1. 尺度空间和图像金字塔
尺度空间是图像在不同尺度下的连续表示。其中最常见的是使用高斯核对图像进行卷积。高斯滤波可以平滑图像,从而消除图像中的细微细节。随着高斯滤波核尺度的增加,图像变得越来越平滑,直到只剩下最基本的特征。
图像金字塔是尺度空间的一种具体实现方式。它是由一系列不同分辨率的图像组成,这些图像以金字塔的形状排列如下图所示。

常见的图像金字塔有以下几种:
高斯金字塔(Gaussian Pyramid):高斯金字塔是通过对图像进行高斯滤波和下采样来构建的。高斯滤波可以平滑图像,下采样可以降低图像的分辨率。高斯金字塔具有尺度不变性,可以用于尺度不变的图像处理任务。
DoG 金字塔(Difference of Gaussians Pyramid):DoG 金字塔是通过对高斯金字塔相邻层进行差分来构建的。DoG 金字塔可以捕捉图像的局部特征,可以用于目标检测和边缘检测等任务。
拉普拉斯金字塔(Laplacian Pyramid):拉普拉斯金字塔是通过对高斯金字塔进行差分来构建的。拉普拉斯金字塔可以捕捉图像的边缘和细节信息,可以用于图像融合和特征提取等任务。
SIFT 金字塔(Scale-Invariant Feature Transform Pyramid):SIFT 金字塔是通过对图像进行高斯滤波和 DoG 滤波来构建的。SIFT 金字塔具有尺度不变性和旋转不变性,可以用于图像匹配和目标识别等任务。
图像金字塔通常通过对图像进行下采样或上采样来构建。下采样可以降低图像的分辨率,上采样可以提高图像的分辨率。
尺度空间和图像金字塔在计算机视觉和图像处理领域有着广泛的应用。尺度空间可以用于尺度不变的图像处理任务,例如图像匹配和目标检测。图像金字塔可以用于图像融合、图像配准和特征提取等任务。
2. 高斯金字塔
高斯金字塔通过对图像进行高斯滤波和下采样获得一系列下采样图像。高斯金字塔的下采样是对高斯滤波后的图像进行,以降低图像的分辨率。下采样可以通过以下几种方式实现:
平均池化:对图像的每个局部区域进行平均操作,从而得到一个像素值。
最大池化:对图像的每个局部区域进行最大值操作,从而得到一个像素值。
双线性插值:通过对相邻像素进行插值来得到新的像素值。
高斯金字塔的构建过程如下:
将原图作为高斯金字塔的第 0 层图像
对高斯金字塔的第 i 层(i = 0,1,2...)图像进行高斯滤波
对高斯滤波后的图像进行亚采样,生成高斯金字塔的第 i+1 层图像