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专利号: 2018111766440
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于四元数广义判别分析的RGB-D目标识别方法,其特征是:包括基于四元数的RGB-D图像表征方式、定义四元数广义判别分析、基于平均行和平均列的双向四元数广义判别分析识别方法,具体步骤如下:步骤1,基于四元数进行RGB-D图像表征,具体步骤如下:采用四元数表征RGB-D图像,对于一张RGB-D图像,每个像素可以用函数g(u,v)表征为g(u,v)=gD(u,v)+gR(u,v)i+gG(u,v)j+gB(u,v)k式中,gD表示彩色图像所对应的深度图像,gR,gG,gB分别表示彩色图像的红色分量,绿色分量和蓝色分量,i,j,k分别表示满足如下规则的基本四元数单位:i2=j2=k2=-1,ij=-ji=k,jk=-kj=i,ki=-ik=j;

步骤2,定义四元数广义判别分析:

步骤2-1,假设四元数样本集X有C个类,每个类有Mc个样本;X在特征空间F中的类内散度矩阵SB和类间散度矩阵SW可以分别定义为:式中, 是样本集X中第c个类的样本均值,定义为:式中, 表示样本集X中第c个类的第s个样本;

步骤2-2,四元数广义判别分析通过最大化类间距离和类内距离的比值,类间距离和类内距离可以用步骤2-1中SB和SW来表示;最大化的过程可以看成寻找特征值λ和特征向量v,使其满足:步骤2-3,将特征向量v看成样本X的非线性映射 和系数矩阵α的线性表示,式中,Xcs表示样本集X中c类样本集的第s个样本,αcs表示样本Xcs对应的系数矩阵;

步骤2-4,对于SB和SW中的协方差矩阵,用四元数核矩阵Kx,x进行替代,Kx,x=k(X,X)=步骤2-5,将对称四元数核矩阵Kx,x特征分解,K=PτP

式中,τ是关于Kx,x的非零特征值,P是τ对应标准化后的特征向量;并满足PTP=I,I表示单位四元数矩阵;

步骤2-6,步骤2-2中的特征值λ可以重新表示为,式中,D表示一个对角块矩阵,每个对角块的大小是Mc×Mc,所有元素值为1/Mc;

令τPTα为β,PDP为Υ,上式可以重新表示为:λβ=γβ

步骤2-7,β和λ分别是Υ的特征向量和特征值;对Υ特征分解后,对于系数矩阵α,其和β有如下关系,α=Pτ-1β

步骤2-8,计算测试样本Xtest的投影矩阵YQGDA,步骤3,基于平均行和平均列的双向四元数广义判别分析识别对RGB-D目标进行识别;

步骤3-1,按照步骤1的方式,重新表征RGB-D训练样本集X,并按照行和列两个方向分别计算RGB-D样本集的平均行和平均列 δ∈{row,col};

步骤3-2,对样本集X求步骤2-D所描述的四元数核矩阵 δ∈{row,col},步骤3-3,对四元数核矩阵 特征分解,得四元数核矩阵的特征值τδ和特征向量Pδ,δ∈{row,col},构建对角矩阵D,D=(Dc)c=1,2,...,c

式中,Dc表示第c个类的对角块,假设每个类有Mc个样本,则Dc的所有元素为1/Mc;

步骤3-4,将对角矩阵D和Pδ重新组成γδ,对γδ特征分解,求其特征向量Pδ和特征值λ,γδ=PδDPδ根据 的特征值τδ和特征向量Pδ以及βδ计算系数矩阵αδ,αδ=Pδ(τδ)-1βδ;

步骤3-5,计算训练样本的投影矩阵

步骤3-6,按照步骤2-1的方式,重新表征RGB-D测试样本集Z,并按照行和列两个方向分别计算RGB-D样本集的平均行和平均列 δ∈{row,col};

步骤3-7,计算行方向和列方向关于训练样本 和测试样本 的四元数核矩阵δ∈{row,col},步骤3-8,结合 以及步骤3-4中的系数矩阵αcs计算测样样本Z的投影矩阵步骤3-9,对于训练样本和测试样本的投影矩阵 和 计算四元数欧式距离,对四元数欧式距离按照其方向最大值进行归一化操作,步骤3-10,对于行和列两个方向的标准化距离进行特征融合,并将融合后的距离选择识别分类器进行分类。

2.根据权利要求1所述的一种基于四元数广义判别分析的RGB-D目标识别方法,其特征在于:所述的步骤3-2和步骤3-7中核函数选择了多项式核函数,定义如下:k(Xs,Xt)=(Xs·Xs+c)b

其中,c和b是两个可调节参数。

3.根据权利要求1所述的一种基于四元数广义判别分析的RGB-D目标识别方法,其特征在于:所述的步骤3-10中识别分类器选择了最小路径分类器,分类器的定义如下:从而测试样Zt归属于训练样本 所在的类。