基于輪廓特征的目標(biāo)識(shí)別研究.pdf

1、目標(biāo)識(shí)別是圖像處理、模式識(shí)別和計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，廣泛應(yīng)用于日常生活、工業(yè)應(yīng)用和軍事活動(dòng)中的各個(gè)領(lǐng)域。從人類認(rèn)知事物的角度來看，目標(biāo)的特征描述和相似性評(píng)價(jià)是目標(biāo)識(shí)別中兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。輪廓作為描述目標(biāo)特征的一種主要方式，在目標(biāo)識(shí)別中發(fā)揮著重要作用。因此，如何有效描述輪廓特征以及合理評(píng)價(jià)特征之間相似程度對(duì)于獲得目標(biāo)識(shí)別的最佳結(jié)果至關(guān)重要。
　　本論文圍繞輪廓特征的提取、描述和評(píng)價(jià)這一主題展開研究，重點(diǎn)關(guān)注了輪廓特征在輪廓平滑、

2、輪廓起始點(diǎn)配準(zhǔn)和輪廓識(shí)別三個(gè)方面的應(yīng)用。對(duì)于目標(biāo)輪廓，現(xiàn)有輪廓平滑算法很難在保留輪廓特征和抑制噪聲之間取得平衡，現(xiàn)有輪廓起始點(diǎn)配準(zhǔn)算法無法適用于仿射目標(biāo)或者具有較高的計(jì)算復(fù)雜度，現(xiàn)有仿射目標(biāo)識(shí)別算法很難滿足實(shí)時(shí)性的要求，現(xiàn)有部分遮擋目標(biāo)識(shí)別算法沒有考慮輪廓局部特征與目標(biāo)輪廓之間的關(guān)系及其對(duì)目標(biāo)識(shí)別結(jié)果的影響。本論文的主要工作和所取得的研究成果具體如下：
　　1.提出了一個(gè)輪廓特征描述框架。在該框架下，從全局特征、局部特征和結(jié)構(gòu)特征

3、三個(gè)層面對(duì)現(xiàn)有輪廓特征的描述方法進(jìn)行總結(jié)和分類，并且從可信度、計(jì)算復(fù)雜度和適用范圍三個(gè)方面分析了各類特征描述方法的特點(diǎn)，為不同應(yīng)用環(huán)境下選取最佳的特征描述方法以及評(píng)價(jià)準(zhǔn)則提供了借鑒。
　　2.提出了基于分段輪廓平滑的仿射目標(biāo)識(shí)別算法。為了抑制噪聲對(duì)目標(biāo)輪廓的干擾從而準(zhǔn)確描述輪廓特征，預(yù)先對(duì)含噪輪廓進(jìn)行分段平滑處理。利用曲率將目標(biāo)輪廓?jiǎng)澐譃樘卣鲄^(qū)域和非特征區(qū)域，對(duì)兩類區(qū)域分別采用不同的高斯平滑濾波器進(jìn)行差異化處理，在保留輪廓特征和抑

4、制噪聲之間取得了較好的平衡。在此基礎(chǔ)上，利用仿射不變矩和最小距離分類器對(duì)仿射變換下含噪輪廓進(jìn)行識(shí)別。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了分段輪廓平滑算法改善識(shí)別結(jié)果的有效性。
　　3.提出了基于輪廓起始點(diǎn)配準(zhǔn)的快速仿射目標(biāo)識(shí)別算法。針對(duì)現(xiàn)有輪廓起始點(diǎn)配準(zhǔn)算法存在計(jì)算代價(jià)較高的不足，提出了基于聯(lián)合仿射不變弧長的輪廓起始點(diǎn)配準(zhǔn)算法，實(shí)現(xiàn)了起始點(diǎn)的高效配準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，利用離散小波變換的尺度系數(shù)構(gòu)造了滿足平移不變性的級(jí)聯(lián)仿射不變函數(shù)。與同類基于小波變換的

5、識(shí)別算法相比，大大降低了算法的整體復(fù)雜度。仿真結(jié)果表明，所提出的輪廓起始點(diǎn)配準(zhǔn)算法和仿射目標(biāo)識(shí)別算法對(duì)噪聲具有較好的魯棒性，并且滿足了實(shí)時(shí)性的要求。
　　4.提出了基于輪廓特征的部分遮擋目標(biāo)識(shí)別算法。從目標(biāo)的輪廓特征入手，提出了基于局部曲率分布的輪廓?jiǎng)澐址桨?，建立了完整描述輪廓局部特征的輪廓分段?shù)據(jù)庫。在此基礎(chǔ)上，提出了基于輪廓特征完整描述的部分遮擋目標(biāo)識(shí)別算法，采用形狀上下文距離衡量輪廓特征之間的相似度，并結(jié)合輪廓分段的可信度評(píng)

6、價(jià)了部分遮擋目標(biāo)的匹配程度。仿真實(shí)驗(yàn)表明，所提出的識(shí)別算法所需訓(xùn)練樣本相對(duì)較少，能夠高效、準(zhǔn)確地識(shí)別不同遮擋情況下的遮擋目標(biāo)。更進(jìn)一步，為了增強(qiáng)在不同遮擋情況下描述局部特征的穩(wěn)定性，結(jié)合目標(biāo)的結(jié)構(gòu)信息對(duì)輪廓分段進(jìn)行分類，得到了輪廓局部特征的多層描述模型。借鑒哲學(xué)中“整體與部分之間關(guān)系”的概念，論文深入探討了整體輪廓與輪廓分段之間的關(guān)系，給出了評(píng)價(jià)輪廓分段的兩個(gè)參數(shù)：重要性和局部性。在此基礎(chǔ)上，提出了基于輪廓特征多層描述和評(píng)價(jià)的部分遮擋目