具有几何和光照不变性的不变矩构建研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul252013V01．34No．71698．1705ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．ca具有几何和光照不变性的不变矩构建研究徐贵力*，钟志伟，王彪，田裕鹏，郭瑞鹏，李开宇南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016摘要：为了解决现有的光照变化条件下仿射不变矩识别不稳健的问题，提出了一种归一化光照仿射不变矩，即采用一种光照模型，基于JanFlusser仿射不变矩，推导出一种归

2、一化光照仿射不变矩，并且从理论上证明了该方法在各种仿射变换下的稳健性，然后通过对比实验验证了该方法在光照强度、方向和颜色改变下的不变性。实验结果表明，与当前主流的光照不变矩方法相比，该方法不仅适合灰度图像也适合彩色图像，在光照方向改变下，图像的倾斜运动中识别度提高了35％；在线性光照强度改变下，图像的倾斜运动中识别度提高了85％；在光照颜色改变下，图像的平移和旋转运动中识别度提高了7．8％；以多种卫星模型图像为实验对象，在光照改变下，彩色图像和灰度图像的识别度平均提高了36％以上，且计算简单，更适合于航天器目标的识别。关键词：仿射变换；不变矩；光

3、照不变；目标识别；图像识别中图分类号：V448．2；TP391．4文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)07—1698—08在航空航天等领域不变矩识别应用广泛n‘2]。Jan[31根据代数不变性理论，提出了在通用仿射变换下具有不变性的仿射不变矩。但这些不变矩都是在理想条件下具有不变性，由于空间目标图像存在光照角度、强度等变化，对于图像不变矩影响较大，因此研究光照条件下的仿射不变矩具有重要理论意义和实际应用价值。文献E4]利用一种光照模型，推导出光照不变，．．、孛矩的归一化方程‰一堕(—芈)‘，并且证Moo＼U201-U02／明了归

4、一化方程在旋转变化下的不变性，但是不适用于图像不同比例缩放、倾斜变化的情况。文献E5]和文献[6]假设光照在一般变化情况下，灰度值的变化为A倍，提出利用矩的数量级标准化和图像的灰度均值对矩值修正，但是该方法也不适合于图像倾斜变化的情况。Tomas和Jan[71提出了一种改进的颜色矩，构造简单，较好地用于Diagonal模型的彩色图像识别中，但RGB分量是不独立的，且缺乏理论依据，不适合灰度图像。Gong等[83利用复杂的RGB光照模型结合仿射不变矩构造了一种不变矩，但该方法计算复杂，而且不适合于灰度图像，且当原始R、G、B像素值与R、G、B均值相

5、减存在负值时不好处理。本文结合一种光照模型和仿射不变矩模型提出了一种归一化光照仿射不变矩，与上述文献方法的对比试验表明，在光照强度、方向和颜色的改变下具有良好的稳健性。另外在图像倾斜变换中本文方法的识别度平均增加35％以上，并且适合于航天器目标的识别。收稿日期：2012—09．03；退修日期：2012—12·03；录用日期：2013—02—03；网络出版时间：2013-03—1911：03网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／111929V．20130319．1103．002．htmI基金项目：国家自然科学基金(6097

6、4105。61104188)；航空科学基金(20100152003)；江苏高校优势学科建设工程资助项目*通讯作者．Tel．：025—84892284E-mail：guilixu2002@163．com戤用格武tXuGL，ZhongZW．WangB。eta1．Researchontheconstructionofmomentinvariantsofthegeometryandilluminationinvari-ance．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2013．34(7)：1698．1705。徐责南．钟志伟

7、．王魁．等．具南凡饲和竞礁不变性的不变矩梅建研究．航空学报，2013．34(7)：1698-1705．徐贵力等：具有几何和光照不变性的不变矩构建研究16991归一化光照仿射不变矩的构建研究1．1仿射变换和几何仿射不变矩仿射变换和几何仿射不变矩是构建归一化光照仿射不变矩的基础，本节对仿射变换和几何仿射不变矩做一个简单介绍。1．1．1仿射变换当目标在空间中存在位置的变化时，两幅图像之间可以用一个近似仿射变换模型描述。在欧式空间中，一个映射能够使得共线的3个点仍为共线的3个点，平行的直线仍为平行的直线，就称之为仿射变换。仿射变换可定义为J乱一‰十口1z

8、十a2y(1)l口一bo+b1X+b2Y式中：(z，y)为仿射变换前坐标；(“，口)为仿射变化后坐标；n。、bi(i一0，1，2)为对应