像集所在的目录视觉
- 词汇表的大小（聚类中心的个数）
- PCA后VLAD保留的维度，可先不管设置为0，不进行PCA训练后数据的保存路径。
- 训练后的数据保存为
yml形式，命名规则是voc-m_identifier.yml和db-m_identifier.yml。 为了方便测试不同参数的数据，这里设置一个后缀参数m_identifier,来区分不同的参数的训练数据。 其使用代码如下： int main(int argc, char *argv[]){ const string image_200 = "/home/test/images-1"; const string image_6k = "/home/test/images/sync_down_1"; auto detector = make_shared<RootSiftDetector>(5,5,10); Trainer trainer(64,0,image_200,"/home/test/projects/imageRetrievalService/build","test-200-vl-64",detector); trainer.createVocabulary(); trainer.createDb(); trainer.save(); return 0;}偷懒，没有配置为参数，使用时需要设置好图像的路径，以及训练后数据的保存数据。 第五步，Searcher在Database中，已经实现了retrieval的方法。 这里之所以再封装一层，是为了更好的契合业务上的一些需求。比如，图像的一些预处理，分块，多线程处理，查询结果的过滤等等。关于Searcher和具体的应用耦合比较深，这里只是简单的实现了个retrieval方法和查询参数的配置。 class Searcher{public: Searcher(); ~Searcher(); void init(int keyPointThreshold); void setDatabase(std::shared_ptr<Database> db); void retrieval(cv::Mat &query,const std::string &group,std::string &md5,double &score); void retrieval(std::vector<char> bins,const std::string &group,std::string &md5,double &score);private: int m_keyPointThreshold; std::shared_ptr<Database> m_db;};使用也很简单了，从文件中加载Vaocabulary和Database，设置Searcher的参数。 Vocabulary voc; stringstream ss; ss << path << "/voc-" << identifier << ".yml"; cout << "Load vocabulary from " << ss.str() << endl; voc.load(ss.str()); cout << "Load vocabulary successful." << endl; auto detector = make_shared<RootSiftDetector>(5,0.2,10); auto db = make_shared<Database>(detector); cout << "Load database from " << path << "/db-" << identifier << ".yml" << endl; db->load1(path,identifier); db->setVocabulary(voc); cout << "Load database successful." << endl; Searcher s; s.init(10); s.setDatabase(db); Summary 
上图来总结下整个流程 - 创建
Vocabulary - 创建
Database - Search Similary list
到此这篇关于基于OpenCV实现小型的图像数据库检索的文章就介绍到这了,更多相关OpenCV图像数据库检索内容请搜索51zixue.net以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持51zixue.net！
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