基于曲面分割的三维点云物体识别

提出了一种基于局部描述符的三维点云物体识别算法.算法首先得到点云的邻域、法线矢量等相关信息,通过邻域进一步得到形状索引值.特征点的提取以形状索引值为依据,以每个特征点为基点对曲面根据欧式距离和矢量夹角分割.分割的曲面片进行等间距划分为多个欧氏距离同心圆,以特征点切平面为基平面投影,并进行等角度抽样,通过抽样点相对特征点的法线矢量及测地距离变化曲线,建立曲面片的二维描述,从而把三维识别转化为二维.根据算法建立模型数据库,给定一个物体,通过和模型数据库中的曲面描述进行比对,得到潜在的识别结果,再通过迭代最近点算法,得到最终的识别结果.最后,通过大量具体实验验证了算法的有效性,并给出了算法的计算复杂度及耗时对比分析,说明了算法的高效性.     

基于曲面分割的三维点云物体识别

提出了一种基于局部描述符的三维点云物体识别算法.算法首先得到点云的邻域、法线矢量等相关信息,通过邻域进一步得到形状索引值.特征点的提取以形状索引值为依据,以每个特征点为基点对曲面根据欧式距离和矢量夹角分割.分割的曲面片进行等间距划分为多个欧氏距离同心圆,以特征点切平面为基平面投影,并进行等角度抽样,通过抽样点相对特征点的法线矢量及测地距离变化曲线,建立曲面片的二维描述,从而把三维识别转化为二维.根据算法建立模型数据库,给定一个物体,通过和模型数据库中的曲面描述进行比对,得到潜在的识别结果,再通过迭代最近点算法,得到最终的识别结果.最后,通过大量具体实验验证了算法的有效性,并给出了算法的计算复杂度及耗时对比分析,说明了算法的高效性.     

空间栅格动态划分的点云精简方法

常规的特征保持点云精简方法需计算全部点云的微分信息,但直接计算高密度或含噪点云的微分信息存在一定偏差,导致点云精简效果不佳。提出一种基于栅格动态划分的点云精简方法。首先对模型进行空间栅格初划分,利用随机采样一致性算法剔除栅格内的干扰点,然后采用最小二乘法对剩余点进行平面拟合并计算平整度值,根据平整度值判别该栅格是否细分,将平坦区域压入大间距栅格内,特征丰富区域划分至小栅格中。针对小栅格内的点引入高斯函数降低远距离点对特征识别贡献的权重,综合曲面变化度和邻域法向量夹角信息共同识别特征点并保留,大栅格内的点根据栅格间距大小采用不同的采样率采样。与随机采样法、栅格法、曲率精简法对比实验结果表明,该方法能较好地保持模型细微特征且避免孔洞的出现,精简后模型的最大偏差为1.502 mm,远小于其他三种方法;随着噪声强度的增加,本文方法的精简误差相对较小且变化平缓,在35dB噪声下,平均偏差仅为随机采样法和栅格法的40%,曲率精简法的50%。     

一种散乱点云的均匀精简算法

针对散乱点云数据密度大、重建时间长、效率低等问题,提出了一种散乱点云的均匀精简算法。该算法基于开源C++编程库点云库(PCL),利用PCL的体素化栅格类创建一个K邻域三维体素栅格,结合包围盒法对输入的点云数据进行K邻域距离计算和法线估计,确定每个小立方栅格的重心,并以其来近似显示这个小立方栅格内所有的数据点,达到精简点云的目的,最后利用贪婪三角投影类对精简后的点云实现三角网格面重建并显示其效果。实验结果表明,该算法在充分保留点云数据几何特征的前提下,能有效滤除部分点云数据冗余量,且精简结果比较均匀,避免了大规模精简所出现的空白区域,提高了重建效率。     

一种自由曲面光学视觉重构方法研究

通过对物体摄像来提取表面 3D信息正成为一种新兴的反求建模方法。传统的视觉算法是基于特征对应的 ,要求物体表面具有几何特征或色彩纹理 ,不适于无纹理自由曲面的重构。将计算机视觉方法与CAGD技术紧密结合 ,对无纹理自由曲面提出了一种新的视觉重构方法。首先将物体表面分割为N边域曲面片 ,经由边缘线提取、匹配 ,重构出曲面片的边界曲线 ;然后通过反射模型、图像光亮度分析求出曲面片的跨界切矢 ;最后综合上述信息 ,构造出光滑的曲面模型     

基于从运动中恢复结构的三维点云孔洞修补算法研究

通过光栅投影法可以获取物体的三维点云数据,但是对于形貌复杂的被测物体,由于测量方式本身含有的一定缺陷,会导致所获取的点云数据出现孔洞区域,从而对后续处理造成影响。结合已有的从运动中恢复结构(SFM)算法,提出一种新的点云孔洞修补方法。首先,利用光栅投影法中得到的二维相位信息来提取三维点云孔洞区域的边界点;接着,将SFM获取的点云数据集与光栅投影法所采集的点云数据集进行配准,并提取出信息补充点;最后,在添加了补充点的点云数据集上,利用径向基函数计算曲面方程,修补孔洞。实验结果证明了该算法的稳健性,能较为有效地恢复复杂物体的表面信息。     

基于离散Morse理论的散乱点云特征提取

为了有效提取散乱点云上的特征点,针对现有点云特征提取算法采用全局统一的特征度量阈值易造成特征误判、漏判及需要多次人工调参的问题,基于离散Morse理论,提出一种自适应的特征提取算法。首先,采用基于局部邻域的协方差分析计算每个数据点的特征度量,标定潜在特征点。然后将潜在特征点与其邻域点在主方向上所形成的夹角平均值作为局部特征检测算子,利用该算子计算该点的离散梯度;最后,构建每个潜在特征点局部邻域内的Voronoi图,利用线性插值法计算离散点所在泰森多边形所有顶点的梯度构建离散梯度向量域,将离散梯度向量域中的梯度极值点判定为特征点。为提高算法的稳健性和抗噪能力,将离散梯度计算扩展到多尺度上,将邻域大小作为离散的尺度参数,多尺度地对一点进行判定。实验结果表明,该方法简单、稳健性好,不依赖于特征的尖锐程度,能在有效提取较尖锐特征的同时,尽可能多地保留较平滑特征。当噪声为0.03 dB时,可以有效地提取点云特征,而当噪声为0.05 dB时,尽管存在个别特征点消失的情况,但整体上显著特征点能够得到较好地提取,效果令人满意。     

三维点云中关键点误匹配剔除方法

三维点云关键点配准与识别过程中存在寻找匹配对不理想、大量误匹配对及配准与识别准确率下降等问题,提出了一种新颖的关键点误匹配剔除方法。在关键点检测阶段,基于边缘点及其邻域点大多分布在同侧的特性,提出了一种边缘点检测算法,剔除处于边缘的关键点,以提高关键点的可重复性和可匹配性,并降低关键点特征匹配的误匹配率。在关键点特征匹配阶段,对经由最近邻算法得到的初始关键点匹配对,通过Kmeans算法和分裂法,剔除掉大量错误的关键点匹配对,从而提高三维点云之间关键点的匹配率。实验结果表明,该方法能够剔除完整三维点云匹配完整三维点云、完整三维点云匹配杂乱且有遮挡的三维点云、部分点云匹配部分点云所产生的大量关键点误匹配对,提升了关键点匹配效果;同时在时间上,本文算法较随机取样一致性算法更有效率,是最邻近算法的有益补充。     

基于几何特征和图像特征的点云自适应拼接方法

多视点云拼接技术是物体三维测量过程中的重要环节。现有的无标志点三维点云自动拼接方法在对不同表面进行测量拼接时稳定性较差。针对此问题,提出了一种基于几何特征和图像特征的点云自适应拼接方法。该方法建立了一个配准算法选择模型,通过引入配准算法判断因子来综合评价物体表面的几何、纹理复杂程度,从而系统可根据判断因子自适应地选择合适的配准算法,实现基于几何特征配准和基于图像特征配准的有机结合。并在特征点匹配过程中,采用随机抽样一致(RANSAC)算法对误匹配特征点进行剔除。实验结果表明,该方法可实现不同表面的稳定点云拼接。     

基于SIFT特征点的三维点云模型盲水印算法

为提高三维模型版权信息的安全性和鲁棒性,提出了一种基于尺度不变特征转换的三维点云模型水印算法。首先对三维点云模型进行主成分分析,然后将模型中的点到模型中心的距离r进行一定的排序,形成一个m×n的矩阵。对该矩阵进行尺度不变特征提取,找到其稳健的特征点。在选取合适的特征点后对其邻域进行Contourlet变换,将水印嵌入其低频部分,然后进行Contourlet逆变换,即可生成带水印的三维点云模型。实验表明,该算法对几何攻击以及噪声、裁切、简化等攻击具有较强的鲁棒性。该算法可用于实际三维模型的版权认证。     

基于Shape Context和尺度不变特征变换的多模图像自动配准方法

提出了基于修正的尺度不变特征变换（SIFT）特征提取和Shape Context特征描述算子相结合的多模图像自动配准算法,该算法利用修正的SIFT算法提取多模图像中的特征点,然后采用Shape Context算子描述特征点,利用特征点周围区域边缘点的梯度方向形成特征向量。采用欧氏距离作为匹配标准对多模图像中特征点进行初始匹配,然后通过RANSAC算法消除误匹配的特征点对,并采用最小二乘法计算仿射变换参数,最后通过仿射变换和双线性插值实现图像配准。对红外图像和可见光图像的配准实验结果表明了本算法的有效性和稳定性。     

改进的基于主成分分析的三维人脸形状建模

针对基于主成分分析(PCA)的三维(3D)人脸形状重构不精确的缺点,对位移向量、缩放因子、旋转矩阵、重构系数等参数进行了精确的定义和计算,并对重构模型进行了有效的调整。根据CVL Face Database建立了113个3D人脸形状模型,经迭代运算后重构出了由特征点组成的稀疏3D人脸形状模型。利用径向基函数(RBF)得到了密集3D人脸形状模型。试验结果表明,算法可以得到精确的重构模型,对深度旋转的人脸图像和特征点定位误差也有很好的鲁棒性。     

基于单幅图像大尺寸实际平面上的光点定位方法

 为满足某地面实验中视觉测量系统的研制需求,研究了一种基于单幅图像的大尺寸实际平面上光点的定位方法。通过建立关于实际平面上光点3D坐标的数学模型,结合利用图像确定的通过光点的空间光束,实现了由单幅图像确定光点的3D坐标。依据具体特点,把实际平面分为高阶曲面型、分块平面型和分块曲面型3种类型,并分别给出了相应类型的光点定位方法。仿真实验验证了所提出方法的正确性,并比较分析了方法的精确性;实际试验数据表明,所提出方法可以满足尺寸为8000mm×8000mm的大型实际平面上光点的定位需求,定位误差小于1mm。     

掩星状态下的太阳形状及强度的理论及数值分析

提出了一种掩星状态下获得太阳形状及强度的方法,并进行了理论推导,建立了数值仿真模型。建立了无大气折射效应下的太阳形状及强度矩阵,并以此作为参考,通过阿贝尔积分公式及折射率垂直剖面反演得到经大气折射后的太阳像面任意位置处的大气弯曲角,根据弯曲角计算得到掩星后太阳像面各个点位置相对于不发生掩星时的位移,根据参考像面即可得到掩星后的太阳像面形状及强度矩阵。 仿真结果表明,采用此模型能实现掩星状态下,不同轨道位置,任意切点下的太阳形状及强度分布。 同时,以卫星轨道高度600 km作为仿真算例,模拟获得了从5~60 km不同正切点高度位置处相应的太阳形状及强度分布,并且仿真得到了云层遮挡下的太阳强度分布图。此模型对应用于卫星姿态部件的测试标定、遥感技术及材料测量等领域,实现能够较为真实地反映太阳形状及强度的太阳模拟器,具有较高的参考价值。     

彩色图像中颜色不变性和耀斑的分离（Ⅰ）

景物中物体表面的色品是与该物体形状无关的稳定特性,称为颜色不变性。但是,由于耀斑(highlight)和影绸(shading)的存在,图像中对应物体表面点的色品却是变化的,不具有颜色不变性。正确理解图像颜色的基础是建立颜色反射的物理模型。本文叙述了根据Klinker提出的双色反射模型(the dichromatic reflection model),在三维颜色直方图(3D color histogram)中利用K-L变换做平面拟合,分离面反射分量(interface reflection component)和体反射分量(body reflection component),从而计算光源和物体颜色色度坐标的方法,讨论了实际CCD摄像机的局限性,给出了实验结果。     

基于物体特征有效提取和离散点三维重建的3D扫描系统原型研究

针对3D扫描技术的近期发展情况,以及市场关于被摄物体特征有效提取的迫切需求,通过系统的对照相机和投影仪测量的方法与计算,利用离散点三维重建算法、标准化算法详细分析了,作为3D扫描原型系统的关键技术,并深入的对三维坐标重复演算的过程,进行了实践研究与计算,论证了基于投影光编码技术的3D扫描仪原型系统,在物体特征有效提取和离散点三维重建中完全可以高效应用；同时,使用焦距标准化运算、逆向倾角变形运算、逆向扭曲变形运算三种方法,综合论述了物体特征有效提取和离散点三维重建过程的相关内容,测试了原型系统对真实文物的扫描情况,展开了该原型系统可应用于不同材料,不同种类物体的扫描,并能有效的进行数字化物体特征识别的研究结论。     

Hand vein recognition based on the connection lines of reference point and feature point

According to the essential characters of the image topology, a new hand vein recognition algorithm based on the connection lines of reference point and feature points is proposed. In this method, the intersection points and the endpoints of the vein image are used as feature points. After the intersection points and the endpoints selected as feature points, the reference point for image matching are extracted from these points. The relative distances between the reference point and the feature points and the angles between the adjacent connections of the reference point and feature points are calculated and used as recognition features. Finally these two features are combined for hand vein recognition. This method can effectively overcome the influence on the recognition results caused by image translation and rotation. Experimental results show that the proposed algorithm is able to achieve hand vein recognition reliably and quickly.     

稀疏阵列交叉波束相干信号空间功率合成（英）

以稀疏阵相干信号干涉合成原理为基础,建立了相干信号空间功率合成数学模型。基于合成效率的概念,推导分析了交叉波束下波束交叉角度与目标点合成效率的关系。设计了栅基实验,对实验中栅格尺度的选定原则进行了推算分析,为利用计算机无失真地复现多点源功率合成能量分布规律打下了理论基础。通过仿真分析了波束交叉角度对有效功率点分布的影响。结果表明,在多点源与目标点等距、各点源频率相同、极化方向一致的情况下,目标点合成效率仅与空间中各点源之间夹角有关。当波束交叉时,有效功率点密集度与波束交叉角度有关。     

一种鲁棒的目标跟踪方法

针对传统特征光流场跟踪方法中由于误差积累和错误匹配而导致的特征点丢失问题,基于一种新的Harris-SIFT特征点表示方法,提出基于预测帧与关键帧的算法框架,实现了光流场运动估计与局部特征识别相结合的目标跟踪方法.预测帧利用塔式分解和递归算法计算特征点的光流场运动矢量,使用运动矢量直方图获取目标的运动矢量,并剔除误匹配点;当特征点数量小于5个时,关键帧使用Harris-SIFT特征点进行局部特征匹配,利用仿射模型对目标精确定位及姿态修正.实验结果表明,本方法对视频序列中的纹理特征目标跟踪的鲁棒性较好,在背景复杂、目标遮挡或暂时丢失情况下,仍可以继续完成目标的可靠跟踪.