计算视觉一些常用中英对照和常用技术1

计算视觉常用中英对照:
    boundary following   边界跟踪
    B-spline  B样条
    corners  角点
    derivation  偏差
    fitting  拟合
    lableling of components  成分标记
   correspondence   对应(立体成像中,同一点在不同角度图像成像中对应)
   epipolar  外极(立体成像中) 

计算视觉常用技术和相关技术:
                       1.图形的相似变换:由一个图形到另一个图形,在改变的过程中保持形状不变(大小可变),这样的图形改变叫做图形的相似变换(similarty transformation)。图形相似变换的性质:图形的相似变换不改变图形中每一个角的大小;图形中的每条线段都扩大(或缩小)相同的倍数。相似变换:设M是方阵, P是一个同阶可逆矩阵(即行列式不为零,也称非奇异矩阵), N=P^(-1)MP 称为M的相似变换。 相似变换面积:相似变换的实质就是图形形状不变,图形上的任意两点之间的距离都放大或缩小相同的倍数,因此,经相似变换的像与原图对应的线段和周长比等于相比,经相似变换的像与原图的面积等于相似比的平方。

                        2 .SIFT特征是图像的局部特征,其对旋转、尺度缩放、亮度变化保持不变性,对视角变化、仿射变换、噪声也保持一定程度的稳定性。Sift特征匹配算法可以处理两幅图像之间发生平移、旋转、仿射变换情况下的匹配问题,具有很强的匹配能力。
    SURF算法是SIFT算法的加速版,opencv的SURF算法在适中的条件下完成两幅图像中物体的匹配基本实现了实时处理,其快速的基础实际上只有一个——积分图像haar求导,对于它们其他方面的不同可以参考本blog的另外一篇关于SIFT的文章。不论科研还是应用上都希望可以和人类的视觉一样通过程序自 动找出两幅图像里面相同的景物,并且建立它们之间的对应,前几年才被提出的SIFT(尺度不变特征)算法提供了一种解决方法,通过这个算法可以使得满足一 定条件下两幅图像中相同景物的某些点(后面提到的关键点)可以匹配起来,为什么不是每一点都匹配呢?下面的论述将会提到。  SIFT算法实现物体识别主要有三大工序,1、提取关键点;2、对关键点附加详细的信息(局部特征)也就是所谓的描述器;3、通过两方特征点(附带上特征向量的关键点)的两两比较找出相互匹配的若干对特征点,也就建立了景物间的对应关系。 日常的应用中,多数情况是给出一幅包含物体的参考图像,然后在另外一幅同样含有该物体的图像中实现它们的匹配。两幅图像中的物体一般只是旋转和缩放的关 系,加上图像的亮度及对比度的不同,这些就是最常见的情形。基于这些条件下要实现物体之间的匹配,SIFT算法的先驱及其发明者想到只要找到多于三对物体 间的匹配点就可以通过射影几何的理论建立它们的一一对应。首先在形状上物体既有旋转又有缩小放大的变化,如何找到这样的对应点呢?于是他们的想法是首先找 到图像中的一些“稳定点”,这些点是一些十分突出的点不会因光照条件的改变而消失,比如角点、边缘点、暗区域的亮点以及亮区域的暗点,既然两幅图像中有相 同的景物,那么使用某种方法分别提取各自的稳定点,这些点之间会有相互对应的匹配点,正是基于这样合理的假设,SIFT算法的基础是稳定点。SIFT算法 找稳定点的方法是找灰度图的局部最值,由于数字图像是离散的,想求导和求最值这些操作都是使用滤波器,而滤波器是有尺寸大小的,使用同一尺寸的滤波器对两 幅包含有不同尺寸的同一物体的图像求局部最值将有可能出现一方求得最值而另一方却没有的情况,但是容易知道假如物体的尺寸都一致的话它们的局部最值将会相 同。SIFT的精妙之处在于采用图像金字塔的方法解决这一问题,我们可以把两幅图像想象成是连续的,分别以它们作为底面作四棱锥,就像金字塔,那么每一个 截面与原图像相似,那么两个金字塔中必然会有包含大小一致的物体的无穷个截面,但应用只能是离散的,所以我们只能构造有限层,层数越多当然越好,但处理时 间会相应增加,层数太少不行,因为向下采样的截面中可能找不到尺寸大小一致的两个物体的图像。有了图像金字塔就可以对每一层求出局部最值,但是这样的稳定 点数目将会十分可观,所以需要使用某种方法抑制去除一部分点,但又使得同一尺度下的稳定点得以保存。有了稳定点之后如何去让程序明白它们之间是物体的同一 位置?研究者想到以该点为中心挖出一小块区域,然后找出区域内的某些特征,让这些特征附件在稳定点上,SIFT的又一个精妙之处在于稳定点附加上特征向量 之后就像一个根系发达的树根一样牢牢的抓住它的“土地”,使之成为更稳固的特征点,但是问题又来了,遇到旋转的情况怎么办?发明者的解决方法是找一个“主 方向”然后以它看齐,就可以知道两个物体的旋转夹角了。下面就讨论一下SIFT算法的缺陷。
       SIFT/SURT采用henssian矩阵获取图像局部最值还是十分稳定的,但是在求主方向阶段太过于依赖局部区域像素的梯度方向,有可能使得找到的主 方向不准确,后面的特征向量提取以及匹配都严重依赖于主方向,即使不大偏差角度也可以造成后面特征匹配的放大误差,从而匹配不成功;另外图像金字塔的层取 得不足够紧密也会使得尺度有误差,后面的特征向量提取同样依赖相应的尺度,发明者在这个问题上的折中解决方法是取适量的层然后进行插值。SIFT是一种只 利用到灰度性质的算法,忽略了色彩信息,后面又出现了几种据说比SIFT更稳定的描述器其中一些利用到了色彩信息,让我们拭目以待。
        最后要提一下,我们知道同样的景物在不同的照片中可能出现不同的形状、大小、角度、亮度,甚至扭曲;计算机视觉的知识表明通过光学镜头获取的图像,对于平面形状的两个物体它们之间可以建立射影对应,对于像人脸这种曲面物体在不同角度距离不同相机参数下获取的两幅图像,它们之间不是一个线性对应关系,就是说我们即使获得两张图像中的脸上若干匹配好的点对,还是无法从中推导出其他点的对应。

                                3.仿射变换:几何上,两个向量空间之间的一个仿射变换或者仿射映射(来自拉丁语,affinis,“和...相关”)由一个线性变换接上一个平移组成。 在有限维的情况,每个仿射变换可以由一个矩阵A和一个向量b给出,它可以写作A和一个附加的列b。一个仿射变换对应于一个矩阵和一个向量的乘法,而仿射变换的复合对应于普通的矩阵乘法,只要加入一个额外的行到矩阵的底下,这一行全部是0除了最右边是一个1,而列向量的底下要加上一个1。

                                4.霍夫变换(Hough Transform) 
 霍夫变换是图像处理中从图像中识别几何形状的基本方法之一,应用很广泛,也有很多改
进算法。最基本的霍夫变换是从黑白图像中检测直线(线段)。我们先看这样一个问题:设已知一黑白图像上画了一条直线,要求出这条直线所在的位置。我们知道,直线的方程可以用y=k*x+b 来表示,其中k和b是参数,分别是斜率和截距。过某一点(x0,y0)的所有直线的参数都会满足方程y0=kx0+b。即点(x0,y0)确定了一族直线。方程y0=kx0+b在参数k--b平面上是一条直线,(你也可以是方程b=-x0*k+y0对应的直线)。这样,图像x--y平面上的一个前景像素点就对应到参数平面上的一条直线。我们举个例子说明解决前面那个问题的原理。设图像上的直线是y=x, 我们先取上面的三个点:A(0,0), B(1,1), C(22)。可以求出,过A点的直线的参数要满足方程b=0, 过B点的直线的参数要满足方程1=k+b, 过C点的直线的参数要满足方程
2=2k+b, 这三个方程就对应着参数平面上的三条直线,而这三条直线会相交于一点(k=1,b=0)。 同理,原图像上直线y=x上的其它点(如(3,3),(4,4)等) 对应参数平面上的直线也会通过点(k=1,b=0)。这个性质就为我们解决问题提供了方法:首先,我们初始化一块缓冲区,对应于参数平面,将其所有数据置为0.对于图像上每一前景点,求出参数平面对应的直线,把这直线上的所有点的值都加1。最后,找到参数平面上最大点的位置,这个位置就是原图像上直线的参数。
          上面就是霍夫变换的基本思想。就是把图像平面上的点对应到参数平面上的线,最后通过统计特性来解决问题。假如图像平面上有两条直线,那么最终在参数平面上就会看到两个峰值点,依此类推。在实际应用中,y=k*x+b形式的直线方程没有办法表示x=c形式的直线(这时候,直线的斜率为无穷大)。所以实际应用中,是采用参数方程p=x*cos(theta)+y*sin(theta)。这样,图像平面上的一个点就对应到参数p---theta平面上的一条曲线上。其它的还是一样。在看下面一个问题:我们要从一副图像中检测出半径以知的圆形来。这个问题比前一个还要直观。我们可以取和图像平面一样的参数平面,以图像上每一个前景点为圆心,以已知的半径在参数平面上画圆,并把结果进行累加。最后找出参数平面上的峰值点,这个位置就对应了图像上的圆心。在这个问题里,图像平面上的每一点对应到参数平面上的一个圆。把上面的问题改一下,假如我们不知道半径的值,而要找出图像上的圆来。这样,一个办法是把参数平面扩大称为三维空间。就是说,参数空间变为x--y--R三维,对应圆的圆心和半径。
图像平面上的每一点就对应于参数空间中每个半径下的一个圆,这实际上是一个圆锥。最后当然还是找参数空间中的峰值点。不过,这个方法显然需要大量的内存,运行速度也会是很大问题。有什么更好的方法么?我们前面假定的图像都是黑白图像(2值图像),实际上这些2值图像多是彩色或灰度图像通过边缘提取来的。我们前面提到过,图像边缘除了位置信息,还有方向信息也很重要,这里就用上了。根据圆的性质,圆的半径一定在垂直于圆的切线的直线上,也就是说,在圆上任意一点的法线上。这样,解决上面的问题,我们仍采用2维的参数空间,对于图像上的每
一前景点,加上它的方向信息,都可以确定出一条直线,圆的圆心就在这条直线上。这样一来,问题就会简单了许多。接下来还有许多类似的问题,如检测出椭圆,正方形,长方形,圆弧等等。这些方法大都类似,关键就是需要熟悉这些几何形状的数学性质。霍夫变换的应用是很广泛的,比如我们要做一个支票识别的任务,假设支票上肯定有一个红颜色的方形印章,我们可以通过霍夫变换来对这个印章进行快速定位,在配合其它手段进行其它处理。霍夫变换由于不受图像旋转的影响,所以很容易的可以用来进行定位。霍夫变换有许多改进方法,一个比较重要的概念是广义霍夫变换,它是针对所有曲线的,用处也很大。就是针对直线的霍夫变换也有很多改进算法,比如前面的方法我们没有考虑图像上的
这一直线上的点是否连续的问题,这些都要随着应用的不同而有优化的方法。

                        5.消失点:两条平行的铁轨活两排树木连线交与很远很远的某一点,这点在透视图中叫做消失点。 凡是平行的直线都消失于无穷远处的同一个点,消失于视平线上的点的直线都是水平直线。

                        6.GMSAC——一种鲁棒的基于高斯混合模型的基础矩阵估计算法
【摘要】:基础矩阵的鲁棒性估计是计算机视觉领域的一个基本问题。为了提高基础矩阵的估计精度,首先指出了现有的鲁棒性算法——RANSAC和MLESAC理论上的缺陷和实际应用中的问题;然后通过详细分析局外点复杂的成因,同时运用混合高斯分布代替均匀分布分别对不同成因的局外点进行了有针对性的建模,并提出了一种鲁棒性更强的算法——GMSAC。实验结果表明,相比于MLESAC算法,GMSAC算法提供了更高的模型似然度和计算精度。

                       7.AAM的思想最早可以追溯到1987年kass等人提出的snake方法,主要用于边界检定与图像分割。该方法用一条由n个控制点组成的连续闭合曲线作为snake模型,再用一个能量函数作为匹配度的评价函数,首先将模型设定在目标对象预估位置的周围,再通过不断迭代使能量函数最小化,当内外能量达到平衡时即得到目标对象的边界与特征。 1989年yuille等人此提出使用参数化的可变形模板来代替snake模型,可变形模板概念的提出为aam的产生奠定了理论基础。 1995年cootes等人提出的asm算法是aam的直接前身,asm采用参数化的采样形状来构成对象形状模型,并利用pca方法建立描述形状的控制点的运动模型,最后利用一组参数租来控制形状控制点的位置变化从而逼近当前对象的形状,该方法只单纯利用对象的形状,因此准确率不高. 1998年,cootes等人在asm算法的基础上首先提出aam,与asm的不同之处是他不仅利用了对象的形状信息而且利用了对象的纹理信息。

                       8.奇异值分解是线性代数中一种重要的矩阵分解,在信号处理、统计学等领域有重要应用。奇异值分解在某些方面与对称矩阵或Hermite矩阵基于特征向量的对角化类似。然而这两种矩阵分解尽管有其相关性,但还是有明显的不同。对称阵特征向量分解的基础是谱分析,而奇异值分解则是谱分析理论在任意矩阵上的推广。说明:1、奇异值分解非常有用,对于矩阵A(m*n),存在U(m*m),V(n*n),S(m*n),满足A = U*S*V’。U和V中分别是A的奇异向量,而S是A的奇异值。AA'的正交单位特征向量组成U,特征值组成S'S,A'A的正交单位特征向量组成V,特征值(与AA'相同)组成SS'。因此,奇异值分解和特征值问题紧密联系。2、奇异值分解提供了一些关于A的信息,例如非零奇异值的数目(S的阶数)和A的秩相同,一旦秩r确定,那么U的前r列构成了A的列向量空间的正交基。
          关于奇异值分解中当考虑的对象是实矩阵时: S对角元的平方恰为A'A特征值的说明. (对复矩阵类似可得)从上面我们知道矩阵的奇异值分解为: A=USV, 其中U,V是正交阵(所谓B为正交阵是指B'=B-1, 即B'B=I), S为对角阵.A'A=V'S'U'USV=V'S'SV=V-1S2V上式中, 一方面因为S是对角阵, S'S=S2, 且S2对角元就是S的对角元的平方. 另一方面注意到A'A是相似与S2的, 因此与S2有相同特征值.综上即得命题.。

                        9.最小二乘法
  测量工作和科学实验中常用的一种数据处理方法,由A.-M.勒让德和C.F.高斯于19世纪初分别独立提出。例如,根据实验观测得到的自变量x和因变量y之间的一组对应关系(x1,y1),(x2,y2),…,(xm,ym),找出一个给定类型的函数y=?(x)(如线性函数y=αx+b)或二次函数y=αx2+b)x+с等),使它在观测点x1,x2,…,xm处所取的值?(x1),?(x2),…,?(xm)与观测值y1,y2,…,ym在某种尺度下最接近。常用的一种尺度和处理方法是:确定函数?(x)中的参数(如前述例子中的参数α和b)或α、b)和с),使在各点处偏差的平方和 达到最小。如果?(x)是所有待定参数的线性函数(譬如?(x)是多项式或其他已知函数的线性组合),相应的问题称为线性最小二乘问题。工程技术和科学实验中有大量利用最小二乘法建立的经验公式。
        从几何意义上讲,上述问题等价于确定一平面曲线(类型先给定),使它和实验数据点“最接近”,故又称为曲线拟合问题。它和插值法不同,并不要求曲线严格通过已知点。由于实验数据常带有观测误差和其他随机因素,所以与实验数据保持一致的插值法往往反倒不如最小二乘法得到的曲线更符合客观实际。

 

posted on 2009-09-28 23:51 vincentsim 阅读(417) 评论(0)  编辑 收藏 引用

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