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.     

基于关键点特征描述子的三维文物碎片重组

对多个文物碎片进行重组时,确定文物碎片之间的邻接关系时间复杂度非常高;文物断裂部位因受损而存在一定的几何特征缺失,仅依靠断裂区域的几何特征进行拼接或重组难免会出现错误.鉴于此,提出一种基于关键点特征描述子的三维文物碎片重组方法.首先利用已有的文物"模板",采用内在形状签名算法提取文物"模板"和文物碎片原始面上的关键点;然后计算关键点的快速点特征直方图特征描述子;再通过比较其相似性来确定文物碎片在"模板"上的对应位置,即确定各个碎片断裂面之间的邻接关系;最后采用顺序拼合的方式及迭代最近点算法对多个碎片进行重组.实验结果表明,该方法能够有效地提高文物碎片虚拟拼接的效率.     

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.     

信息背景下AR动态图像轮廓特征匹配拼接仿真

为提升AR动态图像轮廓特征匹配准确性,扩展图像拼接技术的应用领域,满足信息背景下的计算机视觉与图像处理需求,提出一种AR动态图像轮廓特征匹配拼接方法.通过滤波处理、平滑与边缘锐化以及几何校正阶段,完成图像预处理,划分图像为左边缘及右边缘,搜索不间断边缘点上的全部轮廓点,基于方向性约束与灰度相关性约束获取最优轮廓匹配点,利用特征向量信息实现匹配检验与轮廓特征匹配,根据图像梯度场,引导插值拼接区域,转换图像拼接问题为最小化目标函数问题,采用泊松融合完成AR动态图像轮廓特征匹配拼接.从无标准参考与有标准参考两种图像角度,使用不同的评估指标来评价拼接图像质量,仿真结果表明,所提方法具有明显的配准优越性与较好的拼接效果,有效性与适用性相对理想,能够满足信息背景下图像处理需求.     

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.     

基于单幅图像的真实感人体动画合成

由于单幅图像缺失三维信息以及完整的纹理信息,基于单幅图像的真实感三维人体动画合成极具挑战性。针对单幅图像三维信息缺失问题,提出了一种基于SMPL参数模型的三维人体几何重建方法。该方法以单幅图像为输入,先根据输入图像人体轮廓信息变形标准的SMPL参数模型分别生成与目标轮廓一致的正反面的三维几何模型,然后利用基于B样条插值的网格拼接融合算法拼接正反面三维几何,最后为了恢复正确的手部几何,利用基于B样条插值的网格拼接融合算法,将重建后的模型上错误的手部几何用标准SMPL参数模型上正确的手部几何替换。同时,针对单幅图像中纹理缺失的问题,提出了一个称为FBN（front to back network）的对抗生成网络,用于恢复被遮挡的人体背面纹理。实验结果表明,该方法生成的具有完整纹理的人体几何能够由3D运动数据驱动运动,生成具有高度真实感的三维人体动画。     

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。     

一种高效的三维轮廓曲线匹配算法

针对三维碎片自动拼接中的碎片匹配问题,提出一种高效的轮廓曲线匹配算法。用B-样条曲线表示三维空间曲线,并计算轮廓曲线上各个点的曲率、挠率和法矢,在匹配过程中,对轮廓特征点按其邻域曲面片进行分类,根据特征点类型标志及特征段之间的欧式距离对不同轮廓上的特征段进行相似性度量,再利用法矢对相似性较高的轮廓段进行可匹配性验证。实验结果证明该算法是稳定、高效的。     

基于改进SIFT特征的水下图像拼接技术研究

针对水下图像存在颜色失真、对比度较低等问题,而传统的图像拼接算法直接用于水下图像拼接是不奏效的,文中选用暗通道先验去雾算法来对水下图像进行增强,再运用白平衡算法来校正水下图像的颜色,并用主观评价和客观评价来判断预处理的好坏。然后,选取尺度不变特征变换(SIFT)算法来进行特征点的提取。由于水下图像纹理信息较丰富,因此在进行特征点描述时添加图像的纹理信息,使其能够进行更精确的特征点描述。实验结果表明,改进后的算法能够降低误匹配率,改善水下图像拼接效果。     

基于全景图像的虚拟漫游系统研究

提出一种基于全景图像的虚拟漫游方案。为了对不同视角的图像进行自动拼接,首先在图像的尺度空间中提取特征点,并赋予主方向。根据邻域信息计算得到特征向量后,利用最近邻特征点距离与次近邻特征点距离之比得到初始匹配点对。然后使用RANSAC(Random Sample Consensus)算法剔除错误匹配点对,同时计算得到图像之间的变换参数。完成图像拼接后,通过重投影算法可以生成场景在不同视线方向上的透视视图,让用户获得身临其境的沉浸感。