基于时间变化的鲁棒各向异性扩散模型

建立性能稳定的扩散模型一直以来都是各向异性扩散技术研究的关键问题. 尽管许多改进的扩散模型陆续提出, 这些方法仍旧难以有效解决两个核心问题: 梯度阈值和迭代停止时间的确定. 针对以上问题, 本文提出了基于时间变化的鲁棒各向异性扩散模型. 在该模型中, 作者设定高斯尺度因子和梯度阈值随时间单调递减, 这有利于在多个尺度下准确提取边缘和边界特征信息. 此外, 利用逐次迭代信噪比能够有效地确定迭代停止时间, 减少不必要的过量平滑. 为了验证本文模型的有效性, 采用Pinecone灰度图像进行了图像增强平滑处理. 实验结果表明, 本文模型在性能上优于传统扩散模型, 能够有效地消除噪声和保持边缘.     

一种对亮度变化鲁棒的局部特征描述子及其快速生成算法

在不同的时间、从不同的视角、以不同的摄像机参数所拍摄的同一场景的图像间存在非线性亮度变化,这种非线性亮度变化给图像间的鲁棒匹配带来困难.为了解决这个问题,提出一种用于构建鲁棒局部特征描述子的新方法.该算法引入灰度相对次序的思想,在得到特征点归一化支撑区域以后,将区域内各点分割为多个组,并以区域中心和各点连线为Y轴,分别建立直角坐标系,计算中心对称局部二值模式,得到二维的统计直方图;据此,经归一化处理后可形成所需的兴趣点描述子.实验表明,本文算法构造的描述子在复杂亮度变化下的区分度更好,测试性能优于传统描述算子.同时,算法本身具有旋转不变性,并以插值计算替代了传统描述子构造过程中的梯度统计,具有描述子构造简单和快速的特点.     

一种新的基于线性EIV模型的鲁棒估计算法

提出了一种新的基于线性EIV模型的鲁棒估计算法——鲁棒扩充算法．该算法从结构化数据区域出发,逐渐扩充模型数据集,并不断更新模型参数的估计,直至找到所有模型数据．在每次迭代中,使用C-Step方法对集合进行调整,从而保证了算法的鲁棒性．同时,提出了关于粗差数据和结构化数据分布的结构化密度假设,结合Mean Shift算法,完成对算法的初始位置选取．仿真结果表明,该算法可以有效地处理含有多个结构和大量离群样本的混杂数据,与现有算法相比,具有更强的鲁棒性和更高的精度．     

一种鲁棒的视频分割算法

无论是在图象识别，还是在基于MPEG－4的图象压缩编码等应用领域，视频对象分割取是其中一个很重要的技术环节，为了在静止背景的情况下，能很好地解决多目标分割的问题，同时能进行单目标的分割，提出了一种鲁棒性较好的视频分割算法，该算法通过对图象序列中每连续3 帧图象进行对称差分，首先检测出目标的运动范围，然后通过对差分结构进行聚类分析来确定该帧图象中视频对象的个数，接着再利用在二值差分图象上收缩的活动轮廓，把视频对象的轮廓精确地包围起来，即得到该帧分割结果；最后利用光流法来对视频对象进行投注跟踪，修正，另外还利用多个图象序列对该方法进行了试验，实验结果表明，在静止背景下，该算法无论是对运动的单目标，还是对运动的多目标，均能较好地从静止背景中分离出来，即能得到理想的分割结果，故具有一定的鲁棒性和实用性。     

一种基于快速鲁棒特征的图像匹配算法

针对传统的图像特征匹配算法数据量大、计算耗时长的缺点,本文提出了一种基于快速鲁棒特征(SURF)的图像配准算法。SURF算法作为一种新的特征提取算法,在独特性、鲁棒性等方面均超过了其它方法,并在计算效率上具有明显的优势。该算法在积分图像的基础上进行快速计算,通过快速Hessian检测子来检测特征点。对于每个特征点,通过计算哈尔小波变换来确定特征点的主方向,并确定特征描述子,再根据Hessian矩阵迹的正负性和最近邻与次近邻比值的方法相结合获取匹配点,并用改进的RANSAC算法剔除伪匹配点以确保匹配的有效性。实验表明,该算法既能满足匹配准确性的要求,又具有计算量小、计算速度快的优点。     

一种鲁棒的基于互信息的实时立体匹配算法

立体匹配算法依然是目前计算机视觉领域中的一个重要的研究热点.现有的绝大多数匹配算法都假定已满足相似性约束条件.然而在野外环境下,光照不均、场景为非朗伯表面、像机间差异都会使该约束条件无法满足,从而导致匹配失败.本文针对这种情况,并从实时应用的角度出发,提出一种鲁棒的基于互信息的实时立体匹配算法.该方法在相关匹配算法中引入互信息概念,并将其转换为相关算法可用的求和形式,通过迭代方法修正互信息值.然后,建立了三种亮度变化模型来验证该算法的有效性.实验结果表明,该算法能很好地抑制立体图像对间的亮度差异,具有很好的实时性与鲁棒性.     

一种基于图像相位变化的动画算法

W.T.Freeman等人提出了基于图像相位变化的动画算法。该文利用这种动画算法,结合光流场,在一个动画或视频的连续两帧图像之间实现了永不停止的动画。在灰度图像上实现这种动画的基础上,针对这种无移动动画对图像质量的损害,进行了灰度拉伸等后期处理,提高了动画的图像质量。另外,把这种算法扩展到彩色图像,并采用lαβ颜色空间,得到了更好的效果。最后,把这种动画通过纹理映射,应用到三维场景中。     

基于LMI的多模型鲁棒预测控制

用线性矩阵不等式 (LMI)方法研究多模型鲁棒预测控制, 提出了状态反馈的综合方法, 并分析了闭环系统的可行性, 同时证明闭环系统渐近稳定. 在此基础上, 研究了带终端零状态的有限优化时域预测控制和无穷优化时域预测控制的性能, 证明了两者在性能上的一致性.     

一种快速鲁棒的SAR图像匹配算法

针对目前SIFT算法及其改进算法在多波段SAR图像匹配时匹配性能低下(普适性差、匹配精度低、时间复杂度高)的问题,在SIFT算法框架下分别从尺度空间构建和描述符构建两个方面进行改进。在构建尺度空间层面,提出将高斯引导滤波引入多尺度空间构建和预处理阶段,采用双边滤波策略,充分利用高斯引导滤波的实时性和旋转对称性与双边滤波的边缘保持优势,高效地滤除斑点噪声并保持边缘信息。在构建描述符阶段,提出采用局部差分二进制(Local Difference Binary,LDB)算法描述特征,在保证不降低特征点描述符区分性的同时,减少特征的向量维度,从而缩短构建描述符的时间。在特征匹配阶段,首先采用最近邻算法进行粗匹配,然后采用稀疏向量场一致性(Vector Field Consensus,VFC)快速剔除错误匹配点。实验结果表明,所提算法在SAR图像配准时间复杂度和匹配概率评价上要优于原始BFSIFT算法和KAZE算法。总体上,文中提出的SAR图像匹配算法是具有实时性、鲁棒性与高匹配概率的高效算法。     

一种基于运动场的snake算法

在计算光流场的基础上,提出了snake算法中一种新的外部能量函数,并利用光流场的运动矢量来预测下帧图像中snake的初始值,不仅与无预测的算法相比能提高收敛的速度,而且收敛结果更贴近于目标的本身。实验证明了该文算法的优越性。     

结构纹理感知下的鲁棒光流估计及人脸活检应用

目的 光流估计是计算机视觉研究中的一个重要方向,尽管光流估计方法不断改进,但光照变化条件下光流计算精度的提高仍然是一个尚待解决的挑战。人脸反欺诈方法对于确保人脸识别系统的安全性十分重要,光照鲁棒的脸部运动光流特征能为人脸活体检测提供有关运动和结构的可靠信息。为了获得对含光照变化视频中物体运动的理解能力并应用于人脸活体检测,提高系统性能,提出了一种基于结构纹理感知视网膜模型的鲁棒光流估计方法。方法 基于Retinex理论,通过结构纹理感知方式将图像中的反射分量与光照分量充分解耦。由于反射分量具有丰富的纹理信息且光照分量中包含部分有用的结构信息,因此对所提取的光照分量进行滤波操作后再与反射分量一起融合到光流模型中,有效提高了光流估计的鲁棒性。为使模型所获光流具有更好的边缘保持性,采用光滑—稀疏正则化约束方式进行最小化求解。本文给出了求解优化问题的数值方法。结果 采用MPI Sintel数据集图像序列,与PWC-Net、DCFlow+KF和FDFlowNet(fast deep flownet)等主流算法进行对比实验,本文方法在Clean和Final数据集中均得到最低的平均终点误差（end-...     

一种改进的帧间差光流场算法

结合运动目标检测帧差法运算速度快和光流法活动目标检测准确度高的特点,提出一种改进的帧间差光流场计算的运动目标检测算法。在帧差部分采用隔帧差分从而可以检测到帧间位移小于1个像元而多帧累积位移大于1个像元的运动点目标;在光流计算时,引入通用动态图像模型（GDIM）建立新的光流约束条件,克服了亮度变化引起的约束方程不成立问题。算法仅对帧差法后图像中不为零的像素进行光流场计算,提高了目标检测的准确性和检测速度。仿真实验证明了该算法的有效性。     

并行马尔可夫随机场计算变分光流方法

目的 基于马尔可夫随机场（MRF）的变分光流计算是一种较为鲁棒的光流计算方法,但是计算效率很低。置信传播算法（BP） 是一种针对MRF较为高效的全局优化算法。本文提出一种MRF变分光流计算模型并采用并行BP方法实现,极大提高计算效率。方法 提出的MRF变分光流计算模型中的数据项采用了Horn等人根据灰度守恒假设得到的光流基本约束方程,并采用非平方惩罚函数进行调整以平滑边界影响。为在CUDA平台上实现高效并行处理,本文提出了一种优化的基于置信传播的MRF并行光流计算方法。该优化方法在采用置信传播最小化MRF光流能量函数时,采用了一种4层的3维网络结构进行并行计算,每层对应MRF4邻域模型中的一个方向的信息传播,同时在每层中为每个像素分配多个线程采用并行降维法计算所要传递的信息,大大降低单线程计算负荷,大幅度提高计算效率。结果 采用旋转小球图像序列进行实验,计算效率提高314倍;采用旋转小球、Yosemite山谷和RubberWhale 3种不同图像序列,与Horn算法、Weickert算法、Hossen并行Lucas算法、Grauer-Gray并行MRF算法进行对比实验,本文方法得到最低的平均端点误差（AEE）,分别为0.13、0.55和0.34。结论 本文提出了一种新的MRF光流计算模型,并在CUDA平台上实现了并行优化计算。实验结果表明,本文提出的并行计算方法在保持计算精度的同时极大提高了计算效率。本文方法对内存需求巨大,在处理高分辨率图像时,限制了采样点数,难以计算大位移。     

基于光流法的卫星视频交通流参数提取研究

抽样分辨率达1米的高清卫星视频已经能够实现对地面较小的运动目标的实时监控。针对卫星视频中运动车辆目标仅显示为一个或几个像素点的特点,提出了一种基于光流法的卫星视频交通流参数提取的思路与方法。该方法利用卫星视频中车辆目标为像素点的特点,结合Shi-Tomasi角点检测方法实现车辆检测及车辆计数;在车辆检测的基础上利用光流法得到的连续视频帧中角点的位置信息进行双向车辆平均车速的计算,并对实验结果进行了对比分析。该文是基于卫星视频中小微运动车辆目标进行交通流参数提取的一次有益尝试。     

基于光流的四旋翼直升机鲁棒自主着陆控制

针对小型四旋翼无人机自主着陆问题,提出了一种基于光流的高度估计方法和基于信号补偿的高度鲁棒控制器设计方法.首先从通用光流运动模型出发,采用奇异值分解方法求解无人机线速度和深度的比值,通过对垂直速度和高度比值积分获得高度数据.其次,将考虑地效影响和其它不确定性的高度通道非线性模型分解为标称线性模型和等效扰动两部分,并设计基于信号补偿的高度鲁棒控制器,该控制器由标称控制器和鲁棒补偿器组成,其中标称控制器使得标称闭环系统达到期望的高度跟踪特性,鲁棒补偿器用于抑制等效扰动的影响.最后从理论上证明了该控制器可以保证高度跟踪误差在有限时间内收敛至指定的原点邻域内.四旋翼无人机自主着陆的实验结果验证了所提出的基于光流的高度估计和鲁棒控制方法的有效性.     

邻域内坐标线性变换的光流迭代求解算法

提出邻域内坐标线性变换的光流计算迭代解法。算法允许计算光流的图像间存在一定的灰度偏差,光流计算结果稳定。对于含较大位移的两幅图像,以往方法要用金字塔图像方法计算光流,而该算法则可以一步求解得到图像间最佳整体匹配,比金字塔方法更有优势。算法对图像整体的尺度、平移、旋转或其它线性变换能有效检测。用于人脸图像配准的实验显示,该算法对图像匹配空间搜索有效可行。     

图像光流联合驱动的变分光流计算新方法

提出一种基于图像光流联合驱动的变分光流计算方法。数据项采用灰度守恒和梯度守恒相结合、局部约束与全局约束结合的思想,并引入正则化因子提高计算精度。平滑项采用图像与光流联合驱动的各向异性平滑策略,将数据项与平滑项紧密地联系起来,并通过设计扩散张量的两个本征值来控制光流扩散速度。最后采用多分辨率分层细化策略解决大位移问题。实验结果证明,该计算模型在背景复杂、光照变化、运动边界等情况的光流计算具有很好的效果。     

一种基于光流场的医学图像配准方法

提出了一种基于光流场的医学图像弹性配准方法。方法先对图像进行小波分解,从最低分辨率的近似图像开始,采用光流场的方法进行逐级配准,再对配准的各分量进行重构,直至得到最高分辨率的配准图像。实验表明,这种方法对于具有较小形变的医学图像的配准是有效的。     

基于遮挡修补的TV-L1光流算法

当前比较流行的TV-L1光流算法,在不失精确度的前提下,能够利用双向求解机制来降低运算量,但无法有效地处理由间断、遮挡等因素造成的错误光流分量的缺陷。通过前向光流和后向光流的运动一致性理论来判断遮挡区域的光流分量,通过单调递减函数对遮挡区域进行处理,抑制了遮挡区域错误光流对邻域的扩散,提出了同帧邻域光流的横向修补和相邻帧光流的纵向修补。实验表明,该方法能够很好地处理遮挡情况,提高了光流的计算精度。     

基于PWC-Net的多层权值和轻量化改进光流估计算法

针对现有光流估计方法实时性不够的问题,提出轻量化的深度可分离卷积的PWC-Net改进模型(depth separable pyramid, warping and cost volume, DS-PWC)。其改进是将常规二维卷积网络层解耦为深度可分离卷积层,并且DS-PWC在金字塔层增加基于层数的权重系数,从而使得网络结构在不损失精度的情况下大幅减少模型参数量。在训练过程中,使用图像及对象感知数据随机擦除(image and object-aware random erasing, I+ORE)等数据增强技术,进一步提升估计预测结果泛化能力。实验结果表明,在数据集测试DS-PWC模型,在保持质量的同时运行效率达到约58 fps(frame per second)。同时为了验证算法有效性,进行了模型结构和数据增强的消融实验。结果证明了DS-PWC模型的有效性。