機(jī)器人視覺中的退化不變量研究.pdf

1、移動(dòng)機(jī)器人在生活、國防和科學(xué)探索中的應(yīng)用越來越廣泛，而視覺系統(tǒng)是其智能化的重要實(shí)現(xiàn)手段。在室外非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中，圖像退化是普遍現(xiàn)象，因此本文致力于解決視覺系統(tǒng)中的圖像退化問題。首先研究了退化圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)，然后系統(tǒng)分析了退化圖像的恢復(fù)技術(shù)，進(jìn)而引入圖像的退化不變量及其分析和應(yīng)用。論文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1．回顧了機(jī)器人視覺的研究歷程，指出圖像退化問題的重要性和現(xiàn)有研究的局限性。 2．分析了非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的圖像退化

2、類型，拓展了圖像退化的含義，除了傳統(tǒng)的灰度退化，還包含幾何退化，具體包括圖像噪聲、圖像運(yùn)動(dòng)模糊、光照變化與陰影、攝像機(jī)畸變、空間變換等；針對(duì)圖像的這些退化，拓展了圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的概念，考慮了圖像的不同尺寸，然后提出了基于奇異值分解和感興趣區(qū)域加權(quán)的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，并以實(shí)驗(yàn)證實(shí)和分析了其與人類視覺系統(tǒng)評(píng)價(jià)的一致性。 3．拓展了圖像恢復(fù)的含義，除了傳統(tǒng)的灰度退化的恢復(fù)，還包含幾何退化的恢復(fù)，然后系統(tǒng)分析了各種圖像退化的恢復(fù)算法，用

3、實(shí)驗(yàn)的方法分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，指出每種恢復(fù)算法的精度都有限，且需要退化類型的先驗(yàn)知識(shí)，否則圖像恢復(fù)會(huì)造成不期望的結(jié)果；因而提出了圖像的退化不變量的概念，即對(duì)各種圖像退化都保持不變的特征量，這樣避開了圖像恢復(fù)的問題，直接把退化圖像作為視覺系統(tǒng)的處理對(duì)象。 4．分析了圖像退化不變量的構(gòu)造，并對(duì)一些傳統(tǒng)的幾何不變量，分析其退化不變性；實(shí)驗(yàn)表明Harris-Affine興趣點(diǎn)、Hessian-Affine興趣點(diǎn)和SIFT不變量可作為圖

4、像退化不變量；鑒于運(yùn)動(dòng)模糊的普遍性，特別提出了圖像運(yùn)動(dòng)模糊不變量的概念，并對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的幾個(gè)圖像運(yùn)動(dòng)模糊不變量進(jìn)行了比較，指出各自的適用場合。 5．分析改進(jìn)了SIFT不變量的實(shí)現(xiàn)過程，減少了SIFT的計(jì)算時(shí)間；提出了基于SIFT的雙向匹配算法，提高了圖像匹配結(jié)果的正確率。 6．通過實(shí)驗(yàn)分析了圖像退化對(duì)機(jī)器人視覺中的立體匹配和目標(biāo)跟蹤的影響，并應(yīng)用圖像退化不變量理論來處理；實(shí)驗(yàn)顯示了論文提出的退化不變量的有效性和工程價(jià)值