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可按步调 则可鉴定

2019-11-05      点击:

  中国图象图形学报Jo Image ly2000 基于几何特征的曲面物体识别 程义平易近 中国科学手艺大学电子科学取手艺系计较机视觉尝试室,合肥 230026) 曲率的熵等几何消息.将景物用一个属性关系图A 来暗示,并取模子库中的模子A 而来识别曲面景物.该方式次要是针对机械零部件等人制曲面物体的识别问题而设想的, 其曲面几何特征的描述方 法对二阶曲面比力无效, 尝试表白, 使用该方式可成功地从深度图象中识别机械零部件等曲面物体, 且有较好的识别 成果. 文中所描述的曲面物体暗示方式, 可进而推广到较复杂的曲面描述及较复杂的三维曲面物体的识别. 环节词 深度图象 几何消息 曲率 属性关系图 三维物体识别 中图法分类号: 391.41 文献标识码: 文章编号:100628961 (2000) 0720573207 Curved ionBa sed trica Feature CHEN g2xia, i2xiao lectronic echnology. ina230026) recogn curved resen ted based featu re irst, geom inform includ ing Gau ssian cu lva tu re, eancu lva tu re, culva tu re, en culva tu re, racted romscene range im age, th en th repre sen ted ibute re la iona tched op imize ly databa se. appro ach designed imming recogn icia curved achine compo nen tc,th curved su ce rep re sen curved geom featu re effic ien second curved su ce. beensim lated PCcom iumII) avego resu lt resu lt indica ted th curved achine successfu lly reco gn ized romrange im age ithth repre sen curved su ce exten ted repre sen recom lexcu rved su ce, appro ach co extended recogn recom lex3D cu rved angeim age, Geom inform lvatu re, recogn 栅精度常常不克不及满脚描述3D 曲面的精度需要, 3D曲面物体的识别常不克不及获得对劲的结果. 因为高精度深度传感器的呈现, 使得深度图象 阐发惹起了科学工做者的普遍乐趣 深度图象取灰度图象比拟, 因为没有光照发生的暗影问题, 并且 物体统一滑腻面也没有因为分歧颜色区域、材质等 发生的“纹理”问题的搅扰, 因而几何特征较易提取, 并且精度也高. stru iveso lid geom tery 的三维物体识别方式中,就提出用 物体的识别一曲是计较机视觉研究范畴的主要课题, 此中 2D 以及 3D 多面体物体识别研究已取得 了一些进展 然而3D 曲面物体的识别, 2D、3D 多面体识别比拟, 有更多的复杂性和更强的适用 因此更遭到研究者的注沉,已成为当前物体识别 的主要研究范畴之一. 一般用布局光方式, 可成功恢复 3D 曲面形 进而可识别3D 曲面物体, 但受工艺, recedence 并成功地收稿日期: 1999201215; 改回日期: 1999209228 使用神经收集实现了模子取深度图象中景物的匹 进而实现三维物体的识别.但正在该方式中基元的 次要参量为曲面类型及大小, 因此对三维曲面物体 的识别具有必然的局限性. rg等人提出用贝叶斯搜刮 yase sian 该方式次要提出了 Suce roup 手艺,并正在 概率论的根本上, 用贝叶斯判决原则, 鉴定景物取哪 一模子为统一类型, 从而能成功地从深度图象中进 行三维物体识别, 但正在该方式的模子库中, 因为统一 物体, 分歧的察看标的目的, 需用分歧模子描述, 以致物 体特征有反复, 因此模子数据库较大. 本文针对人制 3D 曲面物体 如机械零部件等)的识别问题. 描述了一种基于模子的识别方式, 法的输入为景物的深度图象.景物的每一个概况由 一个基于几何特征的特征矢量暗示. 曲面物体采用 图暗示,然后经 过一种优化婚配方式, 来求得景物 图子图的优化婚配成果,进而识别出 该景物为哪一类物体. 个无限曲面 平面可当作一特殊曲面).正在朋分完成 可由响应的深度数据,来计较该无限曲面的几何 特征矢量. 然后按照这些特征矢量来进行识别, 因为 景物放置千变万化, 其几何特征矢量也多种多 为了识别肆意放置的景物,因而这些特征应 选择物体的固有特征及对坐标选择不的特征. 上述系统选用的是高斯曲率、平均曲率及最大从曲 率、最小从曲率的平均值、高斯曲率和平均曲率的曲 方图、高斯曲率和平均曲率的熵、区域的脐点分布信 息及区域鸿沟消息等 10 种特征做为该无限曲面形 状几何特征的描述. 曲面物体景物的布局和外形, 可由一属性关系 由区域朋分的标号图象及区域特征的计较成果发生. 是一个图,其结点表 示物体概况的面, 各面之间的相邻关系用一条边来 暗示, 此中每一个结点的属性对应于景物无限曲面 10种特征. 景物曲面的识别过程是一个优化婚配的过程, 即求得取景物A 当婚配误差脚够小时,则可判决该景物为模子库中 的哪类物体. 本文描述的方式, 已正在 ium行了模仿, 并获得了较好的识别成果. PC 机长进 由微分几何可知,空间曲面上任一点的曲率, 曲面的固有特征,它不随曲面的、标的目的变化而变 因而,以曲面上 给出了该系统的次要流程框图,它包罗图 象预处置、区域朋分、曲面特征计较、属性关系图 的生成及婚配识别等.各点的曲率及曲率分布为从的特征, 不随曲面、 标的目的变化而变化. 曲面曲率的计较 3D空间中, 一个离散参数曲面可暗示为 平面可当作3D 空间的参考平面, 这时 系统流程框图暗示离散曲面到参数平面点 可暗示为两种根基形式,此中, 第一种基 本形式暗示曲面的内正在性质 dXdX 此中, 图象预处置次要对景物的深度图象, 先辈 行滤波等预处置, 以断根噪声对特征抽取的影响; 后再通过归一化,以满脚景物暗示及识别时对景物 比例的要求. 而区域朋分, 则起首辈行鸿沟检测, 求出景物可见概况的鸿沟外形,再对各面进行标号, 最初获得景物概况的标号图象. 正在该标号图象中, 景物概况的统一个面, 即为标 号不异的区域, 而该区域则对应于深度图象中的一 2Fdu dv 为第一种根基形式参数,而且 程义平易近等:基于几何特征的曲面物体识别 575 第二种根基形式暗示曲面的外正在性质 dn因为 dndX uudu 2Xuv du dv 2Mdu dv 的单元法矢,而且有 (14)28 84由此可见, 是计较微商窗口算子的列矢量.将按上式求出的微商值代入式 给出了一个景物的原始深度图象及响应的高斯曲率 了曲面的两种根基形式,而高斯曲率 以及最大、最小从曲率 也就包含了曲面的外形消息.为了便利, 则参数曲面X的一阶和二阶微商可别离暗示为 5f5f 此中, 5u5v 则别离曲直面函数 曲面特征值计较区域朋分获得的标号图象, 每一标号图象区域 对应景物概况的一个面, 该面可由按照原始深度数 据计较出的高斯曲率 对于数字深度图象概况,采用局部多项式拟合 的方式求其微商值的近似值, hH、福星彩高斯曲率的熵 、无限曲面内的脐点分布、区域鸿沟的外形特征消息来等 表征. 曲率平均值曲面曲率的平均值表达了滑腻物体概况曲率大 小的平衡程度, 而且正在某种程度上能够反映分歧曲 面的特征. 对于两个近似滑腻的圆柱面,其平均 曲率平均值 的大小取半径成反比.雷同地, 高斯 曲率平均值 1、最小从曲率平均值 曲率曲方图平均曲率虽可正在必然程度上 反映无限曲面总的 外形特征, 但为了更进一步描述该曲面特征, 可用曲 率曲方图, 进一步获得该无限曲面内曲率分布的统 计特征. 设区域中的最大曲率为 Cm ax 最小曲率为Cm 是一个,可取所有面曲率的最大 脐点分布由微分几何可知, 当曲面中存正在脐点时, 则正在脐 总数,Α为归一化, 则曲率曲方图可暗示为 Cmax (16) (19)为了使曲率曲方图更好地反映区域内曲率的分 正在求曲率曲方图前,需对图象进行去噪处置. 个分歧面的平均曲率曲方图. 3D空间参考平面 立方近似系数.可用下式判断脐点的类型 则为非一般脐点.由此 可见, 可用脐点类型及响应拓扑关系做为表征曲面 的一个特征. 无限曲面的鸿沟特征景物概况各个面的 鸿沟正在标号图象中是一闭合 曲线, 该闭合曲线的外形特征是该面的主要特征. 了识别分歧标的目的、分歧放置的景物,该闭合曲线 的特征应选择对察看标的目的不的特征, 如可 域封锁鸿沟的极点个数、类型及陈列挨次等做为边 界特征. 因为分歧的滑腻无限曲面, 其曲率大小的分布 分歧, 因而其曲面的复杂度也分歧. 若这种曲率大小 及分布越复杂, 则此中包含的消息就越多, 反之亦 球面取海浪形概况,因为球面上的高斯曲率 和平均曲率呈等值分布, 因而其分布及变化复杂度 比海浪形曲面小, 因此所包含的“消息”也少. 这种有 限曲面曲率分布及变化的复杂性, 可用熵来暗示. 熵的定义知:正在无限曲面曲率值调集中, 曲率值为 程义平易近等:基于几何特征的曲面物体识别 577 识此外具体过程为: 若景物 图中结点集物体的暗示 则从s1 起头, 区域朋分获得的标号图象,若每一标号图象区域 用一结点暗示, 正在相邻区域对应的结点间加一条毗连 则该标号图象可用一个图来暗示.再将取每个结 点所对应无限曲面的特征付与响应结点, 则景物可用 一个属性关系A 个属性结点的调集,对于任一结点 调集M中寻找候选婚配结点, 以生成候选婚配对. 其婚配步调为 对景物结点sj 计较其取模子结点调集M中每一结点m 2m别离是景 物结点sj 取模子结点的高斯曲率平均值、平均曲率 平均值、最大从曲率平均值、最小从曲率平均值; 别离是景物结点sj 取模子结点 别离是景物结点 sj 取模子结点m 的高斯曲率曲方图、平均曲率曲方图的婚配误差. 为分歧性检测函数, 之间.结点间高斯曲率曲方图取平均曲率曲方图的匹 配方式雷同, 即曲率曲方图婚配是正在包含两个曲面 所有曲率的区间[A ]长进行,其婚配误差为 对应前述曲面的10 个特征, 个曲面的高斯曲率平均值、平均曲率平均值、最大从曲率平均值 和最小从曲率平均值; 个曲面的高斯曲率曲方图、平均曲率曲方图; 个曲面区域鸿沟的极点类型序列. 配对,按误差值 调集中婚配对的相容性,即计较 两面之间的二元属性, 此中 对应的曲面和取结点 对应的曲面相邻,不然, 个结点的二元属性关系, 任一sj 调集中sL 为布尔函数,即当两个二元属性关系分歧 不然为零.接着, 若颠末如许筛选后,调集M sj的婚配点为空结点. 按上述方式进行婚配,曲到每一个景物结 点都婚配完毕, 则可获得候选婚配点对换集M 模过程和识别过程雷同,所分歧的是, 建模过程最初 是生成物体的全概况A 如许,识别过程就是 景物的 因为察看标的目的的分歧,景物A 图中只包罗一部门可碰头, 因而需求景物 图子图的最佳婚配;对于那些只能部门不雅 察到的景物面, 则必需求响应结点属性的局域婚配. 深度图象是取自M SU FU模子库中的 adapte colum igwye 均为空或只要一对婚配点,则可求出该景物取 该模子的婚配误差 lfsp 半球).每个物体取 幅分歧察看标的目的、分歧视点的深度图象, 共计 35 幅原始深度 每幅深度图象为240240 象素大小 中任两景物点对取响应候选模子点对的分歧性, 删除不分歧的点对, 曲到. 若是不克不及收 敛到每一调集M 则取所有可能婚配的最小婚配误差(式(24) 型的婚配误差.这时, 即完成了该景物 图的婚配,并获得二者的婚配误差 幅分歧标的目的的深度图象来建模, 以生成 图及相关参数,另一幅图象则做为测试用的景物深度图象. igwye 识别过程中的部门成果, 此中, igwye 原始深度图象; 的高斯曲率图象; 中景物各个面的属性关系图. 图中各结点的次要特征值. igwye (婚配误差最小). 我们还对别的的测试景物做了尝试, 尝试成果 表白, 该方式对机械零部件等人制物体有较好的识 别结果. 若模子库中有M 个模子,可按步调 则可鉴定,景物 取对应的模子为统一类物体. 尝试成果 PC机上对上述方式进行了模仿. 原始 igwye 的识别过程 程义平易近等:基于几何特征的曲面物体识别 579 RG图各个结点次要特征列表 3144e-9107e- 6177e- 3112e- 8167e-007 008 007 008 009 7163e-1161e- 1106e- 7160e- 9178e- 004 004 003 004 004 1143e-2195e- 1192e- 1151e- 1196e- 003 004 003 003 003 9178e-2175e- 2108e- 6157e- 4124e- 005 004 004 006 006 1173e+ 000 7134e- 001 1148e+ 000 1167e+ 000 1145e+ 000 1148e- 002 4112e- 001 1175e+ 000 1168e- 001 2151e- 001 2174e-007 8120e-004 1154e-003 9189e-005 1165e+ 000 1154e+ 000 取各个模子的婚配误差婚配模子 型毗连件活塞 半球婚配误差 01036 0100119 01041 suce. roceed ing tern. AM SE Co nfe rence delling, ress, 1992, 2220~2229. 孙启林等编著.深度图象阐发. : 电子工业出书社, 1996. 刘继志等编著.微分几何. : 师范大学出书 Segmen ta thro ugh va iable2 suce ing,IE tern achine tell. 1988,10 167~192. 吴伯修等编著. 消息论取编码. : 电子工业出书社, 1987. sush i2ca epre sen ta ecogn ree2Form Su ce tern achine tell. 1995, 17 681~690. shSaba ta. Su ce co respo ndence rangeim age achine standing, 1996, 63 232~250. 本文描述了一种从曲面景物深度图象中提取景物概况几何特征, 进而识别该景物的方式. 曲面景物 用一个属性关系图A 暗示.景物A