基于特征点运动轨迹的非刚体三维运动恢复算法研究

研究了非刚体三维运动重建问题。介绍了基于轨迹空间理论的轨迹基变换算法,分析了轨迹基的频谱特性和非刚体特征点运动轨迹频谱特点,探讨了轨迹基的选择对非刚体三维重建的影响,并对真实图像序列的实验结果验证了该算法的有效性和精确性。     

一种基于可编程图形硬件的快速三维图像重建算法*

针对三维CT图像重建时间过长这一瓶颈问题,给出了FDK算法的几何描述,并据此导出了利用可编程图形硬件加速三维图像重建的方法,最后利用图形处理器的可编程、高精度以及并行计算等特性实现了该方法。实验结果表明,该三维图像重建方法非常有效,与原始算法相比取得了8倍左右的重建加速比。     

修正邻域系的三维运动图像重建算法仿真研究

在研究物体的运动真实性优化的过程中,关键特征点的运动状态随机性很大,很难建立准确的运动形状基动态模型.传统的三维运动重建算法都是运用固定形状基模型,但是固定模型很难表述复杂运动变化参数和大规模动态特征的运动规律,造成重建效果不逼真的弊端.提出一种修正邻域系的三维运动图像重建算法,通过运动参数修正特征点的邻域系,直到参数达到稳定,保证参数的修正稳定,也间接保证了重建的准确性.计算机仿真结果表明,改进算法能够克服运动状态随机性较大造成的运动重建效果不逼真的缺陷,完成三维运动图像重建.     

基于单幅正面照片的三维人脸重建方法

三维人脸重建算法需要多张照片实现重建且重建效率低下。针对上述问题,提出一种利用单幅正面照片重建三维人脸的方法。采用薄板样条函数对数据库中的三维人脸确立点对点的对应关系,建立平均三维人脸模型,利用LMA算法优化形状系数以恢复其三维形状,人脸颜色纹理信息可通过垂直投影得到。实验结果表明,利用该方法重建得到的三维人脸逼真且时间效率高。     

乒乓球的三维运动轨迹重建

主要基于图像序列对乒乓球的运动轨迹进行三维重建,并对乒乓球运动形态进行分析.首先对采集的图像进行立体校正,利用颜色识别和改进的霍夫圆检测算法提取出序列图像中乒乓球的圆心坐标;然后根据前后帧图像的特征点坐标差值在时间序列上匹配特征点;最后,利用三角测量法对匹配的特征点进行三维重建,并计算出乒乓球不同时刻的速度和加速度,实现了动态物体的三维运动重建.实验结果表明该三维运动重建方法提高了特征提取的准确性,有效地实现了时间序列上的匹配,获得了物体的三维运动数据.     

运动员动态图像三维仿真技术研究

研究运动员运动图像三维仿真的真实性问题.运动员进行不同的运动项目时,关节所成的角度,运动速度有差异,造成不同部位在空间上会出现严重的视觉遮挡,发生特征点的重叠和丢失,造成运动员形状基计算不准确.传统的人体运动重建算法,都是以人体形状基个数为基础,没有考虑形状基计算错误带来的重建特征点缺失问题,造成仿真效果较差.提出了一种改进因式分解的人体运动图像三维动态仿真算法.运用光流体的概念合理的计算运动中的形状基个数,对形状基的数量进行约束性计算,从而实现人体运动图像序列中的三维动态仿真建模.实验结果表明,改进算法提高了人体运动图像序列三维动态仿真的真实性.     

心血管三维表面的NURBS重建方法

针对心血管三维表面重建的问题,采用NURBS(非均匀有理B样条)重构三维血管表面,研究了NURBS曲面的拟合算法和利用"权值"修改NURBS曲面的方法,并运用OpenGL技术实现了三维血管的虚拟显示。利用临床冠状动脉造影图像进行心血管三维重建实验,结果表明该重建方法比传统方法在重建精度和光顺性上都有明显的改善。     

基于三维模型的行人徘徊行为检测算法

针对不同应用场景给出了不同的徘徊定义,并提出一种基于三维模型的行人徘徊行为检测算法。该方法利用融合前景检测和行人检测的方法获取目标,并利用摄像机标定信息和图像信息建立目标的三维模型。针对传统算法无法获取目标真实轨迹的问题,利用三维模型对分块目标跟踪方法进行改进,以提取目标的真实运动轨迹。根据不同的应用场景对目标轨迹进行分析,判断目标是否有徘徊行为。实验结果表明,该方法能够获得较为准确的目标三维模型,得到目标的真实运动轨迹,从而鲁棒地、快速地检测目标的徘徊行为。     

基于弱监督学习的三维人脸形状与纹理重建

三维人脸相较于二维人脸包含了更多特征信息, 可应用于如人脸识别、影视娱乐、医疗美容等更多实际应用场景, 因此三维人脸重建技术一直是计算机视觉领域的研究热点. 由于真实三维人脸数据较难获取, 很多基于深度学习的重建算法首先利用传统重建方法为大量二维人脸图像构建三维标签, 作为训练数据, 这些数据可能并不精准, 从而导致算法的重建精度受到影响. 为此, 本文提出一种基于multi-level损失函数的弱监督学习模型, 结合传统三维人脸形变模型3DMM与深度学习方法, 直接从大量无三维标签的二维人脸图像中学习三维人脸特征信息, 从而实现基于单张二维人脸图像的三维人脸重建算法. 此外, 为解决二维人脸图像中常存在遮挡或大姿态情况而影响人脸纹理重建的问题, 本文使用基于CelebAMask-HQ数据集的人脸解析分割算法对图像进行预处理去除遮挡区域. 实验结果表明, 基于本文方法的三维人脸重建质量与重建精度均实现了一定的提升.     

一种基于Fourier-小波矩的PET图像重建方法

正电子发射断层图像(PET)重建问题是一种不适定问题,通常需要采用正则化方法以抑制噪声,提高重建质量.本文提出一种新的非正则化重建方法,即基于Fourier-小波基函数的特征重建算法.Fourier-小波基函数结合了小波基函数和Fourier调和函数的特征,使我们便于对其进行小波分析和Fourier分析.在本文的算法中,我们采用迭代方法,计算图像的Fourier-小波矩(FWM),并由FWM恢复图像.此外我们利用Fourier-小波基函数的旋转不变性节省算法存储空间,简化计算,并且利用此性质,推导出一种类似Row-Action(RA)方法的快速收敛算法,以提高收敛速度.我们将FWM算法同几种常用算法进行了比较,实验结果表明,FWM算法的重建效果同传统的MAP算法接近,具有较好的应用前景.     

Mining frequent trajectory patterns in spatial-temporal databases

In this paper, we propose an efficient graph-based mining (GBM) algorithm for mining the frequent trajectory patterns in a spatial-temporal database. The proposed method comprises two phases. First, we scan the database once to generate a mapping graph and trajectory information lists (TI-lists). Then, we traverse the mapping graph in a depth-first search manner to mine all frequent trajectory patterns in the database. By using the mapping graph and TI-lists, the GBM algorithm can localize support counting and pattern extension in a small number of TI-lists. Moreover, it utilizes the adjacency property to reduce the search space. Therefore, our proposed method can efficiently mine the frequent trajectory patterns in the database. The experimental results show that it outperforms the Apriori-based and PrefixSpan-based methods by more than one order of magnitude.     

基于时间线段树的城市可达区域搜索

针对城市计算中的可达区域搜索问题,提出一种基于时间线段树的搜索方法。该方法中,设计了存储局部可达区域的时间线段树结构,并提出动态自适应的可达区域搜索算法,从而提高了城市可达区域搜索的效率与准确率。该方法主要包括4个步骤：根据道路速度分布模型和轨迹数据生成道路段的概率时间权重;利用层级跳跃表算法进行短时间可达区域的查询与存储;利用时间线段树对层级可达区域建立高效的索引结构;使用时间线段树索引在道路网络中进行迭代搜索,最终输出可达区域集合。在北京市道路网络和出租车轨迹数据集上进行了大量实验,结果表明,与最新的单点上下界限区域可达查询（SQMB）方法比较,该方法在时间效率和准确率上分别提高了18.6%和25%。     

基于时间线段树的城市可达区域搜索

针对城市计算中的可达区域搜索问题，提出一种基于时间线段树的搜索方法。该方法中，设计了存储局部可达区域的时间线段树结构，并提出动态自适应的可达区域搜索算法，从而提高了城市可达区域搜索的效率与准确率。该方法主要包括4个步骤：根据道路速度分布模型和轨迹数据生成道路段的概率时间权重；利用层级跳跃表算法进行短时间可达区域的查询与存储；利用时间线段树对层级可达区域建立高效的索引结构；使用时间线段树索引在道路网络中进行迭代搜索，最终输出可达区域集合。在北京市道路网络和出租车轨迹数据集上进行了大量实验，结果表明，与最新的单点上下界限区域可达查询（SQMB）方法比较，该方法在时间效率和准确率上分别提高了18.6%和25%。     

基于混合遗传算法的工业机器人最优轨迹规划

为兼顾工业机器人工作效率与轨迹的平稳性,提出一种基于混合遗传算法的二次轨迹规划方案.通过最优时间轨迹规划得到最小执行时间,在最小执行时间内进行最优冲击轨迹规划,进而规划出一条既高效又平滑的运动轨迹.采用五次均匀B样条在关节空间进行快速插值,不仅保证了各关节速度和加速度连续性还保证了各关节冲击的连续性.连续平滑的冲击可以减少机械振动,延长机器人的工作寿命.选用PUMA560为对象进行仿真与实验,结果表明,该方案可以获得比较理想的机器人运动轨迹,所提出的混合遗传算法能有效提高全局寻优的性能和算法运行的稳定性.     

机载雷达组网多站测角被动跟踪轨迹优化研究

研究多观测器轨迹优化控制问题,由于多站测角被动跟踪系统运行存在误差,用机载雷达组网的可移动传感器采集信息,可对雷达载体轨迹优化进行研究,利用控制雷达载体的飞行轨迹可有效解决跟踪目标的弱观测性及估计器的稳定性。为了改善传统轨迹优化算法容易陷入早熟收敛和局部最小的问题,提出一种模拟退火(Simulated Annealing,SA)和粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法的混合优化方法(SA-PSO)。在给出了角度信息的适应度函数表达式基础上,结合模拟退火算法的局部搜索能力和粒子群优化算法的全局搜索能力,提高优化算法的收敛速度、精度以及全局搜索能力。实验证明,改进的混合算法对雷达载体轨迹优化有效,并减小对机动目标的被动跟踪误差。     

基于混合策略的轮式机器入路径规划方法

快速扩展随机树方法（R RT）是解决具有非完整性约束的轮式机器人路径规划问题的一种有效途径。R RT能够在规划过程中引入机器人动力学约束,但是当环境中存在大量障碍物时,R RT算法的路径搜索效率将会降低。另一方面,R RT算法不具有最优性,限制了其在轮式机器人路径规划中的应用。针对经典R RT算法的不足,提出一种混合的路径规划策略,首先通过路径导引点扩展多树R RT结构,利用多树R RT的局部探索与合并特性快速寻找可通行的区域范围,利用启发式搜索算法在可通行区域内快速寻找动力学可行的机器人运动轨迹。仿真与实车实验表明,该方法能够快速有效地解决复杂障碍物环境下的机器人路径规划问题。     

Software architecture for multi-bed FDK-based reconstruction in X-ray CT scanners

Most small-animal X-ray computed tomography (CT) scanners are based on cone-beam geometry with a flat-panel detector orbiting in a circular trajectory. Image reconstruction in these systems is usually performed by approximate methods based on the algorithm proposed by Feldkamp et al. (FDK). Besides the implementation of the reconstruction algorithm itself, in order to design a real system it is necessary to take into account numerous issues so as to obtain the best quality images from the acquired data. This work presents a comprehensive, novel software architecture for small-animal CT scanners based on cone-beam geometry with circular scanning trajectory. The proposed architecture covers all the steps from the system calibration to the volume reconstruction and conversion into Hounsfield units. It includes an efficient implementation of an FDK-based reconstruction algorithm that takes advantage of system symmetries and allows for parallel reconstruction using a multiprocessor computer. Strategies for calibration and artifact correction are discussed to justify the strategies adopted. New procedures for multi-bed misalignment, beam-hardening, and Housfield units calibration are proposed. Experiments with phantoms and real data showed the suitability of the proposed software architecture for an X-ray small animal CT based on cone-beam geometry.     

局部搜索与遗传算法结合的大规模复杂网络社区探测

基于遗传算法的复杂网络社区探测是当前的研究热点. 针对该问题,本文在分析网络模块性函数Q的局部单调性的基础上, 给出一种快速、有效的局部搜索变异策略, 同时为兼顾初始种群的精度和多样性以达到进一步提高搜索效率的目的, 采用了标签传播作为初始种群的产生方法;综上,提出了一个结合局部搜索的遗传算法(Genetic algorithm with local search, LGA). 在基准网络及大规模复杂网络上对LGA进行测试, 并与当前具有代表性的社区探测算法进行比较, 实验结果表明了文中算法的有效性与高效性.     

一种基于速度的移动对象轨迹简化算法

目前对移动对象轨迹简化问题分为离线简化和在线简化。以往的简化方法中许多依赖轨迹的几何特性,而针对移动对象的速度这一重要特征没有足够的关注。本文基于速度研究移动对象轨迹的离线简化新方法,提出了移动对象轨迹离线简化的动态规划算法、基于广度优先搜索的轨迹简化算法及其优化算法、时间复杂度更低的近似算法。并通过大量实验验证本文提出的算法比基于方向的简化算法和基于位置的简化算法具有更好的简化效率。