基于噪声分类的双边滤波点云去噪算法

针对三维点云数据模型在去噪光顺中存在不同尺度噪声的问题,提出一种基于噪声分类的双边滤波点云去噪算法。该算法首先将噪声细分为大尺度和小尺度噪声,并使用统计滤波结合半径滤波对大尺度噪声进行去除;然后对三维点云数据进行曲率估计,并对现有点云双边滤波进行改进,增强其鲁棒性和保特征性;最后使用改进的双边滤波对小尺度噪声进行光顺,实现三维点云数据模型的去噪、光顺。与单独使用双边滤波、Fleishman双边滤波相比,改进算法在三维点云数据模型光顺平均误差指标上分别降低了50.53%和21.67%。实验结果表明,该改进算法对噪声进行尺度的细分既提高了计算效率,又避免了过光顺和细节失真,较好地保持模型中的几何特征。     

矿区遥感图像去噪方法研究

去噪是矿区遥感图像得以有效应用的重要预处理步骤。现有的基于统计、基于域变换、基于学习等遥感图像去噪方法普遍存在细节过度平滑、纹理保持不足等问题。基于引导滤波良好的边缘保持特性,提出了迭代引导滤波方法,通过对残差信息进行引导映射,并迭代进行引导滤波及超参数收缩,增强了遥感图像边缘特征提取效果;将迭代引导滤波与传统的小波软阈值、非局部均值(NLM)滤波、三维块匹配(BM3D)滤波等去噪方法结合,有效提高了传统方法的峰值信噪比,其中NLM滤波、BM3D滤波的去噪性能提升效果最明显;将迭代引导滤波与BM3D滤波融合,通过BM3D滤波初步获取去噪图像,得到残差数据,然后采用迭代引导滤波对残差数据进行处理,在提升图像去噪效果的同时,很好地保持了图像细节特征;将迭代引导滤波与BM3D滤波融合方法用于矿区遥感图像的煤矸石场识别及滑坡区域边缘识别,取得了较好的效果。     

基于多级去噪模型的路面裂缝检测方法

为了去除路面裂缝检测中的各种噪声,在分析对比了目前常用去噪模型优缺点的基础上,根据路面图像中的噪声及裂缝信息的特点,结合已有去噪算法的优点,提出了一种新的基于路面裂缝检测的多级去噪模型。整个去噪模型包括灰度去噪模型、空间滤波去噪模型、裂缝特征去噪模型与几何特征去噪模型。实验结果表明,该模型在路面图像的去噪、裂缝信息提取等方面有较大改进。     

点云模型的噪声分类去噪算法

针对三维点云模型数据在去噪平滑过程中存在的不同尺度噪声和算法计算耗时问题,提出了点云模型的噪声分类去噪算法。该算法根据噪声点分布特性,将其分为大尺度和小尺度噪声,先利用统计滤波结合半径滤波去除大尺度噪声;然后使用快速双边滤波对小尺度噪声进行平滑,实现点云模型的去噪和平滑。与传统的双边滤波相比,利用快速双边滤波对点云模型数据进行平滑,有效地提高了计算效率。实验结果表明,该算法对点云噪声进行快速平滑去除的同时又能有效地保持被扫描物体的几何特征。     

生成三维连续路表曲面的算法及其关键技术

比较了现有的道路三维可视化设计及实时仿真系统的研究思路及方法,其路面的处理在横断面的位置无一例外的都有波折,没有形成连续的曲面,与实际的路面存在较明显的差异。有鉴于此,文章将Multi-Quadric插值方法首次应用到路面数据的插值计算,针对道路的带状特点及Multi-Quadric插值方法对数据的要求,提出了分散交叠插值然后从每次插值的路面集中选路面进行拼接的算法,避免了基函数矩阵的病态并有效控制了矩阵的阶数,从而解决了生成任意长度路面的插值计算问题,保证了三维路表曲面的空间连续性,与路面原形有着较高的符合度。为设计人员检验路线、路面是否满足汽车行驶力学以及是否适应驾驶员视觉特性提供了依据。     

基于大规模船舶轨迹数据的航道边界提取方法

传统的道路数据获取方法成本高、更新慢等无法适用于海洋航道的获取，从众源轨迹数据中提取道路或航道信息具有成本低、更新快等特性，然而，由于船舶轨迹数据噪声多、数据量大、不同区域分布不均使得航道边界提取面临较大挑战。针对该问题，提出一种基于大规模船舶轨迹数据进行航道边界提取的方法。首先对大规模的船舶轨迹数据进行并行化去噪、插值、轨迹分段；然后，基于并行化及基于Geohash编码的空间聚类，将轨迹数据化简为多个方形区域的点集数据；其次，对其进行窗口划分，对传统的NiBlack方法进行扩展，提出SpatialNiBlack算法，对方形区域进行航道识别；最后，提出一种新的提取算法del-alpha-shape，基于航道识别结果获得航道边界。理论分析与实验结果表明，所提方法在最大密度值是200，最小密度值是10，窗口长和宽分别为5和5时，可同时达到86.7%的准确率和79.4%的召回率。实验结果表明，该方法可以从大规模的轨迹数据中提取有价值的航道边界，是一种有效的航道提取方法。     

Deep representation learning for road detection using Siamese network

Robust road detection is a key challenge in safe autonomous driving. Recently, with the rapid development of 3D sensors, more and more researchers are trying to fuse information across different sensors to improve the performance of road detection. Although many successful works have been achieved in this field, methods for data fusion under deep learning framework is still an open problem. In this paper, we propose a Siamese deep neural network based on FCN-8s to detect road region. Our method uses data collected from a monocular color camera and a Velodyne-64 LiDAR sensor. We project the LiDAR point clouds onto the image plane to generate LiDAR images and feed them into one of the branches of the network. The RGB images are fed into another branch of our proposed network. The feature maps that these two branches extract in multiple scales are fused before each pooling layer, via padding additional fusion layers. Extensive experimental results on public dataset KITTI ROAD demonstrate the effectiveness of our proposed approach.

     

改进的曲率滤波强噪声图像去噪方法

目的 医学影像获取和视频监控过程中会出现一些恶劣环境,导致图像有许多强噪声斑点,质量较差。在处理强噪声图像时,传统的基于变分模型的算法,因需要计算高阶偏微分方程,计算复杂且收敛较慢;而隐式使用图像曲率信息的曲率滤波模型,在处理强噪声图像时,又存在去噪不完全的缺陷。为了克服这些缺陷,在保持图像边缘和细节特征的同时去除图像的强噪声,实现快速去噪,提出了一种改进的曲率滤波算法。方法 本文算法在隐式计算曲率时,通过半窗三角切平面和最小三角切平面的组合,用投影算子代替传统曲率滤波的最小三角切平面投影算子,并根据强噪声图像存在强噪声斑点的特征,修正正则能量函数,增添局部方差的正则能量,使得正则项的约束更加合理,提高了算法的去噪性能,从而达到增强去噪能力和保护图像边缘与细节的目的。结果 针对多种不同强度的混合噪声图像对本文算法性能进行测试,并与传统的基于变分法的去噪算法（ROF）和曲率滤波去噪等算法进行去噪效果对比,同时使用峰值信噪比（PSNR）和结构相似性（SSIM）作为滤波算法性能的客观评价指标。本文算法在对强噪声图像去噪处理时,能够有效地保持图像的边缘和细节特征,具备较好的PSNR和SSIM,在PSNR上比ROF模型和曲率滤波算法分别平均提高1.67 dB和2.93 dB,SSIM分别平均提高0.29和0.26。由于采用了隐式计算图像曲率,算法的处理速度与曲率滤波算法相近。结论 根据强噪声图像噪声特征对曲率滤波算法进行优化,改进投影算子和能量函数正则项,使得曲率滤波算法能够更好地适用于强噪声图像,实验结果表明,该方法与传统的变分法相比,对强噪声图像去噪效果显著。     

基于边缘检测和四点插值细分的SAR图像去噪

针对SAR图像相干斑滤波中存在的降低相干斑与有效保持细节信息这一矛盾,提出了一种基于四点插值细分的SAR图像去噪的新算法,将四点插值细分规则运用到图像去噪中,并与边缘检测相结合。先用canny算子提取图像边缘,进而通过四点插值细分方法分别对边缘图像和原始图像进行去噪,然后再对边缘信息进行边缘信息的重构,得到新的去噪图像。并通过等效视数、边缘保持指数等评价指标对去噪结果进行了评价。实验结果表明,与其他去噪方法相比,该算法在有效地去噪的同时,可有效地保留图像的边缘信息,具有较好的去噪结果。     

一种新的毫米波图像去噪方法?

毫米波(MMW)焦平面成像系统得到的图像质量较差,为此,结合基于人类视觉系统(HVS)的自适应中值滤波和轮廓波变换,提出一种新的MMW图像去噪方法。利用基于HVS的自适应中值滤波方法实现噪声的自适应检测和滤波,滤除脉冲噪声。根据轮廓波分解的方向性和能量变化特性对中值滤波结果进行变换,并对得到高频子带做阈值去噪处理,以最大限度保留图像轮廓。实验结果表明,与传统方法相比,该方法所得图像的峰值信噪比较高。     

多级卷积神经网络的沥青路面裂缝图像层次化筛选

如何快速准确地识别与评估沥青路面裂缝病害,已成为路面养护和保障道路安全的重要任务之 一。实际采集路面图像中往往存在大量的非裂缝图像,在保证裂缝图像无漏筛的前提下,尽可能提高裂缝图像 的精确率与非裂缝图像的真负例率,则对于降低人工筛选的工作强度,以及后续裂缝自动分割与病害损坏程度 评估具有重要实际意义。故此,提出了一种多级卷积神经网络的沥青路面裂缝图像筛选方法,由训练、微调与 验证三阶段构成,利用微调集获得 softmax 层输入微调增量。为避免裂缝图像召回率增加与精确率下降的问题, 在对比不同卷积神经网络筛除的非裂缝图像异同基础上,采用改进 AlexNet 作为一级筛选网络,VGG16 或 ResNet50 作为二、三级筛选网络的层次化处理模型。对于含噪声及复杂路面图像测试集的实验结果表明,三级 层次化筛选模型能在 100%召回裂缝图像时,达到高的真负例率及准确率。与其他方法的对比实验表明,所提 方法可有效解决沥青路面裂缝图像漏筛问题,且具有更好的检测效果。     

保特征的联合滤波网格去噪算法

目的 在去噪的过程中保持网格模型的特征结构是网格去噪领域研究的热点问题。为了能够在去噪中保持模型特征,本文提出一种基于变分形状近似（VSA）分割算法的保特征网格去噪算法。方法 引入变分形状近似分割算法分析并提取噪声网格模型的几何特征,分3步进行去噪。第1步使用变分形状近似算法对网格进行分割,对模型进行分块降噪预处理。第2步通过分析变分形状近似算法提取分割边界中的特征信息,将网格划分为特征区域与非特征区域。对两个区域用不同的滤波器联合滤波面法向量。第3步根据滤波后的面法向量,使用非迭代的网格顶点更新方法更新顶点位置。结果 相较于现有全局去噪方法,本文方法可以很好地保持网格模型的特征,引入的降噪预处理对于非均匀网格的拓扑结构保持有着很好的效果。通过对含有不同程度高斯噪声的网格模型进行实验表明,本文算法无论在直观上还是定量分析的结果都相较于对比的方法有着更好的去噪效果,实验中与对比算法相比去噪效果提升15%。结论 与现有的网格去噪算法对比,实验结果表明本文算法在中等高斯噪声下更加鲁棒,对常见模型有着比较好的去噪效果,能更好地处理不均匀采样的网格模型,恢复模型原有的特征信息和拓扑结构。     

基于BM3D的复杂纹理区域图像去噪

纵观图像去噪领域,目前也出现了一些效果较好,并且应用广泛的图像去噪算法,例如频域滤波中的小波分解、遗传算法(GA)、字典学习算法(K-SVD)、非局部滤波(Non-Local Means,NLM)等等,可以说在单图像去噪上效果最被认可的还是块匹配3D去噪(BM3D)。但在该方法应用的过程中,还是出现了一些需要改进的实际问题。特别是在图像复杂纹理区域的去噪上,由于BM3D去噪的结构特性,导致了在该区域上并没有得到较好的效果。所以在该文提出了一种结合TV模型和改进的Prewitt边缘检测的混合去噪方法。最后的实验结果也表明了改进的BM3D方法相对于原始的方法还是取得了不错的提升。     

基于高阶奇异值分解和均方差迭代的图像去噪

目的 图像去噪是图像处理的难题,其难点是在尽量滤除噪声的同时对图像信息进行保持。针对该难点,本文提出了一种将非局部相似性和高阶奇异值分解(HOSVD)相融合,并利用均方差(MSE)迭代对图像进行去噪的iHOSVD算法。方法 首先利用非局部相似块聚类和高阶奇异值分解构建数据自适应的3维变换基及其变换系数;其次,对变换系数进行阈值处理后进行3维反变换,从而达到非局部协同滤波的目的;最后,由于一次去噪操作无法达到理想的去噪效果,采用一种基于均方差最优的迭代方法对图像进行去噪,并证明该迭代是一个权衡偏差和方差使得均方差达到最优的过程。结果 实验结果表明,iHOSVD算法既能够有效地去除噪声,又能够很好地保持纹理细节信息。结论 本文所提的图像去噪iHOSVD算法结合了非局部协同滤波与数据自适应去噪的思想,通过对3种高水平去噪算法BM3D、NCSR和PLOW的比较实验发现,不仅表现了较强的图像去噪能力,而且在图像纹理细节保持方面效果最好,适用于纹理信息较强的图像。     

RANSAC平面估计算法在路面物体体积测量中的应用

在利用车载单线式激光扫描仪实施路面三维重建及路面目标物体积测量的应用中,使用RANSAC平面估计算法获得了路面的0高度平面,提高了路面目标物体积计算的精度。实际测试表明,对路面上一不规则形状坑,采用注水法测量得到的坑体积为2.25 m3,点云经优化前后计算得到的坑体积分别为1.86 m3和2.10 m3,误差分别为17.3%和6.7%,点云优化过程耗时约7 s。因此,本文的路面三维点云优化方法速度快,且三维重建效果及目标物的体积计算精度可满足实际要求。     

Real-time virtual environment signal extraction and denoising using programmable graphics hardware

The sense of being within a three-dimensional (3D) space and interacting with virtual 3D objects in a computer-generated virtual environment (VE) often requires essential image, vision and sensor signal processing techniques such as differentiating and denoising. This paper describes novel implementations of the Gaussian filtering for characteristic signal extraction and wavelet-based image denoising algorithms that run on the graphics processing unit (GPU). While significant acceleration over standard CPU implementations is obtained through exploiting data parallelism provided by the modern programmable graphics hardware, the CPU can be freed up to run other computations more efficiently such as artificial intelligence (AI) and physics. The proposed GPU-based Gaussian filtering can extract surface information from a real object and provide its material features for rendering and illumination. The wavelet-based signal denoising for large size digital images realized in this project provided better realism for VE visualization without sacrificing real-time and interactive performances of an application.     

基于分形理论的三维路面谱重构及在多体动力学软件中的应用

合理的道路纹理特征可以更好地反映路面抗滑性能和轮胎/路面接触特性。基于分 形理论提出了一种三维路面谱重构方法。依据国标给出二维随机路面谱的时域表达,利用计盒 维数法计算各级路面分形维数,综合应用随机中点位移法和分形布朗运动原理将传统二维路谱 拓展为三维路面谱。以典型的减速带为例,将特殊激励同构到含有细节形貌的平整路面谱中。 在 TruckSim 软件中通过编译实现三维路面谱在车辆多体动力学软件中的应用。通过对比二维路 谱和三维路谱下车辆动力学响应发现：垂向力和纵向力差异不大,有较好地一致性,但侧向力 相差比较大,表明所建立的三维路面谱有较好精度的同时反映了路面的三维纹理特性,为车辆 曲线通过性能和车辆侧翻控制研究提供了基础。     

地质断层三维可视化模型的构建方法与实现技术

全面而系统地研究了地质断层三维可视化构模的原理、方法及实施过程.针对地质断层三维构模的特点与要求,设计了一种基于边界表示、面向地质实体并兼顾拓扑关系的三维矢量数据模型,以有效地组织和描述包含断层的复杂地质体几何结构模型.提出了断层与地层的统一构模技术,给出了在其实现过程中所遇到的关键问题(如断层面的推演拟合、地层层面重构、断层与地层的交切处理与局部重构)的解决方案.基于断层的属性、断层数据所反映的断层面的特征和质量,应用3种方法来拟合断层面.在地层层面重构时,考虑到了断层面在地层面网格加密、插值时的约束和屏蔽作用,实现了具有多值面的逆断层网格生成技术.应用三角网切割算法TRICUT来实现断层与地层的交切处理.通过北京奥运公园场区基岩地质模型中的断层构模实例验证了这些技术方法的有效性.     

3D Filtering by Block Matching and Convolutional Neural Network for Image Denoising

Block matching based 3D filtering methods have achieved great success in image denoising tasks. However, the manually set filtering operation could not well describe a good model to transform noisy images to clean images. In this paper, we introduce convolutional neural network (CNN) for the 3D filtering step to learn a well fitted model for denoising. With a trainable model, prior knowledge is utilized for better mapping from noisy images to clean images. This block matching and CNN joint model (BMCNN) could denoise images with different sizes and different noise intensity well, especially images with high noise levels. The experimental results demonstrate that among all competing methods, this method achieves the highest peak signal to noise ratio (PSNR) when denoising images with high noise levels (σ > 40), and the best visual quality when denoising images with all the tested noise levels.     

应用于三维点云数据去噪的改进C均值算法

针对三维激光扫描仪采集到的点云数据中离群点不易区分和去噪难度大的问题,提出了一种改进的C均值算法。通过分析三维点云数据特征,在传统C均值算法中引入模糊聚类权重因子,降低类内距离和拉大类间距离,有效增强了离群点特征以降低识别难度。进而将识别出的噪声分类别处理,利用改进的C均值算法去除大尺度噪声,构造双边滤波算法去除小尺度噪声数据。与密度聚类算法、正交整体最小二乘平面拟合和基于特征选择的双边滤波点云去噪等算法相比,去噪准确度分别提升了7.3%、6.5%和6.0%,实验结果表明该算法可以有效去除大尺度噪声并能较好地保留有效数据。