基于计算机视觉的平面特征点定位与多分辨率分析研究

摘要

当今打印文件面临着各式各样的伪造与变造形式，如何鉴别这些文件的同一性让司法鉴定人员感到困惑与难解。本文根据打印文件纸张表面固有的纹理信息，研究基于计算机视觉的平面特征点定位方法以此来采集纸张上的图像信息，提出结合不同倍率与图像局部多尺度特征的分辨方法并将其应用于印刷文件的同一性分辨问题。首先介绍了摄像机的成像模型与标定技术，完成了对摄像机的标定;通过反向投影及图像特征匹配两种方式从单幅图像中提取世界坐标，实现了对平面特征点的定位与视觉测量;针对相似打印文件的分辨问题，提出结合倍率这种“物理尺度”和图像局部多尺度特征的辨别方法，并成功将该方法应用于对相似打印文件的分辨，结果表明该方法对于平面相似的打印文件具有较强的区分能力。
　　本文首先介绍了计算机视觉和多分辨率分析相关的技术背景和应用现状，调研了鉴别相似打印文件在司法文书鉴定中的重要意义。接着详细介绍了摄像机的成像模型、空间点的前向投影过程以及摄像机标定的相关技术，并基于Zhang的标定方法完成了摄像机的标定，对标定结果从理论和实验对比两个方面进行了分析。针对平面点的定位，从反向投影的角度根据空间点的图像坐标得到其在世界坐标平面上的真实世界坐标，实现对空间点的视觉定位与测量，通过实验说明了图像畸变对定位结果准确性的影响并进行了校正，实验表明该方法的定位与测量误差普遍不超过±0.02mm;为了得到待鉴证打印文件纸张上的对应采样点，提出基于图像匹配的平面单应估计方法，并利用图像的SIFT特征和RANSAC方法实现对平面单应的鲁棒估计，根据估计的平面单应实现空间点的定位并对定位结果与反向投影的结果进行了对比分析，结果表明该方法的定位误差在±1个像素以内。针对相似打印文件纸张的分辨与鉴别问题，本文借鉴多尺度表达的思想，提出结合放大倍率这种“物理尺度”和图像局部多尺度SURF特征的分辨方法，并通过实验说明了此方法的可行性，取得了较好的结果。实验结果表明只需在6种倍率下进行分析即可分辨出是否是同一打印文件纸张。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 计算机视觉

1．1．1 计算机视觉概述

1．1．2 计算机视觉定位研究现状

1．2 多分辨率分析

1．2．1 多分辫率分析概述

1．2．2 多分辨率分析研究现状

1．3 本文研究内容及意义

1．4 本文组织结构

第二章 导航相机标定与采样点的视觉定位

2．1 引言

2．2 摄像机模型

2．2．1 针孔模型

2．2．2 非线性模型

2．2．3 空间点的成像过程

2．3 导航相机标定

2．3．1 传统的摄像机标定方法

2．3．2 基于主动视觉的摄像机标定方法

2．3．3 摄像机自标定方法

2．3．4 Zhang的平面标定方法

2．4 采样点的视觉定位

2．4．1 前向投影

2．4．2 反向投影

2．4．3 采样点世界坐标的提取

2．4．4 定位与测量精度估计

2．5 本章小结

第三章 基于平面单应的相似文件采样点定位

3．1 引言

3．2 基于特征匹配与RANSAC的平面单应估计

3．2．1 图像匹配分类

3．2．2 基于SIFT的图像匹配

3．2．3 基于SIFT与RANSAC的平面单应估计

3．3 基于平面单应的相似文件采样点定位

3．3．1 相似纸张图片间的平面单应估计

3．3．2 相似文件对应采样点定位

3．4 定位精度估计

3．4．1 实验说明

3．5 本章小结

第四章 多尺度下的图像特征分析

4．1 引言

4．2 多尺度表达

4．2．1 尺度空间理论

4．2．2 图像金字塔

4．2．3 图像的倍率尺度表示

4．3 基于SURF的特征提取

4．3．1 尺度空间构建与极值检测

4．3．2 主方向分配

4．3．3 特征描述子生成

4．3．4 特征点匹配

4．4 结合倍率尺度与局部尺度特征的图像分析

4．4．1 相同尺度下的特征匹配

4．4．2 不同尺度下的特征匹配

4．4．3 定量分析

4．4．4 更多的实验样本

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献