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SURF算法并行优化及硬件实现

计算机辅助设计与图形学学报 2015年第2期27卷 256-263页

作者：赵春阳赵怀慈中国科学院沈阳自动化研究所光电信息研究室沈阳110016 中国科学院光电信息处理重点实验室沈阳110016 辽宁省图像理解与视觉计算重点实验室沈阳110016 中国科学院大学北京100049

加速鲁棒特征（SURF）算法计算复杂度高、硬件实现需要大量的逻辑和存储资源, 且描述符构建过程难以并行实现、无法满足实时性要求. 针对上述问题, 提出一种SURF 算法的并行优化方法, 并给出基于FPGA 器件的硬件实现方法. 首先采用圆形... 详细信息

加速鲁棒特征（SURF）算法计算复杂度高、硬件实现需要大量的逻辑和存储资源, 且描述符构建过程难以并行实现、无法满足实时性要求. 针对上述问题, 提出一种SURF 算法的并行优化方法, 并给出基于FPGA 器件的硬件实现方法. 首先采用圆形特征区域和径向梯度变换等方法实现旋转不变性, 达到取消主方向计算和特征区域旋转的目的, 实现SURF 算法从积分图像计算到描述符生成的全过程并行优化; 然后基于FPGA 器件, 采用多存储器和多路并行流水结构实时实现SURF 优化算法. 对比实验结果表明, SURF 优化算法的匹配性能与SURF 算法相当, 虽然匹配点数比SURF 算法低5%-20%, 但匹配正确率比SURF 算法高5%-10%; SURF 优化算法硬件实现仅采用13.5MHz的时钟, 对于分辨率为720×576 的视频流, 处理速度达到25 帧/s, 满足了实时性要求.

关键词： SURF算法并行优化硬件实现径向梯度变换扇形分割

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保持地形特征的网格模型简化算法

计算机辅助设计与图形学学报 2011年第4期23卷 594-599页

作者：花海洋赵怀慈中国科学院沈阳自动化研究所光电信息研究室沈阳110016 中国科学院光电信息处理院级重点实验室沈阳110016 辽宁省图像理解与视觉计算重点实验室沈阳110016

针对目前地形简化算法在低分辨率的状态下忽略地形本身的重要起伏特征,如山峰、河谷等典型区域,导致视觉上的失真的问题,在Garland算法的基础上,结合地形学中山谷线和山脊线定义提出顶点特征度的概念,并将其作为权值嵌入到误差测度中,... 详细信息

针对目前地形简化算法在低分辨率的状态下忽略地形本身的重要起伏特征,如山峰、河谷等典型区域,导致视觉上的失真的问题,在Garland算法的基础上,结合地形学中山谷线和山脊线定义提出顶点特征度的概念,并将其作为权值嵌入到误差测度中,使简化后的地形模型能够保留更多重要特征信息.与Garland算法的对比实验表明,文中算法在保持原始算法高效性能的基础上,提高了地形模型精度,误差更小,并且保留了更多的重要特征信息.

关键词：地形简化地形特征贪婪插入曲率

析因-粒子群算法及其在海上运动目标搜寻中的应用

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控制与决策 2018年第11期33卷 1983-1989页

作者：吕进锋赵怀慈中国科学院沈阳自动化研究所沈阳110016 中国科学院大学北京100049 中国科学院光电信息处理重点实验室沈阳110016 河南科技大学信息工程学院河南洛阳471023

针对粒子群算法在处理多峰复杂函数优化问题时容易陷入局部极值,难以满足海上运动目标搜寻问题的需要,提出一种基于析因思想的改进粒子群算法.所提算法结合种群智能思想与析因实验设计思想,利用随机化及区组化策略,设计参数在不同水平... 详细信息

针对粒子群算法在处理多峰复杂函数优化问题时容易陷入局部极值,难以满足海上运动目标搜寻问题的需要,提出一种基于析因思想的改进粒子群算法.所提算法结合种群智能思想与析因实验设计思想,利用随机化及区组化策略,设计参数在不同水平的组合,并得到相应的适应度值,获取各个参数的适应度曲线;分析各参数变化对适应度值的影响以及参数间的交互作用,基于此获取解空间形态;针对不同参数采用不同策略,利用种群迭代寻找全局最优解,使种群针对交互作用明显的参数侧重于全局搜索,针对交互作用不明显的参数侧重于局部搜索;最后将所提算法应用于海上运动目标搜寻问题,实验结果表明,相较其他几种对比算法,所提出的算法能够有效制定更优的搜寻计划.

关键词：析因粒子群群智能优化海上搜寻运动目标

基于Agent的复杂系统智能仿真建模方法的研究

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系统仿真学报 2003年第7期15卷 910-913页

作者：赵怀慈黄莎白中国科学院沈阳自动化研究所沈阳110015

文章提出的包括仿真建模结构、控制结构和智能模型的基于Agent的复杂系统智能仿真方法,在借鉴了HLA体系结构同时,对HLA中的对象概念的做出扩展。文章提出的建模方法能最大限度的共享建模与仿真技术,提高建模与仿真的可重用性和互操作性... 详细信息

文章提出的包括仿真建模结构、控制结构和智能模型的基于Agent的复杂系统智能仿真方法,在借鉴了HLA体系结构同时,对HLA中的对象概念的做出扩展。文章提出的建模方法能最大限度的共享建模与仿真技术,提高建模与仿真的可重用性和互操作性,同时也弥补了HLA的不足之处,使得计算机仿真技术的辅助决策能力得到了充分的体现。针对智能仿真的体系结构,给出了相应的仿真实例模型。

关键词： Agent HLA 仿真建模决策支持打捞

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多模态鲁棒的局部特征描述符

光学精密工程 2015年第5期23卷 1474-1483页

作者：赵春阳赵怀慈中国科学院沈阳自动化研究所辽宁沈阳110016 中国科学院光电信息处理重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院大学北京100049

针对基于灰度的局部特征匹配方法对图像对比度变化敏感,导致在多模态图像配准应用中性能大幅下降的问题,提出了一种多模态鲁棒的局部特征描述符和匹配方法。首先,基于对比度变化不敏感的相位一致性和局部方向信息,提出一种多模态鲁棒的... 详细信息

针对基于灰度的局部特征匹配方法对图像对比度变化敏感,导致在多模态图像配准应用中性能大幅下降的问题,提出了一种多模态鲁棒的局部特征描述符和匹配方法。首先,基于对比度变化不敏感的相位一致性和局部方向信息,提出一种多模态鲁棒的角点和线段特征提取方法,在对比度差异显著的多模态图像之间提取较多的共性角点和线段特征;然后,以角点为中心选择48个均匀分布的圆形特征子区域,利用角点与特征子区域内线段的距离和线段长度信息,构建96维的特征向量;最后,将归一化相关函数作为匹配测度函数进行特征匹配,并采用基于位置约束的随机抽样一致（RANSAC）方法进行匹配提纯。实验表明,本文提出的多模态匹配方法匹配正确率和重复率分别高达80%和13%,分别为对称-尺度不变特征变换算法（S-SIFT）、多模态-快速鲁棒特征算法（MM-SURF）等基于灰度方法的2~4倍和4~7倍,显著优于同类方法。

关键词：图像配准多模态配准多模态鲁棒特征相位一致性局部方向归一化相关

结合特征定位噪声表征的单应矩阵精确鲁棒估计

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光学精密工程 2015年第8期23卷 2357-2368页

作者：赵春阳赵怀慈中国科学院沈阳自动化研究所辽宁沈阳110016 中国科学院大学北京100049 中国科学院光电信息处理重点实验室辽宁沈阳110016

针对基于特征匹配的单应矩阵估计方法的特征定位噪声的各向异性非同分布对其精度和鲁棒性的影响,提出了一种结合特征定位噪声表征的单应矩阵估计方法。该方法采用协方差矩阵来表征特征点定位噪声;基于协方差矩阵加权采样一致性（CWSAC... 详细信息

针对基于特征匹配的单应矩阵估计方法的特征定位噪声的各向异性非同分布对其精度和鲁棒性的影响,提出了一种结合特征定位噪声表征的单应矩阵估计方法。该方法采用协方差矩阵来表征特征点定位噪声;基于协方差矩阵加权采样一致性（CWSAC）的内点检验方法来提高单应矩阵估计的鲁棒性。最后,提出一种单应矩阵高精度估计算法——协方差加权Levenberg-Marquardt（CW L-M）法。该方法结合协方差矩阵重新定义优化目标函数,提高了单应矩阵的估计精度。基于仿真数据和真实图像的实验表明,在相同定位噪声和内点比例条件下,本文算法的估计精度显著优于RANSAC（RANdom SAmple Consensus）、LMedS（Least Median of Squares）,PROSAC（PROgressive SAmple Consensus）、M-SAC（M-estimator SAmple Consensus）和MLESAC（Maximum Likelihood SAmple Consensus）等传统算法,投影均方误差比次优方法降低了3%-21%。另外,本文方法对定位噪声和内点比例变化均具有较好的鲁棒性。

关键词：单应矩阵估计特征定位噪声协方差加权随机采样一致(RANSAC) Levenberg-Marquardt

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噪声模糊图像盲目反降晰的模糊核准确估计

计算机辅助设计与图形学学报 2016年第5期28卷 813-820页

作者：孙士洁赵怀慈郝明国李波中国科学院沈阳自动化研究所光电信息技术研究室沈阳110016 中国科学院大学北京100049 中国科学院光电信息处理重点实验室沈阳110016 辽宁省图像理解与视觉计算重点实验室沈阳110016 沈阳工程学院信息学院沈阳110136

针对大多数先进的单幅图像盲目反降晰技术在噪声无法忽略时,仍不能很好地处理模糊核估计质量退化严重的问题,提出一种利用图像显著结构从单幅噪声模糊图像中准确估计模糊核的方法.首先通过降噪预处理对图像噪声进行抑制,利用基于全总变... 详细信息

针对大多数先进的单幅图像盲目反降晰技术在噪声无法忽略时,仍不能很好地处理模糊核估计质量退化严重的问题,提出一种利用图像显著结构从单幅噪声模糊图像中准确估计模糊核的方法.首先通过降噪预处理对图像噪声进行抑制,利用基于全总变分模型的方法提取模糊图像的显著结构,进而运用梯度选择方法移除不利于模糊核估计的显著边缘,提高模糊核估计的鲁棒性;然后采取两阶段模糊核估计策略,运用基于图像显著结构模糊核估计方法和迭代支持域检测技术实现模糊核的准确估计;最后通过稀疏先验约束的非盲目图像解卷积方法完成最终的图像恢复.实验结果表明,与已有方法相比,该方法在合成和真实图像上都能更准确地估计出噪声模糊图像的模糊核,获得更好的复原图像质量,可有效地处理图像反降晰对图像噪声敏感问题,实现了噪声模糊图像模糊核的准确估计.

关键词：盲目图像反降晰噪声模糊图像显著结构图像边缘模糊核估计

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红外多光谱仿真中的建筑物间辐射影响研究

红外与激光工程 2014年第10期43卷 3222-3227页

作者：李波赵怀慈花海洋中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院大学中国科学院光电信息处理重点实验室辽宁省图像理解与视觉计算重点实验室沈阳工程学院信息学院

为了对建筑物间相互辐射影响的重要性进行评估，为多光谱仿真方法和ATR算法的研究提供理论支持，在3~5μm和8~12μm两个波段分别进行了研究，并建立了建筑物间相互辐射影响的计算模型。当存在太阳直接辐射时，建筑物相互间的辐射影响在... 详细信息

为了对建筑物间相互辐射影响的重要性进行评估，为多光谱仿真方法和ATR算法的研究提供理论支持，在3~5μm和8~12μm两个波段分别进行了研究，并建立了建筑物间相互辐射影响的计算模型。当存在太阳直接辐射时，建筑物相互间的辐射影响在3~5μm波段可以忽略不计，而在8~12μm波段相互影响明显，不能被忽略。建立了有两个冷却塔的虚拟场景，选取了8、9、10、11、12μm为研究波长，针对冷却塔间的相互辐射影响进行了数值模拟计算，其中8、9、10μm三个波长的相互辐射影响较大，超过了总体辐射能量的10%，而11μm和12μm相对较小。对冷却塔间的辐射影响进行了场景仿真，仿真结果体现了不同波长的辐射影响随辐射距离的变化情况。

关键词：多光谱仿真辐射影响 ATR

空谱联合预测高光谱图像无损压缩rice算法

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仪器仪表学报 2010年第1期31卷 105-110页

作者：陈永红史泽林赵怀慈李德强中国科学院沈阳自动化研究所沈阳110016 中国科学院研究生院北京100039

针对rice算法低维预测不能有效降低高光谱数据冗余问题,提出基于空谱联合预测的低复杂度rice算法,应用于高光谱图像无损压缩。根据高光谱图像三维数据特征建立三维预测模型,利用相邻波段谱间相关系数进行联合预测系数分配,有效地减少了... 详细信息

针对rice算法低维预测不能有效降低高光谱数据冗余问题,提出基于空谱联合预测的低复杂度rice算法,应用于高光谱图像无损压缩。根据高光谱图像三维数据特征建立三维预测模型,利用相邻波段谱间相关系数进行联合预测系数分配,有效地减少了高光谱图像空间和谱间冗余。提出基于预测误差均值的最优编码参数选择算法,计算复杂度由O(N)降为O(1)。实验结果表明,本文方法提高无损压缩比5%～40%,编码时间较经典rice算法缩短了4%以上,有利于实时处理和工程实现。

关键词：空谱联合预测 rice算法高光谱图像无损压缩最优编码参数选择