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图像特征提取与识别的迹空间投影方法研究

作　者: 施展
导　师: 杜明辉
学　校: 华南理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 迹空间投影 Radon变换 Trace变换特征提取模式识别
分类号: TP391.41
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

图像的特征提取是图像内容识别领域中的研究重点，它涉及到图像处理、模式识别、信号处理、机器学习等多个学科的研究内容。在图像特征提取研究中，具有几何不变性，对图像内容具有强描述性和具有低信息冗余度的特征受到人们的广泛关注。Radon域分析和Trace变换是近年来兴起的图像特征提取方法，前者通过将图像进行Radon变换，然后在变换域进行特征提取得到具有几何不变性的图像特征；后者为Radon变换在二维的推广，通过定义不变泛函和敏感泛函，将图像内容的平移、旋转和缩放变化转化为泛函参数的变化，然后通过计算参数，构造出图像的几何不变特征。上述工作均获得许多成果，但尚未有一个模型能对这些方法进行统一的分析。本文在Radon域分析和Trace变换的基础上，进一步提出一种“迹空间投影”的图像特征提取方法。本文的主要研究工作包括以下几个方面：1.在深入研究Radon域分析和Trace变换理论的基础上，提出一种迹空间投影的数学方法。这个方法通过定义图像上的迹线，将二维图像映射到一个三维数据空间，通过对三维数据空间的不同方向做积分或者变换，得到图像特征。这个方法既可以检测图像的线特征，也可以用以提取图像的几何不变性特征，具有广泛的应用价值。在理论上，这个方法可以将Radon变换、Trace变换、Ridgelet变换和二维傅里叶变换统一到一个数学框架内，与极坐标图像矩分析方法也有深刻的内在联系。本文提出了迹空间投影的变换公式，特征提取方法并给出了迹空间投影的实现方法并通过实验进行了验证，随后讨论了迹空间投影的一般形式。2.针对平面内具有随机角度旋转的人脸图像难以识别的问题，提出一种融合二维近邻保持投影（2DNPP）和迹空间投影方法的人脸图像旋转不变特征提取和识别的方法。首先对图像做迹空间投影，并提取一重和二重积分特征，然后使用高阶谱方法对二重曲线进行匹配计算，得到既对平面内旋转变化具有鲁棒性，又能保存丰富图像信息的特征，最后通过2DNPP进行降维并对降维后数据进行分类。与SIFT、pseudo-Zernike等方法比较，实验说明本文提出的方法更高的识别率，同时对白噪声具有较强的鲁棒性。3.深入研究迹空间投影在图像线特征中的应用。提出一种新的T泛函对SAR图像的迹空间投影数据进行积分，可以有效提取出其中的船舶轨迹特征和车辆方向角特征。通过对棋盘格图像做两次迹空间投影分析，提出一种双重迹空间投影的方法，可得到棋盘格图像的平行线位置信息，然后通过几何关系计算，可以有效定位棋盘格图像上的角点，同时避免噪声干扰。在图像数字水印的嵌入研究中，用迹空间投影方法对图像进行分析，得到其中线特征的位置，在特定位置嵌入水印，可得到具有透明性和鲁棒性的数字水印。4.提出一种融合正交多项式矩和迹空间投影的图像特征提取方法，通过对图像做迹空间投影，得到图像正弦图，然后在正交多项式基函数空间对图像正弦图进行分解，得到具有旋转和缩放不变性的低冗余度正交特征。和Zernike矩， Tchebichef矩和orthogonal Fourier-Mellin矩方法相比，这种特征具有更好的图像形状和纹理信息的描述能力，在满足一定条件下，还可以使用这种特征对原图像进行还原。本文提出的迹空间投影的图像特征提取算法可以提取图像的线性和几何不变性特征，同时能将Radon域分析，极坐标图像矩分析等多种方法统一到一个框架下进行研究，具备一定的理论价值。迹空间投影特征可以应用在图像特征提取和模式识别中，因此也具备较广泛的实用价值。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-10
目录  10-12
第一章绪论  12-21
  1.1 课题提出背景及研究意义  12-13
  1.2 图像特征提取与识别概述  13-14
  1.3 相关内容的研究进展  14-19
    1.3.1 人脸识别技术研究进展  15
    1.3.2 图像线性奇异特征提取方法研究进展  15-17
    1.3.3 图像几何不变性理论研究进展  17-19
  1.4 论文的主要研究内容  19-21
第二章 Radon 变换和 Trace变换  21-33
  2.1 引言  21
  2.2 Radon 变换  21-23
  2.3 Trace 变换和三重不变特征  23-29
  2.4 实验结果和分析  29-32
  2.5 本章小结  32-33
第三章图像的迹空间投影与特征提取  33-55
  3.1 引言  33-34
  3.2 图像的迹空间投影  34-37
  3.3 迹空间投影特征  37-45
    3.3.1 迹空间投影几何不变特征构造  37-43
    3.3.2 迹空间投影特征和其他变换的关系  43-45
  3.4 迹空间投影的实现  45-48
  3.5 迹空间投影特征应用示例  48-51
  3.6 迹空间投影的推广  51-53
  3.7 迹空间投影方法的应用范围  53
  3.8 本章小结  53-55
第四章基于迹空间投影的平面内旋转人脸图像识别  55-68
  4.1 引言  55-56
  4.2 人脸图像迹空间特征提取  56-58
  4.3 基于高阶谱分析的旋转不变特征提取  58-60
  4.4 基于 2DNPP 人脸图像特征降维  60-64
  4.5 平面旋转人脸图像实验结果和分析  64-67
    4.5.1 数据准备  64-65
    4.5.2 实验仿真  65-67
  4.6 本章小结  67-68
第五章基于迹空间投影的图像线特征分析  68-86
  5.1 引言  68
  5.2 基于分块迹空间投影的 SAR 图像特征提取  68-74
    5.2.1 基于迹空间投影的 SAR 图像船舶航迹检测  69-72
    5.2.2 基于迹空间投影的 SAR 图像目标方位角检测  72-74
  5.3 基于双重迹空间投影的棋盘格检测  74-78
  5.4 分块迹空间投影的波特征的数字水印应用  78-85
  5.5 本章小结  85-86
第六章迹空间投影的正交矩特征  86-105
  6.1 引言  86
  6.2 图像正交矩  86-90
    6.2.1 图像 Zernike 矩  87-88
    6.2.2 图像 orthogonal Fourier-Mellin moments 矩  88-89
    6.2.3 Zernike 矩、orthogonal Fourier-Mellin 矩和 Fourier-Mellin 矩的关系  89-90
  6.3 图像迹空间投影的正交矩特征  90-92
  6.4 迹空间投影正交矩特征的逆变换  92-96
  6.5 迹空间正交矩特征和其他变换的关系  96-101
    6.5.1 迹空间正交矩特征和脊波变换、二维傅里叶变换之间的关系  96-97
    6.5.2 特征和图像正交矩之间的关系  97-99
    6.5.3 迹空间正交矩和极坐标图像正交矩的关系  99-101
  6.6 实验及结果分析  101-104
  6.7 本章小结  104-105
结论和展望  105-108
参考文献  108-118
攻读博士学位期间取得的研究成果  118-119
致谢  119-120
附件  120

图像特征提取与识别的迹空间投影方法研究

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