一种空间非合作目标的稀疏点云配准算法

点云数据配准是三维重构的关键技术之一,为了提高空间非合作目标的稀疏扫描点云数据配准的速度和精度,提出一种改进的基于四点算法的全局配准算法进行初始配准,再使用迭代最近点算法精确配准.针对直接扫描所得到点云数据量大的问题,本文提出一种基于KD Tree点云均匀采样简化算法,并且对传统基于四点算法中的阈值参数进行了统一,确定了各误差阈值参数和点云密度之间的关系.仿真结果表明,该方法能够快速、有效地实现卫星稀疏点云的配准,改进的四点算法配准耗时仅为几何哈希算法的42.49%.     

遮挡条件下的鲁棒表情识别方法

提出了一种对面部遮挡具有鲁棒性的表情识别方法.首先,基于鲁棒主成分分析(RPCA,Robust Principal Component Analysis)对待识别人脸进行重构,并对重构人脸和待识别人脸的差值图像进行显著性检测得到面部遮挡区域;其次,将待识别人脸的遮挡区域由RPCA重构人脸的相应区域进行替换,并由权值更新的AdaBoost分类器对遮挡区域重构后的人脸进行表情识别.在BHU(Beihang University)人脸表情数据库和日本女性表情数据库上进行了各种遮挡情况下的表情识别实验,获得了比AdaBoost方法更好的识别结果,说明基于RPCA和AdaBoost的表情识别方法对多种面部遮挡具有较强的鲁棒性.     

空间非合作目标的多视角点云配准算法研究

为了提高相邻视角间稀疏扫描点云数据配准的速度和精度,实现多视角点云精确配准,提出一种基于KD Tree点云均匀采样简化算法,并且对传统四点算法（4 PointsCongruentSetsAlgorithm,4PCS）中的阈值参数进行了统一,确定了各误差阈值参数和点云密度之间的关系,通过基于姿态校正的方法有效解决了对称视角点云引起的误配准问题。仿真结果表明,该方法能够快速、有效地实现卫星稀疏点云的配准。     

一种高效的油液磨粒图像自适应分割方法

为了提高油液磨粒图像的分割效果,优化磨粒自动识别工作的重要环节,提出了一种结合分水岭算法及区域相似度合并的油液磨粒图像自适应分割方法。对于待分割图像,首先通过形态学重构和基于形态学的自适应H-minima技术对梯度图像进行修正,利用分水岭算法完成磨粒图像的一次分割;其次提取分水岭分割后同质区域的Lab颜色特征、局部二值模式（LBP）纹理特征作为区域的量化指标,基于Bhattacharyya系数分别计算区域间的颜色、纹理相似度,设计可以实现权重自适应调整的颜色、纹理特征融合规则,以此来获取同质区域的综合相似度矩阵,实现过分割区域的合并;最后基于统一的后处理算法完成磨粒图像的完整分割。选择60幅磨粒图像对所提方法的分割效果进行测试,结果表明,单幅图像的平均分割速度在12 s左右,分割正确率稳定在90%以上,所提方法避免了用户在分割过程中对图像的交互式处理,较好地平衡了分割效率和分割精度,自适应程度明显提高。      

基于ICP算法的手术导航三维配准技术

针对计算机辅助手术三维导航技术中术前CT图像与术中实际空间的配准问题,提出一种基于最近点迭代(ICP,Iterative Closest Point)算法的特征点云配准技术.利用医学图像空间和实际空间特征区域的两片点云坐标进行三维配准.对CT图像进行重建、分割及交互式操作得到医学图像特征点云;利用光学定位仪实时采集实际空间中对应区域的点云;通过主元分析(PCA,Principal Component Analysis)获取两组点云数据的特征向量进行初配准;进行最近点迭代使配准矩阵收敛到一个最优解,其中采用k-d tree寻找邻近点加速迭代过程.以塑料脊柱模型骨为对象进行了脊柱手术导航配准精度实验,进一步对实验中的点云数据加入高斯噪声以进行误差分析.结果表明这种配准方法简单可靠,在模型骨情况下配准精度在1mm以内.     

基于无监督学习的多模态可变形配准

针对医学图像配准问题，传统方法提出通过解决优化问题进行配准，但计算成本高、运行时间长。深度学习方法提出使用网络学习配准参数，从而进行配准并在单模态图像上取得高效性能。但在多模态图像配准时，不同模态图像的强度分布未知且复杂，大多已有方法严重依赖标签数据，现有方法不能完全解决此问题。提出一种基于无监督学习的深度多模态可变形图像配准框架。该框架由基于损失映射量的特征学习和基于最大后验概率的变形场学习组成，借助空间转换函数和可微分的互信息损失函数实现无监督训练。在MRI T1、MRI T2以及CT的3D多模态图像配准任务上，将所提方法与现有先进的多模态配准方法进行比较。此外，还在最新的COVID-19的CT数据上展示了所提方法的配准性能。大量结果表明:所提方法与其他方法相比，在配准精度上具有竞争优势，并且大大减少了计算时间。      

遥感图像的快速配准方法

针对多传感器遥感图像的配准,提出了一种快速有效的图像配准方法.该基于分级候选点集匹配的配准算法充分利用了分级匹配和候选点集匹配方法的优点,减少了特征提取空间和搜索空间.并在同名控制点对的确定中引入距离计算,能更有效地确定同名控制点对,减少了误匹配率,增加的距离计算时间代价很小,而且不随图像大小发生变换,只与最终匹配点对数目有关.采用主观与客观判断相结合的方法进行配准评价,实验结果表明,该算法在图像存在一定背景噪声,同时具有平移、旋转的情况下,可以准确地进行配准,提高了配准速度和精度.      

基于TEASER算法的空间非合作目标位姿估计

基于点云的空间非合作目标位姿估计,常受到噪声影响.提出截断最小二乘估计与半定松弛(truncated least squares estimation and semidefinite relaxation, TEASER)与迭代最近点(iterative closest point, ICP)的结合算法,提升空间非合作目标位姿估计精度与鲁棒性.该方法包括粗配准与精配准两个环节：在粗配准环节中,基于局部点云与模型点云的方向直方图特征(signature of histogram of orientation, SHOT)确定匹配对,利用TEASER算法求解初始位姿;在精配准环节中,可结合ICP算法优化位姿估计结果.北斗卫星仿真实验表明：在连续帧位姿估计中,噪声标准差为3倍点云分辨率时,基于TEASER的周期关键帧配准方法的平移误差小于3.33 cm,旋转误差小于2.18°;与传统ICP方法相比,平均平移误差与平均旋转误差均有所降低.这表明所提出的空间非合作目标位姿估计方法具有良好的精度和鲁棒性.     

自研激光雷达三维点云配准技术

为了实现激光雷达点云与图像重建点云的三维空间配准,基于自研三维扫描激光雷达系统,提出了新型的快速多尺度因子（FMSR）点云配准算法,研究了空间点云配准技术。该算法主要包括初始配准和精确配准2个步骤:初始配准使用基于尺度自适应关键点质量（ASKQ）的点云特征提取算法,提取关键点的特征匹配对,求解点云配准初始参数;精确配准利用K-邻近（KNN）算法全局搜索,提升计算效率,多次迭代得到2组点云之间的最优旋转矩阵、最优平移向量和最优尺度因子。仿真和实验结果表明,所提出的算法对空间目标（尺寸为20.30 m×7.85 m×26.56 m）实现空间点云配准,配准精度达到0.194 m,运行时间为16.207 s;与多尺度迭代最近点（S-ICP）算法相比,配准精度提高了0.131 m,运行时间提高了30%。所提出的空间点云配准技术可为场景重建和纹理匹配提供算法基础。      

飞机框肋类零件基础特征自动识别与提取算法

飞机框肋类零件是组成飞机骨架的重要零件,具有数量大、形状各异等特点,其生产制造所耗费的时间在飞机研制过程中占有较大比重。然而,通过现有CAD软件所提供的功能进行相关制造操作,无论是效率、质量等均已不能满足现代飞机设计和制造要求,围绕飞机框肋类零件研究和开发相关的自动化制造系统已迫在眉睫。基于框肋类零件边界表示模型对零件基础特征进行自动识别与提取,是实现后续相关工艺规划与加工的基础与前提。针对该问题,提出零件基础特征模型,并建立一种基于同侧面的特征识别算法,即:以零件STEP数据作为输入,选取两侧腹板面,应用属性邻接图（AAG）构建、有效邻面识别、关联面完整识别等方法,逐级识别各级关联面以构建两侧同侧面,通过同侧面单元匹配最终实现基础特征构造和特征邻接图构建。其中,针对零件三维模型中的碎面缺陷提出其定义与识别方法,以保证特征面识别的完整性。经由实例测试,验证所提算法的可行性与有效性。      

Development and testing of a statistical texture model for land cover classification of the Black Sea region with MODIS imagery

A statistical model is proposed for analysis of the texture of land cover types for global and regional land cover classification by using texture features extracted by multiresolution image analysis techniques. It consists of four novel indices representing second-order texture, which are calculated after wavelet decomposition of an image and after texture extraction by a new approach that makes use of a four-pixel texture unit. The model was applied to four satellite images of the Black Sea region, obtained by Terra/MODIS and Aqua/MODIS at different spatial resolution. In single texture classification experiments, we used 15 subimages (50 × 50 pixels) of the selected classes of land covers that are present in the satellite images studied. These subimages were subjected to one-level and two-level decompositions by using orthonormal spline and Gabor-like spline wavelets. The texture indices were calculated and used as feature vectors in the supervised classification system with neural networks. The testing of the model was based on the use of two kinds of widely accepted statistical texture quantities: five texture features determined by the co-occurrence matrix (angular second moment, contrast, correlation, inverse difference moment, entropy), and four statistical texture features determined after the wavelet transformation (mean, standard deviation, energy, entropy). The supervised neural network classification was performed and the discrimination ability of the proposed texture indices was found comparable with that for the sets of five GLCM texture features and four wavelet-based texture features. The results obtained from the neural network classifier showed that the proposed texture model yielded an accuracy of 92.86% on average after orthonormal wavelet decomposition and 100% after Gabor-like wavelet decomposition for texture classification of the examined land cover types on satellite images.     

基于三元组网络的单图三维模型检索

随着媒体数据的多样化发展，联合图像与三维模型的跨域检索成为三维模型检索问题的一个新挑战。针对图像与三维模型差异大、难匹配问题，提出了一种基于三元组网络的跨域数据检索方法。以端到端的方式构建真实图像与三维模型的特征联合嵌入空间，通过特征间的距离度量不同模态数据之间的相似性，实现从单张图像检索相似的三维模型。为了提高跨域检索准确度，将三维模型用一组顺序视图表示，结合门控循环单元（GRU）聚合视图级特征，同时引入注意力机制提取图像特征，缩小真实图像与投影视图间的语义差异。实验结果表明:相比于同类方法，所提方法在两个跨域数据集上的检索平均准确率至少提升2.98%~3.05%。      

Crater detection via genetic search methods to reduce image features

Recent approaches to crater detection have been inspired by face detection’s use of gray-scale texture features. Using gray-scale texture features for supervised machine learning crater detection algorithms provides better classification of craters in planetary images than previous methods. When using Haar features it is typical to generate thousands of numerical values from each candidate crater image. This magnitude of image features to extract and consider can spell disaster when the application is an entire planetary surface. One solution is to reduce the number of features extracted and considered in order to increase accuracy as well as speed. Feature subset selection provides the operational classifiers with a concise and denoised set of features by reducing irrelevant and redundant features. Feature subset selection is known to be NP-hard. To provide an efficient suboptimal solution, four genetic algorithms are proposed to use greedy selection, weighted random selection, and simulated annealing to distinguish discriminate features from indiscriminate features. Inspired by analysis regarding the relationship between subset size and accuracy, a squeezing algorithm is presented to shrink the genetic algorithm’s chromosome cardinality during the genetic iterations. A significant increase in the classification performance of a Bayesian classifier in crater detection using image texture features is observed.     

基于航空环境的面齿轮磨珩复合磨削加工方法

面齿轮传动由于其独特的传动优点,成为航空传动的主要研究方向。根据面齿轮传动原理,得到了面齿轮齿面方程。针对面齿轮的精密加工技术问题,提出了面齿轮磨珩复合磨削加工方法;基于面齿轮专用数控磨床,建立特殊磨削加工坐标系,根据砂轮磨削对面齿轮表面质量的影响规律、开槽技术及珩齿理论,研制了面齿轮专用斜槽磨削刀具和柔性珩齿刀具结构,进而得到磨珩复合磨削刀具;在此基础上进行了面齿轮磨珩复合磨削加工实验,并对样件进行表面粗糙度、残余应力及微观纹理检测,验证面齿轮磨珩复合磨削加工方法的可行性。      

Detection of sub-kilometer craters in high resolution planetary images using shape and texture features

Counting craters is a paramount tool of planetary analysis because it provides relative dating of planetary surfaces. Dating surfaces with high spatial resolution requires counting a very large number of small, sub-kilometer size craters. Exhaustive manual surveys of such craters over extensive regions are impractical, sparking interest in designing crater detection algorithms (CDAs). As a part of our effort to design a CDA, which is robust and practical for planetary research analysis, we propose a crater detection approach that utilizes both shape and texture features to identify efficiently sub-kilometer craters in high resolution panchromatic images. First, a mathematical morphology-based shape analysis is used to identify regions in an image that may contain craters; only those regions - crater candidates - are the subject of further processing. Second, image texture features in combination with the boosting ensemble supervised learning algorithm are used to accurately classify previously identified candidates into craters and non-craters. The design of the proposed CDA is described and its performance is evaluated using a high resolution image of Mars for which sub-kilometer craters have been manually identified. The overall detection rate of the proposed CDA is 81%, the branching factor is 0.14, and the overall quality factor is 72%. This performance is a significant improvement over the previous CDA based exclusively on the shape features. The combination of performance level and computational efficiency offered by this CDA makes it attractive for practical application.     

基于局部径向二值模式的三维人脸识别

针对人脸识别中局部特征的提取,提出了局部径向二值模式(LRBP,Local Radial Binary Pattern),并将其用于三维人脸识别.首先,对经过预处理的人脸深度图像进行区域划分;然后用局部径向二值模式提取子区域的特征序列,并将其链接在一起构成三维人脸的特征向量;最后,利用Fisherface方法对三维人脸特征向量进行训练和识别.在中国科学院自动化研究所三维人脸数据库中选取样本,利用LRBP对其进行识别,结果表明该方法在基本不损失识别率的前提下,可以有效提高识别的效率.      

昆虫翅膀图像特征的亚像素级提取方法

昆虫翅脉、翅脉交点及翅膀边缘是昆虫翅膀运动变形三维重构的主要依据.通过分析这三种特征的图像特点,对于翅脉中心,采用Hessian矩阵求出灰度极值点方向,并用二次曲线拟合该方向的灰度变化,通过确定该曲线极值点位置来提取亚象素翅脉中心;然后通过求灰度图像的梯度,在其梯度变化方向求极值点的方法提取翅膀边缘特征;此外根据翅脉方向变化的连续性提出了邻域角度约束方法确定翅脉交叉点,从而最终提取到亚像素级的翅膀边缘、翅脉及交叉点等特征.实际应用证明该方法是较为有效的.     

压缩感知在电容层析成像中的应用

压缩感知(CS)理论是在充分利用信号稀疏性或可压缩性的情况下,对信号进行少量采样即可实现信号的精确重建。本文尝试将CS理论应用于电容层析成像(ECT)图像重建中,首先,使用快速傅里叶变换(FFT)基将原始图像灰度信号进行稀疏化处理;其次,将ECT灵敏度矩阵的各行按随机顺序进行排列,得到ECT系统随机观测矩阵;最后,选取当前普遍使用的基于内点法、梯度投影(GPSR)算法以及贪婪算法的CS图像重建算法进行ECT图像重建,并与线性反投影及Landweber迭代算法进行了对比。仿真实验结果表明:基于CS图像理论的ECT图像重建算法,其重建精度有所提高。本文同时分析了3种CS图像重建算法的优缺点及适用范围。