学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于分形的从明暗恢复形状方法研究

作　者: 赵歆波
导　师: 张定华
学　校: 西北工业大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 从明暗恢复形状分形三维表面重构马尔可夫随机场
分类号: TP391.41
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
下　载: 337次
引　用: 4次
阅　读: 论文下载

内容摘要

三维被动重构技术作为计算机视觉领域一个重要的研究方向，已在社会生产生活的各个方面显示出越来越不可忽视的地位和作用，尤其在工业、农业、国防、医学、空间技术等领域，具有广泛的应用价值。从明暗恢复形状(SFS)的方法，由于只需单幅图象的灰度信息就可恢复景物三维表面形状，所以，近年来，在理论研究和实践应用中得到了不断的发展和完善，成为三维被动重构技术的一个研究热点。本文在深入分析，全面总结当前SFS研究的基础上，提出了一种基于分形的三维重建技术，在对自然景物的重构方面，新方法有着明显的优越性。论文首先充分回顾了SFS研究所走过的路程，总结了近年来在该领域的研究热点问题。在理解SFS问题本质的基础上，系统地归纳总结了目前国内外现有SFS算法，即最小化方法、演化方法、局部方法和线性化方法。根据这四种算法所采用的不同假设，分析了它们的适用面，并在算法收敛速度、解的唯一性、解的存在性方面进行了比较。针对传统SFS算法大多采用了不符合实际情况的苛刻假设条件，以及不合适的假设某些先验条件已知而得不到精确的具有普适性的三维重建结果，本文基于对遥感图象进行三维信息提取的应用背景，提出了一种基于分形约束条件的三维重构方法，该方法克服了传统从明暗恢复形状算法对于自然景物因基于光滑假设所造成的恢复结果过分平滑而失真的缺点，且不需要可积性约束条件以及对边界条件的假设。实验结果表明，新方法不仅摆脱了许多严苛约束条件的限制，而且对于自然景物的三维表面重构，可获得比传统方法更好的恢复效果。为对算法进行正确的评估，本文研究了目前流行的分形曲面的三种生成方法，即随机中点位移法、渐进随机增量法及谱合成法，并在此基础上获得了具有分形特征的仿真数据。针对自然分形具有各向异性的特点，本文在谱合成法的基础上，提出了一种具有各向异性分形曲面的生成方法。本文引入了不确定性模型来解SFS问题，该方法首先将原问题转化为估计问题，将先验知识转化为先验分布模型来描述，然后，利用Bayesian理论的估计方法，导出最大后验估计，通过对物体表面高度函数进行Gibbs随机采样，从而得到待恢复表面三维形状的一个最佳实现。实验结果表明，新方法对于自然景物的三维表面重构，可获得比传统正则化方法更好的恢复效果。在Gibbs采样算法中，温度参数制约着重构表面的分形精度。然而，如何描述并确定温度参数与重构曲面分形维数之间的关系，目前尚无确定的方法。为此，本文提出一种新的温度参数的选择方法。同时，为正确选择合适的算法参数，本文探讨了分形维数的计算方法，在统计方法计算分形维数的基础上，提出了计算各向异性分形维数的新方法。

全文目录

第一章绪论  9-21
  1.1 课题来源及研究意义  9-11
  1.2 SFS研究的历史及现状  11-15
  1.3 SFS研究存在的问题和最新研究动向  15-19
    1.3.1 SFS研究的困难  15-16
    1.3.2 SFS的最新研究方向  16-19
  1.4 本文的研究内容和主要贡献  19-20
  1.5 论文安排  20-21
第二章 SFS技术及光源方向的获取  21-37
  2.1 高斯球与倾角和仰角  21-22
  2.2 梯度空间  22-24
  2.3 朗伯体反射  24-26
  2.4 反射图的生成算法  26-27
  2.5 遮挡轮廓  27
  2.6 光源方向的估计  27-36
    2.6.1 仰角τ的估计方法  30-33
    2.6.2 倾角σ的估计方法  33-35
    2.6.3 实验结果及分析  35-36
  2.7 小结  36-37
第三章 SFS算法分类及比较  37-50
  3.1 最小化方法  37-41
  3.2 演化方法  41-43
  3.3 局部方法  43-46
  3.4 线性化方法  46-49
    3.4.1 Pentland的方法  46-47
    3.4.2 Tsai和Shah的方法  47-49
  3.5 小结  49-50
第四章仿真数据的生成  50-69
  4.1 分形布朗运动  50-51
  4.2 随机中点位移法  51-54
  4.3 渐进随机增量法  54-55
  4.4 频谱合成法  55-60
    4.4.1 各向异性频谱合成法  58-60
  4.5 实验用数据  60-61
  4.6 实验结果及分析  61-67
    4.6.1 最小化方法  64-65
    4.6.2 演化方法  65-66
    4.6.3 局部方法  66
    4.6.4 线性化方法  66-67
    4.6.5 传统算法的适用范围  67
  4.7 小结  67-69
第五章分形及分形维数的计算方法  69-86
  5.1 分形布朗运动  69-70
  5.2 用FFT计算分形维数  70-71
  5.3 用FFT计算分形维数的可靠性分析  71-76
  5.4 用统计方法计算分形维数  76-78
  5.5 用统计方法计算分形维数的可靠性分析  78-81
  5.6 基于窗口的统计方法  81-83
  5.7 各向异性分形维数的计算  83-85
    5.7.1 使用FFT法计算各向异性分形维数的困难  83
    5.7.2 一种用于计算各向异性分形维数的改进统计方法  83-85
  5.8 小结  85-86
第六章基于分形的重建方法  86-113
  6.1 贝叶斯模型  86-87
  6.2 马尔可夫随机场  87-89
  6.3 传感器模型  89
  6.4 有限元离散  89-92
  6.5 刚度矩阵和载荷列阵的构造  92-95
  6.6 先验模型  95-98
  6.7 薄膜模型与薄板模型的分形本质  98-99
  6.8 能量方程  99-101
  6.9 基于最大后验概率的分形重建算法  101-102
  6.10 采样的实现  102-111
    6.10.1 多重网格算法  102-105
    6.10.2 高斯--塞德尔方法  105-106
    6.10.3 温度的选择  106-108
    6.10.4 实验结果及分析  108-111
  6.11 小结  111-113
第七章总结与展望  113-116
参考文献  116-121
附录攻读博士学位期间发表论文及科研工作  121-122
致谢  122-123

相似论文

基于统计方法的核磁共振人脑图像的分割及三维数据的分析,R445.2
基于多重分形的语音情感识别研究,TN912.34
多重分形过程性质研究,F830.91
纤维布与混凝土正拉粘结性能的试验研究,TU528.572
基于人工生命的骆驼刺根系的模型构建与研究,TP311.52
基于分形和多小波理论的静脉特征提取研究,TP391.41
关于分形插值函数若干分析性质的研究,O174.42
基于DCCA和MF-DCCA的步态信号的分析与研究,TN911.6
针刺土工织物垂直渗透率理论研究,TS176.5
RFID天线研究与设计,TN820
SAMPAVE应力吸收层混合料沥青用量预估模型研究,U414
烧结环冷机流场与温度场数值模拟,TK124
基于分形几何概念的山地住区形态研究,TU984.12
反相乳液法聚合制备淀粉接枝丙烯酰胺共聚物,TQ316.334
粗骨料粒径变化对钢筋混凝土构件裂缝演化规律的分形研究,TU375.1
基于分形的沥青混合料级配评价与路用性能研究,U414
农田土壤水盐特性的空间变异性研究,S152
沥青混凝土路面纹理构造表征技术研究,U416.217
金属玻璃原子尺度的键结构和分形结构研究,TG139.8
Sierpinski和广义Sierpinski网络的拓扑性质和分形维数,O189.1
基于Contourlet特征的三维表面纹理融合与分类,TP391.41