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基于物体轮廓的曲线匹配技术研究

作　者: 吕科
导　师: 周明全
学　校: 西北大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 形状匹配物体复原 B样条 Hash矢量 Fourier变换
分类号: TP391.41
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
下　载: 1049次
引　用: 15次
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内容摘要

轮廓曲线匹配是计算机视觉、图象分析和模式识别中的一个重要问题，在文字识别、物体运动跟踪、基于内容的图像检索和医疗诊断等众多领域都有十分广泛的应用。本文是在完成“国家自然科学基金项目”和“国家863高技术项目”的过程中，主要针对物体轮廓曲线匹配方法及相关的关键技术开展的研究工作，研究成果已成功应用于计算机辅助文物复原系统当中。主要工作在以下几个方面： 1．对于轮廓曲线的特性、复原目标、过程模型作了论述，完成了物体数字化采用的方法、数字化物体的存储、具有3D边缘保持的网格简化、轮廓曲线提取、轮廓曲线的光顺滤波、曲线的重采样等轮廓曲线匹配中所要用到的相关方法。 2．研究了2D轮廓曲线的匹配方法，给出了一种新的基于连续曲率概念推广的的多边形周期性离散曲率函数。周期性离散曲率函数具有和原有曲率相似的位移、旋转、缩放等特性，为提高匹配的准确度，利用高斯函数进行平滑处理，取得了较好的结果，同时该方法具有直观、速度快等优点，在2D轮廓曲线的匹配中，具有实用可靠的用途。 3．依据样条曲线的基本理论，研究了基于B样条的轮廓曲线的匹配方法，给出了由轮廓曲线不变量曲率和挠率构造的相似不变量的选取以及基于相似矩阵的匹配算法，并对该算法的时间复杂度作了估计，同时，将多尺度技术引入到物体轮廓的匹配问题中。 4．讨论了基于Hash矢量和Fourier变换的轮廓曲线匹配方法，在匹配中不要求一段轮廓线与另外一段轮廓线完全匹配，而是把它们分成很多子段，再用这些子段来进行匹配。提出了用于判断曲线段匹配的的判别方法，并对所给的方法做了严密的数学证明。 5．给出了计算机辅助文物复原系统的主要功能，文物碎片数据库的管理方法，碎片的复原流程以及基本的数据结构类型。

全文目录

中文摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 引言  9-11
  1.2 形状匹配基本概念  11-12
  1.3 形状匹配的分类  12-13
  1.4 论文选题来源及研究背景  13-17
    1.4.1 研究的可行性  15-16
    1.4.2 研究的意义  16-17
  1.5 本文研究内容概述  17-19
  1.6 本文研究内容的组织  19-20
  1.7 本章小结  20-21
第二章形状匹配研究方法综述  21-38
  2.1 引言  21-22
  2.2 轮廓曲线的表示  22-27
    2.2.1 链码  22-23
    2.2.2 样条  23-24
    2.2.3 多边形逼近  24
    2.2.4 基于尺度空间特征点提取技术  24-25
    2.2.5 字符文法技术  25-26
    2.2.6 边界分解  26-27
  2.3 基于各种不变量的形状匹配方法  27-31
    2.3.1 基于全局性几何特征  27
    2.3.2 基于变换域特征  27-31
      2.3.2.1 矩  27-28
      2.3.2.2 Fourier描述子  28
      2.3.2.3 小波描述子  28-29
      2.3.2.4 数学形态描述子  29-30
      2.3.2.5 用一维边界描述二维形状  30-31
  2.4 基于局部特性的形状匹配方法  31-37
    2.4.1 广义Hough变换  31-32
    2.4.2 基于神经网络和遗传算法匹配方法  32
    2.4.3 变形模板  32-34
    2.4.4 随机方法  34-35
    2.4.5 基于形状凹凸结构的匹配方法  35-36
    2.4.6 动态规划  36
    2.4.7 基于自回归模型和隐Markov模型  36-37
  2.5 本章小结  37-38
第三章轮廓曲线的提取与处理  38-71
  3.1 碎片理想模型  38-39
  3.2 实际碎片模型  39-40
  3.3 轮廓曲线的几何特征  40-41
  3.4 复原的目标  41-42
  3.5 轮廓曲线匹配的可行性  42
  3.6 碎片复原过程模型  42-44
  3.7 碎片的数字化获取与存储  44-50
    3.7.1 碎片的数据化  44-46
    3.7.2 曲面网格数据的存储  46-48
    3.7.3 网格曲面的描述  48-50
  3.8 数字网格曲面的简化  50-59
    3.8.1 复杂模型的简化方法  51-52
    3.8.2 网格简化的基本定义  52-53
    3.8.3 复杂模型的简化方法的改进  53-56
    3.8.4 算法分析  56-57
    3.8.5 网格曲面简化小结  57-59
  3.9 曲面轮廓线的提取  59-66
    3.9.1 边界点的判断方法  59-60
    3.9.2 算法基本思想  60-61
    3.9.3 边界提取算法描述  61-63
    3.9.4 边界提取算法的简化  63-64
    3.9.5 多轮廓曲线的提取  64-65
    3.9.6 实验与结论  65-66
  3.10 轮廓曲线的滤波处理及重采样  66-70
    3.10.1 Gaussian低通滤波器  67-68
    3.10.2 滤波算法  68-69
    3.10.3 曲线的重采样  69
    3.10.4 曲线处理的反效果  69-70
  3.11 本章小结  70-71
第四章基于周期性曲率函数的2D轮廓线匹配方法  71-82
  4.1 引言  71-72
  4.2 2D轮廓曲线的预处理  72-73
  4.3 曲率的概念、性质  73-75
  4.4 周期性离散曲率函数  75-77
  4.5 基于周期性离散曲率函数的轮廓线匹配方法  77-78
  4.6 多轮廓线簇的匹配问题  78-81
  4.7 本章小节  81-82
第五章基于样条的轮廓曲线匹配  82-102
  5.1 引言  82-83
  5.2 弧长参数化  83-85
  5.3 B样条曲线  85-87
  5.4 由轮廓线数据反算样条插值曲线  87-88
  5.5 曲线曲率与挠率的计算与几何意义  88-92
    5.5.1 曲率的几何意义  88-89
    5.2.2 挠率的几何意义以及计算  89-91
    5.2.3 相似不变量的选取  91-92
  5.6 基于相似矩阵的匹配算法  92-97
    5.6.1 匹配曲线段的搜索  92-95
    5.6.2 曲线段的序列化  95-96
    5.6.3 曲线方向的影响  96-97
  5.7 构造哈希表  97-98
  5.8 多尺度匹配算法  98-100
    5.8.1 多尺度算法过程  98-99
    5.8.2 计算效率的比较  99-100
  5.9 实验结果  100-101
  5.10 本章小结  101-102
第六章基于Fourier变换的轮廓曲线的匹配  102-118
  6.1 引言  102-103
  6.2 离散周期序列的傅立叶级数变换  103-104
  6.3 轮廓曲线的Fourier描述  104-107
  6.4 小波描述子  107
  6.5 轮廓的小波描述子  107-108
  6.6 连续周期信号的多分辨率分析与轮廓描述子  108-109
  6.7 轮廓线描述  109-111
    6.7.1 三维轮廓线的表示  109-110
    6.7.2 曲线段之间距离  110-111
    6.7.3 轮廓线的搜索  111
  6.8 哈希向量的条件  111-113
  6.9 算法实现  113-115
  6.10 利用哈希矢量对子段的查询  115-116
  6.11 实验与结论  116-117
  6.12 本章小结  117-118
第七章轮廓曲线拼合处理  118-125
  7.1 建立局部坐标系  118-120
  7.2 空间坐标转换  120-121
  7.3 曲面的拼合显示  121-123
  7.4 曲线的拼接合并  123-124
  7.5 本章小结  124-125
第八章曲线匹配在计算机辅助文物复原系统中的应用  125-132
  8.1 系统的开发  125-126
  8.2 系统的功能  126-127
  8.3 系统的分析与设计  127-129
    8.3.1 数据的入库管理  127-128
    8.3.2 文物复原流程  128-129
  8.4 基本数据结构类型  129-131
  8.5 文物复原系统的应用  131
  8.6 本章小结  131-132
第九章总结与展望  132-135
  9.1 本文研究总结  132-133
  9.2 今后工作的展望  133-135
参考文献  135-144
后记  144-145
附录  145

基于物体轮廓的曲线匹配技术研究

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