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基于区域能量感知胶囊网络的三维形状匹配方法

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计算机辅助设计与图形学学报 2024年

作者：连远锋陈梦琪中国石油大学(北京)计算机科学与技术系石油数据挖掘北京市重点实验室

针对三维形状匹配中局部形变识别能力不足而导致匹配精度不佳的问题，提出一种基于区域能量感知胶囊网络的形状匹配方法. 首先基于区域能量合并规则对三维网格过分割子面片进行合并形成模型能量区域; 然后设计一个基于区域能量感知的... 详细信息

针对三维形状匹配中局部形变识别能力不足而导致匹配精度不佳的问题，提出一种基于区域能量感知胶囊网络的形状匹配方法. 首先基于区域能量合并规则对三维网格过分割子面片进行合并形成模型能量区域; 然后设计一个基于区域能量感知的胶囊网络(REA-CapsNet)来提高特征匹配结果的准确率，通过能量迁移的知识蒸馏策略对网络模型优化，进一步提高网络的收敛速度; 最后在功能映射函数中嵌入区域能量约束，以获取准确率高且鲁棒性强的函数映射矩阵. 在FAUST， SCAPE， TOSCA和KIDS数据集上的实验结果表明， REA-CapsNet的总体平均测地误差分别达到0.075 7， 0.203 2， 0.081 8和0.134 2，所提方法具有较好的准确性和泛化性.

关键词：形状匹配胶囊网络区域能量知识蒸馏

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形状匹配中的若干关键问题研究

形状匹配中的若干关键问题研究

作者：蔡报丰南昌航空大学

学位级别：硕士

在计算机视觉和模式识别中,形状匹配是一个重要的研究课题,在众多的领域具有广泛的应用,如图像检索、文字识别、目标识别、医学图像分析、人脸识别、机器人导航以及传感器网络等。形状匹配虽已经被众多学者研究了几十年,但仍然有较多难... 详细信息

在计算机视觉和模式识别中,形状匹配是一个重要的研究课题,在众多的领域具有广泛的应用,如图像检索、文字识别、目标识别、医学图像分析、人脸识别、机器人导航以及传感器网络等。形状匹配虽已经被众多学者研究了几十年,但仍然有较多难题没有得到解决,例如在形状匹配中,目标存在肢体变化以及局部遮挡或缺失等问题。本文从形状的轮廓特征和骨架特征描述两个方面出发,对形状特征描述和形状匹配问题进行了较深入的研究。本文具体研究内容如下:1、从形状的轮廓特征出发,提出了一种基于inner-distance形状上下文形状匹配方法,算法定义了内距离(inner-distance)度量方法,考虑到inner-distance对目标肢体变化具有良好的鲁棒性,而且相比欧氏距离对于复杂目标形状具有更好的识别力,使用inner-distance代替形状上下文中的欧氏距离度量,得到一种新的形状描述子,最后通过动态规划算法完成对形状匹配。实验证明该方法对目标存在肢体变化取得了较好的匹配效果。2、根据骨架特征,提出了一种基于骨架关键节点(包括骨架端节点和骨架结合节点)路径相似性的形状匹配方法。算法首先提取了骨架关键节点(包括骨架结合节点和骨架端节点),然后对骨架结合节点进行了合并剪切工作,从而获得了稳定的骨架图结构;再计算骨架端节点和骨架结合节点之间骨架路径,基于局部骨架路径构造特征不变量,对骨架结合节点进行描述,考虑到该描述子是一种局部描述子,故此方法能够对目标存在肢体变化和局部遮挡的情况进行有效识别。实验结果证明该方法对目标存在肢体变化和局部遮挡能获得较好的匹配效果。

关键词：特征描述内距离形状匹配骨架肢体变化局部遮挡

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形状匹配算法研究及应用

形状匹配算法研究及应用

作者：刘金保广东工业大学

学位级别：硕士

全自动LED引线键合机是集精密机械、自动控制、图像识别、光学和超声波热压焊接等多领域技术于一体的现代高科技微电子后封装设备,主要用于芯片焊盘和外框架间引线的焊接。其中图像定位系统是实现芯片自动焊接的关键技术之一,其难点在... 详细信息

全自动LED引线键合机是集精密机械、自动控制、图像识别、光学和超声波热压焊接等多领域技术于一体的现代高科技微电子后封装设备,主要用于芯片焊盘和外框架间引线的焊接。其中图像定位系统是实现芯片自动焊接的关键技术之一,其难点在于系统对实时性和定位精度要求很高。迄今为止国内外学者已提出多种快速定位方法,其中最常用的是模板匹配,但是传统的基于灰度值的模板匹配算法存在算法复杂性高,对非线性光照、噪音和旋转等敏感的问题,难以满足日益提高的应用需求。针对以上问题,本文研究了新型的基于边缘的形状匹配算法,结合图像自身的特点,设计和实现了该算法,并通过现场测试,实践证明该算法能满足工业生产的要求。整个过程主要完成了以下几个方面的工作：首先,介绍传统的模板匹配算法,如归一互相关系数、序贯相似性检测法等,并分析了此类算法对噪音、光照变化、遮挡和小角度旋转等干扰的适应情况及相应解决方案。分析结果表明,这些算法都无法很好满足全自动LED引线键合机图像识别系统的要求,并简要介绍了基于特征的模板匹配算法。其次,改进并实现了一种基于形状的模板匹配算法。首先采用Canny算子提取模板图像边缘点,并人工对边缘图像进行修正,随后使用Sobel算子对图像进行滤波,最终生成模板图像的边缘点位置向量和梯度向量,即模板形状模型。相似度量采用模板边缘点与图像搜索区域的对应点的内积和。分析表明,这个度量方法基本不受非线性光照变化的影响,对噪音、遮挡和小角度旋转等也不敏感。在搜索策略上,提出了基于概率模型的自适应区域搜索方法,将搜索区域进一步划分为大可能区域和小可能区域,裁剪了搜索区域,大大提高了搜索效率。另外针对提前终止条件和亚像素精度要求也给出了相应的解决方案。最后,分析了全自动LED引线键合机的硬件和软件组成,采用面对对象的方法,构造了基于形状的模板匹配类。针对全自动LED引线键合机实际图像进行算法测试,得到该算法在噪音、光照变化、遮挡以及小角度旋转情况下的性能数据。数据表明,基于形状的模板匹配算法基本满足实时性要求和定位精度,且抗噪能力强、对光照变化不敏感、适应于小角度变化。

关键词：形状匹配 LED引线键合机模板匹配

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一种起始点无关的小波系数形状匹配

中国图象图形学报 2007年第2期12卷 302-307页

作者：胡硕朱明吴川宋华军中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

小波变换的多分辨率特征使其在计算机视觉中得到广泛的应用,在形状匹配中,小波变换对起始点的依赖制约了小波变换的应用。为了克服小波变换对起始点的依赖,引入Zernike矩,提出一种起始点无关的小波系数形状匹配算法。对输入图像进行预... 详细信息

小波变换的多分辨率特征使其在计算机视觉中得到广泛的应用,在形状匹配中,小波变换对起始点的依赖制约了小波变换的应用。为了克服小波变换对起始点的依赖,引入Zernike矩,提出一种起始点无关的小波系数形状匹配算法。对输入图像进行预处理后提取目标轮廓,生成具有平移、尺度不变的形状链状表达,并通过小波变换进行多尺度分析。最后计算各个尺度下的各阶Zernike矩,来解决小波变换的起始点问题,实现形状表达的旋转不变性。实验结果表明该算法适用于轮廓较明显的目标,同时具有速度快、精度高、鲁棒性强的优点。

关键词：形状匹配 Zernike矩小波变换

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基于多边形拟合的形状匹配与定位算法研究

激光与光电子学进展 2016年第4期53卷 166-172页

作者：白宇张李超史玉升鄢然华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

基于机器视觉的加工控制过程中,对工件上待加工点的定位是关键,其难点在于构建一种形状描述方法,既要能实现形状匹配,又要能完成定位,且满足加工过程中的精度和实时性要求。为解决上述问题,提出了一种基于多边形拟合的形状匹配和定位算... 详细信息

基于机器视觉的加工控制过程中,对工件上待加工点的定位是关键,其难点在于构建一种形状描述方法,既要能实现形状匹配,又要能完成定位,且满足加工过程中的精度和实时性要求。为解决上述问题,提出了一种基于多边形拟合的形状匹配和定位算法。该方法针对二维(2D)轮廓,通过对轮廓进行多边形拟合,获取轮廓上关键点,然后构建形状描述子用于形状匹配,再利用这些关键点坐标进行定位计算,获得模板轮廓到目标轮廓的变换关系。结果表明,通过运用所提出的旋转不变性形状描述算法,可获得高精度、高实时性的形状匹配和定位算法。

关键词：机器视觉形状匹配定位多边形拟合

基于改进多尺度乘积LoG算子的仿射不变形状匹配算法

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计算机应用 2014年第3期34卷 841-845,883页

作者：杜海静肖阳辉朱丹佟新鑫中国科学院沈阳自动化研究所沈阳110016 中国科学院大学计算机与控制学院北京100049 中国科学院光电信息处理重点实验室沈阳110016

目标在成像过程中发生的几何变形多数情况下可用仿射变换来描述。据此,提出一种利用角点进行仿射不变形状匹配的算法。首先引入多尺度乘积LoG(MPLoG)算子检测轮廓角点,并根据角点间距自适应地提取轮廓特征点,从而获取形状关键特征;为解... 详细信息

目标在成像过程中发生的几何变形多数情况下可用仿射变换来描述。据此,提出一种利用角点进行仿射不变形状匹配的算法。首先引入多尺度乘积LoG(MPLoG)算子检测轮廓角点,并根据角点间距自适应地提取轮廓特征点,从而获取形状关键特征;为解决目标的仿射变形问题,采用Grassmann流形Gr(2,n)来表征和度量两形状之间的相似度;最后通过迭代式序列移位匹配算法来克服Grassmann流形对起始点的依赖并完成形状的匹配。对形状数据进行仿真实验的结果表明,所提算法能够有效地实现形状检索和识别,并对噪声有较强的鲁棒性。

关键词：多尺度乘积LoG算子角点检测 Grassmann流形迭代式序列移位形状匹配

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基于相邻层轮廓线几何形状匹配的三维重建

计算机应用 2009年第2期29卷 450-452页

作者：苏安冉蜀阳吴章文张莉黄亮四川大学电气信息学院成都610065 四川大学辐射物理及技术教育部重点实验室成都610065

当轮廓线比较复杂,常用的三维表面重建方法就不是很有效,有时还会出错。为此,提出一种新的基于相邻层轮廓线几何形状匹配的三维重建算法:首先提取轮廓线的关键转折点,再根据相邻层的几何形状来匹配关键点,然后连接上下匹配关键点将轮廓... 详细信息

当轮廓线比较复杂,常用的三维表面重建方法就不是很有效,有时还会出错。为此,提出一种新的基于相邻层轮廓线几何形状匹配的三维重建算法:首先提取轮廓线的关键转折点,再根据相邻层的几何形状来匹配关键点,然后连接上下匹配关键点将轮廓线分成几个独立的部分,再分别拼接各个独立部分,从而完成整个重建的轮廓拼接。实验证明,该方法对凹凸多变、复杂的封闭轮廓线有较好的效果。

关键词：多轮廓线重建形状匹配面绘制

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基于轮廓矢量化的形状匹配快速算法

计算机应用研究 2014年第4期31卷 1236-1238,1251页

作者：邝泳聪张坤谢宏威华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640 广州大学机械与电气工程学院广州510006

针对现有形状匹配算法匹配速度慢、可靠性差的问题,提出了一种基于轮廓矢量化的形状匹配算法。将轮廓曲线点集离散化,使用多组向量对轮廓线性进行逼近。匹配时,结合线段在几何中的匹配方法,通过加权求和,计算源图像与目标图像中每组对... 详细信息

针对现有形状匹配算法匹配速度慢、可靠性差的问题,提出了一种基于轮廓矢量化的形状匹配算法。将轮廓曲线点集离散化,使用多组向量对轮廓线性进行逼近。匹配时,结合线段在几何中的匹配方法,通过加权求和,计算源图像与目标图像中每组对应向量的相似度,将它们的平均值作为匹配结果。以焊盘表面轮廓为实验对象,使用所提出的算法进行匹配,结果表明,通过正确选取向量组数能有效避免匹配精度所受的影响,算法对不同类型的焊盘区分性较强,且匹配速度能满足实际应用的需要。

关键词：形状匹配矢量线性化相似度

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基于极坐标区间运算的2D形状匹配

计算机研究与发展 2008年第Z1期45卷 286-290页

作者：张国敏殷建平祝恩毛玲国防科学技术大学计算机学院长沙410073 国防科学技术大学电子科学与工程学院长沙410073

形状匹配是遥感图像目标识别、字符识别、手形识别和步态识别等任务中的关键步骤之一.针对刚体识别任务中形状匹配易受方向、尺度和位置等仿射变化量影响的情况,提出了一种新的基于极坐标区间运算的2D形状匹配算法.该算法首先以形状区... 详细信息

形状匹配是遥感图像目标识别、字符识别、手形识别和步态识别等任务中的关键步骤之一.针对刚体识别任务中形状匹配易受方向、尺度和位置等仿射变化量影响的情况,提出了一种新的基于极坐标区间运算的2D形状匹配算法.该算法首先以形状区域的中心点为极点,区域的最长轴方向为极轴,对形状区域进行归一化的极坐标变换;然后定义了同一角度对应的区域内点区间之间的运算;最后定义了两个区域归一化极坐标变换结果在区间运算下的相似度函数,用以表征两个区域之间的匹配度.从可见光遥感图像中提取的实物图像实验结果证明,该方法能够有效归类相似形状,并能区分各类不同的形状.

关键词：形状匹配极坐标变换区间运算相似度