基于表面邻接约束的交互式文物碎片重组

为了有效地解决文物虚拟复原中因断裂部位表面受损严重而造成的几何特征缺失,导致已有的模型重组方法失效的问题,提出一种基于文物模型表面纹饰几何特征的交互式破损文物重组方法.首先通过生成显示脊线得到碎片表面纹饰的几何结构和主动轮廓线;然后领域专家根据几何纹饰的连贯性确定待拼合碎片的邻接关系,并给出初始位置及碎片的表面邻接约束,采用区域生长方法确定表面邻接约束点的最终位置;再以表面邻接约束点为中心获取初始匹配点集,并采用线段约束筛选出待拼合碎片间的最优匹配点对集;最后采用基于穷举搜索的形状匹配方法计算刚体变换,实现碎片拼合.实验结果表明,该方法能够实现复杂碎片的准确拼合.     

基于形状骨架图匹配的文物碎片自动重组方法

为了有效解决文物碎片自动重组中由于断裂部位受损造成几何信息丢失,采用传统几何驱动方法容易失效的问题,本文提出一种基于形状骨架图匹配的文物碎片自动重组方法,将碎片匹配问题转化为碎片表面纹饰中非完整纹元的互补匹配问题.首先,通过提取文物碎片表面特征线得到碎片表面的纹饰信息;然后根据完整纹元的特征确定非完整纹元互补匹配的约束条件,采用视觉骨架剪枝的方法提取完全位于断裂部位的非完整纹元的形状骨架图,基于形状骨架图语法及匹配约束条件判定非完整纹元是否互补匹配;接着,将碎片上非完整纹元的顺序作为上层约束条件,采用基于带剪枝深度优先的搜索方法搜索匹配碎片;最后,以邻接碎片上非完整纹元间公共弦的端点作为邻接约束点,采用最小二乘法计算刚体变换参数得到碎片的初始位置,并采用迭代最近点方法将邻接碎片精确对齐.实验结果表明,该方法能够有效解决断裂部位存在缺损文物碎片的自动重组问题.     

基于生成树代价和和几何约束的文物碎片自动重组方法

在文物碎片自动重组过程中, 针对传统基于几何驱动重组的方法容易受噪声影响会产生误匹配等问题, 本文提出一种基于生成树代价和和几何约束的文物碎片自动重组方法. 首先, 采用曲度函数提取碎片断裂面上凹凸性显著的n个特征点; 进而, 对其进行拓扑重构, 以特征点空间位置之间的欧氏距离为权值, 构造n阶带权无向完全图及其最小、最大生成树, 以生成树的代价和为邻接约束, 快速筛选潜在匹配碎片; 然后, 再以特征点的主曲率构造特征串, 引入Hausdorff距离来衡量两个特征串之间的相似程度, 可以有效找出配对碎片; 最后, 采用四元数法估算旋转平移矩阵将碎片粗对齐, 再采用迭代最近点算法实现精确对齐. 实验结果表明, 重组误差小于1 mm, 与传统方法相比, 该方法特征点数量较少, 计算量小, 有效提高了碎片重组的效率和准确性.     

基于Morse-Smale拓扑特征的文物碎片拼接算法

针对计算机辅助文物虚拟复原中由于破损文物断裂部位边缘受损而引起的轮廓线不能充分表示断裂面几何特征的问题,提出了一种基于断裂面拓扑特征的破碎文物自动拼接算法.首先,定义碎片模型顶点显著度指标函数,提取断裂面特征点,依据Morse-Smale复形理论构建并简化断裂面的几何拓扑图;然后,通过定义基准点与0值面,从而计算目标点的对应高度差值,将拓扑图中四边形曲面构造成为能完整表示断裂面几何特征的特征描述符,并根据凹凸互补性计算初始特征四边形匹配集的误差,筛选出最优匹配集;最后,采用四元组方法计算旋转、平移矩阵,利用穷举搜索法实现碎片的精确拼接.实验结果表明,该方法针对断裂部位边缘受损的破碎文物模型可获得较满意的拼接效果.     

结合表面纹理与断裂轮廓的碎片拼接方法

陶土制文物在自然环境及人为发掘等过程中,碎片易受损缺失,断裂部位难以保证完整性,传统采用几何驱动的拼接方法受到限制。为此,针对断裂部位几何信息缺失的陶制文物碎片,提出一种结合表面几何纹理及断裂轮廓的拼接方法。使用Splatting lines生成方法提取碎片纹理特征线,对三维模型密集点采样,用不同参数溅射渲染2个深度图像,由两图像间差值生成线图。计算纹理形状边角信息,构造破损纹理约束条件,完成初步匹配。对断裂边界轮廓上的离散点集,利用遗传算法计算匹配点对,得到最终结果。实验结果表明,该方法能够实现缺损文物碎片的拼接,匹配度稳定在0. 53以上,且对纹理特征显著及缺损严重的碎片拼接效果较优。     

基于改进SIFT的图像拼接算法

针对基于SIFT算法的图像拼接中算法复杂度过大和特征点匹配不准的问题,提出了用CS-LBP算子结合SIFT特征点生成特征描述符以及特征双向匹配的图像拼接算法。首先提取SIFT关键点,对每个关键点生成81维的CS-LBP特征描述子,然后利用特征向量双向匹配策略寻找符合特征匹配关系的匹配点对完成粗匹配,最后再利用RANSAC算法计算待拼接图像之间的变换矩阵,从而实现图像的拼接。实验结果表明,该方法能够有效地减少运算量,加快运算速度,拼接效果也较为理想。     

局部特征及视觉一致性的柱面全景拼接算法

目的 传统的基于平面拼接算法生成的全景图像存在严重的失真问题,很难保证良好的视觉一致性;而普通柱面拼接算法无法较好地满足实时性要求。为此,提出一种基于改进SIFT（scale-invariant feature transform）特征描述子的柱面全景图像拼接算法。方法 首先将待拼接的图像序列进行柱面投影,利用改进的SIFT特征检测器获取图像中的特征点,生成64维SIFT特征描述子;然后根据特征描述子之间的欧氏距离提取初始特征点对,利用RANSAC（random sample consensus）方法进一步剔除伪匹配特征点对并建立待拼接图像之间的空间变换矩阵;最后根据图像之间的空间变换矩阵进行图像配准,采用加权平均融合的方法完成图像的无缝拼接。结果 本文全景图拼接算法,可以有效地克服平面拼接算法存在的失真问题,保证了全景图像的视觉一致性。同时,相比普通柱面拼接算法,本文算法的拼接速度提高了近一倍。结论 通过对不同尺寸和数量的图像序列构建全景图,相对于平面拼接算法和普通柱面拼接算法,本文算法可以有效实现图像之间的拼接,生成宽视野、高分辨率的全景图像,且能够应用于对实时性要求比较高的图像拼接场合。     

基于Gocator的多传感器数据拼接方法研究

点云数据拼接在众多科研领域有着十分广泛的应用。为完整、精确地得到复杂物体的点云数据,提出一种基于Gocator的多传感器数据拼接方法。该方法需要对多传感器系统进行两两校准以获取各传感器坐标系与基准坐标系之间的空间变换关系,进而将各传感器自身坐标系下的数据转换到基准坐标系下,实现多传感器数据的拼接。对于双传感器数据拼接,首先通过两只传感器同时拍摄单孔标定块,利用最大距离法提取标定块轮廓坡口特征点,根据坐标转换原理,初步确定了两传感器间的旋转平移关系;在此基础上采用迭代最近点(ICP)算法进一步优化确定两传感器之间的最优变换矩阵,以得到精确的拼接关系。实验室搭建双传感器钢轨廓形检测平台对该算法进行验证,实验结果表明,多次拼接得到的钢轨廓形与标准模板误差不超过0.2mm,完全符合钢轨廓形允许误差要求,该算法具有较高精度和稳定性。     

基于全局二值特征描述子的三维CBCT图像快速匹配算法

三维图像拼接是通过锥束CT(CBCT)获取大尺寸物体完整的高分辨率三维图像过程中的关键技术之一,成为目前三维图像处理的一个新的研究方向.针对基于特征点的三维CBCT图像拼接技术中相似特征匹配正确率低、匹配过程耗时长的问题,提出一种基于全局二值特征描述子的三维CBCT图像快速匹配算法.首先对二值特征描述子BRIEF进行三维拓展,以适应三维图像;在此基础上加入全局描述子,增强特征描述子的独特性;在特征点匹配时,根据上述特征描述子的特点设计由粗到精的匹配策略,提高特征匹配正确率和效率.实验结果表明,该算法简单有效,可以在大量相似特征条件下提高特征点匹配的正确率,同时也显著提升了匹配速度.     

基于轮廓与断面匹配的秦俑碎片拼接方法

针对兵马俑第3次发掘大量破碎俑片的虚拟复原需求,分析秦俑碎片拼接的特殊性,归纳陶制碎片的分类原则,提出一种结合碎片边缘轮廓和断裂面匹配的混合拼接方法。依据俑体碎片断裂面厚度,将其映射到空间曲线模板或空间曲面模板。基于积分不变量计算俑体碎片特征向量,采用一致性约束方法获取碎片初始匹配点对。利用筛选算法去除伪初始匹配点对,应用几何哈希算法寻找碎片最优匹配点对。其中,空间轮廓曲线匹配基于多边形弧串匹配法,空间曲面匹配基于多尺度积分不变量法。对破碎兵俑和陶马的拼接结果表明,该方法能正确得到碎片间的匹配关系,具有较好的鲁棒性。     

基于几何关系约束的特征点匹配算法EI北大核心CSCD

特征匹配是计算机视觉中的一个基本问题,基于特征点的特征匹配方法则是其中最为常用的一种算法,有着重要的研究意义和研究价值.众所周知,特征点匹配的结果受很多因素的影响.为更好地处理视角变换的特征匹配问题,给出一种基于特征点位置关系的几何约束匹配方法.即通过引入新近发现的射影不变量——特征数,构建特征点位置间的几何信息描述子;进一步建立每个点的特征数直方图并使用巴氏系数度量几何相似度;最后在基于纹理特征描述子基础上增加文中所给出的几何信息描述子获得特征匹配的约束条件.实验结果证明,该算法可以有效的提高特征点匹配的精度,同时对视角变化较大及纹理相似的情况具有很好的匹配效果.     

一种基于区域检测特征描述子的静态图像拼接算法

图像拼接技术是当前图像处理领域的一个热门研究课题。它将一组相互存在重叠部分的图像进行空间匹配对准,经融合后成为一幅包含各图像信息的大视场的完整图像。提出了一种基于区域检测特征描述子的图像拼接算法。算法由以下几部分组成：首先,在图像配准方面,主要采用区域检测特征描述子来寻找特征点和特征描述子并据此对图像进行匹配;然后,利用统计学方法寻找高效匹配点;接下来,运用单应性矩阵投影方法对图像做投影变换;最后,基于变换结果的图像融合拼接。     

基于工程图的连通域划分及邻接关系确定

在基于工艺信息与工艺过程驱动的三维工序模型重建研究中,连通域的划分和邻接关系的确定是二维工序图特征识别的核心.首先采用极右路径法和极左路径法分别获得视图的最外轮廓环及各个子环;然后,通过扫描线算法确定子环之间的邻接关系;最后,根据子环及其之间的邻接关系进行连通域的划分,并进一步确定连通域之间的邻接关系.以某一零件视图为例,对该方法的有效性进行了验证.     

基于角边特征的纸质碎片自动拼接复原算法

针对人工复原纸质文物碎片存在尝试次数多、拼接速度慢、复原准确性与完成度低等问题，提出一种依据碎片角度与边长特征进行纸质文物碎片自动拼接复原的算法。首先，将碎片图像进行预处理并根据碎片的角度值进行粗匹配，得到角度值相等的碎片图像；然后，在粗匹配的基础上，利用碎片的角边长进行细匹配减少重叠情况，得到碎片图像的基本匹配结果；最后，利用凹凸函数对方向相对的碎片图像情况进行遗漏弥补，并运用震荡函数对最终匹配图像进行缝隙弥补得到完整拼接结果。理论分析和碎片拼接仿真实验结果表明，与特征点、近似多边形拟合、角序列匹配等碎片自动拼接算法相比，所提算法的拼接准确率、拼接完成度与拼接耗时分别至少提高了12个百分点、11个百分点与10个百分点。所提基于角边特征的碎片拼接算法减少了繁琐的图像计算步骤，精确了碎片匹配结果，使得在实际文物修复等工程中能够实现非规则碎片高效、高精准的匹配。     

基于特征点模板的Contourlet域抗几何攻击水印算法研究

抵抗几何攻击的数字水印是目前水印算法研究的热点与难点之一,一个微弱不可察觉的几何攻击就可能使绝大多数水印算法失效.文中对图像的Contourlet变换特性进行了分析和讨论,在此基础上提出了一种以特征点为模板的基于Contourlet的抗几何攻击水印算法,包括:(1)在Contourlet变换域最高阶方向子带的相同带内坐标中搜索纹理最丰富的位置作为嵌入位置,这样水印在被嵌入到图像重要区域的同时也保证其被嵌到纹理丰富的区域中;(2)根据嵌入点在低频对应位置的能量和高尺度同方向子带对应位置的纹理信息,确定了一种自适应的水印嵌入强度的策略,使得水印在嵌入位置和嵌入强度的选择上都保证了嵌入的水印具有很好的透明性和极大的鲁棒性;(3)改进了Harris-Laplace算子,利用该算子从含有水印的图像中提取出具有几何形变鲁棒性的特征点作为模板;(4)水印检测时,先利用特征点模板对应点之间的变换关系实现水印重同步,然后通过统计图像的相关性来验证水印的存在.仿真实验表明,所提出的水印算法不仅具有很好的透明性,而且对常见的图像处理和几何攻击具有很好的鲁棒性.     

纸片拼接技术

计算机辅助二维碎片自动拼接是模式识别领域中的一个典型问题,它在司法鉴定、文物修复等领域有着广泛的应用.本文对这种二维图像碎片的自动拼接问题展开研究.对于仅纵切的碎片,比较任意两张图片拼接后边界处的相似度来判断碎片之间是否左右相邻;对于纵切加横切的碎片,在纵切模型的基础上考虑了碎片文字所在行的几何特征信息,解决了判断碎片上下相邻的问题;对于双面的碎片,处理方法与纵切加横切类似,仅在对行的几何特征按照相似度进行分组时需要考虑正反面的情况.实验结果验证了方案的有效性.另外,对于文字特点不同于中文的英文碎片建立了改进模型.     

一种高效的二进制点云局部特征描述算法

针对现有点云局部特征描述算法时效性和紧凑型不能满足实际应用需求的问题,提出一种二进制多层切片距离特征描述算法(B-MSD)。首先在特征点处建立了一种稳健的局部参考坐标系;然后设计了两种多层切片和子区域划分方式并计算平均距离,以提取点云局部三维形状特征;最后通过量化的方法将各子区域计算的平均距离转化为二进制码串,串联所有码串生成最终的二进制描述子。在多个公开点云数据集上与几个经典描述子进行仿真对比,结果表明,在鉴别力更强的基础上,上述算法的紧凑性、计算效率和匹配速度方面综合表现更好。3D目标检测和点云配准应用实验也验证了上述算法的有效性。     

矿井多视角图像拼接方法研究

针对煤矿井下监控图像视野范围较小、细节特征不清晰等问题,提出了一种矿井多视角图像拼接方法。首先,采用一种改进对比度受限的自适应直方图均衡化方法对图像进行预处理,以突出图像细节,提高对比度;其次,选用ORB算法提取图像特征点,采用改进的Brief算法计算特征描述子;再次,通过K最近邻(KNN)算法实现特征点对粗匹配,基于随机采样一致性(RANSAC)算法对误匹配特征点对进行筛选、消除,并求解最优透视变换矩阵,对待匹配图像像素点进行坐标变换;最后,采用帽子函数加权平均融合算法对固定图像和待匹配图像进行拼接融合。实验结果表明:ORB算法较尺度不变的特征变换(SIFT)、KAZE算法对于单张图像提取的特征点数分别减少48%,33%,提高了有效特征点提取能力,特征点提取耗时分别减少17%,34%,提高了计算效率;采用该方法拼接的图像避免了连接处的裂缝、黑线现象,图像过渡自然,清晰度高。     

基于SIFT特征的眼底图像自动拼接

针对眼底图像对比度低、不同视场的图像间存在几何畸变等特点,提出一种基于SIFT特征的眼底图像自动拼接算法。该算法分别提取待拼接眼底图像的SIFT特征点,并用向量进行描述,确定两幅图像特征点的匹配关系,使用MLESAC算法去除误匹配点对,提出对特征点对提纯的距离-斜率相似测度方法,计算匹配点之间的透视变换矩阵,最后进行图像配准和拼接。对实际眼底照相机获取的多幅图像拼接结果表明,该算法具有很好的鲁棒性和稳健性,可以实现眼底图像的高精度自动拼接。     

三维文物点云模型配准优化算法

针对文物碎片配准过程中碎片点云之间不存在包含关系、对应点难以确定和配准效率低的问题,提出一种基于群体智能的文物点云数据配准优化算法.该算法利用曲率显著特征点的Hausdorff距离来确定初始对应点集,利用离散混沌细菌群体趋药算法求解得到最优的粗配准点对,采用混沌细菌群体趋药算法寻找最优的旋转和平移参数完成精配准.文中算法扩展了配准算法的使用范围,提高了配准的精度和效率,最后以具体的兵马俑碎片实例验证了该算法的有效性.