物體形狀的表示與分析關(guān)鍵問題研究.pdf

1、形狀是反映物體性質(zhì)的重要載體。它是目標(biāo)識別、多媒體檢索、醫(yī)學(xué)圖像分析與輔助診斷、計算機圖形學(xué)與輔助設(shè)計等眾多研究領(lǐng)域中的重要研究對象。形狀蘊含著極為豐富的變化，形狀的本質(zhì)特性往往在一些形變中得到體現(xiàn)，然而又常常為另一些形變所干擾。這是因為形狀變化既包含了反映物體特性的各種自身形變，也包含了由噪聲、提取誤差等干擾帶來的外部形變。因此在構(gòu)造形狀表現(xiàn)時，一般需要該表現(xiàn)對各種外部干擾具有魯棒性，還要在不同應(yīng)用中對一些的自身形變具有不變性。

2、>　　 基于上述背景，本文主要從魯棒性和不變性的角度出發(fā)，研究樣條與多邊形的形狀表示，排除噪聲影響，有效提取形狀上的顯著幾何特征點;研究對相似變換不變的非剛體形變表示，衡量椎間盤形狀的差異，并應(yīng)用至椎間盤退變輔助診斷之中。本文主要研究內(nèi)容及其創(chuàng)新之處如下:
　　 1.開展基于樣條的平面形狀表示研究。分析了彈性二次曲線模型的幾何意義，揭示了模型中能量權(quán)重因子和樣條重疊度因子對模型保持形狀特征的影響作用。針對原模型在表現(xiàn)形狀時僅能

3、“各處同性”地保持幾何特征的問題，提出一種改進(jìn)的彈性二次曲線模型來表現(xiàn)形狀，通過對離散曲線演化模型獲取形狀各處的幾何特征顯著度，指導(dǎo)模型能量權(quán)重因子根據(jù)形狀特征顯著度變化，在重構(gòu)形狀時能夠自適應(yīng)地保持其幾何特征。將該模型與交互式LiveWire算法相結(jié)合，應(yīng)用至圖像分割中。
　　 2.開展基于樣條的三維形狀表示研究，提出用于曲面表示的彈性二次曲面模型，并基于該算法表示三維形狀曲面。根據(jù)彈性二次曲線表示平面形狀的基本思想，推廣至用

4、重疊的二次曲面來重構(gòu)表示曲面，即通過重疊的參數(shù)域構(gòu)造彼此重疊的二次曲面片，根據(jù)相鄰面片之間的0階與1階不連續(xù)勢能建立二次型勢能函數(shù)。經(jīng)過對整個曲面的逐點迭代，獲得穩(wěn)定且保持顯著幾何特征的三維曲面表示。該模型能將受到較大噪聲干擾的三維人臉曲面細(xì)節(jié)較好地恢復(fù)出來。
　　 3.研究形狀的多邊形高效近似及多尺度的顯著特征點提取。用ε等距同構(gòu)的概念描述形狀多邊形表示，提出構(gòu)造平面凸曲線的逐級ε等距同構(gòu)重構(gòu)，該重構(gòu)能有效地控制近似誤差，且與

5、視覺顯著特征之間有明確的量化關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，通過對形狀輪廓的特征點刪除、添加、調(diào)整等機制，構(gòu)造出一種近似效率高、對初始化不敏感、單參數(shù)控制的多尺度顯著特征點提取/形狀多邊形近似算法。
　　 4.通過描述椎間盤形狀非剛體形變來提取其差異，應(yīng)用于椎間盤退化輔助診斷之中。提出將椎間盤形狀變換至對相似變換不變、只包含非剛體形變信息的形狀空間中，通過估算此空間中兩點間測地線來衡量椎間盤形狀間的相似度。同時提出形狀與紋理相結(jié)合的思路來更全