Log-Gabor梯度方向下的角点检测

目的 角点是图像的基本特征,在图像处理与计算机视觉系统中,经常作为复杂计算的第1步,例如,目标识别、目标跟踪等。因此,角点检测器的检测性能显得尤为重要。基于此,提出了一个既利用到图像边缘轮廓信息又利用到图像灰度信息的基于Log-Gabor梯度方向一致性的角点检测算法,以提高角点检测器的检测性能。方法 根据角点的定义可知,角点在各个方向的灰度变化都很大,并且每个角点的梯度方向与相邻像素的梯度方向都具有很大差别。然而,相邻边缘像素点的梯度方向是一致的,都是垂直于边缘脊的方向。因此,本文利用角点与边缘像素的这一特性,构建了一个新的角点测度。该算法首先利用边缘检测器检测并提取图像的边缘映射;然后利用Log-Gabor虚部滤波器提取边缘像素周围的灰度变化信息,找到边缘像素点的梯度方向,利用梯度方向计算新的角点测度;最后对角点测度进行阈值化处理,得到最终的角点检测结果。结果 提出的算法分别与CPDA（chord-to-point distance accumulation）算法,He & Yung算法,以及Harris算法在标准轮廓图像和仿射变换下进行性能比较。平均重复率与定位误差分别作为评价角点检测器检测稳定性以及定位性能的指标。从平面曲线上的仿真实验结果可以看到,本文提出的角点检测算法能够较好地检测到真实角点,避免对角点的漏检与误检。旋转变换、非统一尺度变换以及高斯噪声下的平均重复率和定位误差结果的平均排名CPDA为2.00, Harris为3.33,He & Yung为2.83,本文算法为1.67。实验结果表明,本文算法的综合性能最优。本文算法优于其他3种角点检测算法,包括检测稳定性能和定位性能。结论 基于边缘的角点检测算法大多只依赖于图像的边缘轮廓信息,没有考虑到图像的灰度变化,而基于灰度的角点检测算法大多只考虑到图像的灰度信息。本文算法既考虑到图像的边缘形状也考虑到图像的灰度变化,并且利用log-Gabor虚部滤波器充分的提取图像的局部信息。在此基础上,利用图像边缘像素的梯度方向一致性构建了新的角点测度,以提高角点检测器的检测性能。实验结果表明,本文算法拥有良好的角点检测稳定性与定位性能。     

利用点弦距离递归的图像角点检测算法

目的 传统的基于边缘轮廓的角点检测算法需要计算每一个边缘像素点的曲率,对噪声和局部变化敏感,极易造成检测结果的不稳定。针对这一问题,提出一种利用点弦距离递归的角点检测算法。方法 首先,利用Canny边缘检测器提取边缘轮廓线。其次,用3个不同尺度的高斯核对边缘线进行平滑,对每一个高斯尺度平滑后的边缘线,连接首尾端点形成一条弦,计算边缘轮廓上每个边缘像素点到弦的距离,将点弦距离最长的像素点标为候选角点,该像素点将原边缘轮廓线分成两条边缘,然后将该像素点与首尾端点连接成两条弦,重新计算点弦距离,将所有距离大于设定阈值的点作为候选角点。最后,利用多尺度技术对候选角点进行判决并得到最终角点。结果 与现有的基于曲率计算的角点检测算法相比,本文算法不需要计算一、二阶导数,有效避免了局部变化带来的计算误差。通过计算得到4个角点检测器的平均排名依次为Harris （4.0）、He&Yung （2.67）、CPDA （1.83）、本文算法 （1.5）。与其他3种经典的角点检测算法相比,本文提出的检测算法排名第一,因此表现出了更好的检测性能。结论 提出了一种新的利用点弦距离递归的角点检测算法。从实验结果看,本文提出的角点检测器在图像仿射变换、JPEG质量压缩和高斯噪声条件下有更好的平均重复性和定位误差。     

图像边缘轮廓自适应阈值的角点检测算法

目的 基于边缘轮廓的角点检测算法的检测性能虽然相对比较稳定,但是它对边缘轮廓的局部变化敏感,并且只是给予一个经验门限去提取角点,为此提出一种对局部变化和噪声稳健的基于图像边缘轮廓自适应阈值的角点检测算法。方法 该算法利用各向异性高斯方向导数滤波器对不同边缘和角点模型进行表征,提取表征边缘和角点的灰度及几何变化的不变属性,并通过正则化计算得到区别边缘和角点的自适应阈值。该算法首先利用Canny边缘检测器检测输入图像的边缘映射并从边缘映射中提取出边缘轮廓;然后利用各向异性高斯方向导数滤波器对所提取出的边缘曲线进行滤波平滑,计算出每一像素点的响应并与自适应阈值作比较,把响应大于阈值的点作为候选角点;最后,对候选角点进行非极大值抑制得到最终角点集。结果 提出的算法分别与Harris算法,He & Yung算法,以及ANDDs算法在仿射变换和高斯噪声的实验环境下进行比较,其性能指标为平均重复率与定位误差;并且对每个角点检测算法在无噪声和有噪声的情况下进行了角点匹配比较。4种算法的两个指标的平均排名为Harris 3.375,He &Yung 2.625,ANDDs 2.625,本文算法 1.375。本文算法在仿射变换以及高斯噪声的情况下有着良好的平均重复率和定位误差,优于其他3种算法。匹配实验中的错误点以及丢失点也少于其他3种算法。结论 图像的特征检测在计算机视觉领域是一个重要的课题,在许多视觉系统中,检测特征往往作为复杂计算的第1步。因此,这一步的可靠性会极大地影响着视觉系统整体的结果。而角点作为图像的重要特征,对其研究具有重大意义。本文算法不同于传统的基于边缘的角点检测器仅利用边缘轮廓的信息,还利用到图像边缘像素的灰度信息。而且,本文算法还采用一个自适应全局阈值,避免了角点的误判。正则化的灰度变化有效减少了噪声或者光照对检测性能的影响。通过角点匹配实验、仿射变换实验以及高斯噪声实验,可以看出,本文的角点检测器拥有良好的检测性能,并且对噪声具有稳健性。     

小波变换三阈值多尺度融合边缘检测算法

充分利用边缘点和噪声点在梯度方向特征上的差异,提出了边缘点的梯度方向特征的概念。在不同尺度上对图像进行小波变换,得到每个像素点的梯度信息,利用双阈值的非极大值抑制法和边缘点的梯度方向特征提取每一尺度上的边缘点,最后用第三个阈值融合各尺度下的检测结果,得到图像边缘。实验结果证明,该算法与经典的Canny算子和Mallat小波算子相比,在保证边缘定位能力的同时,具有更强的抗噪声性,在强噪声干扰下仍可获得满意的边缘检测效果。     

基于分数阶微积分的噪声检测和图像去噪

目的 提出一种利用分数阶微分梯度检测图像中的噪声点,并用于改进基于分数阶积分的图像去噪算法性能的算法。方法 该算法首先使用不同方向的分数阶微分梯度模板与含噪声图像进行卷积,计算出图像在不同方向上的分数阶微分梯度,依据预先设定的阈值获得不同方向的分数阶微分梯度检测图,将在所有选定方向上梯度都发生跳变的像素点判定为噪声点;然后只对被检测出的噪声点,在8个方向上进行分数阶积分运算完成去噪处理。结果 通过在人工图像中分别添加高斯噪声和椒盐噪声以及在自然图像中分别添加高斯噪声和椒盐噪声的去噪对比实验得出相同结论,即只对图像中检测出的噪声点使用分数阶积分运算进行去噪有更好的去噪性能,获得了更好的视觉效果和更高的峰值信噪比。结论 实验结果表明,基于分数阶微分梯度的噪声检测算法对解决图像去噪和保留图像纹理细节之间的矛盾有所帮助。随着对基于分数阶微分梯度噪声检测方法研究的深入,对图像中噪声检测的准确度会进一步提高,这将提供一种用于改进目前去噪算法性能的研究方向。     

结合四元数与最小核值相似区的边缘检测

目的 针对传统彩色图像边缘检测方法中未充分利用图像色度信息、颜色模型间非线性转换过程中时间和空间的大量耗费、算法实现复杂等问题,将四元数引入最小核值相似区（SUSAN）算法中,提出一种RGB空间下的结合四元数与最小核值相似区的边缘检测算法。方法 该算法首先对彩色图像进行四元数描述,然后用改进的SUSAN算子进行边缘检测。针对其中单一几何阈值g的限制,以及检测出的边缘较粗等问题,本文采用Otsu算法自适应获取双几何阈值,再对弱边缘点集进行边缘生长,最后根据USAN重心及其对称最长轴来确定边缘局部方向,实现对边缘点的局部非极大值抑制,得到最终细化后的边缘图像。结果 实验选取1幅合成彩色图像及3幅标准图像库图像,与彩色Canny算法、SUSAN算法,及采用单阈值的本文算法进行对比,并采用Pratt品质因数衡量边缘定位精度。本文算法能够检测出亮度相近的不同颜色区域之间的边缘,且提取的边缘比较连续、细致,漏检边缘较少。与公认边缘检测效果较好的彩色Canny算法相比,本文算法的品质因数提高了0.012 0,耗时缩短了2.527 9 s。结论 本文提出了一种结合四元数与最小核值相似区的边缘检测算法,实现了四元数与SUSAN算子的有效融合。实验结果表明,该算法能够提高边缘定位精度,对弱噪声具有较好的抑制能力,适用于对实时性要求不高的低层次彩色图像处理。     

稳定场图像重建中的传递函数研究

目的 针对2维图像重建（或修复）的准确性和效率问题,以传递函数为核心并提出相关重建算法。方法 在图像局部纹理稳定场模型的基础上,针对每一个缺损像素点,考虑其周围已知区域的像素点都对它进行能量传递,且在重建过程中首先将能量传递到最近邻域内,由此构造传递函数并引入标量场的二阶泰勒展开来完成,最终依据最近邻域内的能量值,以插值完成重建。结果 采用重新构造的传递函数并结合不同的插值方法分别对缺损的几何图形、灰度图像及彩色图像进行重建,结果与图像场方向导数的局部区域重建算法、典型的CDD（curvature driven diffusion）、BSCB（Bertalmio Sapiro Caselles Ballester）、TV（total variation）重建算法相比,重建准确率分别提高了6%、10%、15%、13%,峰值信噪比（PSNR）分别提高了2 dB、1 dB、3 dB、2.5 dB,并且图像缺损边缘及纹理细节的重建更加清晰。结论 对2维图像重建的传递函数的研究及所提出的相关重建算法,对于不同类型图像不同程度的缺损,以保持较好的整体视觉效果和重建效率为前提,较大地提高了重建准确性和PSNR,尤其在图像缺损区域边缘及纹理细节的重建上表现出色。     

基于局部特征的图像边缘检测

针对传统边缘检测对噪声较敏感且不能准确定位的不足,分析了图像边缘邻域像素之间的关系,提出了基于局部特征的图像边缘检测方法,建立了判断该像素点是否位于边缘上的准则函数。本方法以像素点为研究对象,检测的边缘可能为噪声点或伪边缘点,因此利用图像边缘连续性和噪声点孤立性的特点,运用形态学提取图像边缘并克服了噪声对边缘检测的影响;然后运用形态方向梯度去除伪边缘点。实验结果表明该方法能够准确地检测出图像的边缘,并克服了传统利用微分算子检测边缘的不足。     

基于局部尺度控制的模糊边缘检测算法

基于容错思想定位边缘是为了解决自然图像中难以获取典型边缘特征的前后景相融处的模糊边缘定位问题,它为图像的每一点建立唯一的、局部可计算的最小可靠尺度以对模糊边缘定位并提取。文中对算法中求图像二阶导数时每个像素点都要沿着各自梯度方向确定卷积模板计算各像素点二阶导数的过程进行简化分析。通过将局部尺度判定与LoG算法相结合,避免各梯度方向上所进行的繁琐的二阶导数运算,并提出一个近似确定零交叉点位置的模糊边缘判别和定位流程。详细分析算法的可行性,对比多种算法对3类不同程度模糊的典型图像的边缘定位效果。实验表明,该算法对模糊边缘的定位和提取效果更好,运算速度更快,算法更实用。     

强噪声下改进Canny算法的边缘检测

针对传统边缘检测算法抗噪性较差、易受噪声影响、误判率高和漏判等问题,提出一种强噪声环境下对传统Canny边缘检测算法的改进算法。该算法选用平滑聚类滤波取代高斯滤波对受噪声图像进行预处理;对滤波窗口内的像素点进行噪声检测,根据检测到的噪声点个数自适应调整滤波窗口的大小,改变窗口中各信息的输出,为图像中的重要信息赋予较大的权值,实现降低噪声影响的同时防止重要信息被过滤;极大值抑制阶段在3×3邻域内使用Sobel算子,额外加入45°、135°方向计算梯度幅值和方向,更全面地检测细节信息;针对图像的灰度变化使用平均方差来计算高阈值。仿真结果表明,在高斯噪声和椒盐噪声的混合强噪声干扰下,该算法得到的边缘提取结果明显优于传统算法得到的结果。     

一种基于逻辑判断的山谷型边界检测方法

针对特定环境目标图象的分割,提出了一种基于逻辑判断的非监督边办检测方法,该方法可直接从原努图像中提取边界,而不需要进行边界强度计算和阈值分类,其算法简单,且具有噪声滤波功能,故适合于山谷型边界检测,通过堆积类球形颗粒轮廓的提取实验证明,效果较好。     

基于图象方向性信息测度的图象象素分类

针对以往象象图处理方法缺乏通用性的问题,提出了一种新的基于图象方向性信息测度的图象素数分方法,即利用不同类型的图象象素的方向性信息测度,以及方向性信息测试随观观察尺度变化时的改变不同,来将图象象素分成边缘点,平滑点和纹理点以及用于图象分析,该方法不仅可用于任意图象的前期分析,而且具有良好的抗噪能力,实验证明,该方法具有令人满意的效果。     

自适应滤波窗实现距离加权图像椒盐噪声滤除

目的 在比较几种椒盐去噪方法的滤波窗口尺寸选择策略的基础上,提出一种基于自适应滤波窗的距离加权图像椒盐噪声滤除方法。方法 首先将图像中灰度值为0或255的像素点判定为噪声点,接着对每个噪声点,在以该噪声点为中心、不断增大面积的滤波窗口序列中,寻找包含非噪声点的最小尺寸窗口。若此窗口尺寸小于预设的阈值,则使用该窗口中的非噪声点进行距离加权滤波。否则认为该噪声点位置位于图像自身灰度值为0或255的像素点区域内部,使用少数服从多数策略计算灰度恢复值。结果 将本文方法与其他7种椒盐去噪方法相比较。当图像自身包含较多灰度值为0或255的像素点时,本文方法去噪效果优于其他7种方法。当图像自身不含或较少包含灰度值为0或255的像素点时,本文方法与其他方法中的最优去噪结果效果相当。结论 本文方法不仅能够有效滤除椒盐噪声,而且适用于自身包含灰度值为0或255的像素点多的椒盐噪声图像。     

利用Gabor方向导数相关矩阵的角点检测

为了提高角点检测的准确率,提出了一种使用图像的Gabor方向导数构建相关矩阵来进行图像角点检测的算法。算法首先通过Canny边缘检测算法提取检测图像的边缘轮廓;然后使用Gabor滤波器对图像进行平滑,利用每一个边缘像素和其邻近像素的Gabor方向导数构建相关矩阵,若相关矩阵的归一化特征值的和大于预定阈值并且是局部极大值,则标记该像素为角点。算法利用邻近像素Gabor方向导数之间的相关信息提取角点,与传统的基于轮廓的角点检测算法相比,检测性能更加稳健。实验结果表明：在含噪声和无噪声情况下,提出的算法检测到的真实角点更多,而错误角点更少,整体性能有明显提升     

基于熵和独特性的角点提取算法

针对角点提取在图像配准中的应用,利用图像窗口的互相关系数定义了邻域窗口的独特性,提出一种基于熵和独特性的角点提取算法.算法首先通过Canny算子提取图像边缘,然后通过计算边缘点所在圆形邻域的熵和独特性筛选出角点,并通过不断修正剩余候选角点的独特性达到输出角点分散分布的目的.通过与Harris算法及区域特征提取的Sift算法实验对比,表明该算法能够对角点准确提取、精确定位,具有较好的抗噪性和方向无关性,且提取的角点分散分布,尤其适用于图像配准,其局限性在于不具有尺度不变性.     

保留边缘信息的静态数字图象超分辨率重建

插补方法是图象超分辨率 (super- resolution)技术的一个重要方面 .插补处理后 ,数字图象的视觉质量主要依赖于图象轮廓边缘的两个因素 :(1)跨越边缘方向的灰度值变化比较尖锐 ;(2 )沿边缘方向的灰度值变化比较平滑 .着重考虑以上两个因素 ,提出了一种新的插补方法 ,以获得清晰的图象边缘 ,从而获得较好的数字图象放大效果     

基于改进Harris角点提取算法的网格图像破损检测

针对周界网格状围栏破损预警问题,提出一种基于改进Harris角点的网格图像破损检测算法。传统Harris角点提取算法需要对图像中每个像素点计算横纵方向上的一阶导数以及角点响应函数值,算法复杂度高,通过引入灰度“相似度”的参数来计算像素点与其周围像素灰度值的相似程度,从而滤除伪角点,减少Harris角点提取时间,最后通过分析角点分布信息来界定破损区域。对移动机器人采集的典型围栏破损图像进行了检测试验,由实验结果可看出,Harris角点提取时间大大减少,表明该算法有效且满足围栏破损检测实际应用要求。     

一种新的图像椒盐噪声的非线性滤波算法

为了在滤除椒盐噪声的同时能很好地保持图像的边缘细节,提出了一种新颖的图像椒盐噪声非线性滤波算法。利用局部统计信息,先将图像像素点分为信号点和可能的噪声点两类。然后将可能的噪声点进一步细分为边缘点、噪声点和信号点：利用方向信息、均方差来判断是否为边缘点,利用自适应阈值的方法来判断是否为噪声点,并且对边缘点和噪声点采取不同的方法进行滤波。经过仿真实验并与其它滤波算法进行比较表明,文中的算法具有更好的效果。     

Accurate object contour tracking based on boundary edge selection

In this paper, a novel method for accurate subject tracking, by selecting only tracked subject boundary edges in a video stream with a changing background and moving camera, is proposed. This boundary edge selection is achieved in two steps: (1) removing background edges using edge motion, and from the output of the previous step, (2) selecting boundary edges using a normal direction derivative of the tracked contour. Accurate tracking is based on reduction of the effects of irrelevant edges, by only selecting boundary edge pixels. In order to remove background edges using edge motion, the tracked subject motion is computed and edge motions and edges having different motion directions from the subjects are removed. In selecting boundary edges using the normal contour direction, the image gradient values on every edge pixel are computed, and edge pixels with large gradient values are selected. Multi-level Canny edge maps are used to obtain proper details of a scene. Multi-level edge maps allow tracking, even though the tracked object boundary has complex edges, since the detail level of an edge map for the scene can be adjusted. A process of final routing is deployed in order to obtain a detailed contour. The computed contour is improved by checking against a strong Canny edge map and hiring strong Canny edge pixels around the computed contour using Dijkstra's minimum cost routing. The experimental results demonstrate that the proposed tracking approach is robust enough to handle a complex-textured scene in a mobile camera environment.