结合径向线的局部遮挡下的3维人脸识别

目的 3维人脸点云的局部遮挡是影响3维人脸识别精度的一个重要因素。为克服局部遮挡对3维人脸识别的影响,提出一种基于径向线和局部特征的3维人脸识别方法。方法 首先为了充分利用径向线的邻域信息,提出用一组局部特征来表示径向线;其次对于点云稀疏引起的采样点不均匀,提出将部分相邻局部区域合并以减小采样不均匀的影响;然后,利用径向线的邻域信息构造代价函数,进而构造相应径向线间的相似向量。最后,利用相似向量来进行径向线匹配,从而完成3维人脸识别。结果 在FRGC v2.0数据库上进行不同局部特征识别率的测试实验,选取的局部特征Rank-1识别率达到了95.2%,高于其他局部特征的识别率;在Bosphorus数据库上进行不同算法局部遮挡下的人脸识别实验,Rank-1识别率达到了最高的92.0%;进一步在Bosphorus数据库上进行不同算法的时间复杂度对比实验,耗费时间最短,为8.17 s。该算法在准确率和耗时方面均取得了最好的效果。结论 基于径向线和局部特征的3维人脸方法能有效提取径向线周围的局部信息;局部特征的代价函数生成的相似向量有效减小了局部遮挡带来的影响。实验结果表明本文算法具有较高的精度和较短的耗时,同时对人脸的局部遮挡具有一定的鲁棒性。该算法适用于局部遮挡下的3维人脸识别,但是对于鼻尖部分被遮挡的人脸,无法进行识别。     

局部特征点的3维模型变换域水印算法

目的 为进一步提高变换域水印的鲁棒性,解决多分辨率小波变换对三角形网格形状的限制,提出一种基于局部特征点的变换域水印算法。方法 首先根据经度角和纬度角对模型分区,并求出局部特征点;其次由局部特征点的模长与非局部特征点模长的均值构成的比值组成2维矩阵,对2维矩阵进行离散小波变换,并修改小波系数中的各分辨率层的中高频系数来嵌入水印;最后通过逆向离散小波变换得到空域信号,修改3维模型局部特征点的模长以得到含水印的3维网格模型。结果 本文方法能够不受平移、旋转、均匀缩放和顶点重排序的影响,并能有效抵抗噪声、简化、剪切、细分、量化和联合攻击等一系列的常见攻击。结论 实验结果表明,该算法具有很好的鲁棒性和不可见性,对模型的网格形状无严格要求。     

灰度序模式的局部特征描述算法

目的 在针对LIOP（local intensity order pattern）特征描述算法构造特征描述符过程中,计算描述子权值时未充分考虑采样点之间的局部信息及存在冗余的灰度序模式,从而导致特征描述符不准确的问题,提出一种结合采样点结构信息和剔除冗余模式的算法。方法 首先,研究了采样点局部信息,并利用采样点顺序结构构造了计算特征描述符权值方法;其次,分析了灰度序模式与对应特征描述子权值的关系;最后,在构造特征描述符时,将冗余的灰度序模式剔除。结果 对标准数据集（Oxford dataset）及另外4幅复杂光照变化的图像进行了仿真实验,得到132维的特征描述符。结果表明,与原始LIOP算法相比,该算法在不增加特征维度时precision-recall曲线有较大的提高,即提高了描述特征描述符描述能力,增强了特征对单调强度变化和旋转变化的鲁棒性。结论 提出的算法同时考虑了采样点的差异信息和结构信息,较为完整地保留了待描述点的局部信息,使得图像存在复杂光照强度情况下,能够得到较高精度和辨识度的特征描述符。     

结合曲面局部纹理特征的3维人脸识别

目的 人脸2维图像反映出来的纹理并非是3维人脸曲面真实的纹理,并且受光照和妆容的影响很大,因此探索3维局部纹理特征对于人脸识别任务有着重要的意义。为此详细分析了一种新颖的3维局部纹理特征mesh-LBP对于人脸纹理的描述能力。方法 首先,在特征提取和识别任务之前,进行一系列的预处理：人脸分割、离群点移除和孔洞填补;接着,在预处理后的人脸曲面上,提取原始mesh-LBP特征,以及基于阈值化策略的3种改进特征：mesh-tLBP、mesh-MBP和mesh-LTP;然后,对于上述提取的4种特征,采用不同的统计方法,包括整体直方图、局部分块直方图和整体编码图像,用做人脸纹理的特征描述。最后,针对CASIA3D数据集中不同表情和姿态变化的人脸,采用余弦相似度进行人脸的识别任务。结果 通过对比人脸曲面和普通物体曲面的纹理特征,发现人脸纹理完全不同于普通纹理,不规则并且难以描述;通过对比mesh-LBP两种变体,发现mesh-LBP（α₁）适用于姿态变化,而mesh-LBP（α₂）适用于表情变化;通过对比原始mesh-LBP及其3种改进,发现mesh-tLBP对于人脸不同表情变化下的识别准确率最高有0.5%的提升;通过对比3种不同的统计方法,发现采用整体编码图像进行统计的特征尽管弱于局部分块直方图,但相比整体直方图,识别率在不同表情变化下最高有46.8%的提升。结论 mesh-LBP特征是一种优良的3维局部纹理特征,未来将会在3维医学处理、3维地形起伏检测以及3维人脸识别中得到更多的应用。     

对数极坐标系下尺度不变特征点的检测与描述

目的 当前国际流行的SIFT算法及其改进算法在检测与描述特征点时基于高斯差分函数,存在损失图像高频信息的缺陷,从而导致图像匹配时其性能随着图像变形的增加而出现急剧下降。针对SIFT算法及其改进算法的这一缺陷,本研究提出了一种新的无图像信息损失的、在对数极坐标系下的尺度不变特征点检测与描述算法。方法 本研究提出的尺度不变特征点检测与描述算法首先将直角坐标系下以采样点为中心的圆形图块转换为对数极坐标系下的矩形图块,并以此矩形图块为基础对采样点进行特征点检测与描述符提取;该算法使用固定宽度的窗口在采样点的对数极坐标径向梯度图像的log_t^r轴上进行移动以判断该点是否为特征点并计算该点的特征尺度,并在具有局部极大窗口响应的特征尺度位置处提取特征点的描述符。该算法的描述符基于对数极坐标系下的矩形图块的灰度梯度的幅值与角度,是一个192维向量,并具有对于尺度、旋转、光照等变化的不变性。结果 本研究采用INRIA数据组和Mikolajczyk提出的匹配性能指标对SIFT算法、SURF算法和提出的尺度不变特征点检测与描述算法进行比较。与SIFT算法和SURF算法相比,提出的尺度不变特征点检测与描述算法在对应点数、重复率、正确匹配点数和匹配率等方面均具有一定优势。结论 提出了一种基于对数极坐标系的图像匹配算法,即将直角坐标系下以采样点为中心的圆形图块转换为对数极坐标系下的矩形图块,这样在特征点的检测过程中,可以有效规避SIFT算法因为采用DoG函数而造成的高频信息损失;在描述符提取过程中,对数极坐标系可以有效地减少图像的变化量,从而提高了匹配性能。     

结合加权局部旋度模式的3维人脸表情识别

目的 3维人脸的表情信息不均匀地分布在五官及脸颊附近,对表情进行充分的描述和合理的权重分配是提升识别效果的重要途径。为提高3维人脸表情识别的准确率,提出了一种基于带权重局部旋度模式的3维人脸表情识别算法。方法 首先,为了提取具有较强表情分辨能力的特征,提出对3维人脸的旋度向量进行编码,获取局部旋度模式作为表情特征;然后,提出将ICNP（interactive closest normal points）算法与最小投影偏差算法结合,前者实现3维人脸子区域的不规则划分,划分得到的11个子区域保留了表情变化下面部五官和肌肉的完整性,后者根据各区域对表情识别的贡献大小为各区域的局部旋度模式特征分配权重;最后,带有权重的局部旋度模式特征被输入到分类器中实现表情识别。结果 基于BU-3DFE 3维人脸表情库对本文提出的局部旋度模式特征进行评估,结果表明其分辨能力较其他表情特征更强;基于BU-3DFE库进行表情识别实验,与其他3维人脸表情识别算法相比,本文算法取得了最高的平均识别率,达到89.67%,同时对易混淆的“悲伤”、“愤怒”和“厌恶”等表情的误判率也较低。结论 局部旋度模式特征对3维人脸的表情有较强的表征能力; ICNP算法与最小投影偏差算法的结合,能够实现区域的有效划分和权重的准确计算,有效提高特征对表情的识别能力。试验结果表明本文算法对3维人脸表情具有较高的识别率,并对易混淆的相似表情仍具有较好的识别效果。     

随机亮度差量化的二进制特征描述

目的 传统的基于浮点型向量表示的图像局部特征描述子（如SIFT、SURF等）已经成为计算机视觉研究和应用领域的重要工具,然而传统的高维特征向量在基于内容的大规模视觉检索应用中存在着维度灾难的问题,这使得传统浮点型视觉特征在大规模多媒体数据应用中面临严峻挑战。为了解决浮点型特征的计算复杂度高以及存储空间开销大的问题,越来越多的计算机视觉研究团队开始关注和研究基于二进制表达的局部特征并取得了重要进展。方法 首先介绍了二进制特征的相关工作,并对这些方法进行了分类研究,在此基础上提出了基于亮度差量化的特征描述算法。有别于传统二进制特征描述算法,本文算法首先对图像局部进行随机像素点对采样,并计算像素点对之间的亮度差,通过对亮度差值作二进制量化得到图像的局部二进制特征。结果 本文算法在公共数据集上与目前主流的几种二进制特征提取算法进行了比较评价,实验结果表明,本文二进制特征在特征匹配准确率和召回率上超过目前主流的几种二进制描述子,并且同样具有极高的计算速度和存储效率。结论 通过实验结果验证,本文二进制特征在图像条件发生变化时仍然能保持一定的鲁棒性。     

二值化的SIFT特征描述子及图像拼接优化

目的 针对SIFT算法计算复杂度高、存储开销大和近几年提出的BRIEF（binary robust independent elementary features）、ORB（oriented BRIEF）、BRISK（binary robust invariant scalable keypoints）和FREAK（fast retina keypoint）等二进制描述子可区分性弱和鲁棒性差的问题,提出基于SIFT的二进制图像局部特征描述子。方法 首先,对传统SIFT的特征空间和特征向量分布在理论和实验上进行分析,在此基础上结合二进制特征描述子的优势对SIFT进行改进。不同于传统的二进制特征描述子,本文算法对传统SIFT特征向量在每一维上的分量进行排序后,以该特征向量的中值作为量化阈值,将高维浮点型SIFT特征向量转化成位向量得到二进制特征描述子。并使用易于计算的汉明距离代替欧氏距离度量特征点间的相似性以提高匹配效率。然后,在匹配阶段将二进制特征描述子分为两部分并分别对其进行匹配,目的是通过初匹配剔除无效匹配特征点来进一步缩短匹配时间。最后,对提出的量化算法的可区分性及鲁棒性进行验证。结果 该量化算法在保持SIFT的较强的鲁棒性和可区分性的同时,达到了低存储、高匹配效率的要求,解决了SIFT算法的计算复杂度高、二进制描述子鲁棒性和可区分性差的问题。此外,在匹配阶段平均剔除了77.5%的无效匹配特征点,减少了RANSAC（random sample consensus）的迭代次数。结论 本文提出的量化算法可用于快速匹配和快速图像拼接中,提高匹配和拼接效率。     

结合轮廓与形状特征的仿射形状匹配

目的 针对仿射变换下形状匹配中存在的描述子对形状的描述能力不足,以及描述子计算耗时大的问题,改进基于所有图像点投影的方法,提出一种利用轮廓计算投影面积的仿射形状匹配算法。方法 该算法分为粗匹配和精匹配两个阶段。粗匹配阶段以CSS角点作为备选特征点,首先统计轮廓投影面积分布作为特征点描述子;然后利用动态规划蚁群算法匹配两幅图片公共特征点序列,并将匹配好的特征点序列记为对应的新特征点;最后采用该新特征点划分目标曲线,得到对应的轮廓曲线;这一阶段的目的是对形状的筛选以及寻找一致的轮廓特征点,同时完成轮廓曲线的划分。精匹配阶段,采用小波仿射不变描述子,对粗匹配阶段匹配代价最小的5%的目标进行对应曲线匹配,得到精匹配阶段的匹配代价,从而实现对仿射目标的识别;精匹配弥补了描述子对轮廓细节描述不足的问题。结果 算法的平均检索速度比传统基于形状投影分布描述子提高44.3%,在MPEG-7图像库上的检索效果为98.65%,在MPEG-7仿射图像库上的查准率与查全率综合评价指标比传统的基于形状投影分布描述子高3.1%,比形状上下文高25%。结论 本文算法匹配效果好,效率高,抗噪性强,解决了仿射描述子计算速度慢、描述能力不足的问题,能有效地应用于仿射形状匹配与检索领域。     

刚性区域特征点的3维人脸识别

目的 针对3维人脸识别中存在表情变化的问题,提出了一种基于刚性区域特征点的3维人脸识别方法。方法 该方法首先在人脸纹理图像上提取人脸图像的特征点,并删除非刚性区域内的特征点,然后根据采样点的序号,在人脸空间几何信息上得到人脸图像特征点的3维几何信息,并建立以特征点为中心的刚性区域内的子区域,最后以子区域为局部特征进行人脸识别测试,得到不同子区域对人脸识别的贡献,并以此作为依据对人脸识别的结果进行加权统计。结果 在FRGC v2.0的3维人脸数据库上进行实验测试,该方法的识别准确率为98.5%,当错误接受率（FAR）为0.001时的验证率为99.2%,结果表明,该方法对非中性表情下的3维人脸识别具有很好的准确性。结论 该方法可以有效克服表情变化对3维人脸识别的影响,同时对3维数据中存在的空洞和尖锐噪声等因素具有较好的鲁棒性,对提高3维人脸识别性能具有重要意义。     

结合全局与局部信息的点云目标识别模型库构建

目的 点云目标识别流程分为离线与在线阶段。离线阶段基于待识别目标的CAD模型构建一个模型库,在线基于近邻查找完成识别。本文针对离线阶段,提出一种新的模型库构建方法。方法 首先将CAD模型置于一个二十面体中心,使用多个虚拟相机获取CAD模型在不同视角下的点云;然后将每个不同视角下的点云进行主成分分析并基于主成分分析的结果从多个选定的方向将点云切分为多个子部分,这些子部分包含点云的全局及局部信息;接着对每个子部分使用聚类算法获取其最大聚类,去除离群点;最后结合多种方式删减一些冗余聚类,减小模型库规模。结果 在多个公开数据集上使用多种点云描述子进行对比实验,识别结果表明,相对于传统的模型库构建方法,基于本文方法进行识别正确率更高,在某些点云描述子上的识别正确率提升达到10%以上。结论 通过将CAD模型在不同视角下点云的全局与局部信息都加入模型库中,本文提出的模型库构建方法可有效提高点云目标识别正确率,改善了场景目标发生遮挡时,近邻查找识别精度不高的问题。     

图像局部映射二进制串描述符

为了提高图像局部特征算法的计算速率与匹配速度,并保持其准确率,提出了一种局部映射二进制串描述符算法。它通过映射的方法将图像局部区域转化成二进制串,从而提高其计算效率与匹配速度,并通过机器学习的方法寻找最佳映射矩阵,保持其准确率。从实验结果表明,只需32比特的二进制串就可以在准确率上媲美现有的局部描述符算法,并在匹配速度上有较大的优势。     

改进的局部方向模式纹理表示方法

目的：纹理是描述和区分不同物体的重要特征之一,纹理特征提取一直是模式识别、机器视觉领域的研究热点。局部方向模式（Local directional pattern, LDP）是一种分辨性好、对随机噪声和非均匀光照鲁棒的纹理特征。而LDP特征由于计算8方向的边缘响应并排序,提取速度较慢。本文改进了LDP编码方案。方法：论文设计了两种改进方案。第一种方案直接对8方向的边缘响应符号进行编码,避开排序,称为FLDP（Fast Local Directional pattern, FLDP）特征;第二种方案,论文尝试使用较少的方向模板来降低特征提取的时间、空间消耗,设计了MLDP算子（Mini Local Directional pattern,MLDP）。结果：在Brodatz数据集的24类均匀纹理图像以及111类全部纹理图像上将本文提出的FLDP特征、MLDP特征与传统的LDP进行了对比实验。实验结果表明,在保证了分类准确率的前提下,FLDP算子的运算速度是3th-LDP的20倍左右,MLDP算子的运算速度是3th-LDP的35倍左右。结论：论文设计了2种方案改进了LDP特征,分别为FLDP算子和MLDP算子。实验表明,这两种改进方案,在保证分类准确率的同时,大幅度提高了特征提取运算速度。     

基于局部曲面特征直方图的点云识别

针对三维点云的快速识别问题,文中提出基于局部曲面特征直方图的点云识别算法.首先,采用循环体素滤波算法,将不同分辨率的点云滤波至指定分辨率.再基于邻域曲率均值最大的关键点查找算法选取点云局部特征较明显的点作为关键点,根据关键点邻域内点云重心与邻域曲面内各点的法线和距离的关系计算关键点的特征描述符.然后,根据临近关键点间的空间关系和特征描述符欧氏距离进行特征匹配.最后,采用多线程识别框架,加快在线识别速度.实验表明文中算法识别速度较快.