尺度空间技术是一种性能突出的多尺度分析技术,特征提取算法是计算机视觉与图形图像领域具有基础性的底层算法,提取不变特征是特征提取算法的重点和难点。本文对图像特征提取与匹配技术、多尺度分析技术的产生、发展和目前的现状做了调查与总结;根据文献、业内的共识、有关组织的调查报告指出尺度不变特征提取算法是当前综合性能最优秀的图像特征提取算法的结论,本文以图像特征为实验平台、针对图像不变特征提取算法尤其是SIFT算法和其所依赖的尺度空间理论进行了重点分析与改进,给出了开放式热源尺度空间的构造方法,提出一种基于有限热源分布的新型线性尺度空间扩散方程和对应的五个空间演化算子、基于无限热源分布的两种新型非线性尺度空间和对应的七个空间演化算子,用这些空间演化算子所生成的热源尺度空间构建了底层的特征提取算法。　　 文章根据有限热源在物理空间介质中的热传导规律,提出了线性非齐次扩展型尺度空间扩散方程,针对该方程非齐次项高斯函数的尺度参数与热扩散齐次方程空间演化的关系、频域内非齐次项对齐次扩散方程的信息补充原理,提出了对应线性非齐次扩展型尺度空间解结构的同比例相邻层级尺度差型空间演化算子、单倍左尺度值型空间演化算子、单倍右尺度值型空间演化算子、同比例相邻层级尺度平方和型空间演化算子,对上述算子的时频性质、特征搜索性质进行了分析和论证。根据无限同类热源在物理空间介质中的热传导规律,提出了非线性嵌套一型尺度空间扩散方程,针对该方程的内部嵌套函数与外部线性高斯空间结构关系、无限热源物理空间扩散过程与图像特征提取过程的对应关系、图像大量稳定特征提取的目标,提出了双参数非对称演化算子、单参数局部对称演化算子、单参数全局对称演化算子。根据无限异类热源在物理空间中的热传导叠加原理,提出了非线性嵌套二型尺度空间扩散方程,针对该方程外部嵌套函数与内部线性高斯尺度空间结构和关系、无限异类热源物理空间扩散过程和图像特征提取过程中的对应关系、图像大量稳定特征提取的目标,提出了二阶HARRIS空间演化算子、HARRIS-HESSIAN空间演化算子、单参数局部对称比例空间演化算子、单参数全局对称比例空间演化算子。输入不同类型的图像数据对热源尺度空间扩散方程和对应算子所确定的热源型空间演化方式进行实验,结果验证了对各尺度空间和算子性质的预测分析与判断。最后利用空间差分筛选方法提取了不同类型图像的特征点,通过对最大特征检测数量、稳定特征数量、特征点检测效率等指标与SIFT算法、EBR算法、IBR算法、MSER算法、HARRIS系列算法、HESSIAN系列算法、SALIENT算法、拉普拉斯算法、梯度法等的对比分析,说明了各热源型空间和演化算子对图像不变特征的最大检测能力、检测稳定性和检测效率的优势;在与上层算法配合使用的实际任务中对热源尺度空间的特征检测可控性和综合性能进行了展示。