×

矩形毯子问题:二进制整数线性规划公式和求解算法。 (英语) Zbl 1430.90422号

摘要:矩形毯子是一组非重叠的轴对齐矩形,用于近似表示形状的二维图像。在许多计算机视觉应用中,使用矩形毯子是一种被广泛考虑的加速计算的策略。由于矩形和图像都不必被另一个完全覆盖,因此随着图像和毯子的非重叠区域的减少,毯子变得更加精确。在这项工作中,我们将重点放在矩形覆盖层问题上,该问题涉及确定一个最佳覆盖层,使给定图像的非重叠区域最小化,覆盖层可以包含的矩形总数的上限。这个问题与矩形覆盖、矩形分割和切割/包装问题有相似之处。该图像用一组近似的较小的轴对齐矩形替换了不规则的主对象。这些矩形的并集,即矩形毯,既不限于完全保持在主对象内,也不要求完全覆盖主对象。我们首先建立了该问题的二进制整数线性规划公式。然后,我们介绍了四种求解方法。第一个是一个分支和价格算法,用于计算精确的最优解。第二种是一种新的约束模拟退火启发式算法。最后两个是启发式,采用文献中的思想解决其他计算机视觉相关问题。最后,我们进行了广泛的计算测试,并报告了这些算法的性能结果。

MSC公司:

90立方厘米 整数编程
90C27型 组合优化
65D19号 计算机和机器人视觉中的计算问题
90C57型 多面体组合学,分支与绑定,分支与切割
90 C59 数学规划中的近似方法和启发式
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] 阿尔瓦雷兹·瓦尔德斯,R。;马丁内斯。;Tamarit,J.M.,《切割和包装不规则形状工件的分支定界算法》,《国际生产经济学杂志》,145463-477(2013)
[2] A.R.巴布。;Babu,N.R.,使用遗传算法和启发式算法在二维板材中嵌套二维零件的通用方法,计算机辅助设计,33,879-891(2001)·Zbl 1206.90031号
[3] 巴尔达奇,R。;博切蒂,医学硕士。;加诺维利,M。;Maniezzo,V.,《缺陷嵌套算法》,离散应用数学,163,17-33(2014)·Zbl 1303.90084号
[4] Beasley,J.E.,《二维切割边界》,运筹学学会杂志,36,71-74(1985)·兹伯利0557.90046
[5] Beasley,J.E.,《精确的二维非切割树搜索程序》,运筹学,33,49-64(1985)·Zbl 0569.90038号
[6] Beasley,J.E.,约束二维非切割的群体启发式,《欧洲运筹学杂志》,156,601-627(2004)·Zbl 1056.90011号
[7] Bengtsson,F。;Chen,J.,《几乎线性时间内计算最大得分段》,第十二届国际计算与组合学年会论文集,255-264(2006),施普林格:施普林格台北,柏林-海德堡·Zbl 1163.68322号
[8] Bengtsson,F。;Chen,J.,《最佳计算最大评分段》,技术报告(2007),卢拉科技大学
[9] Bennell,J。;谢索尔,G。;Stoyan,Y。;Romanova,T.,《任意物体堆积问题的数学建模工具》,《操作研究年鉴》,179343-368(2010)·兹比尔1201.90167
[10] 本内尔,J.A。;Oliveira,J.F.,《嵌套问题的几何形状:教程》,《欧洲运筹学杂志》,184397-415(2008)·Zbl 1136.90030号
[11] Bentley,J.,《编程珍珠:算法设计技术》,ACM通信,27,9865-873(1984)
[12] 伯尔尼,M。;Eppstein,D.,几何问题的近似算法,(Hochbaum,D.,近似算法(1997)),296-345
[13] 布加尼斯,A。;Shanahan,M.,《关于包装2D不规则形状》(Brewka,G.;Coradeshi,S.;Perini,A.;Traverso,P.,《第17届欧洲人工智能会议论文集》,ECAI 2006,(2006),IOS出版社:IOS出版社Riva del Garda,意大利),853-854·Zbl 1138.68481号
[14] Chaiken,S。;克莱特曼博士。;萨克斯,M。;希勒,J.,用矩形覆盖区域,SIAM代数离散方法杂志,2394-410(1981)·Zbl 0506.05022号
[15] Chan,T.B。;古普塔,P。;Han,K。;Kagalwalla,A.A。;Khang,A.B。;Sahouria,E.,《掩模压裂启发式的基准测试》,计算机辅助设计国际会议论文集,圣何塞(2014)
[16] Charnes,A。;库珀,W.,《系统评估和重新定价定理》,《管理科学》,9209-228(1962)
[17] Cherri,L.H。;Mundim,L.R。;安德烈塔,M。;F.M.B.托莱多。;Oliveira,J.F。;Carravilla,M.A.,不规则条形包装问题的鲁棒混合整数线性规划模型,欧洲运筹学杂志,253570-583(2016)·Zbl 1346.90626号
[18] 北卡罗来纳州克里斯托菲德斯。;Hadjiconstantinou,E.,一般正交二维背包问题的精确算法,欧洲运筹学杂志,80,68-76(1995)
[19] 北卡罗来纳州克里斯托菲德斯。;Whitlock,C.,《二维切割问题的算法》,运筹学,25,30-44(1977)·Zbl 0369.90059号
[20] Church,R。;ReVelle,C.,最大覆盖位置问题,区域科学协会论文,32,101-118(1974)
[21] 康福尔蒂,M。;Cornuéjols,G。;赞贝利,G.,《整数规划》(2014),斯普林格·弗拉格:斯普林格尔·弗拉格-海德堡·Zbl 1307.90001号
[22] Crow,F.C.,纹理映射的求和面积表,ACM SIGGRAPH计算机制图,18,3,207-212(1984)
[23] Csurös,M.,最大评分段集,IEEE/ACM计算生物学和生物信息学汇刊,1,1,139-150(2004)
[24] 卡尔伯森,J.C。;Reckhow,R.A.,《覆盖多边形很难》,《算法杂志》,17,2-44(1994)·Zbl 0811.68089号
[25] 丹尼尔斯,K。;Inkulu,R.,《平移多边形覆盖的增量算法》,技术报告,第2001-001号(2001),计算机科学系:马萨诸塞州洛厄尔大学计算机科学系
[26] 丹尼尔斯,K。;Milenkovic,V.J。;Li,Z.,《多重遏制方法》,技术报告,TR-12-94(1994),应用科学部计算技术研究中心:哈佛大学应用科学部计算机技术研究中心
[27] Demiröz,B.E。;萨拉赫,A.A。;Akarun,L.,《全方位相机中的耦合坠落检测和跟踪》,人类行为理解国际研讨会论文集,欧洲计算机视觉会议,73-85(2014)
[28] Downsland,K.A。;Downsland,W.B.,《不规则嵌套问题的解决方法》,《欧洲运筹学杂志》,84,506-521(1995)·兹比尔0918.90116
[29] Dychoff,H.,《切割和包装问题的类型学》,《欧洲运筹学杂志》,44145-159(1990)·Zbl 0684.90076号
[30] Dyckhoff,H。;谢索尔,G。;Terno,J.,393-413(1997),威利:威利·奇切斯特·Zbl 1068.90509号
[31] 菲舍蒂,M。;Luzzi,I.,《嵌套的混合整数规划模型》,《启发式杂志》,第15期,201-226页(2009年)·Zbl 1172.90495号
[32] 弗莱瑞特,F。;J.Berclaz。;Lengagne,R。;Fua,P.,《使用概率占用图进行多摄像机人员跟踪》,IEEE模式分析和机器智能交易,30267-282(2008)
[33] 福勒,R。;帕特森,M。;Tanimoto,L.,《飞机上的最佳包装和覆盖是NP完全的》,《信息处理快报》,12133-137(1981)·Zbl 0469.68053号
[34] Ganovelli,M.和Maniezzo,V.(2018年)。私人通信。;Ganovelli,M.和Maniezzo,V.(2018年)。私人通信。
[35] 戈麦斯,A.M。;Oliveira,J.F.,《通过混合模拟退火和线性规划解决不规则带钢包装问题》,《欧洲运筹学杂志》,171,811-829(2006)·Zbl 1116.90088号
[36] 古罗比优化,I.,古罗比优化器参考手册(2015)
[37] Gyori,E.,区间上的极大极小定理,组合理论杂志,B辑,37,1-9(1984)·Zbl 0551.05035号
[38] Haessler,R.W。;Sweeney,P.E.,《切割库存问题和解决程序》,《欧洲运筹学杂志》,54,141-150(1991)·Zbl 0736.90062号
[39] 海因里希·利坦。;Lubbecke,M.E.,Rectangle coveres reviewed computationally,ACM Journal of Experimental Algorithmics,11,1-21(2006)·Zbl 1140.68510号
[40] Hochbaum,D.S。;Maass,W.,图像处理和超大规模集成电路中覆盖和封装问题的近似方案,计算机协会杂志,32,130-136(1991)·Zbl 0633.68027号
[41] 霍夫曼,A.J。;科伦,A。;Sakarovitch,M.,《完全平衡和贪婪矩阵》,SIAM代数和离散方法杂志,6721-730(1985)·兹比尔0573.05041
[42] Kabeja(上次访问时间为2018年5月)
[43] 凯勒,A。;Bradski,G.,《学习OpenCV:使用OpenCV库在C++中实现计算机视觉》(2015),O'Reilly Media
[44] Karp,R.M.,《计算机计算的复杂性》,85-103(1972),阻燃出版社:纽约阻燃出版社·Zbl 1467.68065号
[45] 兰伯特,C.H。;布拉斯科,M.B。;Hofmann,T.,《高效子窗口搜索:对象定位的分支绑定框架》,IEEE模式分析和机器智能事务,31,12,2129-2142(2009)
[46] Latecki,L.J。;拉克佩尔,R。;Eckhardt,U.,具有单一闭合轮廓的非刚性形状的形状描述符,IEEE计算机视觉和模式识别会议论文集,2000,1,424-429(2000),IEEE
[47] Li,Z.,非凸多边形的压缩算法及其应用(1994),哈佛大学(博士论文)
[48] 李,Z。;Milenkovic,V.J.,《压实问题的复杂性》(Lubiw,L.;Urrutia,J.,第五届加拿大计算几何会议论文集(1993),加拿大安大略省滑铁卢大学),7-11
[49] Maire,F.,Polyominos和完美图,《信息处理快报》,50,57-61(1994)·Zbl 0810.05020号
[50] 米伦科维奇,V。;丹尼尔斯,K。;Li,Z.,服装制造中非凸多边形的放置和压缩,第四届加拿大计算几何会议论文集,236-243(1992),纽芬兰圣约翰
[51] Mohr,D.和Zachmann,G.(2010a)。基于轮廓区域的相似性度量用于恒定时间内的模板匹配。《关节运动和可变形物体的研究进展》(第43-54页)。;Mohr,D.和Zachmann,G.(2010a)。基于轮廓区域的相似性度量用于恒定时间内的模板匹配。《关节运动和可变形物体的研究进展》(第43-54页)。
[52] 莫尔,D。;Zachmann,G.,FAST:快速自适应轮廓区域模板匹配,英国机器视觉会议进程,39.1-39.12(2010)
[53] Motwani,R。;Raghunathan,A。;Saran,H.,完美图和正交凸覆盖,SIAM离散数学杂志,2371-392(1989)·Zbl 0674.05070号
[54] Motwani,R。;Raghunathan,A。;Saran,H.,用星形多边形覆盖正交多边形:完美图形方法,《计算机与系统科学杂志》,40,19-48(1990)·Zbl 0705.68082号
[55] Murray,A.T.,《最大覆盖位置问题:影响、意义和演变》,《国际区域科学评论》,39,5-27(2016)
[56] Ohtsuki,T.,《直线区域的最小剖分》,1982年IEEE电路和系统研讨会论文集,罗马,1210-1213(1982)
[57] 奥利维拉,J.F.C。;Ferreira,J.A.S.,嵌套问题的算法,应用模拟退火,255-274(1993),施普林格:施普林格-柏林-海德堡
[58] O’Rourke,J。;Tewari,G.,《在多项式时间内将正交多边形划分为胖矩形》,第13届加拿大计算几何会议论文集,133-136(2001)
[59] 佩索阿,A。;Sadykov,R。;Uchoa,E。;Vanderbeck,F.,《列生成中基于线性编程的稳定技术的自动化和组合》,《计算信息杂志》,30,2,339-360(2018)·Zbl 1528.90164号
[60] Ryan,医学博士。;Foster,B.A.,《调度的整数规划方法》(Wren,A.,《公共交通城市客运车辆和乘务人员调度的计算机调度》(1981年),阿姆斯特丹霍兰德北部),269-280
[61] 谢索尔,G。;Stoyan,Y.G。;Romanova,T.,矩形覆盖多边形区域问题的整数线性规划模型,技术报告,MATH-NM-07-2009(2009),哈尔科夫国立无线电电子大学
[62] Schrijver,A.,组合优化:多面体与效率,B(2003),Springer Verlag·Zbl 1041.90001号
[63] Segenreich,S.A。;Braga,L.M.,《一般平面图形的最佳嵌套:蒙特卡洛启发式方法》,《计算机与图形》,10229-237(1986)
[64] Shih,F.Y.,《图像处理与数学形态学:基础与应用》(2017年),CRC出版社
[65] Stoyan,Y。;Romanova,T。;谢索尔,G。;Krivulya,A.,用矩形覆盖多边形区域,计算优化与应用,48,675-695(2011)·Zbl 1219.90147号
[66] Stoyan,Y.G.,《用各种尺寸的矩形集合覆盖多边形区域》,《机械工程问题》,第10期,第67-82页(2007年)
[67] 斯托扬,Y.G。;Ponomarenko,L.D.,Minkowski的总和和稠密分配向量函数的速度图,技术报告,系列A 10(1977),乌克兰SSR科学院
[68] Stoyan,Y.G。;谢索尔,G。;Gil,N。;Romanova,T.,《复杂2D物体的函数》,4OR:比利时、法国和意大利运筹学会季刊,269-84(2004)·Zbl 1125.90382号
[69] Stoyan,Y.G。;特诺·G。;谢索尔,J。;Gil,N。;Romanova,T.,《主要2D对象的Phi-函数》,Studia Informatica Universalis,2,1-32(2001)
[70] Vanderbeck,F.,《实现混合整数列生成》,(Desaulniers,G.;Desrosier,J.;Solomon,M.M.,《列生成》(2005)),331-358·Zbl 1246.90108号
[71] 范德贝克,F。;Wolsey,L.A.,《1958-2008年整数规划的50年:早期和最先进的调查》,431-502(2010),施普林格:施普林格-海德堡·Zbl 1187.90207号
[72] Wah,B.W。;陈,Y。;Wang,T.,非线性约束优化的渐近收敛模拟退火,全局优化杂志,39,1,1-37(2006)·Zbl 1152.90010号
[73] Wang,P.Y.,约束二维下料问题的两种算法,运筹学,31573-586(1983)·Zbl 0517.90093号
[74] Wascher,G。;豪斯纳,H。;Schumann,H.,《切割和包装问题的改进类型学》,《欧洲运筹学杂志》,1831109-1130(2007)·Zbl 1278.90347号
[75] Wentges,P.,线性混合整数规划的加权Dantzig-Wolfe分解,运筹学国际汇刊,17,151-162(1997)·Zbl 0886.90107号
[76] 惠兰,P.F。;Batchelor,B.G.,《任意形状的自动打包》,《SPIE机器视觉体系结构、集成和应用学报》,1615,77-86(1991)
[77] 惠兰,P.F。;Batchelor,B.G.,《自动包装系统-系统工程方法》,IEEE系统、人与控制论汇刊,a部分,26533-544(1996)
[78] Wolsey,L.A.,整数规划(1998),Wiley-Interscience·Zbl 0930.90072号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。它的项目与zbMATH标识符启发式匹配,并且可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。