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基于图像配准的沙粒旋转角度计算方法

作　者: 吴涛
导　师: 邵龙潭
学　校: 大连理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: 旋转角度估计图像配准 Harris 相关系数 SIFT
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 15次
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内容摘要

上力学作为工程力学的一个重要分支,为研究土体的地质作用提供理论基础和实践方法,主要用于土木、地质、水利水电、道路交通等工程项目。在实验土力学中,沙粒在外界条件作用下的运动有着很重要的研究意义。在颗粒的受力变形实验中,为了分析颗粒结构的变化以及颗粒的运动情况,需要准确的对颗粒进行检测和跟踪,并在此基础上测量颗粒的位移、旋转、变形等。针对土力学实验图像序列中沙粒旋转角度的估计问题,本文采用基于图像配准的方法来计算旋转角度。本文首先对图像匹配算法进行了详细的介绍,主要对自动配准算法进行分析；由于基于特征点的方法抗噪性较高,所以本文采用基于特征点的算法来进行配准。目前比较经典的特征点提取算法包括Harris和SIFT。本文首先对两种算法的性能做了测试,总结出算法的优缺点,提出具有针对性的匹配及角度估计策略。Harris算法只涉及一阶导数,提取的角点稳定可靠,但由于检测出的角点本身不具备其他表征值,并且对于图像旋转比较敏感,所以需要后续的相关系数及虚拟三角形算法来进行特征点的匹配及角度计算。SIFT算法提取的特征向量具有平移、旋转和仿射变换不变性,可以更准确地提取图像的特征点,之后根据特征点主方向的变化情况,计算出旋转角度,并在后续的数据处理中进行筛选。由于在目标沙粒的旋转过程中,背景部分产生干扰,所以需要排除背景特征点对角度计算的影响。本文对不同类型的图像序列进行了实验,实验数据表明基于Harris算法的角度计算误差为10%,而基于SIFT算法的角度计算误差为5%。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 研究背景与意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-10
  1.3 本文主要研究内容  10
  1.4 论文章节安排  10-12
2 相关技术简介  12-27
  2.1 原系统简介  12-13
  2.2 图像配准的基础理论  13-14
  2.3 图像配准的分类  14-16
  2.4 基于特征的图像配准主要步骤  16-18
  2.5 特征点提取算法  18-26
    2.5.1 Harris算法  18-20
    2.5.2 SIFT算法  20-26
  2.6 本章小结  26-27
3 特征点测试及匹配策略  27-37
  3.1 Harris算子测试与分析  27-30
    3.1.1 Harris算子测试  28-30
    3.1.2 Harris算法分析  30
  3.2 SIFT算子测试与分析  30-33
    3.2.1 SIFT算子测试  31-33
    3.2.2 SIFT算法分析  33
  3.3 基于特征点的匹配策略  33-36
    3.3.1 互相关系数  33-34
    3.3.2 虚拟三角形匹配  34-35
    3.3.3 SIFT特征向量匹配  35-36
    3.3.4 几种匹配算法的比较  36
  3.4 本章小结  36-37
4 基于特征点匹配的角度计算  37-45
  4.1 Harris角点匹配步骤及角度计算方法  37-40
    4.1.1 Harris角点匹配步骤  37-38
    4.1.2 Harris角度计算方法  38-40
  4.2 SIFT特征点匹配步骤及角度计算方法  40-42
    4.2.1 SIFT算子匹配步骤  40-41
    4.2.2 SIFT角度计算方法  41-42
  4.3 沙粒旋转图像实验结果及分析  42-44
  4.4 本章小结  44-45
结论  45-46
参考文献  46-49
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  49-50
致谢  50-51

基于图像配准的沙粒旋转角度计算方法

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