變形表面主動(dòng)輪廓建模理論與方法.pdf

1、變形表面是指表面形狀形貌會隨著時(shí)間發(fā)生變化的表面,它可以是由于外力作用產(chǎn)生的彈性或塑性變形表面,也可以是由于內(nèi)力的作用產(chǎn)生的擴(kuò)張或收縮變形表面,還可以是由于切割或磨削產(chǎn)生的漸變變形表面,它們表現(xiàn)出一些共同的特征:表面輪廓構(gòu)造的不規(guī)則性,幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的自由性,輪廓?jiǎng)討B(tài)變化的隨機(jī)性,傳統(tǒng)方法很難實(shí)現(xiàn)對這類變形表面模型的構(gòu)建。主動(dòng)輪廓模型是從計(jì)算機(jī)視覺理論中發(fā)展起來的一種新型建模理論,可以把圖形圖像中所蘊(yùn)含的低層視覺屬性和高層理解機(jī)制所獲得的

2、先驗(yàn)信息融合,把它應(yīng)用于變形表面的研究具有重要的意義。針對主動(dòng)輪廓模型應(yīng)用于變形表面時(shí)產(chǎn)生的問題和存在的欠缺,本文從理論和方法上進(jìn)行了深入的研究,具體貢獻(xiàn)包括以下幾個(gè)方面。
　　 對變形表面輪廓周圍矢量場的分布狀況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),深度凹陷區(qū)和瓶頸輪廓區(qū)的矢量是相互平行、方向相同或相對的,在這一區(qū)域無法提供引導(dǎo)主動(dòng)輪廓模型向目標(biāo)輪廓進(jìn)行演化的外部力。針對這一問題,提出自適應(yīng)梯度矢量流模型,引入的自適應(yīng)正則化調(diào)節(jié)因子可增強(qiáng)目標(biāo)輪廓邊緣

3、處梯度場的強(qiáng)度,弱化利用擴(kuò)散方程對邊緣梯度場進(jìn)行擴(kuò)散時(shí)產(chǎn)生的平滑效應(yīng):附加的自適應(yīng)外部力對靜態(tài)的梯度場方向信息加以考慮的同時(shí),動(dòng)態(tài)演化曲線的幾何信息也納入其中,由此所得到的自適應(yīng)梯度場能對變形輪廓曲線產(chǎn)生正確的引導(dǎo),確保其收斂到深度凹陷區(qū)域或瓶頸輪廓區(qū)域的目標(biāo)輪廓邊緣上。
　　 初始位置敏感和收斂效率低下是困擾主動(dòng)輪廓模型發(fā)展的主要問題之一,為此建立了B-樣條共軛梯度主動(dòng)輪廓模型。通過Z-變換得到B-樣條曲線的轉(zhuǎn)換系數(shù),使得經(jīng)典

4、B-樣條曲線的控制點(diǎn)與演化曲線上的結(jié)點(diǎn)相重疊,這樣就帶來兩方面的好處:一方面初始輪廓的放置可以盡可能地接近目標(biāo)輪廓,另一方面,參與演化曲線點(diǎn)可直接取為三次B-樣條的控制點(diǎn)。同時(shí)由梯度矢量構(gòu)建的共軛梯度矢量能滿足共軛性的要求,需要的額外數(shù)值計(jì)算量少,提高了目標(biāo)輪廓點(diǎn)搜索效率。
　　 為了對變形表面輪廓所蘊(yùn)含的幾何成份加以分析,研究了可控誤差表面離散小波方法。通過在L2(R)空間中的多分辨率分析,得到不同層次上允差范圍內(nèi)變形表面的小

5、波分解,使得輪廓曲線的整體形狀和曲線上波紋度變化有效分離,為后續(xù)的特征參數(shù)提取做好準(zhǔn)備；為了消除目標(biāo)輪廓附近其它的圖像信息對變形曲線的影響,構(gòu)建用于邊緣檢測的多尺度小波,通過小波變換場取代梯度矢量場,實(shí)現(xiàn)有噪和模糊邊緣狀態(tài)下主動(dòng)輪廓曲線的演化。
　　 表面變形可能發(fā)生在一個(gè)區(qū)域,也可能在多個(gè)區(qū)域同時(shí)出現(xiàn),給出的多目標(biāo)輪廓水平集提取模型,可以有效地描述多區(qū)域輪廓的動(dòng)態(tài)變化。該模型中的區(qū)域項(xiàng)通過區(qū)域內(nèi)的統(tǒng)計(jì)信息區(qū)分出多個(gè)目標(biāo)輪廓,梯