颅骨点云模型的局部特征配准方法

目的 点云配准是计算机视觉领域里的一个研究热点,其应用领域涉及3维重建、目标识别、颅面复原等多个方面。颅骨配准是颅面复原的一个重要步骤,其配准的正确与否将直接影响到颅面复原的结果。为了提高颅骨配准的精度和收敛速度,提出一种基于局部特征的颅骨点云模型配准方法。方法 首先提取颅骨点云模型的局部深度、法线偏角和点云密度等局部特征;然后计算局部特征点集的相关性,得到相关候选点集,并通过删减外点实现颅骨点云的粗配准;最后采用基于高斯概率模型和动态迭代系数的改进迭代最近点 （ICP） 算法实现颅骨的细配准。结果 通过对公共点云数据模型以及颅骨点云数据模型分别进行配准实验,结果表明,基于局部特征的点云配准算法可以完成点云模型的精确配准,特别是对颅骨点云模型具有较好的配准效果。在颅骨细配准阶段,跟ICP算法相比,改进ICP算法的配准精度和收敛速度分别提高了约30%和60%;跟概率迭代最近点 （PCP） 算法相比,其配准精度差异不大,收敛速度提高了约50%。结论 基于局部特征的点云配准算法不仅可以用于公共点云数据模型的精确配准,而且更适用于颅骨点云数据模型的配准,是一种精度高、速度快的颅骨点云模型配准方法。     

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.     

文物点云模型的优化配准算法*

目的 针对带有噪声的文物点云模型,采用一种由粗到细的方法来实现其断裂面的精确配准。方法 首先采用一种变尺度点云配准算法实现粗配准,即配准测度函数的尺度参数由大到小逐渐变化,可避免算法陷入局部极值,并获得较高精度的初始配准结果。然后采用基于高斯概率模型的改进迭代最近点(iterative closest point, ICP)算法进行细配准,可以有效地抑制噪声对配准结果的影响,实现断裂面的快速精确匹配。结果 采用兵马俑文物碎块的配准结果表明,该优化配准算法能够实现文物断裂面的精确配准,而且在细配准阶段取得了较高的配准精度和收敛速度。结论 因此说,该优化配准算法是一种快速、精确、抗噪性强的文物点云配准方法。     

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.     

轴对称破碎文物的虚拟复原方法

根据旋转面的轴线与其表面顶点法矢相交的几何准则,提出一种估计轴对称破碎文物轴线的几何方法,进而获得文物碎片的母线信息,生成具有内外表面的文物复原模型.最后,采集破碎文物的纹理并对其进行必要修复后对复原模型进行渲染,得到三维虚拟文物,展示在考古数字博物馆中.     

三维破碎物体多尺度拼接技术

在分析三维物体碎片轮廓曲线的特征和表示的基础上,研究多尺度小波轮廓描述符的计算,提出了一种多尺度下轮廓曲线特征提取及基于多尺度分析的三维物体碎片拼接方法.轮廓曲线经多尺度小波变换平滑后,提取曲率和挠率构成特征矢量;在选择了基于小波轮廓描述符的三维曲线匹配起点后,比较2条轮廓曲线的特征矢量以判断轮廓的相似性,并将轮廓匹配的2块相邻物体碎片拼接,实现破碎物体复原.最后通过实验验证了该方法的有效性.     

基于连接点的3D多角弧匹配

为了满足实际应用的要求，快速地进行多角弧匹配是必要的，因此，提出了一种快速的3D多角弧表示和匹配的方法。该方法是在分析多角弧几何形状基础上，引入连接点的概念，同时，通过在连接点处建立局部直角坐标系来得到每一连接点处的球面坐标。并用连接点的球面坐标集表示多角弧，因这一表示在旋转和平移变换下是不变的，所以可取该球面坐标集作为多角弧匹配的特征集，用该特征集可保持多角弧的几何属性和拓扑结构。这样3D多角弧匹配就降为1D数值串匹配，从而使使匹配变得简单快速。其测量函数为对应连接点间的均方差。实验结果表明，该匹配算法效果良好，并且对于数值污染具有健壮性。     

采用CT切片的三角片曲面重构算法

采用二维平行轮廓线三维重建表面是三维建模研究领域的一项重要研究课题,具有非常广泛的应用领域.重建过程中计算量非常庞大,有效地化简重建的数据可以大大提高重建效率.文中提出了一种基于分析轮廓骨架点的表曲面重构算法.首先对CT切片进行预处理及图像分割,然后对轮廓线提取骨架,再进行骨架剪裁,最后采用模拟退火法进行三维重建.该算法使三维重构的数据大大化简,同时克服了局部优化算法中需交互指定初始连接边的缺点.     

基于内容的研究在虚拟文物复原中的应用

基于内容的研究，是近年来非常活跃的研究领域，而数字考古是近几年新兴的一门交叉学科，它是以计算机为基础的信息技术与传统教研学的结合。所进行的虚拟文物复原（计算机辅助文物复原）是其中的一项重要内容。该文讨论了基于内容的研究在虚拟文物复原中的应用。     

基于卡尔曼滤波的交通参数采集系统

基于计算机视觉的交通监控系统，已成为交通管理的主要手段，车辆的实时检测和追踪是智能交通监控系统的核心。文中介绍了公安部智能交通项目的交通信号采集模块中使用的关于多物体追踪的一些方法，主要采用了子特征提取方法和kalman滤波统计模型，建立起物体的追踪模型。在其基础上实现目标的检测和追踪，及最终的交通参数的测量。