移动最小二乘图像变形方法研究

论文摘要

图像变形是一种基于变形控制特征,根据一定的变形函数生成平滑、具有真实感的变形效果的图像处理技术。该技术可以被广泛应用在虚拟现实、计算机动画、医学图像处理以及影视娱乐等各个领域。本文对基于特征曲线及移动最小二乘优化方法的图像变形技术进行了研究。研究了基于控制点的移动最小二乘图像变形方法。首先分析了基于控制点的移动最小二乘图像变形方法的数学模型,根据变形需要设置特征控制点。研究了基于点集的仿射、相似以及刚性变换的变形函数,基于变形函数通过移动控制点生成变形后的新图像。并对仿射、相似以及刚性变形效果进行了比较。在基于点集的图像变形方法的基础上,研究了一种基于控制曲线集的移动最小二乘图像变形方法。根据源图像中的形状信息或变形需要来设置关键点,生成三次样条特征曲线,然后移动该特征曲线到新的位置根据变型函数实现图像的变形。推导了基于曲线集的仿射、相似和刚性变形函数,实现图像的真实感变形。为了保持图像变形的实时性,在曲线集的图像变形方法基础上研究了一种基于OpenGL纹理映射的加速算法。对源图像进行网格划分,利用变形函数计算出网格点变形后的坐标,在OpenGL中生成变形后的网格点框架:将变形前的二维图像转化为纹理映射到网格点框架上,从而提高了图像变形速度,达到实时性的变形效果。基于上述图像变形方法的分析研究,开发了一个图像变形处理系统,实现了基于点、基于曲线和基于网格点的移动最小二乘图像变形,每种变形方法中包括仿射、相似和刚性变换三种变形效果。该变形系统利用Visual C++的MFC框架实现了可视化操作界面,用户使用方便。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 图像变形的研究背景及意义
• 1.2 基于图像变形技术的研究现状
• 1.3 基于纹理合成技术的研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 基于移动最小二乘法的图像变形
• 2.1 图像的表示方法
• 2.2 移动最小二乘图像变形方法的数学模型
• 2.3 基于点的移动最小二乘图像变形方法
• 2.3.1 仿射变换变形函数
• 2.3.2 相似变换变形函数
• 2.3.3 刚性变换变形函数
• 2.4 基于点的图像变形实例
• 2.4.1 映射方式
• 2.4.2 图像变形实例
• 2.5 本章小结
• 3 基于特征曲线的移动最小二乘图像变形方法
• 3.1 基于曲线的移动最小二乘图像变形方法的数学模型
• 3.1.1 仿射变换变形函数
• 3.1.2 相似变换变形函数
• 3.1.3 刚性变换变形函数
• 3.1.4 图像变形实例比较
• 3.2 基于曲线的图像变形加速算法
• 3.2.1 图像网格划分
• 3.2.2 基于OpenGL的纹理映射
• 3.2.3 纹理映射图像变形实例
• 3.3 本章小结
• 4 基于纹理合成技术的细节保持
• 4.1 细节保持的提出
• 4.2 纹理合成技术
• 4.2.1 纹理合成技术的应用步骤
• 4.3 本章小结
• 5 图像变形系统实现
• 5.1 系统设计环境
• 5.2 实现功能
• 5.3 系统结构模块
• 5.3.1 图像处理基础模块
• 5.3.2 控制句柄选择模块
• 5.3.3 基于点、基于曲线和基于网格点的变形模块
• 5.3.4 加速模块
• 5.3.5 细节保持模块
• 5.4 系统执行流程
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢