三维点云数据超分辨率技术

随着机器视觉技术的发展,如何准确、高效地对真实世界进行精确记录与建模已成为热点问题。由于硬件条件的限制,通常采集到的点云数据分辨率较低,无法满足实际应用需求,因此有必要对点云数据超分辨率技术进行研究。本文介绍三维点云数据超分辨率技术的意义、进展及评价方法,并对经典超分辨率算法和基于机器学习的超分辨率算法分别进行梳理,总结了目前方法的特点,指出了目前点云数据超分辨率技术中存在的主要问题及面临的挑战,最后展望了点云数据超分辨率技术的发展方向。     

Fourier变换光谱学的一种光谱分辨率增强方法

本文提出了一种基于特征值分析与线性拟合 (EALF)的超分辨率谱估计方法。其实质是在光谱的Fourier变换域内进行信号处理 ,以使复原谱的分辨率突破仪器函数的限制。EALF由总体最小二乘参数估计、特征值分析频率估计和最小二乘拟合振幅估计三个步骤来实现。本文将介绍EALF谱估计的原理 ,通过仿真实验验证原理的正确性 ,讨论关键技术 ,并总结EALF相对于其他Fourier变换光谱分辨率增强技术的主要优点。     

单光子探测三维点云与可见光图像融合处理算法研究

为了提升光电系统对于目标的探测识别能力,实现单光子探测三维点云数据和二维可见光图像的融合处理,提出了单光子探测成像系统的融合处理算法,采用直接线性变换方法并利用同名特征点的选取和间接平差算法解决了融合处理过程中的参数标定问题。通过实验数据进行融合处理算法验证,实现了分辨率1024×768像素单光子探测三维点云和二维可见光图像的像素级融合处理。实验结果表明,提出的融合处理算法能够有效实现三维、二维图像的融合。     

基于多源信息融合的果树冠层三维点云拼接方法研究

构建了基于彩色相机和光学混合探测(PMD)相机的多源视觉系统,旨在建立具有真彩色信息的果树冠层三维点云模型,为果树的剪枝、疏花疏果和采摘等果园管理提供技术支持。针对PMD相机获取的目标场景三维点云,结合PMD相机的幅度图像和密度聚类算法提取有效点,利用前期研究的图像配准方法得到多源图像之间的坐标转换关系,完成了果树冠层多源信息融合。通过主成分分析法得到较好的初始位置,再采用最近点迭代算法,实现两组三维点云之间的拼接。对自然场景下的开花期和坐果期的果树冠层三维点云拼接方法进行了实验验证,结果表明多视角三维点云拼接误差为2.62cm,可以较好地弥补单个角度下拍摄造成的数据缺失,实现了果树冠层完整的三维显示。     

基于多任务卷积神经网络的红外与可见光多分辨率图像融合

红外与可见光图像融合一直是图像领域研究的热点,融合技术能弥补单一传感器的不足,为图像理解与分析提供良好的成像基础。因生产工艺以及成本的限制,红外探测器的分辨率远低于可见光探测器,并在一定程度上因源图像分辨率的差异阻碍了实际应用。针对红外与可见光图像分辨率不一致的问题,提出了用于红外图像超分辨率重建与融合的多任务卷积网络框架,应用于多分辨率图像融合。在网络结构方面,首先设计了双通道网络分别提取红外与可见光特征,使算法不受源图像分辨率的限制;其次提出了特征上采样模块,先用双线性插值方法增加像素个数,再通过多层感知器精细化拟合像素平滑空间与高频空间的映射关系,无需重新训练模型即可实现任意尺度的红外图像上采样;接着将线性注意力引入网络,学习特征空间位置间的非线性关系,抑制无关信息并增强网络对全局信息的表达。在损失函数方面,提出了梯度损失,保留红外与可见光图像中绝对值较大的滤波器响应值,并计算该值与重建的融合图像响应值的Frobenius范数,无需理想的融合图像作为真值监督网络学习就能生成融合图像;此外,在梯度损失、像素损失的共同作用下对多任务模型进行优化,可以同时重建融合图像和高分辨率红外图像...     

多尺度融合超分辨率算法在无人机探测中的应用

基于光电传感器的低慢小无人机探测系统能够快速准确地发现并识别无人机目标,但远距离非合作无人机目标在图像中像素比重过小,特征退化较明显,使识别率大大降低.图像超分辨技术能够从低分辨率目标图像区域中获得高分辨率图像并恢复更多的细节特征,现有超分辨技术很难在保证推理速度的前提下兼容图像的高低频特征,因此为了满足探测系统的需求...     

基于GAN的人脸超分辨率重建算法研究

为解决当前人脸超分辨率算法细节处理不足和过度平滑等问题,基于对抗网络技术提出一种针对单一面部图像的超分辨率重建算法。在生成网络中并联边缘检测网络,提取丰富的人脸轮廓细节以辅助特征提取,通过Ranger优化器优化网络训练过程,最终结合客观评价和主观评价指标,建立数学模型综合评价重建效果。实验结果表明,算法较三次样条法、SRGAN、FSRCNN等方法具有更优的主观和客观评价结果。提升了面部的细节复原能力,具有更好的重建效果。     

卷积稀疏表示图像融合与超分辨率联合实现

为避免图像融合与超分辨率分步实现的不足,提出了基于卷积稀疏表示的融合与超分辨率重建联合实现方法。假设低分辨率与高分辨率图像之间具有相同的稀疏特征图,设计了一种高、低分辨率滤波器联合学习框架,实现对图像高低频成分的分离,并根据不同成分的形态特性设计了不同的融合规则:对于高频成分,根据稀疏特征图亮度信息和像素活跃性水平,设计了一种像素显著性度量方案来指导高频特征图的融合;对于低频成分,根据脉冲耦合神经网络能捕获邻域相似像素点火的特性,设计了低频成分融合方法。所提方法不需要将图像分割成重叠的块,避免块向量化的缺陷。实验结果表明,能有效提高图像融合的质量。     

一种基于多分辨率分析的图像融合方法

图像融合通过综合各个图像的互补信息,合并成一个新图像来改善图像的视觉效果.利用拉普拉斯金字塔分解算法对图像进行多分辨率分析,对分解后的图像采用基于区域特征量测的方法进行融合.最后,通过实验证明该方法能够取得很好的融合效果,融合质量优于其他几种方法.     

一种改进的视频超分辨率重建方法

针对目前无人机摄像、照相数据的特点,提出一种基于低分辨率视频重建高分辨率视频的改进方法;采用高斯金字塔光流算法对低分辨率视频及高分辨率图像进行运动估计利用小波频带分解方法提取图像的高频细节,并对视频进行运动补偿,采用凸集投影方法对补偿后视频进行迭代优化;并通过MATLAB仿真实现了以上算法,实验结果证明本文算法重建质量更好、处理速度更快。     

一种基于长轴和对偶性的椭圆检测新算法

提出一种新的基于椭圆长轴信息的椭圆检测算法,利用椭圆长轴信息来确定椭圆的四个参数,并利用累积的方法得出短轴的值。在确定长轴时,利用椭圆的对偶性对长轴做出验证。实验表明,该算法比原长轴算法降低了运算时间。     

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。     

An interpolating reproducing kernel particle method for two-dimensional scatter points

An interpolating reproducing kernel particle method for two-dimensional(2D) scatter points is introduced. It eliminates the dependency of gridding in numerical calculations. The interpolating shape function in the interpolating reproducing kernel particle method satisfies the property of the Kronecker delta function. This method offers a mathematics basis for recognition technology and simulation analysis, which can be expressed as simultaneous differential equations in science or project problems. Mathematical examples are given to show the validity of the interpolating reproducing kernel particle method.     

基于半像素错位的多幅图像重建高分辨率图像技术研究

介绍了一种基于半像素错位的多幅图像重建高分辨率图像技术。分析了半像素错位的多幅图像与高分辨率图像各像素灰度值的对应关系 ,并从CCD数字化采样的角度进行了论证。同时 ,结合实际摄像机CCD结构 ,求出了高分辨率图像重建的计算公式 ,并通过实验进行了验证和完善。重建的本质是以原高分辨率图像的 4邻域平均图像为基础 ,增加一定比例的边缘细节信息 ,去接近原高分辨率图像。CCD的动态范围越大 ,图像的灰度级越多 ,那么计算误差就越小 ,图像的边缘细节信息就可以利用更多 ,重建的图像就越接近原高分辨率图像。通过实验和分析表明 ,利用半像素错位的多幅低分辨率图像重建高分辨率图像的原理是正确的 ,方案是可行的     

基于编码标志点的数码相机三维测量与重构

介绍了利用数码相机作为图像传感器,在物体表面设置编码标志点,通过对编码标志点进行识别和检测,从而确定标志点的空间位置,实现了对物体表面某些特定点三维信息的无接触检测。介绍了其中的关键技术,如标志点的设计与检测、基础矩阵的求解、数码相机参数的标定以及内外参数的捆绑调整等,给出了检测实例并进行了精度验证。实验证明,该方法结构简单,成本低廉,数据采集快,移动方便,检测范围大,可满足三维物体特别是大面积物体空间检测的需求。     

基于人脸姿态估计的虚拟眼镜试戴技术

为解决用户线上眼镜的最优选购,提出了一种基于人脸姿态估计的虚拟眼镜试戴技术。首先采用肤色模型与形状模型结合的算法对场景中的人脸区域进行检测,然后根据人眼在人脸中的几何位置关系实现人眼的精确定位;进一步利用人眼对称性先验知识来估计脸在三维空间中的姿态信息,即人脸与正面的偏移角度;最后,依据人眼位置和人脸姿态将眼镜图像融合到眼睛区域,即完成眼镜的虚拟试戴。该方法为3D环境下客户与商品之间虚拟视觉化的实现提供了一种可靠的技术支撑和应用思路。     

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.     

An accurate and efficient method for treating aerodynamic interactions of cloud droplets

Motivated by a need to improve the representation of short-range interaction forces in hybrid direct numerical simulation of interacting cloud droplets, an efficient method for treating the aerodynamic interaction of two spherical particles settling under gravity is developed. An effort is made to ensure the accuracy of our method for any inter-particle separation by considering three separation ranges. The first is the long-range interaction where a multipole method is applied. After a decomposition into six simple configurations, explicit formulae for drag forces and torques are derived from an approximate Force–Torque–Stresslet (FTS) formulation. The FTS formulation is found to be accurate when the separation distance normalized by the average radius is larger than 5. The second range concerns the short-range interaction where the interaction force could be very large. Leading-order lubrication expansions are employed for this range and are found to be accurate when the normalized separation is less than about 0.01. Finally, for the intermediate range where no simple method is available, a third-order polynomial fitting is proposed to bridge the treatments for long-range and short-range interactions. After optimizing the precise form of polynomial fitting and matching locations, the force representation is found to be highly accurate when compared with the exact solution for Stokes flows. Using this method, collision efficiencies of cloud droplets sedimenting under gravity have been calculated. It is shown that the results of collision efficiency are in excellent agreement with results based on the exact Stokes flow solution. Collision efficiency results are also compared to previous results to further illustrate the accuracy of our calculations. The effects of particle rotation and the attractive van der Waals force on the collision efficiency are also studied. The efficient force representation developed here is more general than the usual lubrication expansion and thus can serve as a better approach to correct unresolved short-range interactions in particle-resolved simulations.     

基于三角测量的三维激光扫描仪设计

基于三角测量原理,设计了一套三维激光扫描仪.分析了光信号在不同表面上的反射性质,设计出较为准确的亚像素光点中心定位算法.实验表明即使在红外光较强的环境下,也具备较好的抗干扰能力,具有较高性价比.