一种适用于行星表面特征提取的实时SIFT算法 
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A Real-Time SIFT Algorithm for Planetary Surface Feature Extraction
1 中国科学院微小卫星创新研究院, 上海 201203
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院微小卫星重点实验室, 上海 201203
图 & 表
图 1. 本文算法流程图
Fig. 1. Flow chart of proposed algorithm
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图 2. 高斯核函数实现流程
Fig. 2. Gaussian kernel function implementation process
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图 3. 关键点提取并行化流程
Fig. 3. Key point extraction parallelization process
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图 4. 误差分布图
Fig. 4. Error distribution
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图 5. 四种算法的特征点匹配结果。(a) SIFT算法;(b) SiftGPU算法;(c) SURF算法;(d) FG-SIFT算法
Fig. 5. Feature point matching results of four algorithms. (a) SIFT algorithm; (b) SiftGPU algorithm; (c) SURF algorithm; (d) FG-SIFT algorithm
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图 6. 特征点提取耗时对比。(a)耗时统计;(b)算法加速比
Fig. 6. Time-consuming comparison of feature point extraction. (a) Time-consuming statistics; (b) algorithm speedup ratio
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图 7. 构建高斯金字塔耗时对比。(a)耗时统计;(b)算法加速比
Fig. 7. Time-consuming comparison of building Gaussian pyramid. (a) Time-consuming statistics; (b) algorithm speedup ratio
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表 1block内共享内存布局
Table1. Shared memory layout in block
| Bank0 | Bank1 | Bank2 | Bank3 | Bank4 | … |
|---|
| (0,0)→(0,7) | (1,0)→(1,7) | (2,0)→(2,7) | (3,0)→(3,7) | (4,0)→(4,7) | … | | (0,8)→(0,15) | (1,8)→(1,15) | (2,8)→(2,15) | (3,8)→(3,15) | (4,8)→(4,15) | … | | … | … | … | … | … | … |
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表 2不同σ值的误差统计
Table2. Error statistics of different σ values
| Number | σ value | Average error /% | Maximum error /% |
|---|
| 1 | 1.903 | 0.810 | 7.059 | | 2 | 2.263 | 0.487 | 7.059 | | 3 | 2.693 | 0.333 | 7.451 | | 4 | 3.200 | 0.823 | 7.059 | | 5 | 3.805 | 0.506 | 7.843 | | 6 | 4.525 | 0.493 | 8.627 |
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表 3四种算法匹配效果
Table3. Matching effect of four algorithms
| Algorithm | Image | Group 1 | Group 2 | Group 3 | Group 4 |
|---|
| Real angle /(°) | 4.27 | 8.82 | 14.60 | 24.00 |
|---|
| Total matches | 6938 | 6906 | 3344 | 830 | | Effective matches | 6798 | 6536 | 2867 | 428 | | OpenCv_SIFT | Matching accuracy /% | 98.0 | 94.6 | 85.7 | 51.6 | | Calculated angle /(°) | 4.34 | 9.03 | 14.31 | 24.31 | | Angel error /% | 1.64 | 2.38 | 1.99 | 1.29 | | Total matches | 6766 | 6408 | 3147 | 734 | | Effective matches | 6601 | 6014 | 2715 | 379 | | SiftGPU | Matching accuracy /% | 97.6 | 93.9 | 86.3 | 51.6 | | Calculated angle /(°) | 4.21 | 9.03 | 14.91 | 24.29 | | Angel error /% | 1.41 | 2.38 | 2.12 | 1.21 | | Total matches | 11844 | 12582 | 7608 | 1578 | | Effective matches | 7644 | 5939 | 1902 | 161 | | SURF | Matching accuracy /% | 64.5 | 47.2 | 25.0 | 10.2 | | Calculated angle /(°) | 4.54 | 7.50 | 10.44 | 27.61 | | Angel error /% | 6.32 | 14.97 | 28.49 | 15.04 | | Total matches | 6916 | 6326 | 2580 | 726 | | Effective matches | 6481 | 5964 | 2180 | 379 | | FG-SIFT | Matching accuracy /% | 93.7 | 94.3 | 84.5 | 52.2 | | Calculated angle /(°) | 4.36 | 8.59 | 14.26 | 24.70 | | Angel error /% | 2.11 | 2.61 | 2.33 | 2.92 |
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单宝彦, 朱振才, 张永合, 邱成波. 一种适用于行星表面特征提取的实时SIFT算法[J]. 激光与光电子学进展, 2021, 58(2): 0210020. Baoyan Shan, Zhencai Zhu, Yonghe Zhang, Chengbo Qiu. A Real-Time SIFT Algorithm for Planetary Surface Feature Extraction[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2021, 58(2): 0210020.
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