發(fā)布時間：2020-02-14 12:03

【摘要】：圖像中前景物體的分割具有十分廣泛的應(yīng)用,傳統(tǒng)的方法需要借助一定的人工交互來獲得前景物體的初始區(qū)域,但對于多圖像數(shù)據(jù)集,這種人工交互的方式是十分煩瑣的.為此提出一種基于一致性檢驗的多圖像自動前景物體分割的方法.首先借助一定的三維場景的先驗知識在多幅圖像之間進(jìn)行視圖轉(zhuǎn)換;然后對圖像中的每個像素進(jìn)行一致性分析,得到初始的前、背景標(biāo)記結(jié)果;最后基于這個初始的標(biāo)記結(jié)果構(gòu)建相應(yīng)的能量方程,并進(jìn)行迭代優(yōu)化,最終得到前景物體的精確輪廓.實驗結(jié)果表明,該方法能夠準(zhǔn)確地檢測出圖像中前景物體的位置以及提取其輪廓,并能夠利用分割的結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的三維重建.
【圖文】：

維場景Γ將圖像jI變換到圖像iI上,具體而言,給定Γ中的三維點Xx,y,z,以及圖像iI所在視角iV相對于Γ的旋轉(zhuǎn)R和平移T,該三維點投影到iI中的像素位置xu,v是可以計算的,|11xuyvzKRT.如果三維場景中所有三維點的位置是已知的,就可以計算出三維點與圖像中的像素位置的對應(yīng)關(guān)系,將圖像jI投影到Γ上再反投影回圖像iI上,得到圖像jI在圖像iI視點下的新圖像jiI.新得到的圖像與iI進(jìn)行比較,便可以得到圖像iI與圖像jI存在差異的區(qū)域,如圖1所示.理論上,如果圖像iI,jI都是實際三維場景Γ在某個視點下的描述,并且給定的Γ和Γ幾何信息完全一致,那么圖像iI與jI重疊的區(qū)域應(yīng)該是一致的.如果發(fā)生了不一致的情況,說明Γ和Γ在相應(yīng)區(qū)域發(fā)生了幾何上的變化,原因是給定的三維場景Γ缺少了圖像iI和jI中的相應(yīng)三維物體的模型造成的,因此需要檢測出這些不一致的區(qū)域,得到圖像中三維物體的區(qū)域,然后重建出相應(yīng)的三維模型.考慮到圖像相對位置關(guān)系以及三維場景�？赡艽嬖谡`差,在比較圖像像素是否一致時,本文采用ww的窗口來進(jìn)行比較.圖1圖像不一致區(qū)域的檢測過程將圖像iI與jI間像素的對應(yīng)關(guān)系記為ijf,即jifyxII,圖像iI中x位置處的像素與圖像jI中y位置的像素是對應(yīng)的.以像素ipI為中心設(shè)置一個窗口Www,本文中w7.對于W中像素q,計算出其在圖像jI中的相應(yīng)像素為ijfq.p與ijfp之間的差異值,ijDpfp取窗口內(nèi)像素的顏色差異值,,||||ijijqWpDpfpCqCfq.那么像素p處的顏色一致性標(biāo)記為22,consist11eijDpfpjFp(1)此外,還可以利用歸一化互相

第6期潘成偉,等:利用一致性檢驗的多圖像中前景物體的自動分割1031幻象,但其中只有一個才是圖像jI中真正物體的區(qū)域,這個區(qū)域僅與圖像jI有關(guān),而另一個區(qū)域?qū)S著比較的圖像變化而變化.因此,只有在所有的比較中都保持一致的區(qū)域,才是前景物體的真正所在區(qū)域,如圖2所示.3.2多圖像間視圖變換圖像一致性分析的一個關(guān)鍵步驟是進(jìn)行多圖像間的視圖變換,即將圖像由一個視角變換到另一個視角下.假定目標(biāo)物體處于一個平面的背景區(qū)域范圍內(nèi),對于給定三維空間的平面,2個視圖間存在單應(yīng),單應(yīng)關(guān)系為[22]T121(/d)HKRtnK(4)其中,12K,K表示2幅圖像相機的內(nèi)參,R,t表示2幅圖像相機的相對位置關(guān)系(旋轉(zhuǎn)和平移),Tnd表示空間平面的單位法向量.有了單應(yīng)矩陣,便可以將圖像從一個視圖變換到另一個視圖.在本文著重關(guān)注的小物體重建的上下文中,通常前景物體都是放置在一個背景平面上,此時,平面背景的假設(shè)是常見和合理的.對于單應(yīng)矩陣,如果平面的方程已知,可以根據(jù)式(4)直接求解;在平面方程未知的情況下,可以利用RANSAC方法篩選出圖像間滿足單應(yīng)變換關(guān)系的特征點對,進(jìn)而求解出圖像間的單應(yīng)映射關(guān)系,完成圖像之間的透視變換.圖2多視圖一致性分析示意圖在進(jìn)行圖像一致性分析時,對于本文選取的2幅圖像,如果它們之間的視線夾角很小,那么變換時2幅圖像產(chǎn)生的差異比較小,一致性分析產(chǎn)生的前景區(qū)域也很小;如果2幅圖像之間的視角差異很大,有可能造成觀察角度差異大導(dǎo)致的像素顏色信息差異大的問題,使得一致性分析的誤差變大.因而需要為待分析的圖像選擇相應(yīng)視角范圍內(nèi)的圖像進(jìn)行一致性分析,本文實驗中取視角差異在[30,60]的圖像作為對比圖像進(jìn)行一致性分析,既避免了圖像集中任意兩兩圖像比較,也增加了一致性分析的可靠性.

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