圖像局部不變特征及其應(yīng)用研究.pdf

1、圖像模式識(shí)別一直以來(lái)都是計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究的核心問(wèn)題，它涉及圖像預(yù)處理、特征提取和描述、特征組合和選擇、圖像應(yīng)用技術(shù)等多個(gè)研究方面。近年來(lái)，將圖像數(shù)據(jù)看成單純的數(shù)據(jù)集合、進(jìn)行全局處理的傳統(tǒng)方式，已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用需求；Marr提出的機(jī)器視覺(jué)理論認(rèn)為，圖像是由各個(gè)局部的區(qū)域組成的，有關(guān)人類(lèi)視覺(jué)機(jī)理的研究成果表明，人腦對(duì)圖像的處理是按照局部化處理方式進(jìn)行；利用局部化特征可以顯著改進(jìn)和加速各種圖像識(shí)別方法，目前，基于局部不變特征的圖像處理方

2、法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于圖像處理、圖像檢索和遙感圖像目標(biāo)識(shí)別等領(lǐng)域?？梢灶A(yù)期，利用局部不變特征來(lái)識(shí)別圖像內(nèi)容將逐漸成了主流的圖像處理方法。
　　 本文著重從局部不變特征的角度去解釋和研究圖像，研究重點(diǎn)及相應(yīng)的研究成果包括以下幾個(gè)方面：
　　 (1)尺度空間的基礎(chǔ)理論研究。尺度空間是局部不變特征提取技術(shù)直接的理論基礎(chǔ)，早期的尺度空間思想一直處于理論驗(yàn)證和實(shí)踐探索階段，研究人員一般根據(jù)研究課題的需要，對(duì)數(shù)據(jù)的尺度特征參數(shù)進(jìn)行定義和選

3、擇。本文從分析尺度空間中的偏導(dǎo)數(shù)算子的性質(zhì)入手，對(duì)尺度自適應(yīng)檢測(cè)機(jī)制進(jìn)行建模，通過(guò)分析尺度空間中一維和二維信號(hào)的尺度檢測(cè)過(guò)程，從而得出尺度選擇的一般過(guò)程，最后通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，驗(yàn)證了使用尺度空間作為局部不變特征的數(shù)據(jù)表示方式的優(yōu)勢(shì)。文中明確了尺度空間中的尺度正規(guī)化的作用和意義，對(duì)尺度空間中的二階矩矩陣和Hessian矩陣的性質(zhì)進(jìn)行了的系統(tǒng)分析，指出其在圖像局部性質(zhì)估算中的重要作用。
　　 (2)局部不變特征檢測(cè)的若干問(wèn)題研究

4、。論文對(duì)尺度空間中最具代表性的三種局部不變特征的檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行建模，分析理想圖像結(jié)構(gòu)在尺度空間中的特征表現(xiàn)，得出局部不變特征檢測(cè)的一般過(guò)程。同時(shí)提出利用局部區(qū)域一致性的原理進(jìn)行特征區(qū)域的精確定位，最后，對(duì)由連續(xù)尺度空間轉(zhuǎn)向離散空間中特征檢測(cè)中的參數(shù)選擇問(wèn)題，通過(guò)實(shí)驗(yàn)給出了經(jīng)驗(yàn)的參數(shù)選擇方法。
　　 (3)提出了一種基于偏導(dǎo)數(shù)算子的局部不變特征描述方法及其相應(yīng)的算法：構(gòu)造了一種高斯偏導(dǎo)數(shù)作為局部不變特征描述符，并對(duì)該局部不變特征描述

5、向量空間的距離函數(shù)選擇要求進(jìn)行了詳細(xì)的研究；為了使局部不變特征描述獲得旋轉(zhuǎn)不變性，設(shè)計(jì)了主方向調(diào)整算法，對(duì)局部不變特征的主方向進(jìn)行估計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明，這一新的局部不變特征描述方法具有對(duì)圖像局部區(qū)域的良好描述效果。
　　 (4)提出了基于顯著性估算的局部不變特征提取方法。近年來(lái)隨著模式識(shí)別和機(jī)器學(xué)習(xí)研究的不斷深入，由于局部不變特征高效率的特征壓縮特性，它很適合作為機(jī)器學(xué)習(xí)的樣本特征。本文摒棄了傳統(tǒng)的使用無(wú)差別固定窗口的局部不變特征提取

6、方法，將尺度空間中的局部不變特征提取與顯著性區(qū)域相結(jié)合，通過(guò)在尺度空間中對(duì)局部二階矩矩陣性質(zhì)的分析，得出局部不變特征顯著性的估算，以此來(lái)提取具有顯著性的局部不變特征。用這種方法提取的特征，不僅能保持多種不變性，還能在真實(shí)場(chǎng)景圖像中提取更準(zhǔn)確和可靠的特征。
　　 (5)研究了局部不變特征檢測(cè)和描述方法在遙感圖像中的應(yīng)用，提出和設(shè)計(jì)了基于局部不變特征的ROI區(qū)域快速匹配算法和港口內(nèi)停泊艦船檢測(cè)算法。前者在使用ROI區(qū)域自身局部不變特