面向深度提取和形状识别的图像匹配

论文摘要

图像匹配是计算机视觉和图像理解领域的研究热点之一,已广泛应用于多源图像数据融合、环境监测、目标识别、三维重建等诸多领域。虽然图像匹配问题有一个统一的处理框架和思路,但每一类具体的图像匹配问题也都有其特殊的处理方法。论文主要研究了面向目标深度信息获取的立体匹配和面向形状的目标模型识别方法与技术。在面向目标深度信息获取的立体匹配研究方面,论文在评述了立体匹配的基础理论、存在难点、遮挡检测、评价标准、主要方法等以后,具体研究了局部立体匹配和全局立体匹配问题。在局部立体匹配方法研究中,针对应用最为广泛的基于区域的局部匹配方法的不足,提出了两个算法。一是仅仅利用灰度信息即可确定匹配窗口的改进方法,由于不需要同时测算局部灰度和视差变化,因此可以方便地利用整数图像来提高效率,而且计算量与窗口大小无关。二是扩展仅仅基于灰度取得匹配窗口的方法,提出了基于视差点的大遮挡检测立体匹配算法,通过在视差点的结构中用参数来分别描述直线的斜率和左右遮挡量,该方法能够处理斜平面和遮挡问题。在全局立体匹配研究中,针对基于分割的全局立体匹配易受颜色分割错误影响的缺点,提出了两个新算法。一是基于像元集的树加权置信扩展立体匹配方法,利用初始视差控制点的直方图分布来对颜色分割后的区域进行二次分割,有效的缓解了视差在颜色相似区域内发生跳跃所带来的匹配错误。二是将唯一性约束扩展到分割域中,提出了基于复杂分割的对称遮挡检测算法,能够在分割域检测遮挡,该算法在以国际标准图像所进行测试的24个算法中综合指标名列第三。在面向形状的目标模型识别方法研究方面,提出了两个模型匹配的应用算法。一是基于交比不变量的利用局部不变特征识别复杂平面多边形的算法,该算法能够适用目标局部缺损和丢失少数顶点的情况,计算量小,识别效率高。二是基于梯度模板的复杂成像条件下的数字识别算法,该算法可以消除钢铁厂生产环境中光照、灰尘、油漆脱落、机器震动、成像对象移动、数字质量不统一和遮挡等因素对识别处理的影响,在工厂试验生产线上达到80%以上的识别率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景与研究意义
• 1.1.1 面向深度提取的立体匹配
• 1.1.2 面向形状识别的模型匹配
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 立体匹配研究现状
• 1.2.2 模型匹配研究现状
• 1.3 论文的主要工作
• 1.4 论文内容安排
• 第二章 立体匹配的基础理论和方法研究
• 2.1 引言
• 2.2 几何基础
• 2.2.1 极线几何
• 2.2.2 标准双目立体几何
• 2.2.3 视差与深度的关系
• 2.3 立体匹配的计算
• 2.3.1 立体匹配的计算过程
• 2.3.2 立体匹配的结果表示
• 2.3.3 立体匹配中的约束
• 2.3.4 匹配测度
• 2.4 立体匹配的难点和评价标准
• 2.4.1 立体匹配存在的难点
• 2.4.2 立体匹配的评价标准
• 2.4.3 立体匹配的标准测试图像及定量指标
• 2.5 立体匹配中的遮挡问题
• 2.5.1 遮挡的各种情况
• 2.5.2 处理遮挡的各种算法
• 2.6 立体匹配方法分类
• 2.6.1 区域匹配
• 2.6.2 基于梯度的优化方法
• 2.6.3 特征匹配
• 2.6.4 动态规划
• 2.6.5 其他方法
• 2.7 本章小节
• 第三章 基于区域的局部立体匹配和遮挡检测
• 3.1 引言
• 3.2 自适应窗口匹配算法回顾
• 3.2.1 自适应窗口选择
• 3.2.2 窗口代价函数
• 3.2.3 搜索最佳窗口策略
• 3.3 基于自适应窗口的快速立体匹配
• 3.3.1 利用匹配精度作为相似性测度
• 3.3.2 利用整数图像提高效率
• 3.3.3 利用黄金分割搜索最佳窗口
• 3.3.4 计算量分析
• 3.3.5 实验结果及分析
• 3.4 局部方法中的遮挡检测技术回顾
• 3.4.1 直接检测遮挡
• 3.4.2 几何建模检测遮挡
• 3.5 基于视差点的立体匹配和遮挡检测
• 3.5.1 视差曲线
• 3.5.2 视差点的定义
• 3.5.3 提取特殊视差
• 3.5.4 利用动态规划求解最佳视差函数
• 3.5.5 实验结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于能量函数的全局立体匹配和遮挡检测
• 4.1 引言
• 4.2 全局立体匹配算法的工作回顾
• 4.2.1 能量函数的设计
• 4.2.2 优化算法的选择
• 4.3 基于分割的立体匹配方法的研究现状
• 4.3.1 颜色分割算法
• 4.3.2 GCP 求解
• 4.3.3 视差平面拟合
• 4.4 基于像元集的树加权置信传递立体匹配算法
• 4.4.1 初始视差求解和图像分割
• 4.4.2 视差平面拟合
• 4.4.3 利用TRBP 求解最优视差
• 4.4.4 实验结果分析
• 4.5 基于复杂分割的遮挡检测和对称迭代置信传递算法
• 4.5.1 图像复杂分割
• 4.5.2 对称能量函数的设计
• 4.5.3 利用BP 对称迭代求解视差和遮挡
• 4.5.4 实验结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于模型匹配的平面多边形和数字识别
• 5.1 引言
• 5.2 基于射影不变量的复杂平面多边形识别
• 5.2.1 平面多边形识别方法回顾
• 5.2.2 利用交比构造目标特征矢量
• 5.2.3 基于模糊模式识别的目标类型识别
• 5.2.4 实验结果及分析
• 5.3 基于模板匹配的复杂成像条件下的数字识别
• 5.3.1 机器视觉应用系统中的图像信号处理
• 5.3.2 模板匹配技术在炼钢厂生产监控系统中的应用
• 5.3.3 利用模板匹配识别数字
• 5.3.4 实验结果及分析
• 5.3.5 算法存在的问题及改进方案
• 5.4 本章小节
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士期间已撰写和发表的论文
• 攻读博士期间参加的科研任务