非规则碎片匹配复原技术是模式识别、计算机视觉等领域中的重要研究课题,它开辟了模式识别新的应用领域,同时具有广泛的实用价值,例如在考古学、古生物学、医学等领域得到了广泛的应用,不久的将来还会被应用到诸如机器零件的接口技术等新的工程领域中去。本文结合图像处理、微分几何、形状匹配、模式识别等相关理论,对平面非规则碎片匹配的几项关键技术展开研究。用碎片轮廓曲线的不变特征量——曲率描述碎片的形状,从而将碎片匹配问题转化为轮廓曲线的匹配问题。本文的主要工作如下: 1.研究了实物碎片的数字化方法、碎片图像的轮廓提取技术及对轮廓数据的预处理方法。针对本文研究的碎纸片,首先对碎片图像进行轮廓提取,然后对轮廓数据进行滤波和重采样,得到适合进一步分析、匹配的数字轮廓。 2.在分析已有角点检测算法的基础上,提出一种分步提取轮廓曲线角点的算法。该算法既避免了单尺度算法只能检测出某个特定尺度下的角点特征,又克服了多尺度算法缺乏几何直观性及在尺度参数选择上要进行多次试探的缺点。 3.鉴于已有轮廓拟合算法或计算量大(插值)或逼近精度低(最小二乘逼近)的缺点,提出一种带约束的B样条拟合轮廓算法。该算法通过插值角点逼近其余数据点得到拟合曲线,更适合实际碎片轮廓的情形。实验表明算法是有效的。 4.给出两种计算轮廓曲线不变特征量——曲率的方法。一是基于轮廓的B样条拟合,通过计算拟合B样条曲线在各采样点处的曲率估算轮廓点的曲率;