深度特征融合的非刚性三维形状局部匹配

针对海量、异构三维形状匹配与智能检索技术的需求,提出了一种基于级联卷积神经网络(F-PointCNN)深度特征融合的三维形状局部匹配方法.首先,采用特征袋模型,提出几何图像表示方法,该几何图像不仅能够有效区分同类异构的非刚性三维模型,而且能够揭示大尺度不完整三维模型的结构相似性.其次,构建级联卷积神经网络学习框架F-PointCNN,其中,BoF-CNN从几何图像中学习深度全局特征,建立融合局部特征与全局特征的点特征表示;进而对Point-CNN进行点特征的细化与提纯,生成具有丰富信息的深度融合特征,有效提高形状特征的区分性与鲁棒性.最终,通过交叉矩阵度量方法高效实现非刚性三维模型的局部形状匹配.在公开的非刚性三维模型数据库的实验结果表明,该方法提取的特征在大尺度变换的形状分类及局部形状匹配中具有更强的识别力与更高的匹配精度.     

一种基于图像的室内大场景自动三维重建系统

由于室内场景具有结构化的特点, 如人们习惯的平行、垂直、共线共面等, 在基于图像的室内场景自动重建中, 即使一些小的误差也会导致明显的视觉差异. 文献中对具有高保真的室内场景的自动重建系统尚少有报道. 针对犯罪现场三维复原的具体需求, 本文报道了一种基于图像的室内场景自动重建系统, 包括图像采集平台的标定, 特征点与特征直线的匹配与重建, 以及多视角下重建结果的融合等. 本系统有如下特点: 1)重建过程为全自动, 不需要任何人机交互; 2)直线特征的自动匹配与重建考虑了场景的深度与结构信息, 匹配的正确率及空间直线重建效果得到了显著提高; 3)重建结果的整体优化中, 融合了特征点与特征直线. 大量实验结果表明, 该系统方便实用, 且能得到比较好的重建效果.     

基于深度卷积神经网络的三维模型检索

为了更有效地利用三维模型数据集进行特征的自主学习,提出一种使用自然图像作为输入源,以三维模型的较优视图集为基础,通过深度卷积神经网络的训练提取深度特征用于检索的三维模型检索方法。首先,从多个视点对三维模型进行视图提取,并根据灰度熵的排序选取较优视图;然后,通过深度卷积神经网络对视图集进行训练,从而提取较优视图的深度特征并进行降维,同时,对输入的自然图像提取边缘轮廓图,经过相似度匹配获得一组三维模型;最后,基于检索结果中同类模型总数占检索列表长度的比例对列表进行重排序,从而获得最终的检索结果。实验结果表明,该算法能够有效利用深度卷积神经网络对三维模型的视图进行深度特征提取,同时降低了输入源的获取难度,有效提高了检索效果。     

结合三维几何形状信息和二维纹理的3D目标匹配

为了实现场景中三维目标与模型之间的匹配,提出了一种结合三维几何形状信息和二维纹理的三维目标匹配方法。首先提取场景中深度图像的尺度不变特征变换(SIFT)特征,用SIFT算法与三维模型重建时所用到的一系列2.5维深度图像进行一一匹配,找到与场景中目标姿态最为相似的深度图像,提取此深度图像的三维几何形状特征与模型进行匹配,实现模型的初始化,即将模型重置到与场景目标相接近的姿态。最后用融合二维纹理信息的迭代就近点（ICP）算法实现场景中目标与模型之间的匹配,从而得到场景中三维目标的准确姿态。实验结果验证了方法的可行性与精确性。     

基于改进三维形变模型的三维人脸重建和密集人脸对齐方法

针对现在广泛使用的三维形变模型表达能力不够,导致重建出的三维人脸模型泛化性能不佳的问题,提出了一种在姿态、表情和光照未知的条件下的基于单张人脸图片的三维人脸重建和密集人脸对齐的新方法。首先,通过卷积神经网络对现有的三维形变模型进行改进,以提高三维人脸模型的表达能力;然后,基于人脸光滑性和图像相似性,在特征点和像素层面提出新的损失函数,并使用弱监督学习训练卷积神经网络模型;最后,通过训练出的网络模型进行三维人脸重建和密集人脸对齐。实验结果表明,对于三维人脸重建任务,所提模型在AFLW2000-3D上实现了2.25的归一化平均误差;对于密集人脸对齐任务,所提模型在AFLW2000-3D和AFLW-LFPA上分别实现了3.80和3.34的归一化平均误差。与原始使用三维形变模型的方法相比,所提模型在三维人脸重建和密集人脸对齐上的归一化平均误差分别降低了7.4%和7.8%。针对不同光照环境以及角度的人脸图片,该网络模型的重建准确,鲁棒性好,且具有较高的三维人脸重建和密集人脸对齐质量。     

基于改进三维形变模型的三维人脸重建和密集人脸对齐方法

针对现在广泛使用的三维形变模型表达能力不够，导致重建出的三维人脸模型泛化性能不佳的问题，提出了一种在姿态、表情和光照未知的条件下的基于单张人脸图片的三维人脸重建和密集人脸对齐的新方法。首先，通过卷积神经网络对现有的三维形变模型进行改进，以提高三维人脸模型的表达能力；然后，基于人脸光滑性和图像相似性，在特征点和像素层面提出新的损失函数，并使用弱监督学习训练卷积神经网络模型；最后，通过训练出的网络模型进行三维人脸重建和密集人脸对齐。实验结果表明，对于三维人脸重建任务，所提模型在AFLW2000-3D上实现了2.25的归一化平均误差；对于密集人脸对齐任务，所提模型在AFLW2000-3D和AFLW-LFPA上分别实现了3.80和3.34的归一化平均误差。与原始使用三维形变模型的方法相比，所提模型在三维人脸重建和密集人脸对齐上的归一化平均误差分别降低了7.4%和7.8%。针对不同光照环境以及角度的人脸图片，该网络模型的重建准确，鲁棒性好，且具有较高的三维人脸重建和密集人脸对齐质量。     

结合全卷积神经网络的室内场景分割

目的 视觉假体通过向盲人体内植入电极刺激视神经产生光幻视,盲人所能感受到的物体只是大体轮廓,对物体识别率低,针对视觉假体中室内应用场景的特点,提出一种快速卷积神经网络图像分割方法对室内场景图像进行分割,通过图像分割技术把物品大致的位置和轮廓显示出来,辅助盲人识别。方法 构建了用于室内场景图像分割的FFCN（fast fully convolutional networks）网络,通过层间融合的方法,避免连续卷积对图像特征信息的损失。为了验证网络的有效性,创建了室内环境中的基本生活物品数据集（以下简称XAUT数据集）,在原图上通过灰度标记每个物品的类别,然后附加一张颜色表把灰度图映射成伪彩色图作为语义标签。采用XAUT数据集在Caffe（convolutional architecture for fast feature embedding）框架下对FFCN网络进行训练,得到适应于盲人视觉假体的室内场景分割模型。同时,为了对比模型的有效性,对传统的多尺度融合方法FCN-8s、FCN-16s、FCN-32s等进行结构微调,并采用该数据集进行训练得到适用于室内场景分割的相应算法模型。结果 各类网络的像素识别精度都达到了85%以上,均交并比（MIU）均达到60%以上,其中FCN-8s at-once网络的均交并比最高,达到70.4%,但其分割速度仅为FFCN的1/5。在其他各类指标相差不大的前提下,FFCN快速分割卷积神经网络上平均分割速度达到40帧/s。结论 本文提出的FFCN卷积神经网络可以有效利用多层卷积提取图像信息,避免亮度、颜色、纹理等底层信息的影响,通过尺度融合技术可以很好地避免图像特征信息在网络卷积和池化中的损失,相比于其他FCN网络具有更快的速度,有利于提高图像预处理的实时性。     

虚拟现实技术在三维图像表面重建中的应用

传统的三维图像表面重建技术主要通过3D扫描方法进行立体重建,当面对复杂场景时无法获取帧点坐标,导致重建图像的分辨率较低。基于此,提出融合虚拟现实技术的三维图像表面重建方法。首先,结合群体优化策略和信息素矩阵临界值,获取三维图像边缘信息;其次,运用虚拟现实技术,完成最小识别距离计算、重建点坐标计算和重建深度距离计算,确定复杂场景内每个帧点的重建坐标信息;最后,进行背景图像与前景图像的匹配分析,得到三维图像表面重建结果。实验结果表明,对于原始分辨率为1120 PPI×800 PPI的三维图像,应用该方法进行重建,所得图像的分辨率稳定保持在1280 PPI×1024 PPI,能够满足图像重建要求。     

基于弱监督学习的三维人脸形状与纹理重建

三维人脸相较于二维人脸包含了更多特征信息, 可应用于如人脸识别、影视娱乐、医疗美容等更多实际应用场景, 因此三维人脸重建技术一直是计算机视觉领域的研究热点. 由于真实三维人脸数据较难获取, 很多基于深度学习的重建算法首先利用传统重建方法为大量二维人脸图像构建三维标签, 作为训练数据, 这些数据可能并不精准, 从而导致算法的重建精度受到影响. 为此, 本文提出一种基于multi-level损失函数的弱监督学习模型, 结合传统三维人脸形变模型3DMM与深度学习方法, 直接从大量无三维标签的二维人脸图像中学习三维人脸特征信息, 从而实现基于单张二维人脸图像的三维人脸重建算法. 此外, 为解决二维人脸图像中常存在遮挡或大姿态情况而影响人脸纹理重建的问题, 本文使用基于CelebAMask-HQ数据集的人脸解析分割算法对图像进行预处理去除遮挡区域. 实验结果表明, 基于本文方法的三维人脸重建质量与重建精度均实现了一定的提升.     

基于3D CNN的鼻咽癌CT图像分割

鼻咽癌CT图像分割是鼻咽癌诊断和治疗的先行任务,然而,由于鼻咽癌细胞的外形多样、灰度不均匀、边界模糊、病变形状复杂等因素使得分割难以准确。针对这一问题,提出了一种基于三维深度卷积神经网络的鼻咽癌CT图像分割方法,三维深度卷积神经网络框架的前5层采用卷积核为3~3的普通卷积,中间6层采用空洞率为2的膨胀卷积,后6层采用空洞率为4的膨胀卷积,每2个卷积层之间有一个残差连接,最后利用Softmax函数对每个像素点进行分类。膨胀卷积有助于得到精确的密集预测和沿物体边界的精细分割图,残差连接使深度卷积神经网络中的信息传播平滑,并能提高训练速度。实验结果表明,在鼻咽癌CT图像分割中该方法与其他主流方法相比有更好的性能。