·302· 智能系统学报 第14卷 的总的匹配对数、正确的匹配对数、错误的匹配 双向匹配不需要回溯，只需要将近似近邻替代最 对数比使用FLANN双向匹配的结果好。实验 近邻，若实验图像过大时，每幅图像提取的关键 中，随着图像尺寸的减小，提取到的关键点的总 点会变多，而数量庞大的关键点会增加运算的复 数目也成倍减小，匹配时的正确匹配的数目也成 杂度和运行时间，这也给运行系统的稳定性带来 倍减小，相较于FLANN双向匹配而言，KD-Tree+ 影响，因此当关键点数量庞大时FLANN双向匹 BBF匹配时的正确匹配率要高。但在使用这两种 配的效果较好。为证明SURF特征的旋转不变性， 匹配算法时，KD-Tree+BBF的匹配算法在构建与 对原始图像进行不同角度旋转，并分别用这两种 匹配上需遍历父节点与叶点且回溯，而FLANN 匹配算法进行匹配，统计实验结果如表4所示。 表4维吾尔文档图像旋转变换条件下FAST(100+SURF特征点的两种匹配结果 Table 4 Two kinds of FAST(100)+SURF feature points matching results under Uyghur document image rotation transform FLANN双向匹配 KD-Tree+BBF匹配 变换参量性能指标 原始 +5 +10° -5 -10° 原始 +5 +10° -50 -10° 关键点总数目 9414 10373 10614 9339 10423 9414 10373 10614 9339 10423 匹配对总数目 1145 1213 1164 1070 1254 9335 6044 6691 6005 6794 正确匹配对 759 791 757 752 785 7582 1802 2112 2015 1845 正确匹配率% 66.29 65.21 65.03 70.28 62.60 81.22 29.81 31.56 33.56 27.16 错误匹配对 386 422 407 318 469 1753 4242 4579 3990 4949 错误匹配率/% 33.71 34.79 34.97 29.72 37.40 18.78 70.19 68.44 66.44 72.84 内点数目 768 3 5 逆时针或顺时针旋转印刷体维文复杂文档图 从9335~6005，变化范围较大；对于整体结果，匹 像，使图像面积扩大，图像的位置也会发生变化， 配结果相对较好的是KD-Tree+BBF的匹配率， 因此特征点的位置也会改变。由表4可以得出， FLANN匹配效果较差，但KD-Tree+BBF FALNN双向匹配中，当旋转不同的角度时，图像 检索工作量大，而FALNN检索工作量小。当旋 的整体面积不同，关键点的数也不同。因此匹配 转角度发生变化时，FLANN双向匹配的结果较 时的正确匹配率也在62.60%~70.28%变化。可 好，KD-Tree+BBF匹配的结果较差。为验证在光 见，匹配对总数变化率与正确/错误匹配率相关。 照变换条件下的检索效果，对原始文档图像的亮 在不进行任何旋转变换时，内点数目为最大值为 度进行改变，统计不同亮度变换下的两种匹配性 768。在KD-Tree+BBF匹配中，匹配对数目减少， 能参数，实验结果如表5给出。 表5维吾尔文文档图像光照变换下的FAST(IO0)+SURF特征点的两种匹配结果 Table 5 Two types of FAST (100)+SURF feature points matching results with Uyghur document image illumination transform FLANN双向匹配 KD-Tree+BBF匹配 变换参量性能指标 原始20 4060-20 -40-60 原始20 40 60 -20 -40 -60 关键点总数目 9414988294119729896396473019194149882941197298963964730191 匹配对总数目 11451073113910559999522229 9335489249314374559157897048 正确匹配对 759 749 758 705 803 784 1018 7582355618691638349932812652 正确匹配率% 66.2969.8066.5566.8280.3882.3545.6781.2272.6937.9037.4562.5856.6837.63 错误匹配对 38632438135019616812111753133630622736209225084396 错误匹配率/% 33.7130.2033.4533.1819.6217.6554.3318.7827.3162.1062.5537.4243.3262.37 内点数目 768321917287216 表5中，在FLANN双向匹配中，亮度变亮的 803~1018,这是受采集的实验样本的影响，亮度 变化对匹配的正确率影响较小，在705~758波动； 过暗时会形成干扰点，因此亮度的变化范围不易 而亮度变暗的变化对匹配的正确率影响较大，在 过大。在KD-Tree+BBF匹配中，当亮度变暗到的总的匹配对数、正确的匹配对数、错误的匹配 对数比使用 FLANN 双向匹配的结果好。实验 中，随着图像尺寸的减小，提取到的关键点的总 数目也成倍减小，匹配时的正确匹配的数目也成 倍减小，相较于 FLANN 双向匹配而言，KD−Tree+ BBF 匹配时的正确匹配率要高。但在使用这两种 匹配算法时，KD−Tree+BBF 的匹配算法在构建与 匹配上需遍历父节点与叶点且回溯，而 FLANN 双向匹配不需要回溯，只需要将近似近邻替代最 近邻，若实验图像过大时，每幅图像提取的关键 点会变多，而数量庞大的关键点会增加运算的复 杂度和运行时间，这也给运行系统的稳定性带来 影响，因此当关键点数量庞大时 FLANN 双向匹 配的效果较好。为证明 SURF 特征的旋转不变性， 对原始图像进行不同角度旋转，并分别用这两种 匹配算法进行匹配，统计实验结果如表 4 所示。 表 4 维吾尔文档图像旋转变换条件下 FAST(100)+SURF 特征点的两种匹配结果 Table 4 Two kinds of FAST (100)+SURF feature points matching results under Uyghur document image rotation transform 变换参量性能指标 FLANN 双向匹配 KD−Tree+BBF 匹配 原始 +5° +10° −5° −10° 原始 +5° +10° −5° −10° 关键点总数目 9 414 10 373 10 614 9 339 10 423 9 414 10 373 10 614 9 339 10 423 匹配对总数目 1 145 1 213 1 164 1 070 1 254 9 335 6 044 6 691 6 005 6 794 正确匹配对 759 791 757 752 785 7 582 1 802 2 112 2 015 1 845 正确匹配率/% 66.29 65.21 65.03 70.28 62.60 81.22 29.81 31.56 33.56 27.16 错误匹配对 386 422 407 318 469 1 753 4 242 4 579 3 990 4 949 错误匹配率/% 33.71 34.79 34.97 29.72 37.40 18.78 70.19 68.44 66.44 72.84 内点数目 768 12 13 11 11 — — — — — 逆时针或顺时针旋转印刷体维文复杂文档图 像，使图像面积扩大，图像的位置也会发生变化， 因此特征点的位置也会改变。由表 4 可以得出， FALNN 双向匹配中，当旋转不同的角度时，图像 的整体面积不同，关键点的数也不同。因此匹配 时的正确匹配率也在 62.60%~70.28% 变化。可 见，匹配对总数变化率与正确/错误匹配率相关。 在不进行任何旋转变换时，内点数目为最大值为 768。在 KD−Tree+BBF 匹配中，匹配对数目减少， 从 9 335~6 005，变化范围较大；对于整体结果，匹 配结果相对较好的是 KD−Tree+BBF 的匹配率， FLAN N 匹配效果较差， 但 KD−Tree+BBF 检索工作量大，而 FALNN 检索工作量小。当旋 转角度发生变化时，FLANN 双向匹配的结果较 好，KD−Tree+BBF 匹配的结果较差。为验证在光 照变换条件下的检索效果，对原始文档图像的亮 度进行改变，统计不同亮度变换下的两种匹配性 能参数，实验结果如表 5 给出。 表 5 维吾尔文文档图像光照变换下的 FAST(100)+SURF 特征点的两种匹配结果 Table 5 Two types of FAST (100)+SURF feature points matching results with Uyghur document image illumination transform 变换参量性能指标 FLANN 双向匹配 KD−Tree+BBF 匹配 原始 20 40 60 −20 −40 −60 原始 20 40 60 −20 −40 −60 关键点总数目 9 414 9 882 9 411 9 729 8 963 9 647 30 191 9 414 9 882 9 411 9 729 8 963 9 647 30 191 匹配对总数目 1 145 1 073 1 139 1 055 999 952 2 229 9 335 4 892 4 931 4 374 5 591 5 789 7 048 正确匹配对 759 749 758 705 803 784 1 018 7 582 3 556 1 869 1 638 3 499 3 281 2 652 正确匹配率/% 66.29 69.80 66.55 66.82 80.38 82.35 45.67 81.22 72.69 37.90 37.45 62.58 56.68 37.63 错误匹配对 386 324 381 350 196 168 1 211 1 753 1 336 3 062 2 736 2 092 2 508 4 396 错误匹配率/% 33.71 30.20 33.45 33.18 19.62 17.65 54.33 18.78 27.31 62.10 62.55 37.42 43.32 62.37 内点数目 768 321 91 7 287 216 8 — — — — — — — 表 5 中，在 FLANN 双向匹配中，亮度变亮的 变化对匹配的正确率影响较小，在 705~758 波动； 而亮度变暗的变化对匹配的正确率影响较大，在 803~1 018，这是受采集的实验样本的影响，亮度 过暗时会形成干扰点，因此亮度的变化范围不易 过大。在 KD−Tree+BBF 匹配中，当亮度变暗到 ·302· 智 能 系 统 学 报 第 14 卷