一种基于局部描述符的三维人脸识别方法

提出一种局部描述符进行三维人脸识别。每个采样点的局部特征定义为该点根据其法向量与3个主轴之间的角度自适应选取的邻域点集向人脸主轴平面投影所得的面积。文中提出的三维人脸识别算法首先对人脸进行预处理,归一化到较统一的姿态后,提取与鼻尖等距的轮廓线,并对轮廓线进行重采样以剔除无用点。然后对每个采样点提取局部特征。最后建立人脸之间的点对应关系,将加权融合后的局部特征用于识别。通过实验认证,文中方法识别效果较好,且对遮挡和噪声有较好的鲁棒性。     

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。     

散乱点云的自适应α-shape曲面重建

针对α-shape算法不适用于散乱非均匀点集曲面重建的问题,提出了一种基于点云数据局部特征尺寸（LFS）的自适应α-shape曲面重建改进算法。首先,以采样点的k-邻近点计算出负极点逼近曲面中轴（MA）;然后,根据近似中轴计算曲面在采样点处的局部特征尺寸,并依据局部特征尺寸对原始点云进行非均匀降采样;最后,根据三角面片的外接球半径和对应的α值自适应重建出物体表面。与α-shape算法相比,所提算法可以有效合理地减少点云数据量,点云简化率达到70%左右,同时重建结果中冗余三角面片更少且基本没有孔洞。实验结果表明,所提算法能够自适应地重建出非均匀点集的表面。     

一种新型遥感图像配准方法

提出了一种新型全自动稳健的遥感图像配准算法。首先,在图像二维平面空间和尺度空间中同时检测局部极值作为特征点,并在特征点邻域提取局部不变特征描述子一尺度不变特征变换（SIFT）。然后,利用距离测度进行SIFT特征匹配得到初步的匹配集合。最后,运用稳健的随机采样一致性（RANSAC）算法将匹配点集划分为内点和外点,在内点域上精确地估计出图像变换模型。实验利用仿真数据测试了SIFT特征的可重复性和可匹配性,利用卫星图像验证了该自动配准算法的有效性和稳健性。     

基于贝叶斯决策的运动目标检测方法

传统混合高斯背景建模存在难以解决背景复杂以及阴影等因素影响视频运动目标检测效果的问题,为此提出了一种基于贝叶斯决策的运动目标检测方法。该方法利用帧间差分进行像素变化检测,将像素粗分为变化像素和非变化像素;对于变化像素中的运动点和静止点,通过统计确立有效的数据结构,其中显著颜色分布统计量用来描述静止点,而显著颜色同现统计量描述运动点;从数据结构中提取颜色特征矢量,将特征矢量中的静止点和运动点按照贝叶斯决策规则进一步分类为背景点、前景点和颜色相似点。对颜色相似点进行局部加权处理以达到正确检测的目的;通过融合静止点集、运动点集和加权后的颜色相似点集结果提取出前景运动目标。仿真实验表明,该方法能够在不同复杂背景下较准确地检测出视频中的运动目标,相比传统算法具有较强的鲁棒性。     

学习几何结构特征的真实点云场景语义分割

有效获取点云数据在空间上的结构性特征是点云语义分割的关键。针对以往方法没有很好综合利用全局和局部特征问题,提出一种新的空间结构特征——点的盒子特征用于语义分割,设计一种编码-解码结构的网络框架,下采样过程中使用几何结构特征模块学习点云的全局空间特征和局部邻域特征,上采样过程中按分辨率逐级恢复成完整尺寸特征图进行语义分割。其中,几何结构特征模块包含两个子模块,一个是全局特征模块,该模块学习点的“盒子（box）”特征以表现点云在采样空间内概括的粗糙几何特征;另一个是局部特征模块,该模块使用特征提取——注意力机制结构表现点云在局部邻域内精确的细粒度几何特征。在公开数据集S3DIS、Semantic3D上进行了实验并与其他方法比较,实验结果表明mIoU均领先目前大部分主流的方法,部分细则类IoU取得最高。     

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。     

分片驱动的特征敏感曲面重建

为健壮处理包含尖锐特征或欠采样的数据点集,通过对基于边界推进曲面重建技术的扩展,提出一种分片驱动的、特征敏感的对无方向散乱数据点集进行曲面重建的算法.在一个光滑阈值的控制下,将曲面重建过程分成分片重建和特征缝合2个阶段.在分片重建中,从光滑的种子三角化区域开始进行边界推进三角化,并通过拓扑元素分类与特征检测对边界光顺和特征重定位,以进一步扩展该分片,重复该过程,得到对光滑区域三角化的一系列光滑分片;特征缝合阶段,在边界推进过程中将所有分离的分片或分片中的缝隙缝合在特征区域.这种两阶段的三角化策略可有效地处理含尖锐特征或不规则采样如不充分采样的点集,无需保证拓扑完整性的复杂数学测试,如协变分析和三角形相交检测等,基于局部光滑曲面的求交,可有效地恢复采样点集丢失的特征信息.实验结果表明,采用文中算法能健壮处理不规则采样点集,并生成特征敏感的高质量网格.     

一种基于散乱点云的边界提取算法

点云边界是曲面的重要特征之一,边界线的快速准确提取对于提高曲面重构的效率和质量具有重要意义。首先,采用基于kd-tree搜索的方法建立点云空间拓补关系,进行K邻域快速搜索,以采样点及其K邻域作为局部型面参考依据拟合微切平面,将其向微切平面投影;其次,在微切平面上建立局部坐标系,并对投影点进行参数化,根据邻域点集在采样点处的场力大小之和可以表示点集的平均作用来识别点云的边界特征点;最后,从提高边界线连续性的角度,利用NURBS曲线插值方法连接边界线。实验结果表明,该算法可以快速、有效地提取出点云的边界特征点,并得到C2连续的边界线,满足曲面重构的要求。     

基于局部不变特征的遥感图像自动配准方法

提出了一种基于图像局部不变特征的遥感图像全自动配准算法.首先在图像二维平面空间和尺度空间中同时检测局部极值作为特征点,并在特征点邻域提取局部不变特征描述子--尺度不变特征变换(SIFT).然后运用稳健的随机采样一致性(RANSAC)算法将匹配点集划分为内点和外点,在内点域上精确地估计出图像变换模型.实验利用仿真数据测试了SIFT特征的可重复性和可匹配性,利用卫星图像验证了此自动配准算法的有效性和稳健性.     

基于多尺度特征点识别与局部谱特征的离散数据匹配

为了实现部分重叠且不同视角的测量数据配准,提出多尺度特征点检测算法,可以从大量的原始数据中提取少量特征点。该算法包括离散曲率计算、双边滤波和特征点计算等步骤,特征点个数可以由尺度参数粗略控制。提出局部形状谱描述器来描述每个特征点的局部形状特性,首先利用局域点的距离和曲率信息构造关系矩阵,然后通过计算关系矩阵的特征值来构造谱描述器,利用该描述器可以方便地计算不同点集中各个特征点的对应关系,进而实现两个数据点集的配准。通过实例验证了该算法有较好的抗噪性和运行速度。     

Robust facial feature tracking under varying face pose and facial expression

This paper presents a hierarchical multi-state pose-dependent approach for facial feature detection and tracking under varying facial expression and face pose. For effective and efficient representation of feature points, a hybrid representation that integrates Gabor wavelets and gray-level profiles is proposed. To model the spatial relations among feature points, a hierarchical statistical face shape model is proposed to characterize both the global shape of human face and the local structural details of each facial component. Furthermore, multi-state local shape models are introduced to deal with shape variations of some facial components under different facial expressions. During detection and tracking, both facial component states and feature point positions, constrained by the hierarchical face shape model, are dynamically estimated using a switching hypothesized measurements (SHM) model. Experimental results demonstrate that the proposed method accurately and robustly tracks facial features in real time under different facial expressions and face poses.     

基于Laplace-Beltrami算子特征向量的三维模型特征点检测与分析

针对三维模型的特征点检测问题,提出一种基于Laplace-Beltrami算子的特征点检测算法.对于给定的三维网格模型,首先构造离散Laplace-Beltrami算子矩阵,求解特征值与特征向量,随后在不同频率的特征向量上检测局部极值点和鞍点,最后通过基于特征值的加权公式把检测结果结合起来,实现对特征点不同显著度的可视化.实验对选取自SHREC2010数据集的三维网格模型进行特征点检测,在VS2013平台上使用OpenGL进行可视化.结果表明,文中算法在三维网格模型上取得准确的检测结果,在高噪声的模型上具有鲁棒性,对等距模型能得到高度相似的结果,并且能通过分布式计算处理大尺寸的三维模型.     

一种改进的Harris特征点检测算法

现有Harris特征点检测算法采用高斯滤波进行平滑,图像存在角点信息丢失与偏移的现象。为解决该问题,提出基于变分B样条滤波与快速局部窗口搜索相结合的Harris特征点检测算法,选择具有低通特性的B样条函数作为平滑函数构造滤波器,引入形态学滤波中的极大值滤波思想,利用快速局部窗口搜索算法进行特征点局部极值的提取,从而提高特征点提取的精度和速度。实验结果表明,改进算法具有特征点提取快速均匀、检测定位准确、抑噪性好的特点。     

一种基于特征点的三维网格盲水印算法

针对三维网格水印空域算法无法兼顾嵌入量与透明性,且水印盲检测过程繁琐的问题,提出一种基于特征点的盲水印算法。选取三维模型最远两点为全局特征点建立全局坐标系,根据仿射不变性原理将原始载体仿射到一个固定的球型空间,以增强对多种几何攻击的抵抗能力。根据载体点密集程度将其等分成若干个局部空间,以局部空间中离质心最远点为局部特征顶点建立局部几何坐标系,从而增强算法的透明性。利用顶点在坐标系的投影角度来存储水印索引,实现盲水印。实验结果表明,该算法能有效抵抗旋转、缩放、噪声等攻击,具有强鲁棒性和较好的不可感知性,同时兼具盲水印检测优势。     

变电金具表面腐蚀膨胀点三维检测算法

为提升配电网变电金具腐蚀膨胀检测的精度,设计了变电金具表面腐蚀膨胀点三维图像检测算法。该算法使用八叉树算法对三维激光图像扫描仪获取的变电金具表面腐蚀膨胀点云图像数据进行压缩预处理,经过法向量计算、局部基面参数化处理、局部曲面拟合等步骤,提取变电金具表面腐蚀膨胀点点云数据的主曲率、形状索引值等局部特征。使用三维霍夫投票算法,对变电金具表面腐蚀膨胀点局部特征实施局部坐标系建立、坐标转换、霍夫投票等处理后,获取腐蚀膨胀点的质心位置,实现变电金具表面腐蚀膨胀点检测。实验结果表明：该算法具备较好的点云数据压缩能力,预处理效果好;变电金具腐蚀膨胀点图像数据存在遮挡缺失时,其特征提取完整度始终高于90%;识别配电站螺丝配件时,特征点匹配度高达100%,识别精度高。     

OPTICS聚类与目标区域概率模型的多运动目标跟踪

目的 针对多运动目标在移动背景情况下跟踪性能下降和准确度不高的问题,本文提出了一种基于OPTICS聚类与目标区域概率模型的方法。方法 首先引入了Harris-Sift特征点检测,完成相邻帧特征点匹配,提高了特征点跟踪精度和鲁棒性;再根据各运动目标与背景运动向量不同这一点,引入了改进后的OPTICS加注算法,在构建的光流图上聚类,从而准确的分离出背景,得到各运动目标的估计区域;对每个运动目标建立一个独立的目标区域概率模型(OPM),随着检测帧数的迭代更新,以得到运动目标的准确区域。结果 多运动目标在移动背景情况下跟踪性能下降和准确度不高的问题通过本文方法得到了很好地解决,Harris-Sift特征点提取、匹配时间仅为Sift特征的17%。在室外复杂环境下,本文方法的平均准确率比传统背景补偿方法高出14%,本文方法能从移动背景中准确分离出运动目标。结论 实验结果表明,该算法能满足实时要求,能够准确分离出运动目标区域和背景区域,且对相机运动、旋转,场景亮度变化等影响因素具有较强的鲁棒性。     

基于Freeman链码的B样条曲线轮廓拟合

提出了一种Freeman链码与B样条曲线误差控制相结合实现轮廓拟合的算法,首先利用Freeman链码法进行边界跟踪,根据相邻像素点间的不同的链码变化关系,排除伪特征点,提取出轮廓中绝大多数特征点,然后结合基于误差控制的B样条曲线法,取得能够精确表示轮廓信息的特征点。本文算法即避免了使用曲率来进行求取特征点的复杂计算,提高了特征点检测速度,又提取出能够精确拟合轮廓的局部支撑点,实现了基于误差控制的轮廓曲线拟合。实验结果证明了本文算法的正确性。     

基于小波变换的局部形状匹配

为解决仿射变换下的局部形状匹配问题,提出了一种新的基于小波描述子的局部形状匹配方法。算法首先基于分割点将轮廓曲线分段,为了更精确地描述每段子曲线,定义一种新的特征点--等面积分割点,并在子曲线上提取,基于该特征点构造一种新的具有局部特征的小波描述子。新定义的等面积分割点有比一般的特征点（角点、拐点、切点）更精确描述曲线的特性,能解决轮廓曲线平滑特征点少而不能被精确描述的问题;定义的等面积分割点和提取的小波描述子都具有仿射不变性,且均为局部描述符,因而该方法适合于仿射变换且在轮廓局部遮挡和缺失的情况下仍然有效。理论分析和实验结果都证明了该算法的有效性。     

基于关键特征点的改进TLD目标跟踪算法研究

TLD（Tracking-Learning-Detection）算法是一种新颖的单目标长时间视觉跟踪算法,在给定极少的先验知识的情况下,能够迅速地学习目标特征并进行有效的跟踪。TLD算法中跟踪器每次在跟踪目标上均匀地选取特征点进行跟踪,不能保证每个特征点都能够被可靠地跟踪。针对这个问题,提出一种基于关键特征点检测的改进TLD算法,保证所选特征点都能够被正确可靠地跟踪,防止跟踪结果发生漂移,提高了跟踪器的跟踪精度。另一方面,在TLD检测器中引入了基于轨迹连续性的在线位置预测,在保证正确跟踪的前提下,缩小了检测器的检测范围,提高了运算速度。实验结果表明,该算法有较高的跟踪精度和速度。