基于单目视觉的非刚体三维运动分析

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1、浙江大学生物系统工程与食品科学学院博士学位论文基于单目视觉的非刚体三维运动分析姓名：黄文清申请学位级别：博士专业：农业机械化工程指导教师：赵匀;汪亚明20061101第4章以单目手指运动图像序列为实验对象。主要研究了基于小平面对应模型的非刚体三维运动估计方法。结合手指骨架模型的运动特性分析，给出了手指三维运动估计中的运动约束、深度约束和刚体约束方程，利用惩罚方法建立了三维运动估计目标函数。为解决特征点匹配问题，结合第3章的特征点Kalman滤波器设计方法，给出了改进的基于块匹配和硷dm觚滤波的特征点跟踪算法。实验结果表明，本章提出的方法可以实现图像序列中特征点的正确匹

2、配，通过对目标函数的优化求解，能有效恢复出手指的三维运动轨迹。第5章和第6章以弹性型非刚体合成运动图像序列为研究对象，在假设帧间特征点匹配关系已确立的前提下，将非刚体三维运动参数求解问题转化为非刚体上特征点的三维运动参数求解问题，给出了透视投影方式下非刚体的局部仿射运动模型。需要指出的是，该模型也可以用其它合理的运动模型来代替。第5章探讨了基于正则化的tiEt$J体局部三维运动估计方法。将非刚体运动的先验知识融入到运动估计过程中，分析了正则化运动估计中目标函数的建立方法。最后，通过Levenberg-)hrquart非线性最优化方法实现了非刚体的局部运动参数求解。实验

3、结果表明，与不采用正则化的最小二乘估计方法相比，本章提出的方法可以更鲁棒地估计出非刚体的局部三维运动参数。为了解决正则化方法只能分析非刚体局部三维运动的缺点，第6章在基于MAP．MRF的分析框架中建立了与特征点运动估计相对应的非规则MR2模型，构造了非规则lVlR2模型中反映非刚体局部三维运动参数之间约束关系和运动参数联合概率分布的能量函数，通过能量函数最小化估计运动参数。为提高求解效率并解决解的唯一性问题，建立了分层IvlR2模型，在较粗层使用最小二乘法，在更细化的层中采用SA算法，并根据非刚体三维运动估计的特点提出了模拟退火算法的改进方案。实验结果表明，本章提出的

4、方法可以鲁棒地估计出弹性型非刚体的三维运动参数。第7章总结了本文的研究内容，指出了本文的创新点，提出了进一步的研究方向。关键词：三维非刚体运动视觉；遗传算法；Kalm柚滤波：正则化；多层Markov随机场；模拟退火算法浙江大学博士学位论文Abstract3Dmotionanalysisisoneofactive8．teaincomputervision．Basedontheprogressof2Dimageprocessing，itprovidesthemotionandstructureparametersofmovingobjeasins∞nebymeasurin

5、gandcomputingthecoordinateoffeatures．Now,ithasb∞．omeanimportantpartofmotionimageprocessing．Comp越dwithrigidmotion,non-rigidmotionismoregeneralinrealworld．Becauseofthegeneralityandvariety,ithasawildapplicationinmanyfieldssuchaSintelligentprocessingofagriculturalinformation，intelligentizat

6、ionofagriculturalmachinery,agricultureandfoodindustry,biomedicalengineering，biometricstechnologyetc．Articulatedandelasticnon-rigidobjectsaleourmainresearchobjectsbecausetheyaremoregeneralthanothersinagriculturefield．Basedonthehuman,fingerandsimulatedmotionimagesequences,SOU'”modelsandal

7、gorithmswhichrespectivelycorrespondtothemotionofarticulatedandelasticnon-rigidobjectshavebeenproposedinthisdissertation．Ourobjectiveistoprovidesomeusefultheoriesorwaysforthedesignofgaitcontrolofhumanoidrobot,thedesignofmulti-fmgeredrobothandandotherresearchworksrelevanttothenon