（機(jī)械電子工程專業(yè)論文）基于圖像的虛擬制造輔助建模方法研究.pdf

摘要 隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械工業(yè)的很多領(lǐng)域也開始應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技 術(shù)，產(chǎn)生了虛擬制造技術(shù)。虛擬制造是信息時(shí)代制造技術(shù)的新概念，是應(yīng)用計(jì) 算機(jī)仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對實(shí)際制造過程在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上“本質(zhì)上的”實(shí)現(xiàn)， 是對制造過程的高逼真度的仿真。虛擬制造技術(shù)作為一種新的制造戰(zhàn)略，涉及 產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)、虛擬加工、虛擬裝配等各方面，是c a d c a m c a e 的更高級 階段，應(yīng)用虛擬制造技術(shù)服務(wù)于社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐，其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益都十分 顯著，具有廣泛的前景。 建立虛擬制造數(shù)學(xué)模型是實(shí)現(xiàn)虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前傳統(tǒng)的幾何 建模方法繁瑣、工作量大，這在很大程度上制約了虛擬制造的發(fā)展和推廣應(yīng)用。 本課題針對這一問題，在對計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行深入學(xué)習(xí)研究的 基礎(chǔ)上，提出了基于圖像的虛擬制造輔助建模方法。 本課題首先對現(xiàn)實(shí)空間采集一系列相鄰圖像具有重疊部分的圖像序列，然 后通過圖像處理，把它們?nèi)诤蠟橐环軌蚍从痴麄€(gè)虛擬空間的圖像。在圖像的 融合過程中，引入了小波變換的方法，使得圖像經(jīng)小波分解后數(shù)據(jù)總量不會(huì)變 大，而且融合效果比較好。對于融合后圖像的邊界問題，采用了漸入漸出的方 法，利用c u b i c 函數(shù)進(jìn)行灰度插值予以消除。 在圖像的空間模型映射方面，選擇了建立比較簡單的圓柱面空間模型，并 對現(xiàn)有的映射算法進(jìn)行了簡化。通過j a 、，a 程序，實(shí)現(xiàn)了基于圖像的空間環(huán)境 的虛擬。 作為一種基于圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，本課題還研究了對單獨(dú)實(shí)體對象的虛 擬。利用在對要虛擬對象各個(gè)不同角度采集的圖像序列，進(jìn)行加工處理，通過 j a 、，a 程序，實(shí)現(xiàn)了w e b 頁面上對物體的虛擬瀏覽。 利用本課題的研究方法，可以非常容易的完成虛擬制造中的空間環(huán)境建 模，減少了建模的工作量。對于虛擬制造的發(fā)展與推廣應(yīng)用必將起到極大的推 動(dòng)作用。 關(guān)鍵詞虛擬制造：基于圖像；融合；空間模型；映射 a b s t r a c t a 1 0 n gw “ht h ed e v e l o p m e n to fv i r t u a lr e a l i ty ，m a n yr e a l m so fm e c h a n i s m i n d u s t r yb e g i nt oa p p l yv i r t u a lr e a “t yt e c l m i q u e a n dv i r t u a lm a n u f a c t u r i n gc a m e i n t ob e i n g f t u a lm a n u f a c t u r i n gi st h en e wc o n c e p to fm a n u f a c t u r et e c h n i q u ei n i n f o r m a t i o na g e s i t i st h ee s s e n c er e a l i z a t i o no nt h ec o m p u t e rs y s t e mo ft h e a p p l y i n gc o m p u t e r i m i t a t i o na n dt h ev i r t u a lr e a l i t yt e c h n i q u et ot h ea c t u a l m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s a n di ti st h eh i g hf i d e l i t yi m i t a t i o nt ot h em a n u f a c t u r i n g p r o c e s s a sak i n d o fn e wm a n u f a c t u r i n gs t r a t e gy t h ev i r t u a lm a n u f a c t u r i n g t e c h n i q u ei n v 0 1 v et h ev i r t u a ld e s i g n ，t h ev i r t u a lp r o d u c tp r o c e s s ，t h e v i r t u a l a s s e m b l e ，a n ds oo n i ti sac a d c a m c a es t a g ei nh i g h e rc l a s s ，a p p l y i n gt h e v i n u a lm a n u f a c t u r i n gt e c h n i q u es e r v et ot h ep r o d u c ea n df u l f i l l m e n ti nt h es o c i e t y ， i t ss o c i a lp e r f o r m a n c ea n de c o n o m i cp e r f o r m a n c ea r ea l lv e r yr e m a r k a b l e v i r t u a l m a n u f a c t u r i n gh a v ee x t e n s i v ef o r e g r o u n d e s t a b l i s h i n gt h em a t h e m a t i c 8m o d e l0 ft h ev i r t u a lm a n u f a c t u r i n gi so n eo ft h e k e yt e e b n i q u e st or e a l i z ev i r t u a lm a n u f a c t u r i n g c u f f e n tt f a d i t i o n a lg e o m e t f i c a l m o d e l i n gm e t h o di sv e r yf u s s y ，a n dh a v eg r e a tw o r k l o a d ，t h i sh a sr e s t r i c t e dt h e d e v e l o p m e n ta n dp o p u l a r i z a t i o no ft h ev i r t u a lm a l l u f a c t u r i n gt oal a r g ee x t e n t a i m i n ga tt h i sp r o b l e m ，o nt h ef o u n d a t i o no ft h o r o u g hs t u d ya n di n v e s t i 鐾a t i o ni n l 。a r n i n gt ot h ee o n l p u t e rg r a p h i c sa n dt h 。v i r t u a lf e a l i t yt e c h n i q u e ，t h i sp a p e rp u t f o f w a r dt h ei m a g e 島a s e da s s i s t a n tm o d e l i n gt e c h n i q u ef o rv i f t u a lm a n u f a c t u r i n g f i r s to fa i l ，t h i sl e s s o nc o l l e c t sas e r i e so fi m a g e st ot h er e a l l i f 色s p a c e t h e s e i 搬a g e sa 揩f e q 艇主f e dt o 量l a v eo v e r i 姻p e dp 矗r ti n 搬ea a c e n tt w oi 芏n a g e s a n d 氆e n p a s s i n gt h ei m a g oh a n d l e s ，b l e n dm e ma sai m a g et h a tc a nr e f l e c tt h ew h o l ev i r t u a l s p a c 。d u r i n g 強(qiáng)oc o u f s eo fi m a g eb l e n d 呈n 重h i sl e s s o ni m p o n e dt h em e h o do ft h e w a v e l e tt r a n s f o r m t h i sm a k e st h eg r o s so ft h ed a t aa f t e ri m a g oa n a l y z e db yt h e w 鞋v e l e tw o 羹tb et o og f e a t 。a 玨d 氆eb i e 娃d i n ge f 毪c ti sb e l t e f f o r 撮eb o u 拄幽f y p r o b l e mt h a t a f t e rb l e n d i n gi m a g e ，a d o p tt h em e t h o do ft h eg r a d u a l l yi n t oa n d g f a d 毽a l l yo 醢 。a 建蘸l 牲呔e 毽s eo ft 魏ec l 南i ef u 玨e t 主。矬p r o e e e d i 魏gi n t e r p o l a l i o no ft h e a s hd e g r e et oe l i m i n a t et h eb o u n d a r y 1 n 鏹囂a s p e c to f 氌e 黼鑫p p n go ft h ei 矬a g e ss p a e el 熊o i d ，e 玨o o s et h oi o ，l i 娃d e f i i s p a c em o d e lw h i c hi ss i m p l e rw h e ne s t a b l i s h e d a n ds i m p l i f i e dt h ec u r r e n t a r i t e t i co ft h ei m a g em a p p i n g r e l y i n go nt h ep r o c e d u r eo fj a v a ，r e a l i z e dt h e i m a g e - b a s e dv i r t u a ls p a c e a sak i n do fr e s e a r c ht ot h ei m a g e b a s e dv i r t u a lr e a l i t yt e c h n i q u e ，t h i sl e s s o n h a v ea l s or e s e a r c h e dt h ev i r t u a lt ot h ea l o n eo b j e c t 】a k eu s eo ft h ei m a g e sl i s t t h a tc o l l e c t e da td i f f e r e n ta n 9 1 et ot h eo b j e c tw h i c hw ea i ma t ，r e l yo nt h e p r o c e d u r eo fj a v a ，w er e a l i z em ev i r t u a lb r o w s e t ot h eo b j e c to nt h ew e b p a g e m a k i n gu s eo ft h er e s e a r c h m e t h o di nt h i s1 e s s o n ，w ec a nc o m p l e t et h e m o d e l i n go ft h es p a c ee n v i r o n m e n ti nt h ev i r t u a lm a n u f a c t u r i n gv e r ye a s i l y a n d t h i sr e d u c e st h em o d e l i n gw o r k l o a d i tw i l lt a k et r e m e n d o u sp u s hf u n c t i o nt ot h e d e v e l o p m e n ta n de x p a n s i o no ft h ev i n u a lm a n u f h c t u r i n g k e y w o r d s v i r t u a lm a n u f h c t u r i n g ；i m a g e b a s e d ；b l e n d i n g ；s p a c em o l d ；m a p p i n g i i i 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指姆下， 獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明葶 用的內(nèi)容外，本 論文不包含任何其鏈個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)襲或撰寫過的科硬成果。 對本文的研究作出重鼴貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均融在文中以明確方 式標(biāo)驥。本聲臻鰉法律責(zé)任愨本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 數(shù)遮 鼙鬻：絲壘蘭： 關(guān)于學(xué)位論文使臻授權(quán)的聲疇 本人完全了解由東大學(xué)有關(guān)探整、使鼴學(xué)位論文的規(guī)定，疑 意學(xué)校保留或向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子 叛，龕誨論文被查瓣翻借麓；本入授權(quán)出東大學(xué)霹爨將本學(xué)位論 文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、 繡印或其毽復(fù)京l 手段保存論文幫匯編本學(xué)位論文。 ( 保密論文在解密厥應(yīng)遵守此攬定) 論文作案簽名：! 狴 導(dǎo)犧簽名：匿期：蟄盟! f 1 1 概述 第1 章緒論 虛擬現(xiàn)實(shí)( v i r t u a lr e a l i t y ) 技術(shù)是二十世紀(jì)末才興趣的一門嶄新的練 臺(tái)性信息技術(shù)，它融合了數(shù)字黼像楚濺、計(jì)葬梳鶩形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳惑黎 技術(shù)等多個(gè)績息技術(shù)分支。廉?dāng)M現(xiàn)實(shí)技零最視由美國加隆蘭里爾( j a r o n l a n i e r ) 提出，現(xiàn)在正逐漸成為現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域中發(fā)展前景廣、發(fā)展速度茯靜一 項(xiàng)接術(shù)【。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)探討如何實(shí)現(xiàn)入與計(jì)算機(jī)之間理想的交互方式，利用虛擬璇 實(shí)技術(shù)，詩羹戡爵戮產(chǎn)生一令蘭縫熬、蓮予惑躲簧怠熬罄場鄹壤。出于人類鷦 視覺原本對三維空間圖像產(chǎn)生的反應(yīng)比對二維平面圖像產(chǎn)生的反應(yīng)疑強(qiáng)烈，所 娃痿羧壤實(shí)魏三維窒海，令天巍蕊萁壤，曼方霰姨薈令方囂雯好遺鼴察事物黝 本質(zhì)及就相互關(guān)系和技展趨向。因而，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和交叉領(lǐng)域非 常廣泛，尼孚舞了無新不憊、凳磊不入靛建多。囊鞋肖人莰梵，虛熬璦實(shí)技術(shù) 將是2 l 世紀(jì)信息技術(shù)的代表哼j 。 廛撼囂實(shí)拔零最警痘蔫予零事模數(shù)孛，鼗采蕉纛援褒實(shí)技術(shù)翦飛行摸羧 囂，可以讓人感到與在真的飛機(jī)上一樣，而且柱虛擬環(huán)境中既不會(huì)危及人的生 命，毽不會(huì)損壞“飛稅”，是釋理戇黲謝練方式p j 。 隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械工業(yè)的很多領(lǐng)域也開始應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)搜 米，產(chǎn)生了虛攮翻造投術(shù)，它滲及產(chǎn)麓戇虛數(shù)設(shè)詩、纛掇熱工、鏖蘩裝囂等各 個(gè)方露，是c a d c a m 鼢e 的耀高級階段。農(nóng)機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)使 得設(shè)計(jì)者能夠鬣身予霜攘靜環(huán)蕊中開發(fā)產(chǎn)箍。巍產(chǎn)晶的設(shè)計(jì)除浚裁考慮其可靠 性、可鍘造性、可裝配性等因豢，并便于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的現(xiàn)場修改。在機(jī)械制造領(lǐng) 域，虛擬制造技術(shù)使禱工作人員能夠充分提前考慮產(chǎn)晶的可涮造往，對改避產(chǎn) 燕熬功縫設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)等起積極 乍髑，還能用于制造過程的優(yōu)化分析等。此 外，在并行工程、機(jī)械仿真等領(lǐng)域，也都開始應(yīng)用纛擬技術(shù)?？傊摼镏圃?按零捧為一種毅靜利造戰(zhàn)路，瘦弱它鼴務(wù)予社會(huì)生產(chǎn)實(shí)黢，冀社會(huì)效益釃經(jīng)濟(jì) 效益都十分顯瓣，具謝廣泛的前景捧咱j 。 程生述熬震撼囂安援零瓣凌廷孛，藏?fù)у晦?避一巾復(fù)雜繁疆麴辯題。 因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，建模的工作餐部是非常大，這在很大程度上制約了慮擬 裁造投零豹廢靂。 。2 盤撅翻造中基于圖像的￥r 技拳的應(yīng)嗣 拭虛按現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的孛奄成方瑤看，虛叛強(qiáng)實(shí)系統(tǒng)可以劃分為6 個(gè)功能摸塊 現(xiàn)以圖1 1 為例討論虛擬制造系統(tǒng)的模型。 倒l l 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成 系統(tǒng)由檢測模塊、反饋模塊、傳感器模塊、控制模塊、3 d 模型庫和建模 模塊六個(gè)模塊組成。其中，建模模塊為獲取所需虛擬對象的各組成部分的三維 數(shù)據(jù)，并建立它們的三維模型m 】。 虛擬現(xiàn)實(shí)要模仿現(xiàn)實(shí)的三維空間，首先必須完成對實(shí)體及所處空間環(huán)境的 構(gòu)造，建模的質(zhì)量直接決定著虛擬的真實(shí)度。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對實(shí)體及空 間的構(gòu)造，采用的都是傳統(tǒng)的幾何建模的方法( 如e u c l i d e a n g e o m e t r y 方法、 f r a c t a 卜g e o m e t r y 方法、p h y s i c a l l yb a s e dm o d e n g 等) ，其技術(shù)核一心是計(jì) 算機(jī)輔助設(shè)計(jì)( c a d ) 。這種方法，可以獲得較為精細(xì)而準(zhǔn)確的三維模型，但是 卻有一個(gè)缺點(diǎn)：由于很多的三維模型極其復(fù)雜，是一個(gè)非常復(fù)雜的建模過程， 所需的工作量非常大。例如，南卡州立大學(xué)的一棟新建的計(jì)算機(jī)系辦公大樓的 三維模型，即使較為粗糙仍需5 0 0 0 一8 0 0 0 個(gè)多邊形來拼接形成，而且還要處 理各自的幾何實(shí)體對應(yīng)的紋理 9 ，其工作量之大可想而知。 同樣，在虛擬制造技術(shù)中，建模問題也是一個(gè)非常困難的問題。在虛擬制 造的實(shí)際應(yīng)用中，為了達(dá)到逼真的效果，往往需要對包括設(shè)備、工件、周圍環(huán) 境等等在內(nèi)的所有一切都進(jìn)行虛擬。而實(shí)際上，有可能( 也是大多數(shù)情況下) 重點(diǎn)關(guān)心的并不是其全部。比如說，在一個(gè)虛擬加工中，重點(diǎn)關(guān)心的可能只是 刀具、工件等關(guān)鍵部分，對于其他的，尤其那些相對靜止的部分，在可視化過 程中并不是非常重要的。但是，為了達(dá)到逼真的虛擬效果卻又是必需的，必須 進(jìn)行虛擬。這樣所需的建模工作量也是非常大的，在很大程度上限制了虛擬制 造技術(shù)的推廣及發(fā)展。因此，本課題提出了一種基于圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)建模方 法，來減少這種整體建模的工作量。 本課題研究基于圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)建模方式，利用對被虛擬空間獲得的一系 列相關(guān)的圖像，構(gòu)造一個(gè)完整的空間環(huán)境，從而達(dá)到了較好的三維視覺效果。 利用這種方法，可以比較容易的完成在虛擬制造中一些場景、工作環(huán)境的虛擬， 解決了在虛擬制造的實(shí)際應(yīng)用中，整體建模所需的龐大工作量問題，可以提高 工作效率。對虛擬制造技術(shù)的發(fā)展及推廣會(huì)有很大的推動(dòng)作用。 1 3 目前國內(nèi)外的研究情況 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及圖形處理技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展成熟 起來的。隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，從上個(gè)世紀(jì)九十年代末，人們開始考慮能 否不通過建模，直接利用從現(xiàn)實(shí)中獲取的圖像，對其進(jìn)行一定的處理就在計(jì)算 機(jī)上再現(xiàn)一個(gè)虛擬的現(xiàn)實(shí)。 西蓊邀喬主許多著名靜公霹、大學(xué)葙磅究抵穆都在觚事遮方面靜磷究。魄 較著名的有卸p l e 、d e c 、i b m 簿公司， 葑a v i ds a r n 。f f 研究中心等研究梳構(gòu)1 1 m i t 、c m u 等大學(xué)以及i b ma 1 m a n d e n 、 往】，尤英筵a p p l e 公司的q u i c k t i 孺ev r 技術(shù)，做德非常好1 4 4 1 。不過它的空間模型采用的立方體表面模型，這樣雖然 可以達(dá)鍘任意角度的瀏覽的目的，但英在瀏覽盼時(shí)候，所呈現(xiàn)的并不怒我們在 現(xiàn)實(shí)中真實(shí)感受到的那種弧空蚓，所以會(huì)產(chǎn)生空間變形的感覺。另外，它還需 要專門的插件，而且在網(wǎng)絡(luò)上，它一般采用一個(gè)彈出式窗口，很容易被瀏覽器 爨藪掉， 珂無法正常瀏甍。 這里還需要特別提到美國的s g i 公司。它結(jié)合其多年的圖形技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)邋 讖技術(shù)黲經(jīng)驗(yàn)，在雄嬲戇虛擬現(xiàn)實(shí)建橫語言( v i r t u a lr e a l i t y 撻o d e l i n g l a n g u a g e ) v r m l l + o 的基礎(chǔ)上，聯(lián)合s o n yr e s e a r c h 和m i t m a 于1 9 9 6 年推出了 v r 醚l 2 o 舨羲標(biāo)準(zhǔn)盼h j 。營競，它是一零孛三維文4 孛豹輳式標(biāo)羰，完許將其內(nèi)鴦 嵌入其他w e b 信息中，方便地對三維倍息進(jìn)行交互操作；其次，v r m l 是跨平 臺(tái)豹，哥瘸子嬲聿晁到褰擋工終棼。本誤題對纛數(shù)裁遺建模攙想麴可行牲在綴 大程度，t 是基予v r m l 與j a v a 的可l 冀混合編程。合理酶剩瑁這巍嵇語言翳搭鬣， 可以更方便的實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)。u n l e a d 公司也推出了一個(gè)非常實(shí)用的軟件c 0 0 l 3 6 0 ，它的使用非常簡單，但目前它只實(shí)現(xiàn)了定褫點(diǎn)靜潮覽，褫點(diǎn)在鷹叛空闋 中不能自由變化，虛擬效果不夠好。 我髫酶虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正鮭在快速發(fā)震韻過程中，著已經(jīng)制定了開震盎擬蕊 實(shí)技術(shù)磺究 l 每艦劃，捌婦，丸五規(guī)劃、國家國然科學(xué)撼金會(huì)、國家禽技術(shù)研究 發(fā)展計(jì)劃等部把虛被黼實(shí)弼入了研究瓚日h “。鶯酶科技大學(xué)、矯江大學(xué)等研 究單臻，都開疑了對纂予圖豫瓣虛擬飆實(shí)技術(shù)豹楣關(guān)研究。趟且，翻翁國內(nèi)已 經(jīng)有了眈較廣黼的基于圖像的虛擬聰實(shí)技術(shù)的應(yīng)蔫需求，在建筑援娜、遠(yuǎn)強(qiáng)教 騫、囊鰱愛示等諸多領(lǐng)域都有廣泛靜成蠲茲疑。 。垂塞要研究內(nèi)容 零謙蘧充分裂霸計(jì)舞瓤黧彩學(xué)懿籍諼，麩塑豫熬蒸毯鱺談入手，薔走撼多 幅內(nèi)容相關(guān)的圖像序列融合成一幅能夠反映躲個(gè)視澈空間的圖像，然后建立能 夠反浹蠛實(shí)褫囂感受魏空藤攘羹，將露稼映射爨摸黧量，逶遭j 鑫￥a 程摩影袋一 個(gè)可以多視點(diǎn)、多角度自由漫游的虛擬空間。另外，還研究了基于豳像的單獨(dú) 羲蓓熬痰攘。 t 4 1 圖像酌獲取及編輯 圖像靜質(zhì)囂壹接黲稠蓑蔽終形成戇虛毅蜜瓣鷯囊實(shí)度，疆挽，在囂麓麓酲 像序列的采集過程就鼴對圖像質(zhì)量嚴(yán)格要求。因此，在這一部分首先需要研究 為了熊夠?qū)崿F(xiàn)蘩于圖像靜窒悶饈撅，采集酶黼像痔弼需要滿足茲基率條釋。 在出弱邦敝列圖像獲得完整空鬩圈緣( 見圖卜2 ) 的融合中，為了提高融 合質(zhì)量，沒有采用基予面積的方法，而是采糟基于特征能方法h “n 小波變按豹聚焦佟爆，可以分?jǐn)€到圖像靛任 可細(xì)節(jié)，麗復(fù)數(shù)小波變換所具 有g(shù) a s b o r 變換的特性，可酞幫察經(jīng)分艨后信怠的各個(gè)方向的細(xì)節(jié)，大大提高融 合螽掰獲得辮像豹囊蕉。強(qiáng)此，在銎緣韻融合算法上弓 入小渡變換mj ，并對 其具體應(yīng)用讖行研究。 4 圖卜2 由局部散列圖像獲得完整空間圖像示意圖 兩幅圖像融合為一幅圖像之后，由于融合后所得出的像素坐標(biāo)位置可能不 在整數(shù)像素上，會(huì)造成圖像的模糊和存在明顯邊界的問題，對此利用c u b i c 函 數(shù)灰度插值的方法予以消除。 另外，圖像的大小對瀏覽速度的影響也很大。一張普通的數(shù)碼照片，比如 一幅分辨率是1 6 0 0 1 2 0 0 ，2 4 位顏色的照片，其大小就有7 0 0 多k ，一個(gè)虛擬實(shí) 景空間的圖像一般都有十幾幅，這樣形成的一幅整個(gè)空間的圖像，其大小就至 少有7 m 。很顯然，如此巨大的數(shù)據(jù)量，既增加了系統(tǒng)管理的難度，也造成了不 必要的存儲(chǔ)資源浪費(fèi)。所以，對圖像的優(yōu)化處理進(jìn)行了研究。 1 4 2 空間模型的建立 為了對構(gòu)造的虛擬空間能進(jìn)行全方位觀看，所選擇映射圖像的空間模型非 常重要。 常見的空間模型主要有球面空間模型、立方體表面空間模型、圓柱面空間 模型，通過對這幾種空間模型在視覺失真度、建模難易度等方面的比較，并充 分考慮了現(xiàn)實(shí)生活中，人在任何一個(gè)視點(diǎn)處所看到的空間都是弧空間這一事實(shí) 基礎(chǔ)，選擇圓柱面空間模型作為本課題中所采用的模型。為了完成空間模型的 建立，需要針對這種模型，提出相應(yīng)的圖像映射算法。 另外，為了滿足虛擬瀏覽的實(shí)時(shí)性，需要對重投影算法進(jìn)行研究。 1 4 3 虛擬空間漫游的實(shí)現(xiàn) 在痿羧空闐疆游靛實(shí)凌中，蘺先囂藜瓣決夔潤越魏楚戇孝語京鶼選舞瓣 圖卜2 由局部散列圖像缺得完整空間圖像示意圖 兩幅圖像融合為幅圖像之后，由_ 丁融合后所得出的像素坐標(biāo)位置可能不 在整數(shù)像素上，會(huì)造成圖像的模糊和存在明顯邊界的問題，對此利用c u b i c 函 數(shù)灰度插值的方法予以消除。 另外，圖像的大小剝?yōu)g覽速度的影響也很大。一張普通的數(shù)碼照片，比如 一幅分辨率是1 6 0 0 1 2 0 0 ，2 4 位顏色的照片，其大小就有7 0 0 多k ，一個(gè)虛擬實(shí) 景空間的圖像一般都有十幾幅，這樣形成的一幅整個(gè)空間的圖像，其大小就至 少有7 m 。很顯然，如此巨大的數(shù)據(jù)量，既增加了系統(tǒng)管理的難度，也造成了不 必要的存儲(chǔ)資源浪費(fèi)。所以，對圖像的優(yōu)化處理進(jìn)行了研究。 1 4 2 空間模型的建立 為了對構(gòu)造的虛擬空間能進(jìn)行全方位觀看，所選擇映射圖像的空間模型非 常重要。 常見的空間模型主要有球面空間模型、立方體表面空間模型、圓柱面空間 模型，通過對這幾種空間模型在視覺失真度、建模難易度等方面的比較，并充 分考慮了現(xiàn)實(shí)生活中，人在任何一個(gè)視點(diǎn)處所看到的空間都是弧空間這一事實(shí) 基礎(chǔ)，選擇圓柱面空間模型作為本課題中所采用的模型。為了完成空間模型的 建立，需要針對這種模型，提出相應(yīng)的圖像映射算法。 另外，為了滿足虛擬瀏覽的實(shí)列性，需要對重投影算法進(jìn)行研究。 1 4 3 虛擬空間漫游的實(shí)現(xiàn) 在虛擬空間漫游的實(shí)現(xiàn)中，首先需要解決的問題就是程序語言的選擇問 在虛擬空間漫游的實(shí)現(xiàn)中，首先需要解決的問題就是程序語言的選擇問 圖卜2 由局部散列圖像獲得完整空間圖像示意圖 兩幅圖像融合為一幅圖像之后，由于融合后所得出的像素坐標(biāo)位置可能不 在整數(shù)像素上，會(huì)造成圖像的模糊和存在明顯邊界的問題，對此利用c u b i c 函 數(shù)灰度插值的方法予以消除。 另外，圖像的大小對瀏覽速度的影響也很大。一張普通的數(shù)碼照片，比如 一幅分辨率是1 6 0 0 1 2 0 0 ，2 4 位顏色的照片，其大小就有7 0 0 多k ，一個(gè)虛擬實(shí) 景空間的圖像一般都有十幾幅，這樣形成的一幅整個(gè)空間的圖像，其大小就至 少有7 m 。很顯然，如此巨大的數(shù)據(jù)量，既增加了系統(tǒng)管理的難度，也造成了不 必要的存儲(chǔ)資源浪費(fèi)。所以，對圖像的優(yōu)化處理進(jìn)行了研究。 1 4 2 空間模型的建立 為了對構(gòu)造的虛擬空間能進(jìn)行全方位觀看，所選擇映射圖像的空間模型非 常重要。 常見的空間模型主要有球面空間模型、立方體表面空間模型、圓柱面空間 模型，通過對這幾種空間模型在視覺失真度、建模難易度等方面的比較，并充 分考慮了現(xiàn)實(shí)生活中，人在任何一個(gè)視點(diǎn)處所看到的空間都是弧空間這一事實(shí) 基礎(chǔ)，選擇圓柱面空間模型作為本課題中所采用的模型。為了完成空間模型的 建立，需要針對這種模型，提出相應(yīng)的圖像映射算法。 另外，為了滿足虛擬瀏覽的實(shí)時(shí)性，需要對重投影算法進(jìn)行研究。 1 4 3 虛擬空間漫游的實(shí)現(xiàn) 在痿羧空闐疆游靛實(shí)凌中，蘺先囂藜瓣決夔潤越魏楚戇孝語京鶼選舞瓣 鼷。霹為零謙題所磷究靜癌吝，不孳攀是鴦了實(shí)壤盛掇琢蘩的建模，更主要韻 戇使實(shí)現(xiàn)的結(jié)果能夠與蕻它虛擬建模技術(shù)相結(jié)合，完成虛擬制造系統(tǒng)中龐大的 建模藺憨。 通y 過對人在真實(shí)場娥中的遮動(dòng)情況的分析，發(fā)現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)中娥為常見的兩種 溉覺交純是裰意豹移動(dòng)幫褫楚方蠢懿轉(zhuǎn)臻。轟了實(shí)現(xiàn)寨歪酶空瀛授游，達(dá)到逝 較好豹虛數(shù)效果，需要對基于瀚像的虛擬空間瀏覽過程中，圖像的輸出原理進(jìn) 行分析，通過稔痔實(shí)現(xiàn)在虛撼窩闖對遮兩釋禚覺交純靜模毅e 在實(shí)醞豹擻搬制造系統(tǒng)中，虛擬空間有時(shí)會(huì)不止個(gè)，對由多個(gè)虛擬空間 構(gòu)成的斑擬制造系統(tǒng)的宙由瀏蕊，通過空離編輯予戳實(shí)琉。 1 4 4 紋理平滑楚瑗 由予在實(shí)際場景中采集的紋理圖像分辨率不夠，w 髓在溪游的遺稷中窶蕊 濰賽竟懿羹瑟。彈了籍扶遮一鞠鼴，辯罄予e 氌t m u l l e l 毪r k 纓分麴聰媳紋理平 滑算法避行研究， 美使被理圖像在場添的虛擬瀨游中軀保持蘸好的逶續(xù)萑和淹 潦毪。 。毒5 戇傣熬虛熬測蓬 穆體懿纛熬溆整蘧零渣文中一令獨(dú)立熬落勢，主騷疼窯包戇囂攀令饕蕊瓣 8 6 0 度圖像采集，圖像烊到的加工處璁，虛擬泌j 覽的洪現(xiàn)。為了達(dá)到較好的艘 搭淡楚效暴，囂蔞重蠢瓣囂豫澎囊戇熱工整理遴孬臻鰓，露袋怒建較廣泛熬爨 像序列使用方法進(jìn)行改進(jìn)。 。5 課題的娥究意義 本諜題所激翔豹熬予圖像姻虛擬現(xiàn)實(shí)建模方式，附虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用鳥 普及暴露菲露蕊要靜煮義，瑟鼓還霹黻痙溪予其它簇竣： ( 藏少邈摸王 髻裝在漿翅了這張建橫方法之尉，虛擬制造系統(tǒng)中的大 多數(shù)耩楚鄱楚黧乎餮像瓣，鑫就它霸纛蕷截造中簧蓑辯三黎蕊蓐建壤與實(shí)辯繚 鼷嘉法糕滋；瓣囂頰羰費(fèi)對的建模過褪，計(jì)爨量非嫩小，大大減少了工作轆， 提高了虛擬制造的效率。而且如果需要改動(dòng)的話，也很方便，可擴(kuò)展性好。 ( 2 ) 增強(qiáng)真實(shí)度傳統(tǒng)的虛擬環(huán)境生成主要采用幾何建模及光線和表面特 征的方法，對于形狀、紋理、光線等的處理非常困難。盡管投入較大努力，但 是與現(xiàn)實(shí)仍然存在著或多或少的差異，難以達(dá)到真實(shí)情況，尤其是對于自然界 中的復(fù)雜紋理和微妙光照效應(yīng)等。而本課題中的這種方法，作為已知的源圖像 不僅可來自于繪制系統(tǒng)，也可從真實(shí)環(huán)境中捕獲，因此可以反映更加豐富的明 暗、顏色、紋理等信息，真實(shí)度強(qiáng)。另外，它的圖像不需要實(shí)時(shí)繪制，因而使 用者在控制場景的移動(dòng)過程中，不會(huì)感覺到跳動(dòng)，而是非常平滑。 ( 3 ) 提高實(shí)時(shí)性通過幾何建模方法做出來的虛擬現(xiàn)實(shí)文件都相對比較大， 有的幾十兆，甚至幾百兆。而用本課題所采用的這種方法，生成的文件一般只 有一二百k ，再加上對具體重點(diǎn)對象的虛擬建模，文件也不會(huì)很大。而且生成 圖像的質(zhì)量、場景的繪制時(shí)間以及交互顯示的開銷都與場景的復(fù)雜度無關(guān)，只 與分辨率有關(guān)，因而運(yùn)行的時(shí)候占用的內(nèi)存少，速度快，提高了實(shí)時(shí)性。也適 于在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布。 ( 4 ) 降低對計(jì)算機(jī)硬件要求虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)對計(jì)算機(jī)的要求比較高，而且 為了獲得客觀真實(shí)的圖像和實(shí)時(shí)的交互速度，就需要些昂貴的專門的圖形處 理硬件的支持，難以應(yīng)用于低檔計(jì)算機(jī)及微機(jī)?；趫D像的虛擬現(xiàn)實(shí)這種技術(shù) 可以在不使用專門硬件加速器的情況下獲得客觀真實(shí)的圖像，耗資低廉，可以 廣泛應(yīng)用于模擬視覺感知的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，為利用低檔計(jì)算機(jī)及微機(jī)來實(shí)現(xiàn) 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)開辟了一條途徑。 ( 5 ) 應(yīng)用領(lǐng)域推廣在機(jī)械控制領(lǐng)域，這一研究也有著非常廣闊的應(yīng)用。 例如，在遠(yuǎn)程控制中，可以利用這一技術(shù)完成對控制現(xiàn)場的虛擬，其效果比用 一副普通的平面圖像逼真多了。在生產(chǎn)培訓(xùn)中，可在新產(chǎn)品設(shè)備投入使用之前， 先用“虛擬工廠”來增加員工的操作熟練程度。另外，機(jī)械零件模型在機(jī)械行 業(yè)的技術(shù)交流中是一種不可缺少的工具，但實(shí)體模型制造比較麻煩，而且不易 攜帶，在較大程度上影響了工作效率?？梢钥紤]利用對物體的虛擬，造出造型 逼真的三維模型，它控制靈活，可以很方便的在網(wǎng)上瀏覽，也可在單機(jī)上使用， 使用者可以在瀏覽器中自由操縱模型，從各個(gè)角度進(jìn)行觀察，并可方便的適時(shí) 擴(kuò)充。虛擬現(xiàn)實(shí)模型庫的建立，對機(jī)械設(shè)計(jì)生產(chǎn)中模型的需要將是有力的補(bǔ)充。 總之，這種技術(shù)以設(shè)備簡單、兼容性好、高度的現(xiàn)實(shí)性、數(shù)據(jù)量小、制 作簡單等特點(diǎn)，為虛擬制造技術(shù)的大眾化鋪平了道路，具有非常廣泛的應(yīng)用前 景。 1 6 論文內(nèi)容結(jié)構(gòu)介紹 本文的內(nèi)容結(jié)構(gòu)如下： 第二章主要是圖像的前期處理，包括采集的圖像序列的基本要求，通過一 定的算法，利用v c 十十程序完成圖像序列的融合；第三章通過對幾種常見的空間 模型在視覺失真度、建模難易度等方面的比較，選擇并建立了圓柱面空間模型， 并對實(shí)時(shí)重投影算法進(jìn)行了研究；第四章在第三章的基礎(chǔ)上，通過j a v a 程序?qū)?現(xiàn)了在虛擬空間中的前進(jìn)、后退、上看、下看、左看、右看的功能，真正實(shí)現(xiàn) 了虛擬空間的漫游；第五章對基于c a t m u l l 一c l a r k 細(xì)分曲面的紋理平滑算法進(jìn) 行了研究；第六章主要研究了對單獨(dú)物體基于圖像的虛擬技術(shù)；最后一部分對 整個(gè)課題進(jìn)行了總結(jié)。 第2 章圖像的獲取及編輯 本章主要在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中圖像處理知識(shí)的基礎(chǔ)上，從如何得到滿足要求 的高質(zhì)量圖像序列、圖像序列匹配融合的角度出發(fā)，采用基于特征的方法，并 結(jié)合小波變換和網(wǎng)格匹配算法，研究將圖像序列合成為能反映整個(gè)空間的一幅 完整圖像。對融合后的圖像存在的邊界線問題，采用了灰度插值的方法，用 c u b i c 核函數(shù)與圖像進(jìn)行卷積予以解決。因?yàn)樵诤罄m(xù)的圖像融合以及虛擬漫游 的實(shí)現(xiàn)過程中，都需要根據(jù)圖像文件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程，因此，在本章中對采用 的j p g 格式及其文件組織結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了簡單介紹。 2 1 采集圖像序列 2 1 1 圖像序列的基本要求 原始圖像的質(zhì)量好壞不僅影響著前期處理的工作量，而且直接影響到最后 的融合效果，所以對采集的反映局部空間信息的圖像序列有一定的要求，除了 拍攝位置要盡量選在所要虛擬的空間的中心位置，掌握好拍攝角度外，重要的 是每幅圖像的水平線要盡量保持水平，并且盡量避免不同圖像的亮度、色度、 對比度產(chǎn)生較大差異。采集的圖像數(shù)量要根據(jù)鏡頭的焦距來決定，但是要注意 相鄰圖像之間必須有3 0 一5 0 的重合部分，而且第一張與最后一張也必須有重 合【1 8 j ( 如圖2 1 所) 。 圖像l圖像2 圖像n l圖像n 圖2 1 反映完整空間的圖像序列 2 1 2 圖像序列的采集 根據(jù)圖像序列的基本要求，確定圖像序列的采集的基本過程如下：首先選 擇圖像的采集點(diǎn)，一般來說，這個(gè)點(diǎn)盡量定在所要虛擬的空間的中心位置，這 樣有利于保證所采集的圖像的景深基本一致，效果比較好。確定了圖像的采集 位置之后，在這個(gè)位置上開始進(jìn)行圖像的采集工作：在水平方向上，每隔定 角度采集一幅圖像，直至使首尾兩張圖像也有重疊的部分。至于圖像采集過程 中，每次采集所轉(zhuǎn)過的角度，并無嚴(yán)格的要求，跟相機(jī)的鏡頭也有很大關(guān)系， 但只要能保證相鄰的兩幅圖像保持大約3 0 5 0 的重疊度就可以。 在具體的圖像采集過程中，有很多技術(shù)和技巧，可以使得采集的圖像質(zhì)量 比較高。在此不做過多的贅述，僅對以下三個(gè)問題進(jìn)行簡單說明。 ( 1 ) 水平的保持通過圖2 1 可以看出，如果獲得的圖像序列都在同一條 水平線上，可以為圖像的融合帶來很大的便利。因此在采集時(shí)，在一個(gè)水平 面上旋轉(zhuǎn)相機(jī)很重要，最簡單的方法就是使用三腳架，它可以使旋轉(zhuǎn)保持水平， 是獲得高質(zhì)量圖像序列的保障。 ( 2 ) 銜接點(diǎn)的選擇兩幅圖像之間要有一定的重合，要求大約是3 0 一 5 0 ，這么大的變動(dòng)范圍為銜接點(diǎn)的選擇提供了保證。在拍攝的時(shí)候要盡量選 擇有明顯標(biāo)志的部位作為銜接點(diǎn)，避免在銜接處出現(xiàn)移動(dòng)物體。 ( 3 ) 對移動(dòng)物體的處理對移動(dòng)的物體如果處理不好，將使后期圖像的處 理變得很困難，甚至失敗。因此需要特別注意。如下措施可以很好的解決這個(gè) 問題。 ( 1 ) 盡量掌握好按快門的時(shí)機(jī)，不要把不好處理的活動(dòng)物體拍攝進(jìn)去； ( 2 ) 盡量在光線充足的環(huán)境拍攝，這樣快門速度快，活動(dòng)物體不會(huì)虛； ( 3 ) 盡量一個(gè)鏡頭把活動(dòng)物體一次捕捉，減少拼接的麻煩： ( 4 ) 鏡頭離活動(dòng)物體越遠(yuǎn)越好。 2 2j p g ( j p e g ) 格式 圖像在計(jì)算機(jī)中以文件形式存儲(chǔ)。圖像文件格式分為兩大類：一類是靜態(tài) 圖像文件格式，一類是動(dòng)態(tài)圖像文件格式。靜態(tài)文件格式有：g i f ，t i f ，b m p ， p c x ，j p g ，p c d 等；動(dòng)態(tài)圖像文件格式有a v i ，m p g 等。在本課題中，通過比 較各種圖像存儲(chǔ)格式，主要是考慮到j(luò) p g 格式具有較強(qiáng)的壓縮性能比，所以選 擇使用j p g 格式。 不同格式的文件在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)方式是不同的，因?yàn)樵趫D像的融合以及 虛擬漫游的實(shí)現(xiàn)過程中，都需要根據(jù)圖像文件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程，因此，下面簡 單介紹一下j p g 格式及其文件組織結(jié)構(gòu)。 2 2 1j p g 格式簡介 j p g 格式也稱為j p e g 格式，它由聯(lián)合照片專家( j o i n tp h o t o g r a p h i ce x p e r t g r o u p ) 開發(fā)并命名為“i s 01 0 9 1 8 ”，j p g 僅僅是一種俗稱而已。 j p g 文件格式的特點(diǎn)： ( 1 ) 它用有損壓縮方式去除冗余的圖像和彩色數(shù)據(jù)，在獲得極高的壓縮 率的同時(shí)能展現(xiàn)十分豐富生動(dòng)的圖像，即用最少的存儲(chǔ)空間得到較好的圖像質(zhì) 量。 ( 2 ) 具有調(diào)節(jié)圖像質(zhì)量的功能，允許用不同的壓縮比例對這種文件壓縮。 ( 3 ) j p g 格式的文件尺寸較小。 目前，j p e g 組織負(fù)責(zé)制定了j p e g 2 0 0 0 ，正式名稱為“i s o l 5 4 4 4 ”，與j p e g 相比，它是具備更高的壓縮率以及更多新功能的新一代靜態(tài)影像壓縮技術(shù)。 2 2 2j p g 文件組織結(jié)穩(wěn) 在邋行j p e g 文侔格式豹介緩之蘺，需要特麓藉出點(diǎn)：j p g 文 誓掰采用靜 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式懸m o t o r 0 1 a 格式，而非通常的i n t e l 格式，也就是說，在存儲(chǔ) 個(gè)字的數(shù)據(jù)時(shí)，要遵循高字節(jié)在前，低字節(jié)在后的舔瓣。 j p g 壓縮碼流的結(jié)構(gòu)如圖2 2 所示。在存儲(chǔ)格式上，j p g 文件是由文件頭、 文件尾和位于箕中的彳王意數(shù)量的段( s e g m e n t s ) 組成。每個(gè)段的長度不超過 6 4 ( ( 6 5 5 3 6 ) 。各個(gè)段均是從以o x f f 打頭的標(biāo)記字( t a 曲開始，以非o 字節(jié)和o x f f 結(jié)束。標(biāo)記字有許多種，通過第二個(gè)字節(jié)的段類型予以識(shí)剮，例如o x d a 表示為 s o s ( s t a r to fs c a n ) 標(biāo)記，攢明應(yīng)該開始绱碼；蕊o x d b 則表示d q t ( d e f i n e q u a n t i z a t i o nt a b l e ) ，其后應(yīng)有6 4 個(gè)字節(jié)的爨化表。j p g 段類型的詳細(xì)說明參 見參考文熬1 6 。 蹴 t h e p a r t 頭文件 圖2 2j p g 壓縮碼流結(jié)構(gòu)示意圖 2 3 圖像融合技術(shù)的方法研究 圖像融合髭對取融不同時(shí)間、不同傳感器或者不同視角的同一場景的兩 蠛圈豫絨者多螭圖像，通過一定的算法融合到一幅圖像，從而獲得比在單幅圖 像上更完整、更精確的信息。剎目前為止，圖像融合大致分為以下三類傍t 4 l ： ( 1 ) 麓單麴圖像融會(huì)方法該方法不對參加融合的原圖像進(jìn)行任何的變換 和分解，而是贏按對其進(jìn)行選擇、平均或加權(quán)等簡單處理后臺(tái)成一幡新圖像， 多數(shù)情援下，這秘筏攀瓣融合方法褥不到滿意靛融合結(jié)果。 ( 2 ) 基于塔形分解的圖像融合方法如拉普拉斯塔形分解、對比度塔、低 邋跑率塔。 ( 3 ) 基于小波變換的圖像融合方法 在本謀囂中，采曩了第三耱方法一基予，l 、波交換懿方法。 2 3 1 圖像融合牽的棗波盎按 ，| 、波溪稔爨= l 蘸卡霉發(fā)震起寒熬一耱蕤瓣分耩理諗。套波變換麓黠在窒霾爨 頻域上矮有趣好麴局部特性，將空間私頻域統(tǒng)一予一體米研究信號(hào)，因而對警 間和頻率同時(shí)具有較好的分辨率，是對傳統(tǒng)的f o u r i e r 變換的一個(gè)突破。正因 為如此，小波理論在圖像分析和圖像處理的諸多方面獲得了較好應(yīng)用 2 5 q ”。 從數(shù)學(xué)上來看，小波分析是一個(gè)新的數(shù)學(xué)分支，在眾多的非線性科學(xué)領(lǐng)域， 它被認(rèn)為是近年來在工具及方法上的重大突破。在本課題的圖像融合中，采用 的就是這種方法，并對基于特征的融合算法進(jìn)行了深入研究。利用小波變換進(jìn) 行分析的優(yōu)點(diǎn)是： ( 1 ) 繼承和保留了塔形分解融合方法的主要優(yōu)點(diǎn)； ( 2 ) 由于小波分解具有非冗余性，使得圖像經(jīng)小波分解后數(shù)據(jù)總量不會(huì)變 大； ( 3 ) 利用小波分解的方向性，有可能針對人眼對不同方向的高頻分量具有 不同分辨率這一視覺特性，獲得視覺效果更佳的融合圖像。 小波變換的基本思想是用一組正交函數(shù)表示信號(hào)，這一族正交函數(shù)稱為小 波正交基、王，。( 曲，該基是由一個(gè)被稱為母小波的核函數(shù)甲( x ) 經(jīng)過伸縮、平移 而得到的。即 墨， ( x ) = 22 ￥( 2 。x 一玲 其中，j 和k 均為實(shí)數(shù)。 ( 2 一1 ) 鑫予舞芷交鏈，穰弩f x ) 懿奪波交換系數(shù)e 。可戳j 蓬過翔下詩算褥爨： 。j ，k2 ( 2 2 ) 由夸波系數(shù)。玉k 可戩實(shí)瑤結(jié)弩f ( x ，y ) 靜重構(gòu)，豫 f ( x ) * c 拈。( x ) ( 2 3 ) j 土 母小波函數(shù)甲( x ) 是幽尺度聰數(shù)西( x ) 生成的，它們滿足如下的雙尺度關(guān)系 方程： 轡( x ) = 拓h 圓毋( 2 x 一 k ( 2 4 ) ￥( x ) = 壓g ( x ) 國往x 一粒 k 萁中，h k ) 被稼為低通濾波器，g ( k ) 被穆冀高通濾波器，h ( k ) 和g ( k ) 為聶 交鏡象濾波器，存在如下聯(lián)系： g ( 羚= ( 一1 ) 。聯(lián)l 一蟄 ( 2 5 ) 2 3 2 圖像的小波分解 m a l l a t 所提出的多分辨分析的概念將正交小波基的構(gòu)造統(tǒng)一起來，給出了 圖像分解為不同頻率通道的算法及重構(gòu)算法，根據(jù)分解方法的不同，可將小波 變換區(qū)分為塔式小波分解和小波包分解。 塔式小波分解過程如下：假設(shè)原始圖像表示為a ，f ，則a 。f 可以分解到分辨 率2 1 以下，也就是說，a 。f 可以用分辨率2 1 下的近似a ：1 f 和3 j 個(gè)差值表示為： a 1 f = ( a 2 ，( d ：j f ) “每l ，( d ：j f ) m 辟l ，( d ；，f ) “諍1 ) ( 2 6 ) 這里a 。f 是圖像的低頻子帶，d ：，f ，d ：，f ，d ：f 分別為圖像的垂直、水平、 對角線三個(gè)方向的高頻子帶，a 。f 為圖像的離散逼近，d ：f ，d ：。f ，d ：i f 為圖 像的離散細(xì)節(jié)。由分解式( 2 6 ) 可以看出，塔式小波分解每次僅對低頻分量再 分解為一個(gè)低頻分量和三個(gè)不同方向的高頻分量。 圖像的小波包分解與塔式小波分解的不同在于：每次進(jìn)行分解時(shí)，不僅對 低頻子帶再分解為4 個(gè)分量，而且對三個(gè)方向上的高頻子帶也可進(jìn)行再分解為4 個(gè)分量，圖像小波包分解的系數(shù)可表示為d w t ( p ) ，其中p = ( i ，j ，k ，1 ) ， ( i ，j ) 為分解系數(shù)的空間位置，k 為分解層數(shù)，1 為子帶頻段( 1 = 1 ，2 ，3 ，4 ) 。 小波包分解優(yōu)于塔式小波分解的優(yōu)點(diǎn)就在于它能按照一定的規(guī)則，自適應(yīng)的根 據(jù)圖像的子帶能量決定圖像的分解。小波包分解可稱為完全樹分解方法。 根據(jù)小波分解的原理可知，小波分解層數(shù)越高，分辨率越低，對塔式小波 分解而言，沒有