基于图的形状描述方法研究

论文摘要

随着多媒体和网络技术的飞速发展，数字图像得到日益广泛的应用，基于内容的图像检索成为当前多媒体检索研究的热点之一。其主要思想是根据图像所包含的颜色、纹理、形状以及空间关系等低层图像特征来分析图像信息，利用图像的特征矢量建立图像索引。检索方法目前主要是根据图像的多维特征矢量进行相似查询。如何有效准确地描述图像特征是基于内容的图像检索技术的一个核心问题。形状是刻画物体最本质的特征，也是最难描述的图像特征之一。此外，从二维序列图像中获取物体三维形状信息，并进行重建与显示，也是计算机视觉研究的主要内容。物体三维形状的描述与恢复在虚拟现实、机器人等3D环境分析、监控系统中物体的跟踪、识别、生物医学图像处理、工业在线自动检测等领域有广泛的应用前景。 本文以图和图的谱理论为基础，重点研究关于形状的图描述方法，主要包括两个方面(1)研究Delanuay图和图谱来描述形状的有效方法(2)研究基于八元树(特殊的图)的三维表示方法以及二维形状恢复和显示。本文的主要研究工作及创新如下： 物体形状的关联图及图谱表示方法研究。分析了目前基于内容的检索技术，基于形状的图像检索是基于内容图像检索的重要组成部分，也是基于内容的图像检索的难点所在。当我们要检索所需要的图像或视频内容时，人们首先想到的是其中物体的形状。因此，基于形状的检索有着特别重要的意义。形状的描述是形状检索的第一步，也是最关键的一步。图作为一种抽象的数据结构，是用顶点和边来描述结构关系的一种方式，也具有与形状本身十分接近的特点。本文尝试将复杂的物体形状表示为简单的图的结构形式，并使用图的谱来描述物体形状，以便于形状聚类和检索的研究。 Delaunay图及图谱的稳定性分析。在分析了计算几何中描述平面上点集结构的几种常用关联图以后，进一步分析和证明了Delaunay图及图谱用于二维形状描述的可行性。根据Delaunay图的特点以及构造过程，从几何的角度分析了Delaunay图中三角形自身的稳定性。同时，我们也证明了Delaunay图的图谱稳定性，当Delaunay图由于噪声等原因发生变化时，给出了图谱变化的最大上

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 基于内容的图像及多媒体信息检索
• 1.1.1 基于内容的多媒体信息检索
• 1.1.2 图像检索技术的主要方法和现状
• 1.2 基于颜色特征的图像检索
• 1.3 基于纹理特征的图像检索
• 1.4 基于形状特征的图像检索
• 1.5 三维物体形状表示与恢复的意义
• 1.6 本文的主要贡献
• 1.7 本文的研究内容与章节安排
• 第二章 二维形状的关联图表示与关联图谱描述
• 2.1 形状与图
• 2.2 各种图的定义
• 2.3 Delaunay图的稳定性分析
• 2.4 图的矩阵表示方法与关联图谱分析
• 2.4.1 图的矩阵表示方法
• 2.4.2 关联图的谱分析
• 2.5 Delaunay图的图谱稳定性分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于轮廓的形状图谱描述方法
• 3.1 引言
• 3.2 基于极图谱的形状描述
• 3.2.1 形心
• 3.2.2 形心距和形心角
• 3.2.3 极图和极图谱
• 3.2.4 极图谱的实验结果
• 3.3 基于傅立叶变换的形状图谱描述
• 3.3.1 傅立叶变换
• 3.3.2 物体形状的傅立叶变换描述
• 3.3.3 频域的降维和归一化
• 3.3.4 频域降维后的Delaunay图和图谱描述
• 3.3.5 实验结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于区域的形状图谱描述方法
• 4.1 引言
• 4.2 常用的区域描述方法
• 4.2.1 区域的简单标量描述
• 4.2.2 矩
• 4.2.3 网格
• 4.2.4 凸包
• 4.2.5 骨架
• 4.3 基于区域角点的形状图谱描述
• 4.3.1 角点的定义
• 4.3.2 Harris角点检测
• 4.3.3 基于Harris角点的形状图谱描述及实验结果
• 4.4 基于骨架的形状图谱描述
• 4.4.1 Shock图
• 4.4.2 基于骨架关键点的形状图谱描述及实验结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于八元树的三维形状描述方法
• 5.1 八元树的定义与八元码
• 5.2 改进的八元树表示方法
• 5.2.1 内存中一般的八元树表示方法
• 5.2.2 改进的八元树表示方法
• 5.3 三维数据场的数据获取和分类
• 5.4 序列断层图像的八元树构造算法
• 5.4.1 八元树的深度
• 5.4.2 由八元码构造八元树
• 5.4.3 八元树的优化
• 5.4.4 构造算法的进一步改进及算法流程图
• 5.5 八元树的磁盘存储与恢复
• 5.5.1 八元树的磁盘存储
• 5.5.2 八元树的磁盘恢复
• 5.6 三维数据场的可视化
• 5.6.1 直接显示算法和间接显示算法
• 5.6.2 三维体素空间到二维像素平面的投影
• 5.6.3 三维显示中的浓淡问题
• 5.7 基于八元树的物体形状恢复
• 5.7.1 物体空间算法—BTF投影法
• 5.7.2 基于八元树的BTF三维显示算法
• 5.8 实验结果
• 5.9 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 致谢