OpenCV-Python之——图像SIFT特征提取

在一定的范围内，无论物体是大还是小，人眼都可以分辨出来。然而计算机要有相同的能力却不是那么的容易，在未知的场景中，计算机视觉并不能提供物体的尺度大小，其中的一种方法是把物体不同尺度下的图像都提供给机器，让机器能够对物体在不同的尺度下有一个统一的认知。在建立统一认知的过程中，要考虑的就是在图像在不同的尺度下都存在的特征点。

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在早期图像的多尺度通常使用图像金字塔表示形式。图像金字塔是同一图像在不同的分辨率下得到的一组结果其生成过程一般包括两个步骤：

多分辨率的图像金字塔虽然生成简单，但其本质是降采样，图像的局部特征则难以保持，也就是无法保持特征的尺度不变性。

我们还可以通过图像的模糊程度来模拟人在距离物体由远到近时物体在视网膜上成像过程，距离物体越近其尺寸越大图像也越模糊，这就是高斯尺度空间，使用不同的参数模糊图像（分辨率不变），是尺度空间的另一种表现形式。

构建尺度空间的目的是为了检测出在不同的尺度下都存在的特征点，而检测特征点较好的算子是Δ^2G(高斯拉普拉斯，LoG)

使用LoG虽然能较好的检测到图像中的特征点，但是其运算量过大，通常可使用DoG（差分高斯，Difference of Gaussina）来近似计算LoG。

从上式可以知道，将相邻的两个高斯空间的图像相减就得到了DoG的响应图像。为了得到DoG图像，先要构建高斯尺度空间，而高斯的尺度空间可以在图像金字塔降采样的基础上加上高斯滤波得到，也就是对图像金字塔的每层图像使用不同的参数σ进行高斯模糊，使每层金字塔有多张高斯模糊过的图像。

如下图，octave间是降采样关系，且octave(i+1)的第一张（从下往上数）图像是由octave(i)中德倒数第三张图像降采样得到。octave内的图像大小一样，只是高斯模糊使用的尺度参数不同。

对于一幅图像，建立其在不同尺度scale下的图像，也称为octave，这是为了scale-invariant，也就是在任何尺度都能有对应的特征点。下图中右侧的DoG就是我们构建的尺度空间。

为了寻找尺度空间的极值点，每一个采样点要和它所有的相邻点比较，看其是否比它的图像域和尺度域的相邻点大或者小。如图所示，中间的检测点和它同尺度的8个相邻点和上下相邻尺度对应的9×2个点共26个点比较，以确保在尺度空间和二维图像空间都检测到极值点。 一个点如果在DOG尺度空间本层以及上下两层的26个领域中是最大或最小值时，就认为该点是图像在该尺度下的一个特征点。下图中将叉号点要比较的26个点都标为了绿色。

找到所有特征点后， 要去除低对比度和不稳定的边缘效应的点 ，留下具有代表性的关键点（比如，正方形旋转后变为菱形，如果用边缘做识别，4条边就完全不一样，就会错误；如果用角点识别，则稳定一些）。去除这些点的好处是增强匹配的抗噪能力和稳定性。最后，对离散的点做曲线拟合，得到精确的关键点的位置和尺度信息。

近来不断有人改进，其中最著名的有 SURF（计算量小，运算速度快，提取的特征点几乎与SIFT相同）和 CSIFT（彩色尺度特征不变变换，顾名思义，可以解决基于彩色图像的SIFT问题）。

其中sift.detectAndCompute()函数返回kp，des。

上图dog的shape为(481, 500, 3)，提取的特征向量des的shape为(501, 128)，501个128维的特征点。

该方法可以在特征点处绘制一个小圆圈。

python3--内置函数

python的常用内置函数

1.abs() 函数返回数字的绝对值

abs(-40)=40

2. dict() 函数用于创建一个字典

dict()

{}      #创建一个空字典类似于u={},字典的存取方式一般为key-value

例如u = {"username":"tom",  "age":18}

3. help() 函数用于查看函数或模块用途的详细说明

help('math')查看math模块的用处

a=[1,2,3,4]

help(a)查看列表list帮助信息

4.dir()获得当前模块的属性列表

dir(help)

['__call__', '__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__']

5.min() 方法返回给定参数的最小值 /参数可以为序列

a=  min(10,20,30,40)

a

10

6. next() 返回迭代器的下一个项目

it = iter([1, 2, 3, 4, 5])

next(it)

1

next(it)

2

7. id() 函数用于获取对象的内存地址

a=12

id(a)

1550569552

8.enumerate() 函数用于将一个可遍历的数据对象(如列表、元组或字符串)组合为一个索引序列，同时列出数据和数据下标，一般用在 for 循环当中。

a=["tom","marry","leblan"]

list(enumerate(a))

[(0, 'tom'), (1, 'marry'), (2, 'leblan')]

9. oct() 函数将一个整数转换成8进制字符串

oct(15)

'0o17'

oct(10)

'0o12'

10. bin() 返回一个整数 int 或者长整数 long int 的二进制表示

bin(10)

'0b1010'

bin(15)

'0b1111'

11.eval() 函数用来执行一个字符串表达式，并返回表达式的值

eval('2+2')

4

12.int() 函数用于将一个字符串会数字转换为整型

int(3)

3

int(3.6)

3

int(3.9)

3

int(4.0)

4

13.open() 函数用于打开一个文件，创建一个file对象，相关的方法才可以调用它进行读写

f=open('test.txt')

14.str() 函数将对象转化为适于人阅读的形式

str(3)

'3'

15. bool() 函数用于将给定参数转换为布尔类型，如果没有参数，返回 False

bool()

False

bool(1)

True

bool(10)

True

bool(10.0)

True

16.isinstance() 函数来判断一个对象是否是一个已知的类型

a=5

isinstance(a,int)

True

isinstance(a,str)

False

17. sum() 方法对系列进行求和计算

sum([1,2,3],5)

11

sum([1,2,3])

6

18. super() 函数用于调用下一个父类(超类)并返回该父类实例的方法。super 是用来解决多重继承问题的，直接用类名调用父类方法

class   User(object):

  def__init__(self):

class Persons(User):

        super(Persons,self).__init__()

19. float() 函数用于将整数和字符串转换成浮点数

float(1)

1.0

float(10)

10.0

20. iter() 函数用来生成迭代器

a=[1,2,3,4,5,6]

iter(a)

for i in iter(a):

...         print(i)

...

1

2

3

4

5

6

21.tuple 函数将列表转换为元组

a=[1,2,3,4,5,6]

tuple(a)

(1, 2, 3, 4, 5, 6)

22.len() 方法返回对象（字符、列表、元组等）长度或项目个数

s = "playbasketball"

len(s)

14

a=[1,2,3,4,5,6]

len(a)

6

23. property() 函数的作用是在新式类中返回属性值

class User(object):

 def __init__(self,name):

          self.name = name

def get_name(self):

          return self.get_name

@property

 def name(self):

         return self_name

24.type() 函数返回对象的类型

25.list() 方法用于将元组转换为列表

b=(1,2,3,4,5,6)

list(b)

[1, 2, 3, 4, 5, 6]

26.range() 函数可创建一个整数列表，一般用在 for 循环中

range(10)

range(0, 10)

range(10,20)

range(10, 20)

27. getattr() 函数用于返回一个对象属性值

class w(object):

...             s=5

...

a = w()

getattr(a,'s')

5

28. complex() 函数用于创建一个复数或者转化一个字符串或数为复数。如果第一个参数为字符串，则不需要指定第二个参数

complex(1,2)

(1+2j)

complex(1)

(1+0j)

complex("1")

(1+0j)

29.max() 方法返回给定参数的最大值，参数可以为序列

b=(1,2,3,4,5,6)

max(b)

6

30. round() 方法返回浮点数x的四舍五入值

round(10.56)

11

round(10.45)

10

round(10.45,1)

10.4

round(10.56,1)

10.6

round(10.565,2)

10.56

31. delattr 函数用于删除属性

class Num(object):

...    a=1

...    b=2

...    c=3.

.. print1 = Num()

print('a=',print1.a)

a= 1

print('b=',print1.b)

b= 2

print('c=',print1.c)

c= 3

delattr(Num,'b')

print('b=',print1.b)

Traceback (most recent call last):  File "", line 1, inAttributeError: 'Num' object has no attribute 'b'

32. hash() 用于获取取一个对象（字符串或者数值等）的哈希值

hash(2)

2

hash("tom")

-1675102375494872622

33. set() 函数创建一个无序不重复元素集，可进行关系测试，删除重复数据，还可以计算交集、差集、并集等。

a= set("tom")

b = set("marrt")

a,b

({'t', 'm', 'o'}, {'m', 't', 'a', 'r'})

ab#交集

{'t', 'm'}

a|b#并集

{'t', 'm', 'r', 'o', 'a'}

a-b#差集

{'o'}

5种数据科学家必知的采样算法

原文链接：The 5 Sampling Algorithms every Data Scientist need to know

假设有1000名学生，其中300名是男生，700名是女生。如果从中抽取出100名，可以对1000名随机采样，也可以从男生中选30名，女生中选70名，这就是分层采样。

假设有一个未知长度的流数据，只能遍历一遍，如何从中等概率地选出n个元素

基本想法是维护一个n长的列表，在遍历流数据的过程中，以一定的概率将流数据中当前遍历到的元素添加到列表中，或者替换列表中已有的元素。

那么，问题就是，这个“一定的概率”需要是多少，才能保证每个选中的元素都是等概率的。

我们把问题简化一下，假设有一个长度为3的流数据，我们从中选择2个，那么每个元素被选中的概率都是2/3。采用如下的步骤：

第3个元素替换1的概率是1/3，替换2的概率也是1/3，这样，每个元素被选中的概率都是2/3。

在处理高度不平衡的数据集的时候，经常会用户重采样方法，重采样有降采样和过采样两种。降采样是从样本多的类别中删除样本，过采样是向样本少的类别中添加样本。

imbalanced-learn(imblearn)是一个处理非平衡数据集的Python包。

Tomek Links 是一组从属于不同类别的相邻样本对。我们可以将这些相邻的样本对都删除，来为分类器提供一个更清晰的分类边界。

SMOTE (Synthetic Minority Oversampling Technique) 对样本少的类别合成样本，这些合成的样本位于已有样本的临近位置上。

在 imblearn 包中还有其他的算法，比如：

python分析奥巴马资金来源

奥巴马的竞选资金是一点点从选民那里募集来的。如获党内提名,可得政府拔款，但也没多少。美国大选不仅禁外国人捐款,而且禁止公司机构捐款,而只允许个人捐款。不仅如此,还为个人捐款限制了上限,防止富人捐过多的款而影响未来的公平执政。

不仅富人自己不能多捐，如果某个老板呼吁自己的员工给某人捐钱或投票支持他，都是犯法的。因此，想要筹到几千万竞争资金，唯一的办法是争取更多选民支持，一点点募集。所以,中国、公司、大笔捐款，这三条都是犯法的。

我记得以前已经有华人闹过这种丑闻了。美国的选举法就是要严防少数人企图用几个臭钱影响美国的政治。所以我们作为外国人就更别去自讨没趣了。

导入包

In [1]:

import numpy as npimport pandas as pdfrom pandas import Series,DataFrame

方便大家操作，将月份和参选人以及所在政党进行定义

In [2]:

months = {'JAN' : 1, 'FEB' : 2, 'MAR' : 3, 'APR' : 4, 'MAY' : 5, 'JUN' : 6, 'JUL' : 7, 'AUG' : 8, 'SEP' : 9, 'OCT': 10, 'NOV': 11, 'DEC' : 12}of_interest = ['Obama, Barack', 'Romney, Mitt', 'Santorum, Rick', 'Paul, Ron', 'Gingrich, Newt']parties = { 'Bachmann, Michelle': 'Republican', 'Romney, Mitt': 'Republican', 'Obama, Barack': 'Democrat', "Roemer, Charles E. 'Buddy' III": 'Reform', 'Pawlenty, Timothy': 'Republican', 'Johnson, Gary Earl': 'Libertarian', 'Paul, Ron': 'Republican', 'Santorum, Rick': 'Republican', 'Cain, Herman': 'Republican', 'Gingrich, Newt': 'Republican', 'McCotter, Thaddeus G': 'Republican', 'Huntsman, Jon': 'Republican', 'Perry, Rick': 'Republican' }

读取文件

In [3]:

table = pd.read_csv('data/usa_election.txt')table.head()

C:\jupyter\lib\site-packages\IPython\core\interactiveshell.py:2785: DtypeWarning: Columns (6) have mixed types. Specify dtype option on import or set low_memory=False. interactivity=interactivity, compiler=compiler, result=result)

Out[3]:

cmte_id cand_id cand_nm contbr_nm contbr_city contbr_st contbr_zip contbr_employer contbr_occupation contb_receipt_amt contb_receipt_dt receipt_desc memo_cd memo_text form_tp file_num

0 C00410118 P20002978 Bachmann, Michelle HARVEY, WILLIAM MOBILE AL 3.6601e 08 RETIRED RETIRED 250.0 20-JUN-11 NaN NaN NaN SA17A 736166

1 C00410118 P20002978 Bachmann, Michelle HARVEY, WILLIAM MOBILE AL 3.6601e 08 RETIRED RETIRED 50.0 23-JUN-11 NaN NaN NaN SA17A 736166

2 C00410118 P20002978 Bachmann, Michelle SMITH, LANIER LANETT AL 3.68633e 08 INFORMATION REQUESTED INFORMATION REQUESTED 250.0 05-JUL-11 NaN NaN NaN SA17A 749073

3 C00410118 P20002978 Bachmann, Michelle BLEVINS, DARONDA PIGGOTT AR 7.24548e 08 NONE RETIRED 250.0 01-AUG-11 NaN NaN NaN SA17A 749073

4 C00410118 P20002978 Bachmann, Michelle WARDENBURG, HAROLD HOT SPRINGS NATION AR 7.19016e 08 NONE RETIRED 300.0 20-JUN-11 NaN NaN NaN SA17A 736166

In [8]:

#使用map函数 字典，新建一列各个候选人所在党派partytable['party'] = table['cand_nm'].map(parties)table.head()

Out[8]:

cmte_id cand_id cand_nm contbr_nm contbr_city contbr_st contbr_zip contbr_employer contbr_occupation contb_receipt_amt contb_receipt_dt receipt_desc memo_cd memo_text form_tp file_num party

0 C00410118 P20002978 Bachmann, Michelle HARVEY, WILLIAM MOBILE AL 3.6601e 08 RETIRED RETIRED 250.0 20-JUN-11 NaN NaN NaN SA17A 736166 Republican

1 C00410118 P20002978 Bachmann, Michelle HARVEY, WILLIAM MOBILE AL 3.6601e 08 RETIRED RETIRED 50.0 23-JUN-11 NaN NaN NaN SA17A 736166 Republican

2 C00410118 P20002978 Bachmann, Michelle SMITH, LANIER LANETT AL 3.68633e 08 INFORMATION REQUESTED INFORMATION REQUESTED 250.0 05-JUL-11 NaN NaN NaN SA17A 749073 Republican

3 C00410118 P20002978 Bachmann, Michelle BLEVINS, DARONDA PIGGOTT AR 7.24548e 08 NONE RETIRED 250.0 01-AUG-11 NaN NaN NaN SA17A 749073 Republican

4 C00410118 P20002978 Bachmann, Michelle WARDENBURG, HAROLD HOT SPRINGS NATION AR 7.19016e 08 NONE RETIRED 300.0 20-JUN-11 NaN NaN NaN SA17A 736166 Republican

In [10]:

#party这一列中有哪些元素table['party'].unique()

Out[10]:

array(['Republican', 'Democrat', 'Reform', 'Libertarian'], dtype=object)

In [ ]:

#使用value_counts()函数，统计party列中各个元素出现次数，value_counts()是Series中的，无参，返回一个带有每个元素出现次数的Series

In [11]:

table['party'].value_counts()

Out[11]:

Democrat 292400Republican 237575Reform 5364Libertarian 702Name: party, dtype: int64

In [12]:

#使用groupby()函数，查看各个党派收到的政治献金总数contb_receipt_amttable.groupby(by='party')['contb_receipt_amt'].sum()

Out[12]:

partyDemocrat 8.105758e 07Libertarian 4.132769e 05Reform 3.390338e 05Republican 1.192255e 08Name: contb_receipt_amt, dtype: float64

In [13]:

#查看具体每天各个党派收到的政治献金总数contb_receipt_amt 。使用groupby([多个分组参数])table.groupby(by=['party','contb_receipt_dt'])['contb_receipt_amt'].sum()

Out[13]:

party contb_receipt_dtDemocrat 01-AUG-11 175281.00 01-DEC-11 651532.82 01-JAN-12 58098.80 01-JUL-11 165961.00 01-JUN-11 145459.00 01-MAY-11 82644.00 01-NOV-11 122529.87 01-OCT-11 148977.00 01-SEP-11 403297.62 02-AUG-11 164510.11 02-DEC-11 216056.96 02-JAN-12 89743.60 02-JUL-11 17105.00 02-JUN-11 422453.00 02-MAY-11 396675.00 02-NOV-11 147183.81 02-OCT-11 62605.62 02-SEP-11 137948.41 03-AUG-11 147053.02 03-DEC-11 81304.02 03-JAN-12 87406.97 03-JUL-11 5982.00 03-JUN-11 320176.20 03-MAY-11 261819.11 03-NOV-11 119304.56 03-OCT-11 363061.02 03-SEP-11 45598.00 04-APR-11 640235.12 04-AUG-11 598784.23 04-DEC-11 72795.10 ... Republican 29-AUG-11 941769.23 29-DEC-11 428501.42 29-JAN-11 750.00 29-JAN-12 75220.02 29-JUL-11 233423.35 29-JUN-11 1340704.29 29-MAR-11 38875.00 29-MAY-11 8363.20 29-NOV-11 407322.64 29-OCT-11 81924.01 29-SEP-11 1612794.52 30-APR-11 43004.80 30-AUG-11 915548.58 30-DEC-11 492470.45 30-JAN-12 255204.80 30-JUL-11 12249.04 30-JUN-11 2744932.63 30-MAR-11 50240.00 30-MAY-11 17803.60 30-NOV-11 809014.83 30-OCT-11 43913.16 30-SEP-11 4886331.76 31-AUG-11 1017735.02 31-DEC-11 1094376.72 31-JAN-11 6000.00 31-JAN-12 869890.41 31-JUL-11 12781.02 31-MAR-11 62475.00 31-MAY-11 301339.80 31-OCT-11 734601.83Name: contb_receipt_amt, Length: 1183, dtype: float64

In [14]:

def trasform_date(d): day,month,year = d.split('-') month = months[month] return "20" year '-' str(month) '-' day

In [17]:

#将表中日期格式转换为'yyyy-mm-dd'。日期格式,通过函数加map方式进行转换table['contb_receipt_dt'] = table['contb_receipt_dt'].apply(trasform_date)

In [18]:

table.head()

Out[18]:

cmte_id cand_id cand_nm contbr_nm contbr_city contbr_st contbr_zip contbr_employer contbr_occupation contb_receipt_amt contb_receipt_dt receipt_desc memo_cd memo_text form_tp file_num party

0 C00410118 P20002978 Bachmann, Michelle HARVEY, WILLIAM MOBILE AL 3.6601e 08 RETIRED RETIRED 250.0 2011-6-20 NaN NaN NaN SA17A 736166 Republican

1 C00410118 P20002978 Bachmann, Michelle HARVEY, WILLIAM MOBILE AL 3.6601e 08 RETIRED RETIRED 50.0 2011-6-23 NaN NaN NaN SA17A 736166 Republican

2 C00410118 P20002978 Bachmann, Michelle SMITH, LANIER LANETT AL 3.68633e 08 INFORMATION REQUESTED INFORMATION REQUESTED 250.0 2011-7-05 NaN NaN NaN SA17A 749073 Republican

3 C00410118 P20002978 Bachmann, Michelle BLEVINS, DARONDA PIGGOTT AR 7.24548e 08 NONE RETIRED 250.0 2011-8-01 NaN NaN NaN SA17A 749073 Republican

4 C00410118 P20002978 Bachmann, Michelle WARDENBURG, HAROLD HOT SPRINGS NATION AR 7.19016e 08 NONE RETIRED 300.0 2011-6-20 NaN NaN NaN SA17A 736166 Republican

In [19]:

#查看老兵(捐献者职业)DISABLED VETERAN主要支持谁 ：查看老兵们捐赠给谁的钱最多table['contbr_occupation'] == 'DISABLED VETERAN'

Out[19]:

0 False1 False2 False3 False4 False5 False6 False7 False8 False9 False10 False11 False12 False13 False14 False15 False16 False17 False18 False19 False20 False21 False22 False23 False24 False25 False26 False27 False28 False29 False ... 536011 False536012 False536013 False536014 False536015 False536016 False536017 False536018 False536019 False536020 False536021 False536022 False536023 False536024 False536025 False536026 False536027 False536028 False536029 False536030 False536031 False536032 False536033 False536034 False536035 False536036 False536037 False536038 False536039 False536040 FalseName: contbr_occupation, Length: 536041, dtype: bool

In [21]:

old_bing_df = table.loc[table['contbr_occupation'] == 'DISABLED VETERAN']

In [22]:

old_bing_df.groupby(by='cand_nm')['contb_receipt_amt'].sum()

Out[22]:

cand_nmCain, Herman 300.00Obama, Barack 4205.00Paul, Ron 2425.49Santorum, Rick 250.00Name: contb_receipt_amt, dtype: float64

In [23]:

table['contb_receipt_amt'].max()

Out[23]:

1944042.43

In [24]:

#找出候选人的捐赠者中，捐赠金额最大的人的职业以及捐献额 .通过query("查询条件来查找捐献人职业")table.query('contb_receipt_amt == 1944042.43')

Out[24]:

cmte_id cand_id cand_nm contbr_nm contbr_city contbr_st contbr_zip contbr_employer contbr_occupation contb_receipt_amt contb_receipt_dt receipt_desc memo_cd memo_text form_tp file_num party

176127 C00431445 P80003338 Obama, Barack OBAMA VICTORY FUND 2012 - UNITEMIZED CHICAGO IL 60680 NaN NaN 1944042.43 2011-12-31 NaN X * SA18 763233 Democrat

来源：

MATLAB中 如何使用resample函数 降低采样率

resample为信号降采样处理，理解如下：

B=resample(x,90,250); %

采样从250Hz降到90Hz，如果250在前,就是插值从90到250,可以看B的长度,250Hz采样4000个数据等于90hz采样1440个数据,这就是降采样。

resample是抽取decimate和插值interp的两个结合

具体完成如下操作，

先插值90变成 250*9Hz

然后抽取250变成速率 90Hz