基于數(shù)據(jù)關(guān)系的魯棒幾何模型擬合方法研究.pdf

1、模型擬合是計(jì)算機(jī)視覺中一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，是魯棒統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)和圖像處理等多個(gè)學(xué)科的交叉研究方向。模型擬合的主要任務(wù)是能夠有效地?cái)M合觀測(cè)數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)含的所有模型實(shí)例。由于觀測(cè)數(shù)據(jù)中往往含有大量的離群點(diǎn)或者存在不平衡數(shù)據(jù)，且可能同時(shí)存在多個(gè)模型實(shí)例，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)具有較好的魯棒性且能夠有效地?cái)M合多結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的模型擬合方法具有很大的挑戰(zhàn)性。近些年來，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者提出了大量?jī)?yōu)秀的模型擬合方法。然而，當(dāng)前的模型擬合方法在算法擬合準(zhǔn)確性或計(jì)算速度

2、上還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足實(shí)際需求。此外，能夠提供一致性擬合結(jié)果的確定性擬合方法還處于一個(gè)剛剛起步的發(fā)展階段，存在適用范圍太窄的問題。
　　針對(duì)以上的問題和難點(diǎn)，本文以數(shù)據(jù)關(guān)系為框架，研究如何構(gòu)建有效的簡(jiǎn)單圖和超圖模型用于表示模型假設(shè)之間和模型假設(shè)與數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的復(fù)雜關(guān)系。此外，本文還研究挖掘特征表觀含有的先驗(yàn)信息用于表示數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的關(guān)系。研究?jī)?nèi)容主要包括對(duì)不平衡數(shù)據(jù)的處理、超圖的構(gòu)建、模型選擇的準(zhǔn)確率的提高和確定性算法的適用性范圍的擴(kuò)展等。

3、在此基礎(chǔ)上，提出一些新的模型擬合方法。本文提出的模型擬合方法具有較好的魯棒性，并能夠取得較好的擬合效果。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新之處包括:
　　(1)提出一種基于簡(jiǎn)單圖模式搜索的模型擬合方法。在特征空間中，不平衡數(shù)據(jù)往往會(huì)導(dǎo)致模型擬合方法將來自較小結(jié)構(gòu)的內(nèi)點(diǎn)誤認(rèn)為是離群點(diǎn)，從而導(dǎo)致無法準(zhǔn)確地?cái)M合模型實(shí)例?；诤?jiǎn)單圖模式搜索的模型擬合方法通過簡(jiǎn)單圖模型將特征空間的模型擬合問題轉(zhuǎn)化為參數(shù)空間的模型擬合問題，從而能夠直接對(duì)模型假設(shè)進(jìn)行操

4、作，可有效緩解算法對(duì)數(shù)據(jù)分布的敏感性。此外，該擬合方法還將模型假設(shè)的偏好分析引入到模式搜索算法中，以減弱無效模型假設(shè)對(duì)算法性能的影響。為了進(jìn)一步緩解對(duì)不平衡數(shù)據(jù)的敏感性，該擬合方法通過隨機(jī)游走算法對(duì)簡(jiǎn)單圖的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，有利于算法避免陷入局部最優(yōu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于簡(jiǎn)單圖模型搜索的模型擬合方法能夠在復(fù)雜的不平衡數(shù)據(jù)中取得較好的擬合效果。
　　(2)提出一種基于超圖子圖檢測(cè)的模型擬合方法。基于超圖子圖檢測(cè)的模型擬合方法通過構(gòu)建超圖

5、模型來表示模型假設(shè)與數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的復(fù)雜關(guān)系。該超圖模型能夠避免被轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單圖，能直接被用于處理模型擬合問題。該擬合方法還包含了一種魯棒的子圖檢測(cè)算法，能夠有效地分割子圖并自動(dòng)估計(jì)子圖數(shù)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該擬合方法在計(jì)算速度和擬合準(zhǔn)確性上均能取得較好的擬合效果。
　　(3)提出一種基于超圖模式搜索的模型擬合方法?；诔瑘D模式搜索的模型擬合方法通過超圖模型在參數(shù)空間中處理模型擬合問題，能夠有效緩解算法對(duì)不平衡數(shù)據(jù)的敏感性問題，并同時(shí)挖掘超

6、圖模型帶來的擬合準(zhǔn)確性較高的優(yōu)勢(shì)。該擬合方法還包含一種基于超圖的模式搜索算法。該模式搜索算法通過分析超圖頂點(diǎn)的權(quán)重度量以及頂點(diǎn)之間的相似性，有效地搜索對(duì)應(yīng)真實(shí)模型實(shí)例的權(quán)威模式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該擬合方法在相對(duì)平衡和不平衡的數(shù)據(jù)上均能取得擬合準(zhǔn)確性較高的擬合效果。
　　(4)提出一種基于超像素的確定性擬合方法。前面三種擬合方法均是基于隨機(jī)性的擬合方法，無法提供一致性的擬合結(jié)果?；诔袼氐拇_定性擬合方法通過分割超像素將特征表觀含有的先