保持圖像骨架連續(xù)的剪枝技術(shù)及相關(guān)問題研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，可以獲取和利用的圖像資源急劇增加。運(yùn)用圖像分析和理解技術(shù)快速檢測和識別出圖像中的目標(biāo)，在軍事、生產(chǎn)和生活等諸多領(lǐng)域都有迫切的需求，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)視覺、人工智能、圖像處理等領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。
　　在圖像的分析和理解技術(shù)中，目標(biāo)的表示和識別技術(shù)是圖像分析和理解的核心環(huán)節(jié)，如何選取圖像合適的特征信息是決定識別成功與否的重要步驟。圖像的形狀包含了大量的視覺信息，是最常用的圖像特征。骨架作為一種保留了拓?fù)湫畔⒌娜中螤钭儞Q

2、，其結(jié)果直觀，意義明確，且便于進(jìn)行相似性計(jì)算，是物體表示和識別的有力工具。本文旨在尋求一種對邊界噪聲有較強(qiáng)的魯棒性，并能夠保持骨架連續(xù)性的實(shí)用型骨架提取方法。
　　本文首先給出了目前國內(nèi)外骨架提取的相關(guān)研究進(jìn)展，對五種典型的骨架提取方法分別做了介紹，并分析和總結(jié)了目前骨架提取算法中普遍存在的問題:不連續(xù)性、存在冗余骨架支、骨架提取的不公平性等，諸多缺陷制約了骨架提取技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。在分析前人研究成果的基礎(chǔ)上，最終選擇在保持連續(xù)性的

3、形態(tài)學(xué)細(xì)化骨架上進(jìn)行剪枝的方法，以得到目標(biāo)骨架，其重點(diǎn)是找到一種有效體現(xiàn)骨架點(diǎn)重要性的度量準(zhǔn)則。
　　之后，提出了一種基于輪廓線長度度量準(zhǔn)則(簡稱 CLSM)的骨架剪枝方法，使用距離骨架點(diǎn)最近的輪廓點(diǎn)沿著輪廓線的最小輪廓距離作為骨架點(diǎn)顯著性的度量，該度量具有較好的顯著性表現(xiàn)能力、多余的毛刺狀分枝區(qū)分能力和公平性。為驗(yàn)證輪廓線長度度量準(zhǔn)則的有效性，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)算法，將輪廓線上的所有點(diǎn)建立為kd-樹，通過kd-樹搜索距離骨架點(diǎn)最近的

4、輪廓點(diǎn)。將此方法運(yùn)用到形態(tài)學(xué)細(xì)化產(chǎn)生的骨架上，通過在最近骨架點(diǎn)搜索中和距離計(jì)算上引入一定程度的平滑，得到了效果良好的圖像骨架。實(shí)驗(yàn)結(jié)果不但驗(yàn)證了CLSM的優(yōu)良特性，同時(shí)表明算法有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和抗噪能力。其低復(fù)雜性也讓此算法完全有資格作為形態(tài)學(xué)細(xì)化骨架法的后續(xù)改進(jìn)算法，成為骨架提取算法的一部分。
　　接下來，將 CLSM運(yùn)用到了骨架樹結(jié)構(gòu)中。雖然CLSM與 kd-樹結(jié)合的算法已經(jīng)很好的達(dá)到了預(yù)期效果。但是我們期望在骨架剪枝的同時(shí)，可

5、以為后續(xù)的目標(biāo)表識別或匹配等工作提供一個(gè)良好的骨架描述。對骨架樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和改進(jìn)的基礎(chǔ)上，把骨架以骨架樹的形式組織起來，對每個(gè)骨架節(jié)點(diǎn)使用CLSM加以度量，使用閾值剪枝，剪枝后的結(jié)果骨架仍然以骨架樹的結(jié)構(gòu)存在，可以直接應(yīng)用于后續(xù)的識別等工作。算法設(shè)計(jì)中，在區(qū)域分割理論的指導(dǎo)下，以線性復(fù)雜度代價(jià)完成了對骨架樹上所有節(jié)點(diǎn)的CLSM計(jì)算。將算法應(yīng)用到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集 MPEG-7 CE-Shape-1的B部分圖像生成的形態(tài)學(xué)細(xì)化骨架上，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

6、明，算法不但高效完成了對冗余骨架的準(zhǔn)確剪枝，而且可以改變閾值，方便實(shí)現(xiàn)骨架的多尺度剪枝，為不同精度的識別工作做好鋪墊。另外骨架節(jié)點(diǎn)還可以包含諸如最近邊界支撐點(diǎn)等有效信息。至此設(shè)計(jì)出了一套完整的針對形態(tài)學(xué)骨架的剪枝算法。雖然本文中只對形態(tài)學(xué)骨架進(jìn)行了研究和實(shí)驗(yàn)，但是很明顯，只要對具體算法稍加改進(jìn)，這種基于骨架樹的輪廓線度量剪枝策略在所有可以保持連續(xù)性的骨架上都可以取得理想的效果。
　　最后，對全文工作和今后的研究重點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和說明