基于视差图优化的立体匹配算法研究

传统的立体匹配算法通过计算两幅图像的像素点相似程度,从而找到左图像素点和右图像素点的对应关系,常采用的是一种局部最优的方法,所以其匹配精度很低.为了提高精度,当前策略主要是将问题转化为求解能量方程,进而来对全局空间进行优化.从一个新的角度即视差图优化来研究能量方程的求解,通过对扫描线算法、动态规划算法和图割算法深刻讨论来分析算法原理与运行图,从而理解各算法优缺点形成本质与问题转化的依据,可以进一步的改进其不足,为研究新的算法打下基础.     

Hopfield网络在视差空间上的立体匹配求解

由于边界区域的匹配精度是立体匹配问题的瓶颈,这里采用一种基于特征的匹配算法来重点研究场景中边界区域的匹配.首先针对立体匹配问题,提出一种基于RBF的边界提取算法,使得边界区域成为待匹配的像素点.研究像素点匹配需要满足的约束,构建相应的能量方程,接着采用Hopfield网络对能量函数进行优化来获得问题的求解.由于针对的是整个边界区域,直接将特征点输入网络会导致神经元数目过多、复杂度过高.为了降低算法复杂度,提出从视差空间上来构造网络模型.最后通过大量实验来验证算法的性能,包括标准图片、噪声图片与真实的场景图片.实验证明新算法能大大提高边界区域精度,克服了立体匹配的瓶颈,明显提高了整体区域精度,算法有很强的鲁棒性和实用性,即使在复杂情况下也能取得较好的效果.     

基于行列双动态规划的立体匹配算法

提出一种基于行列双动态规划的立体匹配算法,采用能量最小化立体匹配模型,其中包含数据项和平滑项,在求解能量最小化过程中,在行方向上利用动态规划的方法给出视差图的能量最小化解,利用行动态规划的求解结果给予对应数据项一个奖励,同时在列方向上对视差图进行动态规划求解,并将其作为最终求解结果。实验结果表明,该算法能够取得较理想的效果。     

一种改进的立体像对密集点匹配算法

文中研究在随机光场照射下基于窗口的密集点匹配算法。针对基于窗口匹配中出现的细节平滑问题,提出了在窗口内对像素点引入权值参数来提高细节部分测量精度的方法。在匹配前对图像进行校正,使得各极线和图像坐标系的横轴平行,在匹配过程中不需要再计算极线方程,大大提高了匹配的效率。根据待匹配图像的灰度信息和摄像机的内外参数信息,通过求解对应窗口内像素点向量夹角的方式进行双目立体匹配。在试验中,完成了棋盘格图像的密集点匹配,并与典型区域匹配算法进行了匹配效率与视差图效果的对比分析,验证了文中算法在匹配效率和视差图效果方面的优越性。     

融合高斯混合模型的测地线脑肿瘤分割方法

脑肿瘤分割是计算机辅助脑病诊断的基础。为提高脑肿瘤分割精度,提出一种融合高斯混合模型的测地线脑肿瘤分割方法。根据相邻2个像素点间互相到达时间构造离散且带有权重的网格图,通过高斯混合模型估计每个像素点属于目标物体的罚度,并融合高斯混合模型的概率密度差异表示区域属性与边缘属性构成能量函数,利用快速最短路径算法求解前景与背景间的测地线距离,并根据该距离最小化能量函数,得到脑肿瘤的分割结果。利用10组脑部核磁共振图像数据对算法进行评估,结果表明,该算法分割结果与金标准的重叠率在0.60~0.85之间,可有效避免局部最优解的情况,对非匀质区域具有较好的分割效果。     

核密度估计在立体匹配中的应用

提出了一种基于核密度估计相似性测度的立体匹配方法。将匹配基元中对应像素点的颜色差值在差值特征空间中进行核密度估计,并以此作为相似性测度。在此基础上建立全局能量函数,并采用改进的置信度传播算法进行视差图的求解。实验结果证明该相似性测度较传统方法有明显的改进。     

基于加权标识S-图的最短路径研究

为解决智能交通系统中交通运输网络分析和最短路径问题,提出加权标识S-图最短路径算法。根据Petri网基本原理和加权S-图的特点,给出交通网络加权S-图的网模型。阐述加权标识S-图最短路径的基本原理、求解加权标识S-图的最短路径定理及证明。通过交通运输网络示例和实验对算法进行验证,对比分析算法性能。结果表明,加权标识S-图最短路径算法能够更有效地求解交通网络最短路径。     

行列双动态规划的改进自适应立体匹配算法

在各种立体匹配算法中,利用动态规划算法求解可有效地提高立体匹配的速度和精确度,同时具有实时性好、易于实现的优点。利用动态规划算法的优点,提出一种基于行列动态规划的自适应立体匹配算法,采用改进的自适应代价函数和能量最小化模型,对最优化问题进行求解。在求解的过程中,基于行动态规划得到的列方向视差值的变化给予对应数据项不同的奖励值,以减少行动态规划产生的明显条纹,最后使用列动态规划得出最终结果。实验结果表明,该算法能够减少总体的匹配错误率,减少明显的条纹瑕疵,取得较理想的立体匹配效果。     

基于自适应权值的图割立体匹配算法

针对传统自适应权重存在计算复杂度高和传统图割匹配精度低的问题,提出一种改进的基于自适应权值和图割的立体匹配算法。首先根据灰度相似性和空间相近性重新定义能量函数的数据项,利用图像的梯度信息作为能量函数的平滑项;然后运用图割理论和 α 扩展算法进行模型求解;最后对视差图运用左右一致性检验和加权中值滤波进行视差精化。算法采用了Middlebury 网站提供的四幅国际标准立体图像对进行测试,实验表明所提算法能够得到较准确的视差图。     

多元线性回归引导的立体匹配算法

深度图像中视差跳变的像素点匹配一直是立体匹配的挑战性问题之一.基于引导滤波的局部立体匹配算法通过考虑匹配图像内容,可以在保持深度图像边缘的同时提高匹配精度、加快匹配速度,但引导滤波会产生图像光晕,在图像边缘区域也会引入大量的噪声.为此,将引导滤波的岭回归扩展到多元回归,提出一种基于多元线性回归的立体匹配算法.首先将引导滤波中只含图像像素值这一单变量的回归方程扩展为基于图像像素值和梯度信息等多个变量的多元回归方程,对初始代价值进行滤波聚合,并与单独进行引导滤波的匹配代价聚合值进行加权组合提高图像边缘的匹配效果;然后根据代价聚合最小值与次小值之间的相互关系定义了视差选择可信度,解决了视差选择时的歧义问题.在Middlebury测试平台进行了实验的结果表明,文中算法有效地提高深度图像中视差跳变像素点的匹配精度,降低了匹配噪声;与最新的高性能立体匹配算法相比,该算法可以以较小的计算复杂度获得高质量的视差图.     

Parallel Mesh Algorithms for Grid Graph Shortest Paths with Application to Separation of Touching Chromosomes

The grid graph shortest path problem has many applications. In this paper, we present practical mesh algorithms using a local cost-reducing operation for various forms of the grid graph shortest path problem. The algorithms are very simple and can easily mark the vertices on shortest paths between any two vertices. The time complexity of the algorithm is proportional to the maximum length of the shortest paths with a very small multiplicative constant. Also in this paper, we discuss the application of the parallel algorithms in automatic chromosome analysis to intelligently split touching chromosomes. We identify local features useful for finding a potential path to separate touching chromosomes. We then define a distance measure based on the local features and find the best splitting path to cut touching chromosomes. The splitting algorithm only uses local information and is highly parallel.     

基于改进自适应权重的三边滤波立体匹配算法

针对基于双边滤波器（BF）的自适应权重（ASW）方法不能有效解决由视差不同但颜色相似的像素引起的模糊匹配问题,引入了一种新的基于三边滤波器（TF）的ASW方法,通过局部能量模型计算相邻像素之间的边界强度来提高匹配精度。为了提高匹配速度,将TF算法递归实现,把普通局部立体匹配算法的复杂度从[O(NWD)]降低为[O(N)]。在Middlebury基准测试集上进行实验并与其他局部立体匹配算法进行比较,RTF算法的平均误匹配率为4.91%,匹配精度高于同类型双目立体匹配算法,平均匹配速度达到258 ms,满足了双目立体匹配实时性的需求。     

最短路径问题及其解法研究

最短路径问题是在给定的网络图中寻找出一务从起始点到目标点之间的最短路径。该文分别从动态规划、Dijkstra、A＊算法、遗传算法这四种算法设计方法入手,概述了各种设计方法的原理,提出了求解最短路径的算法思想,并对算法进行分析．提出了改进方法。     

基于空间句法和最短路径的图核

针对图模式识别领域中现有图核方法对反映图本身拓扑结构的节点特征挖掘不够充分的问题,提出了基于空间句法和最短路径的图核。借鉴建筑学与城市规划学科中的空间句法理论构造分布于图节点上的拓扑特征的量化描述,基于此提出了可表示、计算,正定、适用范围较广的空间句法核和基于最短路径的空间句法核,进而借助支持向量机实现了非精确图匹配。不同于其他图核方法,该方法对图的拓扑特征表达能力强,通用性较好。实验结果表明,所设计的图核在分类精度方面相较于最短路径核有较显著的改善。     

时间依赖的网络中最小时间路径算法

时间依赖的网络与传统网络模型相比更具有现实意义，具有广泛的应用领域，交通网络和通信网络可以抽象为时间依赖的网络模型，当模型中弧的工度是时间依赖的变量，最短路径问题的求解变得非常困难，早期的研究者通过具体的网络实例认识到传统最短路径算法在这种情况下是不正确的，因此给出限制性条件使得传统最短路径算法是有效的。该文从最短路径算法的理论基础入手，从理论上证明了传统最短路径算法，如Dijkstra算法和标号设置算法，在时间依赖的网络上不能有效地求解最短路径问题，并且，在没有任何限制性条件下，给出了时间依赖的网络模型，理论基础，求解最小时间路径的优化条件和SPTDN算法，从理论上证明了SPTDN算法的正确性，算法的实验结果是正确的，最后给出了时间依赖的网络应用实例。     

Trinocular Stereo Using Shortest Paths and the Ordering Constraint

This paper describes a new algorithm for disparity estimation using trinocular stereo. The three cameras are placed in a right angled configuration. A graph is then constructed whose nodes represent the individual pixels and whose edges are along the epipolar lines. Using the well known uniqueness and ordering constraint for pair by pair matches simultaneously, a path with the least matching cost is found using dynamic programming and the disparity filled along the path. This process is repeated iteratively until the disparity at all the pixels are filled up. To demonstrate the effectiveness of our approach, we present results from real world images and compare it with the traditional line by line stereo using dynamic programming.     

基于梯形模糊中智数的最短路径求解方法

最短路径的选择是图论中的经典问题之一.复杂环境中对象之间的关系通常具有模糊性、犹豫性、不确定性和不一致性,而中智集是元素的真实程度、不确定程度及谬误程度的集合,更有能力捕捉不完全信息.基于此,基于中智集理论和图理论的中智图最短路径选择成为一个关键问题.针对边长表述为梯形模糊中智数的中智图最短路径求解问题,提出一种扩展的动态规划求解方法.利用基于梯形模糊中智数的得分函数和精确函数来比较路径长度,并给出扩展的动态规划求解最短路径方法,从而得到最短路径和最短路径长度.最后,通过两个算例验证此方法的可行性,通过与Dijkstra算法对比分析说明所提出方法的合理性和有效性,并且分析了采用不同排序方法对中智图最短路径选择的影响.     

An efficient path computation model for hierarchically structured topographical road maps

In this paper, we have developed a HiTi (Hierarchical MulTi) graph model for structuring large topographical road maps to speed up the minimum cost route computation. The HiTi graph model provides a novel approach to abstracting and structuring a topographical road map in a hierarchical fashion. We propose a new shortest path algorithm named SPAH, which utilizes HiTi graph model of a topographical road map for its computation. We give the proof for the optimality of SPAH. Our performance analysis of SPAH on grid graphs showed that it significantly reduces the search space over existing methods. We also present an in-depth experimental analysis of HiTi graph method by comparing it with other similar works on grid graphs. Within the HiTi graph framework, we also propose a parallel shortest path algorithm named ISPAH. Experimental results show that inter query shortest path problem provides more opportunity for scalable parallelism than the intra query shortest path problem.     

Probabilistic fusion of stereo with color and contrast for bilayer segmentation

This paper describes models and algorithms for the real-time segmentation of foreground from background layers in stereo video sequences. Automatic separation of layers from color/contrast or from stereo alone is known to be error-prone. Here, color, contrast, and stereo matching information are fused to infer layers accurately and efficiently. The first algorithm, layered dynamic programming (LDP), solves stereo in an extended six-state space that represents both foreground/background layers and occluded regions. The stereo-match likelihood is then fused with a contrast-sensitive color model that is learned on-the-fly and stereo disparities are obtained by dynamic programming. The second algorithm, layered graph cut (LGC), does not directly solve stereo. Instead, the stereo match likelihood is marginalized over disparities to evaluate foreground and background hypotheses and then fused with a contrast-sensitive color model like the one used in LDP. Segmentation is solved efficiently by ternary graph cut. Both algorithms are evaluated with respect to ground truth data and found to have similar performance, substantially better than either stereo or color/contrast alone. However, their characteristics with respect to computational efficiency are rather different. The algorithms are demonstrated in the application of background substitution and shown to give good quality composite video output.