拓扑理论在机器视觉中的研究进展

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1、拓扑理论在机器视觉中的研究进展拓扑理论在机器视觉中的研究进展’赵磊董吉文李金屏(济南大学信息科学与工程学院2502)摘要拓扑.本文介绍了当前对二维图形及三维实理论在机器视觉的研究中有着非常重要的意义,.体的拓扑性质检测的主要方法并详细讨论了拓扑学在机器视觉中的应用及其研究现状,,关健词拓扑性质机器视觉拓扑理论ResearehAdvaneesontheTheoryofTOPologyinComPuterVisionZhaoLeiDongJiwenLiJinPing,’(SchoolofInformationSeieneeandEngineeringJinanUniversity,Sha

2、ndong250022)sraeetootheory15signifietineomPuter.eoretosoAbttThPOlgyanvisionresearehThmajmhdf,toPologiealPereePtiononZDgraPhand3DobjeetaresummarizedandtheaPPlieationsoftoPologytheoryineomPutervisionhavealsobeendiscussedinthisPaPer.,,KeordsToPologiealProPertiesComPutervisionTOPologytheoryyw芯兰于引口,

3、,。机器视觉或称为图像分析和图像理解是当今世界上最为活跃也是最有争议的学科IEEE198年8,。月会刊的计算机视觉专辑中机器视觉定义为用任何办法对ZD数据作出理解当前机器视觉研究的理论体,。,系还处于一个百花齐放百家争鸣的孕育期这其中Mar等人建立的视觉计算理论在国际上有着广泛的。,,。M:川Mar影响ar认为在视觉的初期阶段视觉信息主要有两种亮度的改变和图像的局部几何特征,:计算理论的整个过程是从计算局部性质出发通过对局部细节信息的计算来构造3D结构的这种观点在分,,、;析图像细节信息方面在单一类型的信息分析上取得了一定的成绩然而在对图像整体信息的获取方面;。:在多种类型信息的综合

4、上遇到了难题例如内外关系的知觉问题Ul!man曾认为我们对内外关系是如何被,,知觉的一无所知这一类对图像抽象性质的知觉问题给视觉信息处理的整个过程带来了严重的根本性。,、,。的困难事实上视觉信息的处理机制空间知觉的产生以及认知思维过程一直是科学家们研究的重点I2]自机,。,器视觉理论诞生以来作为几何学的分支之一的拓扑学就受到了人们的重视研究拓扑学理论,。以求其在机器视觉中的应用是数学家和机器视觉的专家们一直进行的工作陈霖在进行了许多认知实验,:。后得出结论视觉系统具有在视觉过程的初期检测大范围拓扑性质的普遍而基本的功能13人类视觉系统对,,外界图像的直觉更象是首先从大范围性质出发的先

5、有图形的大范围性质然后才有图形局部性质的进,。一步识别这一结论与Mar计算理论在直觉过程上是相反的本文针对国内外拓扑性质检测的研究方法及拓扑。理论在机器视觉中的应用研究现状进行了详细的介绍和深入的探讨‘.本课题得到山东省自然科学基金(Y200G05)资助作:,,,,。者简介赵磊男24岁在读硕士研究生主要研究方向是拓扑理论在图像处理中的应用全国第15届计算机科学与技术应用学术会议2拓扑性质检测,,众所周知拓扑学是一门研究儿何图形的几何学但是拓扑学所研究的并不是大家最熟悉的普通几何,。、,,性质而是图形的一类特殊性质l’它们与儿何图形的大小形状以及所含线段的曲直等等都无关只涉,。,,及到

6、图像在整体结构上的特性即拓扑性质根据拓扑学理论我们可以随意的把图形作变形只要不撕裂、不粘连,不破坏其整体结构,拓扑性质将保持不变,这种变形称为图形的拓扑变换。拓扑性质定义为图形做拓扑变换时保持不变的性质。从,,,80年代开始我国的陈霖从认知科学的角度研究了早期视觉拓扑性质检测问题并得出了一些结论。,,对Mar的视觉计算理论提出了质疑13赵南元发现假如有两幅图像所反映的都是同一物理现象但由于,。,噪声的影响或者是一些细微之处的变化它们并非完全一样因此在低层通道上它们的拓扑结构是不同的。但随着通道的增大,噪声以及不必要的细节都逐渐被消除,二者的拓扑结构也应该越来越相似,当达,。到一定程度

7、以后将会有相同的拓扑结构和变化规律[5l,,。,显然拓扑性质检测对于机器视觉有着十分重要的意义主要涉及到图像整体信息的处理例如图、、。形的连通性内外关系连通图有洞与否或洞的数目以及Eule:示性数等当前国内外都开展了这方面的研究工作。目前的研究方法主要包括零交叉曲线的区域标记、神经网络、图形的同构算法等。,。根据Minsky和Papert的感知机理论连通性等拓扑性质的计算是不能用有限感知机完成的但从模式,,。识别理论可知对于不能用线性判决解决的分类问题可以