显著图和多特征结合的遥感图像飞机目标识别

目的 遥感图像飞机目标的检测与识别是近年来国内外研究的热点之一。传统的飞机目标识别算法一般是先通过目标分割,然后提取不变特征进行训练来完成目标的识别。在干扰较少的情况下,传统算法的识别效果较好。但遥感图像存在着大量的干扰因素,如光照变化、复杂背景及噪声等,因此传统算法识别精度较低,耗时量较大。为快速、准确识别遥感图像中飞机目标,提出一种基于显著图和全局特征、局部特征结合的飞机目标识别算法。方法 首先使用改进的Itti显著算法提取遥感图像中的显著目标;接着使用基于区域增长和线标记算法寻找连通区域来确定候选目标的数量和位置;然后提取MSA（multi-scale autoconvolution）、Pseudo-Zernike矩和Harris-Laplace特征描述子,并使用标准差和均值的比值来评估特征的稳定性,再把提取的特征结合成特征向量;最后应用支持向量机的方法完成对候选目标的识别。结果 实验结果表明,本文算法检测率和识别率分别为97.2%和94.9%,均高于现有算法,并且耗时少,虚警率低（为0.03）,对噪声干扰、背景影响以及光照变化和仿射变化均具有良好的鲁棒性。结论 本文算法使用了图像的3种特征信息,包括MSA、Pseudo-Zernike矩和Harris-Laplace特征描述子,有效克服单一特征的缺点,提高了遥感图像飞机目标的识别率和抗干扰能力。     

对数极坐标系下尺度不变特征点的检测与描述

目的 当前国际流行的SIFT算法及其改进算法在检测与描述特征点时基于高斯差分函数,存在损失图像高频信息的缺陷,从而导致图像匹配时其性能随着图像变形的增加而出现急剧下降。针对SIFT算法及其改进算法的这一缺陷,本研究提出了一种新的无图像信息损失的、在对数极坐标系下的尺度不变特征点检测与描述算法。方法 本研究提出的尺度不变特征点检测与描述算法首先将直角坐标系下以采样点为中心的圆形图块转换为对数极坐标系下的矩形图块,并以此矩形图块为基础对采样点进行特征点检测与描述符提取;该算法使用固定宽度的窗口在采样点的对数极坐标径向梯度图像的log_t^r轴上进行移动以判断该点是否为特征点并计算该点的特征尺度,并在具有局部极大窗口响应的特征尺度位置处提取特征点的描述符。该算法的描述符基于对数极坐标系下的矩形图块的灰度梯度的幅值与角度,是一个192维向量,并具有对于尺度、旋转、光照等变化的不变性。结果 本研究采用INRIA数据组和Mikolajczyk提出的匹配性能指标对SIFT算法、SURF算法和提出的尺度不变特征点检测与描述算法进行比较。与SIFT算法和SURF算法相比,提出的尺度不变特征点检测与描述算法在对应点数、重复率、正确匹配点数和匹配率等方面均具有一定优势。结论 提出了一种基于对数极坐标系的图像匹配算法,即将直角坐标系下以采样点为中心的圆形图块转换为对数极坐标系下的矩形图块,这样在特征点的检测过程中,可以有效规避SIFT算法因为采用DoG函数而造成的高频信息损失;在描述符提取过程中,对数极坐标系可以有效地减少图像的变化量,从而提高了匹配性能。     

同态滤波下RGB-D点云配准方法

目的 为了提高彩色物体配准的精度,针对3维点云颜色信息易受光照条件影响的问题,提出一种基于光照补偿的RGB-D（RGB Depth）点云配准方法。方法 引入同态滤波算法,并将模型对象的3维点云转化成线性点序列,从而对颜色信息进行光照补偿,以提高颜色信息的一致性;获取模型的颜色和几何特征并加权组合成混合特征,以此定义源点云的特征点,并运用K近邻算法搜索其对应点;用奇异值分解（SVD）得到配准的刚性变换矩阵。结果 进行传统的迭代最近点法（ICP）算法、深度信息与色调相结合的算法以及本文算法在不同的光照强度组合的模型配准对比实验,结果显示,在网面凹凸均匀的大卫模型上,配准时间及特征点匹配平均误差方面均约减少到对比方法的1/2;在网面光滑的barrel模型和网面凹凸不一致的阿基米德模型上,特征点匹配平均误差约分别减少到对比方法的1/6和1/8。此外,与Super 4-Points Congruent Set（Super 4PCS）、彩色点云配准算法在不同组合光照强度下进行对比实验,针对4种不同的网面结构模型,本文算法的SIFT特征点距离平均误差全距约减少到对比方法的1/5。结论 利用同态滤波算法抑制光照影响,提高了颜色信息的一致性,在一定效果上消除了光照强度不均匀对3维点云配准精度的干扰。     

基于Gaussian-Hermite矩的旋转运动模糊不变量

目的 模糊图像的分析与识别是图像分析与识别领域的重要方向。有些图像形成过程中成像系统与物体之间存在相对旋转运动,如因导弹高速自旋转造成的制导图像的旋转运动模糊。大多数对于这类图像的识别都需要先对模糊图像进行“去模糊”的预处理,且该类方法存在计算时间复杂度较高及不适定的问题。对此,提出一种直接提取旋转运动模糊图像中的不变特征,用于旋转运动模糊图像目标检索和识别。方法 本文以旋转运动模糊的退化模型为出发点,提出了旋转运动模糊Gaussian-Hermite (GH)矩,构造了一组由5个对旋转变换和旋转运动模糊保持不变性的GH矩不变量组成的特征向量(rotational motion blur Gaussian-Hermite moment invariants,RMB_GHMI-5),可从旋转变换和旋转运动模糊的图像中直接进行目标检索和识别,无需前置复杂的“去模糊”预处理过程。结果 在USC-SIPI (University of Southern California — Signal and Image Processing Institute)数据集上进行不变性实验,对原图进行不同程度的旋转变换叠加旋转运动模糊处理,证明RMB_GHMI-5对于旋转变换和旋转运动模糊具有良好的稳定性和不变性。在两个数据集上与同类4种方法进行图像检索实验比较,在80%召回率下,本文方法维数更少,相比性能第2的特征向量,在Flavia数据集中,高斯噪声、椒盐噪声、泊松噪声和乘性噪声干扰下的准确率分别提高25.89%、39.95%、22.79%和35.80%;在Butterfly Image数据集中,高斯噪声、椒盐噪声、泊松噪声和乘性噪声干扰下的准确率分别提高4.79、7.63%、5.65%和18.31%。同时,在上述8个测试数据集中进行对比实验以验证融合算法的有效性,结果表明本文提出的GH矩和几何矩相融合算法显著改善了图像检索效果。结论 本文提出的RMB_GHMI-5特征向量在旋转变换和旋转运动模糊下具有良好的不变性与稳定性,在图像检索抗噪性能方面表现优异。相比同类方法,本文方法更具实际应用价值。     

前背景骨架区域随机点对策略驱动下的车标识别方法

目的 现有的车标识别算法均为各种经典的图像特征算子结合不同的分类器组合而成,均未分析车标图像的结构特点。综合考虑车标图像的灰度特征和结构特征,提出了一种前背景骨架区域随机点对策略驱动下的车标识别方法。方法 本文算法将标准车标图像分为前景区域和背景区域,分别提取前、背景的骨架区域,在其中进行随机取点,形成点对,通过进行点对的有效性判断,提取能表示车标的点对特征。点对特征表示两点周围局部区域的相似关系,反映了实际车标成像过程中车标图案部分与背景部分的灰度明暗关系。结果 在卡口系统截取的19 044张车标图像上进行实验,结果表明,与其他仅基于灰度特征的识别方法相比,本文提出的点对特征识别方法具有更好的识别效果,识别率达到了95.7%。在弱光照条件下,本文算法的识别算法效果同样优于其他仅基于灰度特征的识别方法,识别率达到了87.2%。结论 本文提出的前背景骨架区域随机点对策略驱动下的车标识别方法,结合了车标图像的灰度特征和结构特征,在进行车标的描述上具有独特性和排他性,有效地提高了车标的识别率,尤其是在弱光照条件下,本文方法具有更强的鲁棒性。     

实时鲁棒的特征点匹配算法

目的 针对传统的图像特征点匹配算法数据量大,计算耗时长的特点,提出一种实时鲁棒的特征点匹配算法（RRM）。方法 通过微分操作确定图像的边缘区域,找出边缘区域中很有可能成为特征点的锚点,即梯度局部最大的点。对于每个检测出来的特征点,通过计算Intensity Centroid来确定特征点的方向,并且使用改进的Brief来对特征点进行描述,使之具有旋转不变性。最后,结合Hamming距离和对称匹配检验对特征点进行匹配。结果 本文算法与多种算法进行对比,在光照发生变化的情况下,RRM表现出明显的优越性和稳定性,正确匹配率达到83%左右,而其他算法的准确匹配率随着光照的变暗明显下降;在视角、尺度和旋转变化条件下,RRM也具有较高的准确匹配率。结论 实验结果表明,RRM在保证匹配精度的前提下,有效地解决了传统特征点匹配方法中的缺点。因此,本文算法能更好地应用于图像拼接、目标跟踪和对象识别等领域。     

两阶段多层感知的随机脉冲噪声比例预测

目的 基于卷积神经网络（CNN）在图块级上实现的随机脉冲噪声（RVIN）降噪算法在执行效率方面较经典的逐像素点开关型降噪算法有显著优势,但降噪效果如何取决于能否对降噪图像受噪声干扰程度（噪声比例值）进行准确估计。为此,提出一种基于多层感知网络的两阶段噪声比例预测算法,达到自适应调用CNN预训练降噪模型获得最佳去噪效果的目的。方法 首先,对大量无噪声图像添加不同噪声比例的RVIN噪声构成噪声图像集合;其次,基于视觉码本（visual codebook）采用软分配（soft-assignment）编码法提取并筛选若干能反映噪声图像受随机脉冲噪声干扰程度的特征值构成特征矢量;再次,将从噪声图像上提取的特征矢量及对应的噪声比例分别作为多层感知网络的输入和输出训练噪声比例预测模型,实现从特征矢量到噪声比例值的映射（预测）;最后,采用粗精相结合的两阶段实现策略进一步提高RVIN噪声比例的预测准确性。结果 针对不同RVIN噪声比例的失真图像,从预测准确性、实际降噪效果和执行效率3个方面验证提出算法的性能和实用性。实验数据表明,本文算法在大多数噪声比例下的预测误差小于2%,降噪效果（PSNR指标）较其他主流降噪算法高24 dB,处理一幅大小为512×512像素的图像仅需3 s左右。结论 本文提出的RVIN噪声比例预测算法在各个噪声比例下具有鲁棒的预测准确性,在降噪效果和执行效率两个方面较经典的开关型RVIN降噪算法有显著提升,更具实用价值。     

形状的全尺度可视化表示与识别

目的 视觉目标的形状特征表示和识别是图像领域中的重要问题。在实际应用中,视角、形变、遮挡和噪声等干扰因素造成识别精度较低,且大数据场景需要算法具有较高的学习效率。针对这些问题,本文提出一种全尺度可视化形状表示方法。方法 在尺度空间的所有尺度上对形状轮廓提取形状的不变量特征,获得形状的全尺度特征。将获得的全部特征紧凑地表示为单幅彩色图像,得到形状特征的可视化表示。将表示形状特征的彩色图像输入双路卷积网络模型,完成形状分类和检索任务。结果 通过对原始形状加入旋转、遮挡和噪声等不同干扰的定性实验,验证了本文方法具有旋转和缩放不变性,以及对铰接变换、遮挡和噪声等干扰的鲁棒性。在通用数据集上进行形状分类和形状检索的定量实验,所得准确率在不同数据集上均超过对比算法。在MPEG-7数据集上精度达到99.57%,对比算法的最好结果为98.84%。在铰接和射影变换数据集上皆达到100%的识别精度,而对比算法的最好结果分别为89.75%和95%。结论 本文提出的全尺度可视化形状表示方法,通过一幅彩色图像紧凑地表达了全部形状信息。通过卷积模型既学习了轮廓点间的形状特征关系,又学习了不同尺度间的形状特征关系。本文方法在视角变化、局部遮挡、铰接变形和噪声等干扰下能保持较高的识别正确率,可应用于图像采集干扰较多以及红外或深度图像的目标识别,并适用于大数据场景下的识别任务。     

结合梯度信息的特征相似性图像质量评估

目的 图像的边缘信息对于图像质量的评估非常重要.基于底层特征的图像质量评估算法(FSIM),虽然考虑了图像的底层特征,但该算法对边缘信息的识别能力不理想.针对以上问题,将FSIM算法与对边缘信息更敏感的梯度结构相似度(GSSIM)算法相结合得到一种既符合人眼视觉系统特点又能有效识别图像边缘的新的图像质量评估算法(FGSIM).方法 该算法将FSIM算法的相位一致性部分与GSSIM算法的提取图像信息的部分相结合从而得到一种新的图像质量评估算法FGSIM.其中,采用相位一致性表示图像的特征,用于保持评估算法接近人类视觉系统的特点,提取图像信息的部分通过图像的梯度来实现,用于更有效的识别图像边缘.结果 分别使用FSIM、GSSIM以及FGSIM算法对不同运动模糊程度、不同高斯模糊程度以及不同高斯噪声的图像进行质量评估,将得到的数据用曲线图表示,从图中可以看出:在运动模糊实验中,随图像模糊程度的增大,FGSIM算法的数值由0.8943下降到0.3443,变化更加明显,对运动模糊表现出更好的敏感性;在高斯模糊和高斯噪声实验中,FGSIM算法数值变化的程度虽然不如GSSIM算法好,但相较FSIM算法有一定的提高.FGSIM算法在公共测试图像库中与FSIM、GSSIM算法进行实验比较,FGSIM算法的散点图较FSIM算法稍差些,但与GSSIM算法相比具有非常大的改进,其散点图比GSSIM更为集中.采用较为常用的衡量评估方法性能的指标:皮尔逊相关系数、斯皮尔曼秩相关系数、KROCC 和均方根误差对评估算法的性能进行衡量,数据显示,FGSIM算法的性能比GSSIM算法好.结论 实验结果表明,FGSIM算法是一种既符合人眼视觉系统特点又能有效识别图像边缘的新的图像质量评估算法,该算法对边缘信息的识别能力更强,对图像质量的变化更加敏感.     

使用人眼几何特征的视线追踪方法

目的 视线追踪是人机交互的辅助系统,针对传统的虹膜定位方法误判率高且耗时较长的问题,本文提出了一种基于人眼几何特征的视线追踪方法,以提高在2维环境下视线追踪的准确率。方法 首先通过人脸定位算法定位人脸位置,使用人脸特征点检测的特征点定位眼角点位置,通过眼角点计算出人眼的位置。直接使用虹膜中心定位算法的耗时较长,为了使虹膜中心定位的速度加快,先利用虹膜图片建立虹膜模板,然后利用虹膜模板检测出虹膜区域的位置,通过虹膜中心精定位算法定位虹膜中心的位置,最后提取出眼角点、虹膜中心点等信息,对点中包含的角度信息、距离信息进行提取,组合成眼动向量特征。使用神经网络模型进行分类,建立注视点映射关系,实现视线的追踪。通过图像的预处理对图像进行增强,之后提取到了相对的虹膜中心。提取到需要的特征点,建立相对稳定的几何特征代表眼动特征。结果 在普通的实验光照环境中,头部姿态固定的情况下,识别率最高达到98.9%,平均识别率达到95.74%。而当头部姿态在限制区域内发生变化时,仍能保持较高的识别率,平均识别率达到了90%以上。通过实验分析发现,在头部变化的限制区域内,本文方法具有良好的鲁棒性。结论 本文提出使用模板匹配与虹膜精定位相结合的方法来快速定位虹膜中心,利用神经网络来对视线落点进行映射,计算视线落点区域,实验证明本文方法具有较高的精度。     

特征点和不变矩结合的遥感图像飞机目标识别

传统的飞机目标识别算法一般是通过目标分割,然后提取不变特征进行训练来完成目标的识别。但是,对于实际情况比较复杂的遥感图像飞机目标,至今没有一种适合多种机型的分割和识别算法。针对现有识别算法的不足,本研究提出一种基于特征点空间分布、颜色不变矩和Zernike不变矩相结合的遥感图像飞机目标识别算法。方法：首先,对预处理后的遥感图像和模板图像进行小波变换,在低分辨率图像下采用圆投影特征进行粗匹配,确定候选目标;粗匹配结束后,提取高分辨率图像的多尺度Harris-laplace角点,并画出Delaunay三角网,同时提取出颜色不变矩和Zernike不变矩;然后使用欧氏距离作为这三种特征的相似性度量,并和样本图像进行加权匹配;最后选取欧式距离最小的图像作为最终的识别目标。结果：实验表明,本文算法飞机检测精度比现有算法高2.2%,飞机识别精度比现有算法高1.4%-10.4%。该算法能从遥感图像中精确识别出十大飞机目标,并对背景、噪声、视角变化等多种干扰具有良好的鲁棒性。结论：提出了一种基于特征点空间分布、颜色不变矩和Zernike不变矩相结合的飞机识别算法,该算法使用了图像的多种信息,包括特征点和不变矩,有效地克服了使用单一特征无法描述多种信息的不足。实验结果表明,本文采用基于特征点和不变矩的飞机识别算法比其他算法具有更强的抗干扰能力和识别精度。     

一种新的图像局部仿射不变特征提取方法

提出了一种新的图像局部仿射不变特征的提取方法,首先利用阈值分割在图像中确定某个灰度取值范围的连通区域,文中证明了该区域的几何中心在图像仿射变换前后具有不变性,然后将几何中心作为局部仿射不变特征的"     

基于多尺度分析的三维人脸识别*

为提高人脸识别的精度,加快人脸识别的速度,提出了基于多尺度分析的三维人脸识别方法。过多的特征点容易使判别混乱,出现自相矛盾的过饱和现象,因此采用必要数和最大数的策略来限制特征点的规模。为充分利用各尺度下的人脸特征进行识别,设计了基于ICP与PCA、LDA结合的综合特征匹配方法。实验结果表明,多尺度三维人脸识别方法识别率高于各种标准识别方法,抗噪声性能突出。     

基于SURF特征和Delaunay三角网格的图像匹配

图像特征匹配的核心是通过距离函数实现在高维矢量空间进行相似性检索.重点研究提取好的特征点并快速准确地找到查询点的近邻.首先,提取图像的多量、有区别且稳健的SURF（Speeded up robust feature）特征点,并将特征点凸包进行Delaunay剖分.然后,对Delaunay三角边抽样、聚类、量化并构建索引.通过票决算法,将点对匹配与否映射到矩阵中以解决距离度量没有利用数据集本身所蕴含的任何结构信息和搜索效率相对较低的问题.结合SURF算法和Delaunay三角网提出一种特征匹配的新方法,在标准图像集上的实验验证,在耗时基本相同的情况下,提取的特征点较多且正确匹配率较高.     

基于SIFT特征点匹配的水印图像几何校正算法*

为了有效实现水印图像的水印检测与水印嵌入之间的同步,提出一种应用SIFT(scale invariant feature transform)特征点匹配估计水印图像几何变换参数的校正算法.用两个稳定而又相距最远的图像SIFT特征点的变化估计图像所经历的旋转和缩放参数,校正之后,再用一个稳定的SIFT特征点的变化校正图像...     

利用信息融合技术的缺损目标识别方法

拐点不变量是局部不变量的一种,具有旋转,平移,尺度缩放不变性,可以有效地应用于目标,该文利用Ｄｅｍｐｓｔｅｒ－Ｓｈａｆｅｒ证据推理法,将用不同方法求取拐点特征所得到的决策层信息进行融合,进一步提高了识别系统的可靠性,通过仿真实验对该方法进行了验证。     

图像匹配方法研究综述

目的 图像匹配作为计算机视觉的核心任务,是后续高级图像处理的关键,如目标识别、图像拼接、3维重建、视觉定位、场景深度计算等。本文从局部不变特征点、直线、区域匹配3个方面对图像匹配方法予以综述。方法 局部不变特征点匹配在图像匹配领域发展中最早出现,对这类方法中经典的算法本文仅予以简述,对于近年来新出现的方法予以重点介绍,尤其是基于深度学习的匹配方法,包括时间不变特征检测器（TILDE）、Quad-networks、深度卷积特征点描述符（DeepDesc）、基于学习的不变特征变换（LIFT）等。由于外点剔除类方法常用于提高局部不变点特征匹配的准确率,因此也对这类方法予以介绍,包括用于全局运动建模的双边函数（BF）、基于网格的运动统计（GMS）、向量场一致性估计（VFC）等。与局部不变特征点相比,线包含更多场景和对象的结构信息,更适用于具有重复纹理信息的像对匹配中,线匹配的研究需要克服包括端点位置不准确、线段外观不明显、线段碎片等问题,解决这类问题的方法有线带描述符（LBD）、基于上下文和表面的线匹配（CA）、基于点对应的线匹配（LP）、共面线点投影不变量法等,本文从问题解决过程的角度对这类方法予以介绍。区域匹配从区域特征提取与匹配、模板匹配两个角度对这类算法予以介绍,典型的区域特征提取与匹配方法包括最大稳定极值区域（MSER）、基于树的莫尔斯区域（TBMR）,模板匹配包括快速仿射模板匹配（FAsT-Match）、彩色图像的快速仿射模板匹配（CFAST-Match）、具有变形和多样性的相似性度量（DDIS）、遮挡感知模板匹配（OATM）,以及深度学习类的方法MatchNet、L2-Net、PN-Net、DeepCD等。结果 本文从局部不变特征点、直线、区域3个方面对图像匹配方法进行总结对比,包括特征匹配方法中影响因素的比较、基于深度学习类匹配方法的比较等,给出这类方法对应的论文及代码下载地址,并对未来的研究方向予以展望。结论 图像匹配是计算机视觉领域后续高级处理的基础,目前在宽基线匹配、实时匹配方面仍需进一步深入研究。     

基于刚体运动学的坐标系配准理论及算法

为避免公共点的误差及不一致性对坐标系转换精度的影响,研究了一种基于刚体运动理论的坐标系配准方法.将公共点组合成刚体,根据刚体上的点相互之间位置关系在两个坐标系下不变的特征,采用最小二乘法求解出最优变换矩阵.指出公共点空间布局方法对转换精度的影响,研究并实现了剔除超差公共点的算法.实验结果证明了该方法的正确性,为高精度测量的坐标系转换提供了理论依据.     

一种抗几何失真的彩色图像数字水印算法*

提出了一种基于SIFT(尺度特征变换)特征点校正几何参数的小波域彩色图像水印算法.该算法利用RGB彩色图像中蓝色与绿色分量的小波系数之间的关系,在蓝色水平细节和垂直细节中嵌入相同的水印;水印检测前,利用红色分量中的SIFT特征点估计几何参数,校正失真水印图像,从而可以无失真地提取水印.实验结果表明,该算法对压缩、噪声、剪裁、旋转、缩放等各类几何攻击具有很好的鲁棒性.