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《南京理工大学》 2010年
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图像局部不变特征提取与匹配及应用研究

张洁玉  
【摘要】: 图像特征提取是图像分析、模式识别及计算机视觉等领域的一个重要研究内容,它是众多问题的研究基础。由于目标所在的图像之间大部分都存在旋转、视点、尺度、光照、模糊等变换,因此如何提取图像的稳定特征成为了相关领域的研究重点。近年来,一类局部不变特征由于其针对图像平移、旋转、尺度、光照及视点等变换具有不变性,已经在图像配准、图像拼接、物体识别、目标跟踪、数字水印及图像检索等方面得到了很广泛地应用。基于局部不变特征的方法主要步骤有特征提取(包括特征检测与特征描述)和特征匹配。本文深入分析了不变特征相关理论基础,研究了已有的一些局部不变特征提取及匹配方法,针对这些方法存在的问题作了相应的改进,并将改进后的新方法应用到了图像配准、物体识别等领域,获得了较好的效果。 研究了基于尺度空间理论的多尺度特征点检测方法,分析了该类方法存在的问题,并基于Harris角点提出了一种新的多尺度特征点检测方法。新方法首先在尺度空间中的每个尺度内检测Harris特征点,遍历所有尺度以跟踪全部的Harris点,并同时将其分组,使每组仅代表一个局部结构。然后筛选每个组内的特征点,选取使角点度量值和尺度归一化Laplace函数同时达到极值的点代表该局部结构。最后利用SIFT描述符对特征点进行描述和匹配。由实验结果可知,对于包含尺度、视角、JPEG压缩及模糊变化的图像,新方法比原Harris-Laplace方法检测的特征点具有更高的重复率。并且对于两个谱段的遥感图像配准,新方法能够得到比原Harris-Laplace方法更高的配准精度。 尺度不变特征变换(Scale Invariant Feature Transform, SIFT)是一种广泛应用的特征点描述符。该描述符仅利用了特征点的局部邻域梯度信息,当图像中包含多个相似的局部结构时,SIFT描述符使散落在相似局部结构中的点极易发生误匹配。针对这一问题,本文提出了一种基于空间分布描述符的SIFT误匹配校正方法。该方法首先利用SIFT算法进行特征点提取与匹配,然后对于每一个匹配结果中的特征点,再利用图像边缘像素点对该点的空间分布信息重新描述,形成一种独特性更高的空间分布描述符,最后采用该描述符针对匹配结果中的两种误匹配进行校正。实验结果表明,与随机抽样一致性法(Random sample consensus, RANSAC)相比,利用空间分布描述符剔除更多误匹配的同时,也能够保留更多原本正确的匹配,具有一定的实用价值。 同时,本文分析了一种仿射不变特征提取方法,即多尺度自卷积法(Multi-scale Auto-convolution, MSA),基于该方法提出了一种多尺度自卷积熵(Multi-scale Auto-convolution Entropy, MSAE)的仿射不变特征提取方法。首先,基于MSA特征构造了MSAE特征,并证明了MSAE特征具有仿射不变性;再利用广义典型相关分析(Generalized Canonical Correlation Analysis, GCCA)将MSA和MSAE进行特征融合,得到新的包含图像更多信息的组合仿射不变特征,将该组合特征和MSA特征作为描述符,均分别对整幅图像及图像中检测得到的最稳定极值区域(Maximally Stable Extremal Region, MSER)进行描述,并对描述后的整幅图像和MSER区域分别进行了分类识别实验,证明了新的组合仿射不变特征描述符比MSA特征描述符具有更高的独特性。 估计对极几何的约束关系是剔除误匹配的主流方法,其中M.估计法(M-Estimators)具有相对较快的计算速度及对高斯噪声的稳定性,因此具有很好的应用前景。但该类方法完全依赖由线性最小二乘法估计得到的矩阵初始值,精度较低,稳定性较差。基于此,本文提出了一种改进的M-Estimators算法。首先利用7点法计算得到基础矩阵的初始值,再将匹配点与对应极线的对极距离平方和作为度量,计算求得较原M-Estimators算法更加精确的矩阵初始值,然后利用此初始值剔除掉原匹配点集中的错误匹配点及坏点,最后运用Torr M-Estimators法对此时的匹配点集进行非线性优化计算,得到了最终的匹配点对。实验结果表明,与M-Estimators和Torr-M-Estimators相比,改进的M-Estimators法在误匹配以及高斯噪声存在的情况下,不仅提高了基础矩阵的估计精度而且具有很好的鲁棒性。 最后,在研究Mean Shift算法及相关的Camshift (Continuously Adaptive Mean Shift)算法的原理并分析Camshift算法缺点的基础上,本文提出了一种结合SIFT和Camshift的目标跟踪方法。该方法中,首先将目标区域转到HSV颜色空间,采用SIFT算法分别提取目标区域H、S和V三通道的特征点,当目标区域中的背景纹理不复杂时,SIFT特征点大部分落于目标之上,再利用这些特征点统计目标的色度直方图,然后根据该直方图计算下一帧图像的目标颜色概率分布图,接着采用SIFT算法提取搜索区域H、S和V三通道的特征点,并将其与目标区域的特征点进行匹配,最后利用匹配后搜索区域特征点围成的图像块中的像素点计算下一次搜索窗口的中心位置及窗口的尺度变化因子。通过包含室内和室外测试环境的3组序列图像的跟踪实验,证明了新方法的有效性。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP391.41

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 吴金杰;杨翠荣;杨勇;庞全;;一类光照不均图像的特征提取方法[J];计算机系统应用;2011年12期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 谭树人;全方位摄像机与主动摄像机协作跟踪技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
2 刘景能;图像局部不变特征提取技术及其应用研究[D];上海交通大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 陆明启;基于局域灰度分布的运动目标检测算法研究[D];吉林大学;2011年
2 李晓静;基于特征融合的目标识别技术的研究[D];沈阳理工大学;2011年
3 邹卓阳;3S技术在矿区空间位置核查中的应用研究[D];成都理工大学;2011年
4 吴金杰;一类照度不均匀图像的拼接技术研究[D];杭州电子科技大学;2012年
5 梁胤程;图像局部不变量特征描述方法研究[D];鲁东大学;2012年
6 胡辉;基于机器视觉的工业零件测量技术[D];西安工业大学;2013年
7 汪淑梦;基于改进的SIFT算法的图像配准技术的研究与实现[D];中国地质大学(北京);2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 伍翔;视频图像中运动目标检测与跟踪方法研究与实现[D];哈尔滨工业大学;2007年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 秦益霖;史国栋;;农业科技服务系统中的基于复合混沌系统加密的图像信息保护算法[J];安徽农业科学;2010年27期
4 程刚;郑小华;阳锋;徐祖舰;;三维全景视觉技术在农业机器人中的应用[J];安徽农业科学;2010年34期
5 王立中;麻硕士;薛河儒;侯振杰;;奶牛形体图像处理中尺度不变特征变换特征点检测与匹配策略的应用[J];安徽农业大学学报;2010年03期
6 何海燕;施培蓓;;基于改进AdaBoost算法的行人检测方法[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2009年03期
7 赵莉苹;邱秀荣;;基于DCT和DWT的彩色数字水印算法[J];安阳工学院学报;2012年02期
8 吴慧兰;刘国栋;刘炳国;胡涛;浦昭邦;;ICF实验靶定位技术研究[J];半导体光电;2008年05期
9 贾静平;张飞舟;柴艳妹;;基于支持矢量机和信任域的目标跟踪算法[J];北京大学学报(自然科学版)网络版(预印本);2008年01期
10 陈超;秦其明;江涛;蒋洪波;张宁;;一种改进的遥感图像配准方法[J];北京大学学报(自然科学版)网络版(预印本);2010年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘善磊;张亮;;基于相位相关和SURF算法的关键帧实时匹配研究[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 隋树林;孙立宏;姚文龙;袁健;;融合改进UKF/SIFT信息的自主光学导航方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 汪力;叶桦;夏良正;;利用特征点定位嘴巴[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 季铮;张剑清;詹总谦;;基于特征不变量的目标识别定位方法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 ;Loop-closing By Using SIFT Features for Mobile Robots[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 周斌;王军政;毛佳丽;;基于RBF神经网络的Mean Shift目标跟踪算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 周凯;范瑞霞;李位星;;一种基于SIFT的MeanShift-粒子滤波融合跟踪算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 ;Rapid Target Recognition and Tracking under Large Scale Variation Using Semi-Naive Bayesian[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
9 ;A High-level Image Sequence Fusion Algorithm for Human Detection[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 ;Recognition of Corners of Planar Checkboard Pattern Image[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨长强;激光扫描仪检校及车载激光点云的分类与矢量化研究[D];山东科技大学;2010年
2 王玉全;基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 陈雪松;音频数字水印算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 梁洪;基于内容的医学图像检索及语义建模关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 任桢;图像分类任务的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 王作为;具有认知能力的智能机器人行为学习方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 肖洁;视觉注意模型及其在目标感知中的应用研究[D];华中科技大学;2010年
9 朱清波;序列图像三维重建方法研究[D];华中科技大学;2010年
10 莫堃;基于隐式函数的曲面重构方法及其应用[D];华中科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋抗;压缩机活塞圆度误差数字检测系统研究[D];河南理工大学;2010年
2 邓小铭;基于OpenCV的物体三维检测系统研究[D];南昌航空大学;2010年
3 陈忠翔;基于立体视觉的三维重建方法研究[D];南昌航空大学;2010年
4 雒燕飞;地质灾害应急地理信息数据库设计及其应用[D];山东科技大学;2010年
5 唐红梅;基于辐射与空间信息的遥感图像检索[D];山东科技大学;2010年
6 倪希亮;基于尺度不变特征的多源遥感影像配准[D];山东科技大学;2010年
7 贾伟洁;SAR影像与光学影像配准研究[D];山东科技大学;2010年
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9 徐元;基于双目立体视觉的匹配算法研究[D];山东科技大学;2010年
10 任天宇;自稳定航拍系统算法与设计[D];长春理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈超;秦其明;江涛;蒋洪波;张宁;;一种改进的遥感图像配准方法[J];北京大学学报(自然科学版);2010年04期
2 廖崇高,杨武年,濮国梁,徐凌,秦岩宾;不同融合方法在区域地质调查中的应用[J];成都理工大学学报(自然科学版);2003年03期
3 张迁,刘政凯,庞彦伟,李威;基于SUSAN算法的航空影像的自动配准[J];测绘学报;2003年03期
4 田晓东;刘忠;;基于改进梯度向量流形变模型的动目标检测方法[J];测试技术学报;2006年06期
5 邱建国;张建国;李凯;;基于Harris与Sift算法的图像匹配方法[J];测试技术学报;2009年03期
6 李冲;谭理;余银普;曾衍伟;;国家坐标与地方坐标的转换方法研究[J];城市勘测;2008年06期
7 廖福源;巫鸽飞;葛送来;傅俊鹤;;矿业权实地核查中对GPS拟合高程的运用可靠性研究[J];测绘与空间地理信息;2010年04期
8 许锡文;张囡;许恩庆;;巧用CASIOfx-4800P计算器进行坐标换带计算[J];地矿测绘;2008年03期
9 侯学智,杨平,赵云松;CCD图像的轮廓特征点提取算法[J];电子科技大学学报;2004年04期
10 丁忠校;;视频监控图像的运动目标检测方法综述[J];电视技术;2008年05期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 易学锋;单反数码相机精密位移测量研究[D];武汉大学;2009年
2 邱冬生;湖南省国土资源地学数据库模型与数据融合技术应用研究[D];中南大学;2001年
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4 黄志开;彩色图像特征提取与植物分类研究[D];中国科学技术大学;2006年
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8 杨翠;图像融合与配准方法研究[D];西安电子科技大学;2008年
9 杨占龙;基于特征点的图像配准与拼接技术研究[D];西安电子科技大学;2008年
10 孙晶;图像局部不变特征提取技术研究及其应用[D];大连理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 林婧;基于序列图像的全景图像拼接技术的研究[D];沈阳理工大学;2010年
2 刘春燕;图像分割评价方法研究[D];西安电子科技大学;2011年
3 宋洋;图像处理的中值滤波算法优化与实现[D];北京邮电大学;2011年
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5 汪敬华;图像分割及其在车牌识别中的应用[D];浙江大学;2004年
6 韩军利;红外图像目标识别技术研究[D];南京理工大学;2004年
7 彭喜英;透射电镜数字化及图像处理分析[D];华中科技大学;2004年
8 侯舒维;图像拼接技术研究[D];西安电子科技大学;2005年
9 朱学立;河南省矿产地数据库管理系统[D];电子科技大学;2005年
10 肖虎程;一种使用多特征融合的图像检索方法[D];湘潭大学;2005年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 吴金杰;一类照度不均匀图像的拼接技术研究[D];杭州电子科技大学;2012年
2 陈楠;四川省煤炭资源储量核查成果数据库建设方法研究[D];成都理工大学;2012年
3 李霜林;四川省矿产资源利用现状调查成果与储量库两库衔接方法及精度评价[D];成都理工大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宋亚军;倪国强;高昆;;基于小波-Contourlet变换的区域能量加权图像融合算法[J];北京理工大学学报;2008年02期
2 向友君;谢胜利;;图像检索技术综述[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2006年03期
3 吴四九;图像目标形状匹配与视频过滤技术研究[J];成都信息工程学院学报;2002年02期
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5 陈爱军,徐光祐,史元春;基于城市航空立体像对的全自动3维建筑物建模[J];测绘学报;2002年01期
6 张迁,刘政凯,庞彦伟,李威;基于SUSAN算法的航空影像的自动配准[J];测绘学报;2003年03期
7 谢东海,詹总谦,江万寿;改进Harris算子用于点特征的精确定位[J];测绘信息与工程;2003年02期
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10 沈凤龙;毕娟;;基于多神经网络分类器的汽车车型识别方法研究[J];辽东学院学报(自然科学版);2007年03期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 李庆中;苹果自动分级中计算机视觉信息快速获取与处理技术的研究[D];中国农业大学;2000年
2 郑江滨;视频监视方法研究[D];西北工业大学;2002年
3 王惠刚;自适应盲信号处理理论及应用研究[D];西北工业大学;2002年
4 陆文广;快速目标自动识别与跟踪方法及实现研究[D];南京理工大学;2005年
5 刘循;智能交通中运动汽车检测及识别技术研究[D];四川大学;2005年
6 刘刚;多目标跟踪算法及实现研究[D];西北工业大学;2003年
7 佟守愚;基于视频技术的交通违章检测与识别理论及方法研究[D];吉林大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王新宇;基于计算机立体视觉的三维重建[D];中南大学;2004年
2 崔明;基于图像序列的三维模型重建[D];浙江大学;2005年
3 侯舒维;图像拼接技术研究[D];西安电子科技大学;2005年
4 崔宇巍;运动目标检测与跟踪中有关问题的研究[D];西北大学;2005年
5 杨翠;多波段光电图像融合技术研究[D];西安电子科技大学;2006年
6 肖敬若;复杂背景下的实时目标跟踪技术研究[D];西北工业大学;2006年
7 陈永康;车辆视频检测算法研究[D];吉林大学;2006年
8 马明祥;基于视频的交通参数检测方法研究[D];山东大学;2006年
9 张莎莎;图象分割与运动目标跟踪算法研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
10 吕海霞;自动图像配准技术研究[D];西北工业大学;2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王春光,高广珠,余理富;基于小波包多尺度变换的旋转伸缩不变特征提取[J];兵工自动化;2005年03期
2 王俊一,王乘,孙涛;小波变换阈值选取的博弈与图像边缘点检测[J];微机发展;2005年04期
3 唐金辉;吴秀清;王鹏伟;;基于尺度空间理论和反扩散函数的图像去噪[J];数据采集与处理;2006年03期
4 李东旭;;Delphi实现图像边缘检测[J];电脑编程技巧与维护;2009年S1期
5 雷琳;王壮;粟毅;;基于多尺度Gabor滤波器组的不变特征点提取新方法[J];电子学报;2009年10期
6 周颢,戚飞虎;一种新的图像边缘检测算法[J];计算机工程;2003年18期
7 周舒;;基于数学形态学的图像边缘检测研究[J];科教文汇(上旬刊);2008年08期
8 罗敏;朱晓岷;李小红;余纯武;;基于径向小波变换的图像特征提取算法[J];武汉大学学报(信息科学版);2008年01期
9 曾友州;胡莹;曾伟一;郑晓霞;;提取数字图像边缘的算法比较[J];成都航空职业技术学院学报;2009年04期
10 甘玲;马艳春;;基于sift特征描述符的多尺度图像配准方法[J];计算机仿真;2010年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄晓山;;数字图像处理及其在医学上的应用[A];2009年浙江省医学工程学术年会论文汇编[C];2009年
2 薛玉涵;钱亮;鞠浩;;基于模糊噪声配套图像的去运动模糊方法[A];全国第三届信号和智能信息处理与应用学术交流会专刊[C];2009年
3 陈春宁;田睿;王毅楠;;基于色差插值的BAYER格式图像色彩复原实现[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
4 罗强;任庆利;;基于局部IFS理论提取图像边缘[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年
5 徐庆伟;刘洲峰;李春雷;;一种基于小波变换的图像边缘检测算法[A];第十四届全国图象图形学学术会议论文集[C];2008年
6 蒋奇;高瑞;王雷;;管道漏磁场影响因素的研究[A];2005中国控制与决策学术年会论文集(下)[C];2005年
7 卢汉明;高德俊;;基于多尺度变换相结合的图像增强算法[A];第二届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2010年
8 项昱晖;江开勇;夏涛;;基于动态域值的鞋帮图像边缘提取方法[A];2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
9 项昱晖;江开勇;夏涛;;基于动态域值的鞋帮图像边缘提取方法[A];2005年中国机械工程学会年会论文集第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
10 王彦锟;刘方;;一种快速稳健的图像旋转角度估计算法[A];计算机技术与应用进展·2007——全国第18届计算机技术与应用(CACIS)学术会议论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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3 陕西 瞿贵荣;彩电特殊故障检修五例[N];电子报;2007年
4 于亮、阿鲲;技术“扫”天下[N];中国计算机报;2002年
5 晶 莹;三星新推精细大屏等离子显示器[N];中国质量报;2005年
6 马骏睿 皓月;制作版画效果图片[N];中国摄影报;2007年
7 ;天敏随心录电视盒[N];中国电脑教育报;2004年
8 ;体验决定一切[N];中国计算机报;2003年
9 秦风;S9500——务实者的选择[N];中国摄影报;2006年
10 张文;爱国者“双拳”出击PC市场[N];通信产业报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张洁玉;图像局部不变特征提取与匹配及应用研究[D];南京理工大学;2010年
2 韩永华;农田图像的统计迭代分割方法研究[D];浙江大学;2011年
3 陈少波;SAR图像相干斑抑制算法研究[D];华中科技大学;2010年
4 陈玫玫;手指静脉图像的去噪与分割算法研究[D];吉林大学;2010年
5 陈国忠;SAR图像纹斑噪声抑制算法研究[D];上海交通大学;2008年
6 康文炜;冠状动脉造影图像的分割方法研究[D];吉林大学;2010年
7 邢坤;基于可见光遥感图像的典型目标识别关键技术研究及其系统实现[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 邢坤;基于可见光遥感图像的典型目标识别关键技术研究及其系统实现[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 李小兵;MRI图像脑肿瘤分割与EEG脑癫痫检测的研究[D];大连理工大学;2010年
10 王继阳;基于高分辨率航空遥感立体图像的建筑物三维重建技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汪道寅;基于SIFT图像配准算法的研究[D];中国科学技术大学;2011年
2 王晶晶;基于径赛图像的人体过终点线识别算法研究[D];武汉理工大学;2010年
3 刘金贵;车辆匹配与车辆跟踪技术研究[D];西南交通大学;2010年
4 陈勋;水下结构表观缺陷检测技术及系统集成研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 陈建;基于脑出血CT图像的分割与提取算法研究[D];安徽大学;2012年
6 王珊;X射线冠脉造影图像的血管分割方法研究[D];兰州大学;2012年
7 高星星;基于稀疏分解的SAR图像抑制斑点噪声算法的研究[D];天津理工大学;2011年
8 陈益新;基于DM6467的工件表面质量图像高速采集与处理技术研究[D];杭州电子科技大学;2012年
9 李富城;多极化SAR图像地物分类技术研究[D];解放军信息工程大学;2009年
10 关辉;基于Directionlet变换的SAR图像噪声抑制及边缘检测[D];西安电子科技大学;2010年
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