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人类视觉感知经验的数学化表示及其在深度估算中的应用

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人类视觉感知经验的数学化表示及其在深度估算中的应用

作者：林祥明复旦大学

学位级别：硕士

本文对人类视觉感知经验进行数学化表示,并将其应用于三维深度估算当中。首先,用数学语言对人类视觉感知经验进行表示和研究。研究如何从单张二维图像中的点、线、面的二维坐标反推出三维空间中点、线、面的三维坐标以及深度信息,本身... 详细信息

本文对人类视觉感知经验进行数学化表示,并将其应用于三维深度估算当中。首先,用数学语言对人类视觉感知经验进行表示和研究。研究如何从单张二维图像中的点、线、面的二维坐标反推出三维空间中点、线、面的三维坐标以及深度信息,本身是个病态问题,因为从三维到二维的成像过程已经丢失了“一维”的信息,想从二维反推三维显然“条件不足”。但是对人类视觉系统进行考察,发现其在感知经验的帮助下完成了许多现今机器人“不可能完成”的任务。另外人类视觉系统提出的答案通常是不精确的,只是一个模糊的值。受此启发,本文认为从二维信息反推三维信息并不是一个病态问题。在此研究中,建立了一模拟人类视觉系统的数学模型,对人类视觉感知经验进行抽象提取并用数学公式表达出来。此数学模型包括一个与人眼成像原理类似的成像模型,在此成像模型上,对简单的三维对象(直线段、相交直线段、平面)进行成像,再由二维成像平面上的信息,反推出三维对象的长度、角度等等几何特征。用数学公式表示出了在特定情况下人类感知经验的一些简单形式,并初步探讨了人类视觉感知经验快速准确获取的原因。其次,研究了从二维信息中进行深度估算。从二维信息来反推深度信息在许多方面都有重要的应用。受人类视觉系统深度估算方法的启发,本论文第二部分提出了一种新的深度估算的方法。具体说来,单目机器人在未知场景中移动并多次进行拍照,选取图像系列中的两张,对它们进行角点检测及匹配,对于每对匹配点,利用本论文的一种新的深度计算方法,可以算出与匹配点对应的场景中的位置的深度,从而可以构造出三维场景深度图。

关键词：感知经验三维信息深度估算

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折反射全景立体成像和深度估算方法研究

折反射全景立体成像和深度估算方法研究

作者：崇洋国防科学技术大学

学位级别：硕士

立体视觉根据人的视觉原理,探求从平面图像中恢复三维空间信息的方法,从而达到通过平面图像认识三维世界的目的。常规光学成像系统的视场较小,在其基础上通过立体视觉技术只能获得有限视场范围的深度信息,这在实际应用中引起了诸多不便... 详细信息

立体视觉根据人的视觉原理,探求从平面图像中恢复三维空间信息的方法,从而达到通过平面图像认识三维世界的目的。常规光学成像系统的视场较小,在其基础上通过立体视觉技术只能获得有限视场范围的深度信息,这在实际应用中引起了诸多不便。近年来,随着机器人导航技术、自动视频监控技术、虚拟现实技术的快速发展,如何利用立体视觉和全景成像技术完成对全方向大视场场景的立体感知和重建成为国内外研究的热点问题。折反射全景立体视觉技术能够实现全方向场景的立体成像,估计场景的深度信息,并能简化计算和提高系统处理速度。本文研究并设计了一种利用单摄像机和双抛物面折反射镜获取全景立体图像并估计场景深度信息的系统,主要解决了以下关键问题: （1）设计了一种利用抛物面镜的折反射全景立体图像生成系统。该系统由单个摄像机和两个抛物面折反射镜组成,它们在垂直方向上同轴排列,使得两抛物面折反射镜在摄像机中成像为一对同心圆。这种设计能够使空间中一定范围内的空间点在摄像机成像中有一对符合特定的外极几何约束条件的像点,根据这对像点能够求得该空间点的深度信息。（2）根据本文中全景立体图像生成系统的设计方案推导出深度信息的计算公式,并以该公式中涉及到的系统结构参数作为误差分析自变量,分析装置误差对最终深度估算结果的影响,进而利用误差分析结果改善了系统结构。（3）把原始全景立体图像投影变换为柱面全景立体图像对,使得现有的对应点匹配算法能够顺利应用,提高了匹配精度,简化了深度估算。（4）根据柱面立体图像对的外极线特点,改进实现了基于区域的局部灰度相关（SAD）和动态规划（DP）两种对应点匹配的算法。应用本文设计分别在虚拟场景和实际场景中获得了全景立体图像,并用两种算法进行了场景深度信息估算,得到了相应的柱面全景浓密视差图,验证了该折反射全景立体视觉系统设计和匹配算法的有效性。

关键词：立体视觉全景图像折反射深度估算对应点匹配

偏最小二乘回归法在强夯置换深度估算上的应用

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水文地质工程地质 2003年第6期30卷 62-64页

作者：解华明丁华中国地质大学数学地质与遥感地质研究所武汉430074 浙江有色工程公司地球物理院绍兴312000

简述了单因变量偏最小二乘回归的基本方法,并对一组工程实例,利用该方法回归建模,得到强夯置换深度回归方程,结果明显好于文中所述的其它两种方法,表明该方法是可靠、有效的。

关键词：偏最小二乘回归强夯置换深度估算方程

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基于立体折反射全向成像的柱面全景深度估算

计算机仿真 2008年第12期25卷 246-250页

作者：王炜熊志辉徐玮崇洋国防科技大学信息系统与管理学院湖南长沙410073

针对立体视觉原理的新型立体折反射全向成像系统结构设计和面向立体柱面全景像对的局域灰度相关对应点快速匹配算法,从捕获的全向立体影像中提取有效深度信息,用于辅助全向视频分析处理中的对象检测和跟踪。采用单相机和两个不同参数的... 详细信息

针对立体视觉原理的新型立体折反射全向成像系统结构设计和面向立体柱面全景像对的局域灰度相关对应点快速匹配算法,从捕获的全向立体影像中提取有效深度信息,用于辅助全向视频分析处理中的对象检测和跟踪。采用单相机和两个不同参数的抛物面型反射镜构造了一种共轴结构的折反射全向立体成像装置,捕获的存在一定视差的原始全向立体像对被投影展开为立体柱面全景像对,而后通过特定对应点匹配算法提取稠密的深度信息。对应点匹配算法采用局部区域灰度相关的算子,并充分利用了双向匹配和柱面全景的外极线约束来提高匹配的速度和准确度。仿真实验有效恢复了场景深度信息,证明了整套装置结构设计及深度估计方法的有效性。

关键词：立体视觉折反射全向成像柱面全景深度估算对应点匹配

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温纳装置等视电阻率断面深度的精确估算

西南公路 2016年第3期 187-189页

作者：苏洪葵福建省交通规划设计院福建福州350004

温纳装置作为最常用的装置之一,其等视电阻率断面图是重要的解译图件之一,工程问题中常常用到。等视电阻率断面图在绘制时常见有用AB/2、AB/3或AB/6作为纵轴参数的,对深度的估计并不准确,尤其纵轴为AB,2、AB/3时,从坐标到深度需要另行转... 详细信息

温纳装置作为最常用的装置之一,其等视电阻率断面图是重要的解译图件之一,工程问题中常常用到。等视电阻率断面图在绘制时常见有用AB/2、AB/3或AB/6作为纵轴参数的,对深度的估计并不准确,尤其纵轴为AB,2、AB/3时,从坐标到深度需要另行转换,导致图件的使用极其不方便。纵轴为AB/6时,实际运用中表明已经很接近实际情况,但其使用固定的转换比率,导致电阻率不均匀时会出现偏差。通过对大量的实测数据进行分析归纳,并结合钻探结果,本文总结出了一套能够准确反应地电深度特征的深度估算方法,使视电阻率断面图的解译"所见即所得",满足了对深度解译的精度要求。

关键词：温纳装置深度估算等视电阻率断面图

结合几何知识和深度学习的图像深度和法矢估算研究和实现

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结合几何知识和深度学习的图像深度和法矢估算研究和实现

作者：郜金艳南京航空航天大学

学位级别：硕士

单幅图像深度和法矢估算,由二维图像预测每个像素对应的三维信息,在构建物体轮廓和表面特征时具有非常重要的应用价值,对于三维重建、姿态估计与场景理解等计算机视觉任务具有重要意义。由于图像获取过程中,三维空间投影到二维空间不可... 详细信息

单幅图像深度和法矢估算,由二维图像预测每个像素对应的三维信息,在构建物体轮廓和表面特征时具有非常重要的应用价值,对于三维重建、姿态估计与场景理解等计算机视觉任务具有重要意义。由于图像获取过程中,三维空间投影到二维空间不可避免地丢失了几何信息,单幅图像深度和法矢估算尤为困难。传统几何方法主要从图像线索中推理物体深度和表面法矢,如光照、消失点、视点、线基元、凹凸边和材质属性等。这些线索只适用于具有特定结构的图像,难以作为通用方法,并且未揭示几何特征与图像深度和法矢之间的函数关系,只能得到模糊的预测。借助于卷积神经网络强大的特征学习能力,端到端的学习大幅提高了单幅图像深度和法矢的速度和精确度。大量数据集的构建和卷积神经网络框架的提出,极大地提高了单幅图像深度和法矢估算的精确度,但是在细节丰富区域估算效果不佳。针对上述问题,提出结合几何先验知识和深度学习的单幅图像深度和法矢估算算法,提高单幅图像深度和法矢估算质量。论文主要工作如下:(1)提出一种两步式点云法矢估算算法。该算法首先采用多尺度曲面块选择方法选择点云最优邻域点,得到曲面块上的几何法矢;其次,设计一个法矢优化深度神经网络,对几何法矢进行优化。针对曲面包含噪声、外点以及采样不均匀的情况,能够精确高效估算点云法矢。(2)提出一种迭代优化的深度学习网络框架,结合几何先验知识和深度学习知识估算单幅图像的深度和法矢。该网络框架主要包括深度估算网络、法矢估算网络以及法矢优化网络。深度估算网络和法矢估算网络输出初始深度图像和初始法矢图像。为深度挖掘的图像中的几何场景信息,将深度图像利用透视变换原理转化为三维点云,采用(1)方法得到点云特征和点云法矢,将其融入特征融合模块对深度图像和法矢图像进行迭代优化,补充三维结构特征。法矢优化网路结合点云法矢,对初始法矢图像进行优化。实验证明,相比其他单幅图像深度和法矢估算算法,该算法不仅获得较高的评价量化指标,而且在三维重建应用方面能更好的保持图像的细节纹理特征信息。

关键词：单幅图像几何先验深度学习深度估算法矢估算

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一种由地震反射资料求速度和深度的方法

国外油气勘探 1989年第6期 24-34页

作者： E.Landa 孙汝江

速度和深度估算是地震资料处理和解释中的一个重要步骤。本文介绍了一种由叠前资料估算速度—深度模型的方法。这一方法是由一种产生模型的迭代算法构成,产生的这种模型能使沿着由追踪穿过模型的射线产生的旅行时计算的某种相干性量度... 详细信息

速度和深度估算是地震资料处理和解释中的一个重要步骤。本文介绍了一种由叠前资料估算速度—深度模型的方法。这一方法是由一种产生模型的迭代算法构成,产生的这种模型能使沿着由追踪穿过模型的射线产生的旅行时计算的某种相干性量度最大。在模型中,界面用三次样条函数表示,并且假设各层的速度为常数。反演包括求取所有层位的速度和样条结点的位置。处理的输入数据包括叠前地震资料和一个初始速度—深度模型。这个模型通常以附近的井下信息和叠加剖面的解释结果为依据。通过逐层迭代处理进行反演,在各次迭代过程中,都要计算所研究的界面的合成时距曲线。然后沿合成波至时间形成表征波场主相关特性的泛函。文中假设当合成波至时间曲线与野外道集同相轴的波至时间相一致时泛函达到最大。函数的最大值是用非线性程序设计的有效算法求得的。这种反演算法的优点是不需要在叠前资料上拾取同相轴,并且不是以波至时间的双曲线近似的曲线拟合为依据的。这种方法已成功地用于合成资料和野外资料。

关键词：均方根速度深度估算相关分析射线跟踪