Guest Editors' Introduction: Knowledge-Assisted Visualization

This special issue presents four articles demonstrating a first step from traditional interactive visualization to knowledge-assisted visualization. Knowledge-assisted visualization's objectives include sharing domain knowledge among different users and reducing the burden on users to acquire knowledge about complex visualization techniques. The four articles address this new challenge from different perspectives, including methodologies, systems, and applications.     

复杂地质体NURBS辅助建模及可视化分析

基于NURBS技术提出一种重建复杂三维地质体的建模方法．首先对数字地形模型进行简化处理以满足地质体重建的需要;然后结合地质原始资料和解译数据,拟合构造出更能反映地质规律的地质结构面．在此基础上,利用三维图形学技术重建复杂地质体,并根据实际需要对整体模型实现一系列的三维地质信息可视化分析．实际水电工程应用表明,文中方法可以满足复杂工程地质信息三维可视化研究的实际需要．     

Knowledge-Assisted Reconstruction of the Human Rib Cage and Lungs

These knowledge-assisted 3D rib cage and lung reconstruction algorithms mimic some of the useful features of CT scans to facilitate early detection of diseases such as lung cancer, at a fraction of the cost. The reconstructions are based on the typical posterior-anterior and lateral x-ray images that are acquired during preemptive screenings for lung cancer. Combining shared domain knowledge of human anatomy and solid-modeling techniques with the information that computer vision algorithms automatically extract from these x-ray images, this interactive approach transforms a series of primitive template meshes into reconstructed ribs and lungs, even though much of the 3D information is lost during the x-ray process. An example illustrates how using the reconstructed lung geometry to clip a portion of an approximate volume reconstruction can provide a supplementary interface to search for potential diseased areas. This article is part of a special issue on knowledge-assisted visualization.     

Interactive Visualization of Function Fields by Range-Space Segmentation

We present a dimension reduction and feature extraction method for the visualization and analysis of function field data. Function fields are a class of high-dimensional, multi-variate data in which data samples are one-dimensional scalar functions. Our approach focuses upon the creation of high-dimensional range-space segmentations, from which we can generate meaningful visualizations and extract separating surfaces between features. We demonstrate our approach on high-dimensional spectral imagery, and particulate pollution data from air quality simulations.     

三维人体运动特征可视化与交互式运动分割

为了从运动序列中提取不同类型的运动片段进行人体动画创作,提出一种三维人体运动数据可视化与交互式分割技术.首先,采用人体各主要骨骼夹角作为对原始运动数据的几何特征表示,并提出一种启发式方法自动检测其潜在分割点,最后将提取的运动特征可视化并使用可交互用户界面对其进行精确分割.实验结果表明。该特征表示及交互式分割方法能够更加方便、准确、高效地对包含多种类型的长序列三维人体运动数据进行分割.     

基于颜色和笔画特征的文本分割算法

自动提取图像中的文本对图像视频检索具有重要意义.提出了一种基于颜色和笔画特征,应用无监督聚类方法进行复杂背景下的文本分割算法.首先在对文本行图像增强的基础上,应用颜色约减和直方图确定文本颜色.然后提取颜色和笔画特征,应用k-均值聚类算法分割出文本和背景像素.最后应用后处理优化分割结果.实验表明,该算法具有较好的分割效果.     

指纹图像分割中新特征的提出及其应用

指纹身份鉴定是最可靠的身份鉴定方法之一.指纹图像的分割是自动指纹识别系统中的重要一步.在本论文中,我们提出了一种高效实用的指纹图像分割方法.我们提取出了能使分割算法更加精确的两个新特征.在其它的很多分割算法中,由于应用的特征不能很好的反映出模糊区的特征,因此不能够很好的区分前景和模糊区.由于可能在模糊区提取出虚假的细节,这将很大的程度上影响指纹识别系统的整体性能.然而,由于我们提出的两个新特征,我们的算法可以和很好的区分出前景与模糊区,因此该分割算法可以降低虚假细节的数目.我们选用监督的RBF神经网络来进行分类并选取典型的样本用来训练.实验结果说明我们的分割算法在性能上有一个很大的提高.     

三角网格模型体素特征分割

针对现有机械制造领域网格模型分割结果缺少工程含义的现状,提出了一种三角网格模型体素特征分割方法。首先在对三角网格模型分割的基础上,对由网格分割得到的每个子网格进行曲面类型识别,然后在基本体素及典型结构显著特征表示的基础上,把识别出的曲面集合与基本体素及典型结构进行匹配,从而将分割结果分类为自由曲面、基本体素和复杂体素,实现具有工程含义的体素特征分割。该方法可以降低模型重构的难度,加快模型重构的速度。     

利用可分离卷积和多级特征的实例分割

实例分割是一项具有挑战性的任务,它不仅需要每个实例的边界框,而且需要精确的像素级分割掩码.最近提出的端到端的全卷积实例感知分割网络（FCIS）在检测与分割的结合方面做得很好.但是,FCIS没有利用低层特征,而低层次的特征信息在检测和分割上都证明是有用的.在FCIS的基础上,提出了一种新的模型,充分利用了各层次的特征,并对实例分割模块进行了优化.该方法在检测分支中使用了具有大型卷积核的可分离卷积来获得更精确的边界框.同时,设计了一个包含边界细化操作的分割模块,以获得更精确的掩模.此外,将Resnet-101网络中的低级、中级和高级特征组合成4个不同级别的新特征,每个新特征都被用于生成实例的掩码.这些掩码被相加之后通过进一步细化以产生最终的最精确的掩模.通过这3项改进,实验结果表明,该方法明显优于基线方法FCIS,相比于FCIS,该方法在PASCAL VOC数据集上的评测指标mAP^r@0.5和mAP^r@0.7分别提高了4.9%和5.8%.     

基于综合特征的纹理分割方法

针对灰度共生矩阵只能在单一尺度对纹理进行分析的不足,结合离散框架小波变换产生的尺度共生矩阵与梯度变换图像的灰度共生矩阵,提出了一种具有多尺度分析特性的综合纹理特征提取算法,并利用该特征对纹理图像进行分割.仿真实验结果表明:与基于单一尺度特征的纹理分割方法相比,本文提出的算法能够提高纹理边界定位准确性,减少区域内像素错分,取得了较好的分割效果.     

基于边界特征的三维模型分割

点云分割是三维模型检索、分类及重建的基础,为解决点云分割算法存在鲁棒性差、过分割和欠分割问题,提出一种基于边界特征的点云模型分割算法。将点云模型过分割为弱凸区域,利用巴氏距离判断相邻区域的相似性进行区域合并,采用改进的形状直径函数进行最终合并。由主流评价方法及实验证明,大多数模型可以取得良好的分割效果。     

一种基于模糊规则的手写体粘连数字串分割

手写数字串切分是手写数字OCR系统中必不可少的组成部分.实际应用中一般用框格对数字的书写范围进行约束,切分过程比较容易,如果没有框格约束,手写数字串的切分就成为一个难题.针对无约束的手写数字串切分的难点,提出了一种新的粘连数字串切分方法.该方法先使用主曲线实现字符模板的笔画抽取,然后依据字符笔画的模糊特征处理笔画,最后以字符识别器提供的置信度为依据完成切分过程.为验证该新切分方法的效果.对从银行实地采集的3 000份真实支票进行了切分实验,其中363张支票存在粘连现象,切分正确率为89.68%.实验结果表明,该算法能够有效地切分多字粘连的手写体数字串.     

Integrated Matching and Segmentation of Multiple Features in Two Views

We present an integrated method to match multiple features including points, regions, and lines in two perspective images, and simultaneously segment them such that all features in each segment have the same 3D motion. The method uses local affine (first-order) approximation of the displacement field under the assumption of locally rigid motion. Each distinct motion is represented in the image plane by a distinct set of values for six displacement parameters. To compute the values of these parameters, the 6D space is split into two 3D spaces, and each is exhaustively searched coarse-to-fine. This yields two results simultaneously, correspondences between features and segmentation of features into subsets corresponding to locally rigid patches of moving objects. Since matching is based on the 2D approximation of 3D motion, problems due to motion or object boundaries and occlusion can be avoided. Large motion is also handled in a manner unlike the methods based on flow field. Integrated use of the multiple features not only gives a larger number of features (overconstrained system) but also reduces the number of candidate matches for the features, thus making matching less ambiguous. Experimental results are presented for four pairs of real images.     

基于分割的肝癌三维可视化研究与实现

提出一种基于分割的肝癌三维可视化方法.利用动态自适应区域生长算法分别把肝脏、肿瘤以及肝内血管从图像中提取出来;通过调用VTK开发包中的MC面绘制三维蕈建算法,对这些器官和组织进行三维绘制.这种方法分割准确.重建的三维器官模型立体感强,形态逼真,便于观察肿瘤与其它器官组织的空间位置关系.     

基于局部能量特征的视频字幕分割

视频字幕能够给人们提供高度浓缩的与视频内容相关的信息 ,但字幕通常均以图象方式存在于视频、图象中 ,为了提取视频字幕 ,提出了一种基于局部能量的视频字幕分割方法 ,该方法利用局部能量与图象中边缘、轮廓特征之间的对应关系进行字幕的自动分割 .为了快速地进行局部能量的计算 ,在分析局部能量模型基础上 ,将局部能量计算方法进行了推广 ,即先通过选用具有对称性的双正交小波基及 Hilbert变换 ,构造了适于局部能量计算的 90°相移滤波器 ,然后通过多分辨率小波变换实现了信号的多分辨率频带分割 ,并在此基础上计算局部能量 .实验结果表明 ,该方法可获得较好的分割效果     

结合CS-LBP纹理特征的快速图割算法

图割算法是目前最有效的交互式图像分割方法之一。针对当前景和背景颜色相似时容易发生分割错误并产生shrinking bias现象,以及基于像素的计算导致交互效率不高的问题,提出一种结合纹理特征的改进算法。该算法首先利用Mean Shift算法对图像进行预分割,构建区域邻接图,然后用累计直方图、CS-LBP纹理描述子对每个区域进行颜色和纹理特征的提取,通过在能量函数中引入纹理约束项以及局部自适应的正则化参数,有效改善了分割效果和shrinking bias现象。实验结果表明,本算法交互效率得到了提高,分割结果更加精确。     

基于流水分割的面部特征定位

在人脸的计算机自动识别过程中,人脸特征的定位以及人脸特征的抽取起着至关重要的作用。文章提出了一种基于流水分割的面部特征定位方法,可以将面部轮廓从面部图像中剥离出去,进而利用剩余信息进行面部特征的定位。实验结果表明,该方法能够准确地进行面部特征定位,并选用于某些特殊的情况。     

基于分段特征及自适应加权的DTW相似性度量

利用动态时间弯曲（DTW）技术在原始多元时间序列进行相似性度量时时间复杂度较高,且DTW在追求最小弯曲距离的过程中可能会出现过渡拉伸和压缩的问题。提出一种基于分段特征及自适应加权的DTW多元时间序列相似性度量方法。对原始时间序列在各个变量维度上进行统一分段,选取分段后拟合线段的斜率、分段区间的最大值和最小值以及时间跨度作为每一段的特征,实现对原始序列的大幅降维,提高计算效率。在DTW计算最佳弯曲路径的过程中为每个点设置自适应代价权重,限制弯曲路径中点列的重复使用次数,改善时间序列因过度拉伸或压缩所导致的度量精度低的问题,以得到最优路径路线。实验结果表明,该方法能很好地度量多元时间序列之间的相似性,在多个数据集上都能取得较好的度量结果。     

MEMS装配显微图像分割与特征点提取

介绍了MEMS装配显微图像的特点 ,并根据其在显微镜视野内啮合装配的特点和要求 ,通过将图像在不同方向上投影 ,从复杂背景中分割出目标图像的轮廓区域 .进一步分析齿轮的颜色构成特点 ,采用HSV颜色感知模型和R B模型 ,在齿轮轮廓区域内提取清晰齿轮二值图像 .根据齿轮齿间间距 ,将齿轮二值图像分成 12等份 ,在轮廓区域内搜索齿轮外齿廓 ,寻找齿轮的特征点 ,为微型行星齿轮减速器的抓取、啮合装配提供位置信息 .