计算机视觉中引入结构信息的点匹配算法研究

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本文旨在研究计算机视觉中基于结构信息的点匹配算法。在计算机视觉中,图像是最主要的信息形式。为了更好地处理图像,往往需要从图像中抽取特征点,并匹配不同图像中的特征点。点匹配算法广泛应用于多种计算机视觉任务中,是计算机视觉领域重要的基础问题。  在仅知道点阵中的点的坐标的情况下,提高点匹配精度的最佳方式就是利用点阵的结构信息。然而,通过何种方式刻画点阵的结构信息尚不明确,同时,在获得了结构信息之后,如何利用这种信息来指导匹配过程尚不明确。针对这两个问题,本文从多个角度出发,提出了有效地刻画和利用点阵结构信息的方法,提升了匹配算法的性能。具体来说,包括以下三个方面:  1.我们设计了一种基于点的分布的新的局部特征,通过局部特征刻画点阵的结构信息。相比于之前的工作,我们设计的局部特征对点阵由于形变、噪声等所产生的变化更加鲁棒,更好地刻画了点阵的空间结构关系。  2.我们设计了一种基于测地距离的点阵结构刻画方式,通过计算点之间的测地距离构建图模型。相比于之前的工作,该图模型对点阵的非刚性形变更加鲁棒。在此基础上,我们又提出了一种基于测地距离的二元特征。该特征对非刚性形变鲁棒,适用于非刚性点阵的匹配问题。  3.我们设计了两种利用结构信息进一步提高点匹配精度的方法。在第一种方法中,我们设计了一套从初始匹配中找出可靠匹配的方法,并利用可靠匹配指导其余点重新匹配,以提高匹配精度。在第二种方法中,在正确匹配比错误匹配多的假设下,我们直接利用不同匹配之间的相似性,排除错误匹配,同时尽可能保留正确匹配。以提高匹配精度,同时使得最终匹配有较高的回想率。  第一个方面的工作从点的角度来描述点阵结构信息。第二个方面的工作从连接点的边的角度来描述点阵结构信息。第三个方面的工作从匹配算法的框架角度,提出了利用结构信息改进匹配结果的方法。这三方面的工作分别对应利用点阵中的点的信息、边的信息、以及匹配算法的框架设计。三方面的工作紧密结合,互为补充,形成了一整套利用点阵结构信息处理匹配问题的创新性成果。
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