图像目标三维几何不变量特征构造与应用

论文摘要

基于图像的物体识别、目标跟踪技术是计算机视觉研究的重要方向,在社会生产、生活的各个领域有着广泛的应用。从图像中提取能够表征目标物体几何结构本质特征的三维射影不变量,不受成像角度、位置、光照条件、空间几何变换等因素的影响,将有效改善后续的识别、跟踪等高级应用。目前关于图像目标三维射影不变量研究中,可用于构造不变量的几何特征十分有限,仅限于图像点特征,适用范围也局限于可进行三维重建的图像几何结构,或者特殊几何结构,相关工作侧重于理论推导,在实践中仍面临着很多问题。本文正是在这一背景下对图像目标三维射影不变量的构造与计算工作进行了深入的研究。本文主要完成了以下几个方面的工作。提出了图像目标三维射影不变量构造与计算的一般方法。本文在基于图像点特征的目标三维射影不变量非齐次解法基础上,给出了齐次性解法,齐次解法可以改善不变量计算的稳定性和可靠性。在此基础上,本文将图像直线特征引入三维射影不变量计算,提高了图像目标三维射影不变量计算的稳定性和可靠性。更重要的是,直线特征的使用使得在已知信息不足以进行三维重建的情况下,仍然可以获取目标的部分三维信息,这对于识别、跟踪等后续应用有着重要的意义。本文给出了根据图像中点特征、直线特征计算三维射影不变量的一般方法,对如何利用图像特征、如何获取独立等式等问题进行了详细的论述。根据本文提出的方法,使用者可以自行构造与计算适用于特定应用的几何结构所具有的三维射影不变量,而不仅仅局限于已有文献中介绍的几何结构。提出了基于前景估计的图像检索方法。在参考了关于人类视觉注意机制的生理学研究与心理学研究,以及计算机视觉领域中关于图像显著性检测的研究后,本文归纳总结了确定图像前景的几条基本原则。根据这些基本原则定义了图像区域的前景权重,前景权重的确定一方面为图像目标三维射影不变量计算提供约束条件,提高了不变量计算的可靠性;另一方面可以为不变量计算提供可靠的图像信息。改进了谱匹配中邻接矩阵的构造方法。本文中使用的图像点特征均为具有明确几何意义的角点特征,但是角点特征没有成熟的特征描述方法,缺乏分辨能力,匹配一般仅利用角点之间的几何关系。本文在利用角点间几何关系构建邻接矩阵的基础上,充分利用角点周围邻域的颜色、纹理等特征进行匹配,取得了更好的匹配效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 课题研究意义
• 1.3 课题研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 1.5 本文的内容安排
• 第二章 基本概念与基础理论
• 2.1 概述
• 2.2 图像检索中常用的视觉特征及表示方法
• 2.2.1 颜色特征及颜色模型
• 2.2.2 颜色特征的表示方法
• 2.2.3 纹理特征及表示方法
• 2.3 图论的基本概念
• 2.4 几何变换模型
• 2.5 相机成像模型
• 2.5.1 投射投影模型
• 2.5.2 仿射投影模型
• 2.6 对极几何约束与基础矩阵
• 2.6.1 对极几何约束关系
• 2.6.2 基础矩阵
• 2.6.3 多线性约束关系
• 2.7 自由度约束与不变量求解约束
• 2.7.1 自由度与不变量存在性约束
• 2.7.2 不变量可解性约束
• 2.8 本章小结
• 第三章 基于前景估计的图像检索方法
• 3.1 概述
• 3.2 基本思想和算法流程
• 3.3 基于仿射不变特征的图像分割方法
• 3.3.1 基于分级聚类法的图像特征点聚类
• 3.3.2 基于K均值聚类法的图像分割
• 3.4 图像的前景估计
• 3.4.1 图像前景的相关研究
• 3.4.2 图像区域前景权值的定义
• 3.5 基于颜色矩不变量的图像描述符
• 3.6 实验结果及分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 无序多图像中点特征的帧间匹配
• 4.1 概述
• 4.2 谱匹配方法
• 4.2.1 谱匹配问题的一般描述
• 4.2.2 谱匹配算法流程
• 4.2.3 稳定性分析
• 4.3 改进的谱匹配算法
• 4.4 实验结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于图像几何特征的三维射影不变量计算
• 5.1 概述
• 5.2 已有方法中存在的不足
• 5.3 基于点特征的三维射影不变量计算
• 5.3.1 基于点特征的三维射影不变量构造
• 5.3.2 基于图像点特征的不变量非齐次解法
• 5.3.3 不变量的齐次计算方法
• 5.4 基于混合特征的三维射影不变量计算
• 5.4.1 直线特征构造与计算不变量的特点
• 5.4.2 基于混合特征的三维射影不变量构造
• 5.4.3 基于图像混合特征的三维射影不变量一般解法
• 5.5 实验结果及分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间已发表或录用的论文
• 参与完成的科研项目
• 附录