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关键词： 数字图像处理   IFSF协议   Otsu算法   自助加油   自动支付  

摘要： 随着互联网的快速发展和汽车保有量的逐年增加,传统自助加油服务的不足逐渐显露出来。加油站在加油高峰时段经常出现车辆排队现象,建卡插卡等较多操作步骤也使得自助加油服务推广缓慢。本课题来源于中国石油规划总院的智慧加油站项目,通过引入数字图像处理技术,提出一种基于IFSF协议的智能自助加油服务,旨在不增加新设备的前提下提高自助加油的服务效率,从而推动自助加油服务的发展。首先分析当前国内外的自助加油服务现状,找出自助加油服务存在的不足之处,并根据现状和不足提出本文的研究内容。其次,为获取加油车辆的相关数据,研究设计了加油站中的停车检测算法。该算法不仅解决了在暗光环境下的车辆目标检测不完整问题,还完成了车辆的停车状态检测和停车数据获取。为实现加油交易与车辆间的智能匹配,保证后续的扣款结算,通过研究IFSF协议实现对加油机交易数据的获取和解析,并研究智能匹配算法实现车辆与油品交易的自动匹配,当油枪挂枪时按照匹配结果完成账户的自动扣款结算。最后对本论文设计的基于IFSF协议的智能自助加油服务进行相关测试。实验结果表明,该服务能够实现用户只需提挂抢操作就可完成加油的自助加油服务,真正简化了加油操作步骤,从根本上提升了自助加油服务效率。

关键词： 数字图像处理   混凝土坝   裂缝识别   樽海鞘群算法  

摘要： 常见的大坝病害大多开始出现在结构表面,如裂缝、渗漏、破损、以及结构的外观变形等。其中,裂缝是混凝土大坝最常见的病害表现形式。针对大坝裂缝,目前国内外仍然采用传统测量方法进行检测,这种方法费时费力,效率低且主观性大。采用的基于机器视觉的裂缝监测方法简单易行,可以快速提取裂缝特征信息,消除人工测量的主观误差,同时提高裂缝检测精度和效率,降低成本。本文建立基于数字图像技术的混凝土坝裂缝识别试验系统采集裂缝图像,对裂缝检测算法中的彩色图像处理、灰度图像预处理、图像分割等方法进行研究,并且提出了基于樽海鞘群优化的图像分割算法,对大坝裂缝图像检测具有重要意义。本文完成了以下工作:(1)建立了基于数字图像技术的裂缝识别试验系统。主要包括根据工程实际情况选择民用网络摄像机(型号:DS-2DC6223IW-A和DS-2CD3T46DWD-i5)作为图像采集设备,并且在实验室内修筑混凝土墙壁用以模拟大坝表面。(2)研究了裂缝图像处理方法,包括裂缝彩色图像处理和灰度图像处理。采用区域生长法对彩色图像进行分割,效果较好,但该方法存在一定的主观性和局限性;裂缝灰度图像分割方法包括Canny算法、迭代法、最大类间方差法、粒子群算法和樽海鞘群算法等;本文提出的基于樽海鞘群优化的图像分割算法具有用时短,计算量小,分割效果好的优点。(3)研究了裂缝图像的特征信息提取方法,并建立了基于MATLAB的混凝土坝裂缝识别GUI系统。(4)根据采集的某水库裂缝病害图像,进行工程实例应用分析,验证了本文算法结果的可行性,展示了本文设计的GUI系统的实用性。

关键词： 图像处理   行为识别   课堂环境   起立识别   举手识别   帧间继承  

摘要： 课堂教学是教学的基本形式，是学生获取信息、提高技能和形成思想观念的主渠道。师、生课堂教、学行为对受教育者的影响极大，这些行为数据可以用来客观评价学生，预测学生未来的学习成绩，规划职业，也可以评价教师的教学水平，促进教师反思并改进教学。因此识别师、生的课堂的教、学行为有着非常广泛的应用，值得深入研究。　　目前针对课堂环境这一复杂背景下行为识别的研究刚刚开展，本文研究了数字图像处理识别课堂背景的起立、举手的行为。论文的主要工作如下：　　(1)运动目标检测算法在课堂场景的实现与应用。将典型运动目标检测算法，包括运动历史图、高斯混合模型、Vibe、光流法应用于课堂，并对实验结果进行了分析，由于这些算法前景提取的不足，针对课堂行为检测仍然存在的难点，确定了一种先检测行为主体(脸、手)，再判断主体运动趋势的行为识别的研究思路。　　(2)基于感兴趣区域的起立识别。为了避免人物背景杂乱的影响，结合主运动发生在图像上半部分的特点，利用二分法确定裁剪位置，进行了图像裁剪，获取感兴趣区域，再根据是否有举手干扰，选择了不同的阈值分割算法，识别了不同分割背景下的起立行为。　　(3)基于人脸跟踪的起立识别。为了能对行为目标进行定位和特写，利用Viola-Jones人脸检测算法检测出了人脸，对其框定，提出了一种基于位置和面积的框图继承算法，该算法利用运动目标在帧之间的相对位置最近和面积大小基本不变原则，通过新旧两帧的双向选择，确定了帧之间的人脸对应关系，完成了人脸跟踪，通过分析其坐标变化，判断出人脸的运动趋势，实现了起立行为的识别。　　(4)基于肤色检测和手部跟踪的举手识别。针对手的颜色，通过实验找到了肤色在RGB空间和HSI空间的阈值，利用肤色检测算法进行了大部分非肤色区域的去除，为了去掉人脸干扰，利用五官在脸中形成的孔洞，提出了一种扫描线种子清除算法，去除了所有包含孔洞的连通域，即去除了人脸，再利用边界跟踪算法找出了手部轮廓，利用轮廓的极点信息框定手的位置，同样通过相应的框图继承算法实现了举手行为的识别。

关键词： 图像处理   双语教学   工程能力  

摘要： 为了在数字图像处理双语教学中更好地对学生现代工程能力进行培养,探索了科研项目与教学相结合,让学生与老师角色互换的翻转课堂教学方法。首先,分析了数字图像处理的教学现状和现代工程能力的内涵;之后,分析了目前教学面临的困难和解决思路;最后,提出了科研引导、课堂讲授、学生实践的教学方法,用于在数字图像双语课程中培养学生的现代工程能力,得到了较好的教学效果。

关键词： 数字图像处理   机织布   疵点检测识别与分类   神经网络   深度学习   自适应增强算法  

摘要： 长期以来,布匹疵点的检测识别与分类由人工完成,但由于工作环境差、劳动强度大、评判标准依赖于经验、错检及漏检率较高等原因,导致布匹疵点检测识别与分类效率低下,已无法满足现代纺织工业的发展需求。近年来,随着计算机技术、数字图像处理技术和机器视觉技术的进步,用机器视觉的检测方法代替传统的人工检测方式是目前的发展趋势。基于机器视觉的布匹疵点检测识别与分类主要分为图像采集、预处理、分割与特征提取、分类器设计及识别与分类等几个环节。本文通过对其中关键环节的研究,取得了阶段性成果。在理论研究和实验分析的基础上,设计构建了基于智能学习算法的机织布疵点检测识别与分类方法。本文主要研究内容如下:(1)图像预处理。将采集到的原始彩色图像转换为灰度图像。针对机织布灰度图像疵点部分与机织布环境对比度不强的问题,采用灰度调整的方法对机织布图像进行增强。为了进一步突显疵点区域,研究了一种基于频率域的理想低通滤波方法,对疵点图像进行滤波处理。结果显示,该方法抗干扰能力强、滤波效果好,能有效去除机织布背景纹理信息,突出疵点区域,降低处理难度。(2)基于BP(Back Propagation)神经网络的机织布疵点识别设计。对灰度增强和频域滤波后的图像,根据机织布疵点图像的特点,采用Roberts算子检测边缘并进行有效分割。设计了基于多特征值的BP神经网络分类器,实验证明该分类器能够对多数疵点进行有效分类。(3)基于深度学习的机织布疵点识别设计。为进一步提高识别准确率,对深度学习开展研究。为能够获得不同尺寸、不同位置的机织布图像信息,在VGG(Visual Geometry Group)卷积网络模型结构的基础上,通过采用多尺寸过滤器和多处池化技术,设计了一种适用于机织布疵点检测识别与分类的多尺寸多位置MDML(Multi-Dimensional And Multi-Location Network Model)深度学习网络模型。经实验比对,MDML网络模型识别准确率高,提升了深度学习网络对机织布疵点的识别分类效率。(4)机织布疵点识别算法的自适应增强设计。基于BP神经网络和深度学习网络,构建了弱分类器的自适应增强算法,以获得强分类器。针对现有自适应增强算法存在样本不平衡和分类器退化的现象,提出了采用动态调整训练样本集、引入改进后的Sigmoid函数抑制样本权重的设计思路,设计并实现了一种新的权重抑制自适应增强算法 ***(Adaptive Boosting Weight Suppression Algorithm)。实验证明,***算法能有效解决样本不平衡和分类器退化问题,具有更好的平衡性和分类准确率。(5)实验系统设计和分类器性能评价方法的构建。设计了基于智能学习算法的机织布疵点检测识别与分类实验系统,针对机织布常见疵点类型,进行实验研究。依据机织布检测评价的特点,构建了适用于机织布疵点检测识别与分类系统的分类器性能评价方法,并对数据分析、评价方法的指标和计算公式给出了详细说明。通过实验平台对机织布进行动态疵点检测,采集数据信息,并利用该评价方法对几种算法进行比对实验。结果证明,该评价方法适用于机织布疵点的检测评价,改进后的算法确实有效地提高了分类效率和准确率。

关键词： 沥青路面   功能型沥青混合料   抗裂性能   内聚力模型   离散元方法   数字图像处理  

摘要： 经过近四十年的努力,我国基本上解决了以半刚性基层沥青路面为典型结构的承载能力问题。然而,裂缝问题仍然是导致沥青路面早期损坏和大中修的主要原因之一。以广东为例,大量的路况调查数据显示,PCI下降的主要贡献来自于裂缝,其比例占病害类型的85%95%。这些裂缝又主要以近似固定间距的横向裂缝（半刚性基层反射裂缝）和少量的Top-down裂缝为主。道路工程界曾试图以改性沥青（上中面层）或添加纤维、橡胶等方式降低路面的开裂率,由于要兼顾车辙和抗滑等问题,虽然增加了工程造价但改善路面开裂的效果并不显著。基于上述背景,研究沥青混合料的材料构成、性能与路面结构的基础关系,通过材料与结构的一体化设计,根据结构需求开发具有优良抗裂性能的“功能型”沥青混合料,对于延长路面大中修周期,降低路面的养护维修成本具有重要意义。本文以离散元分析和数字图像处理为研究手段,以沥青混合料各组分细观特性为研究主线,从细观角度对沥青混合料的断裂特性进行分析,揭示级配、集料形态、集料分布、砂浆强度、空隙等对沥青混合料结构抗裂性能产生的影响,研究沥青混合料受力断裂过程中裂缝演化等,研究结论可为抗裂功能型沥青混合料的设计提供理论依据。鉴于平衡设计并不能解决沥青混合料抗车辙和抗裂的矛盾,也不利于发挥单纯抗车辙或抗裂的优势,本研究提出了一种新的沥青磨耗层混合料设计思路,针对按抗车辙设计的沥青混合料,开发一种在常温未成形时有高渗透性,在固结后又有高强粘结能力的新型喷洒型材料。本文的创新性成果如下:（1）根据设计材料的理念和沥青路面实际损坏状况,本研究提出了抗裂功能型沥青混合料的概念及其设计方法。（2）自主开发了基于离散元软件的内聚力本构模型代码,该代码能应用于二维和三维离散元模型的断裂性能虚拟试验且效果良好,为抗裂功能型沥青混合料的分析和数字化设计奠定了良好基础。（3）基于虚拟试验研究了集料公称最大粒径与层厚的尺寸效应关系对沥青混合料抗裂性能的影响,发现对于特定的层厚存在一个抗裂性能最佳的公称最大粒径范围,并据此给出抗裂型沥青混合料最佳的层厚粒径比例范围为4.0～5.5倍。（4）通过虚拟试验及室内试验,发现粗集料含量和集料颗粒的比表面积是影响沥青混合料抗裂性能的主要因素,并分别呈抛物线规律,据此给出AC-20抗裂型沥青混合料最佳粗集料含量为51%54%,比表面积取值范围为5.7～6.2m2/kg。（5）提出了抗裂功能型沥青混合料的设计方法:（1）根据层厚确定级配的公称最大粒径;（2）确定最佳抗裂性能的粗集料含量与比表面积;（3）由分形维数定义级配曲线;（4）应用二维或三维离散元软件与内聚力模型分析和优化抗裂功能型沥青混合料级配范围;（5）抗裂功能型沥青混合料路用性能的室内试验验证。该设计方法为提高下面层沥青混合料的抗裂性能,抵抗反射裂缝提供了一种全新的解决方式。（6）考虑到现有的平衡设计方法无法最大限度地发挥沥青混合料的抗车辙或者抗裂的单一性能,本研究开发了一种新型喷洒型材料——渗固封层,用于增强路面的抗剪、抗裂性能,解决了沥青面层因设计需求集中在抗压、抗车辙上,难以同时兼顾抗裂的作用而导致Top-down裂缝没有相应措施进行预防或抑制的难题。渗固封层不仅能提升路面的抗剪、抗裂性能,还同时提升了其他的路用性能（如抗腐蚀、防水、抗滑、抗剥落等）,可用于沥青路面的预防性养护。

关键词： 定量金相分析   图像处理   边缘检测   图像分割   小波滤波  

摘要： 基于数字图像处理的定量金相学是将计算机图像处理与材料学相结合的一门学科。通过图像处理的方法计算金相微观结构的参数,能够定量确定金属材料的机械性能,对于金属材料的质量检测和安全生产都有重要意义。本文重点对金相图像分析中图像滤波、边缘检测、边缘恢复与重建等相关算法进行研究。(1)金相图像纹理丰富,噪声幅值大,传统图像滤波方法难以达到理想的去噪效果。针对这种情况,在金相图像去噪中引入了小波滤波方法并改进了小波滤波的阈值函数和自适应阈值的求取方法。阈值函数改善了传统小波滤波结果可能在阈值附近出现震荡或和源图像有固定偏差的不足;自适应阈值保障小波滤波在复杂金相图像中能够兼顾保持图像边缘信号与去除噪声两个方面。(2)针对现有的边缘提取算法易受噪声影响、边缘定位不精确、出现双边缘等情况,基于对图像阈值分割算法的改进,提出一种针对金相图像的边缘提取算法。经实验验证,该算法除了具有定位精确,抗噪性好等优点外,还能够在提取边缘的同时,标记金相图像的夹杂物。(3)针对金相图像边缘丢失与断裂、不同晶粒体粘连现象普遍存在的情况,改进了粘连晶粒体的分割条件,提出了一种基于分水岭算法的图像分割算法。经实验验证,该算法在金相图像边缘重建与恢复中取得了良好的效果,减少了现有图像分割算法出现的“过分割”、“错误分割”现象,使得重建的边缘清晰、准确、完整。(4)针对传统Zhang细化算法存在细化结果不是单像素宽度以及会改变源图像拓扑结构等问题,从原理上做出了分析。然后,对经典Zhang细化算法的标记条件进行改进工作。改进后的Zhang细化算法细化结果是一条单像素宽度细线,拓扑结构完整,曲线平滑。(5)针对传统的倒角距离变换存在误差问题,从原理上进行了分析,证明以改变参数的方式不可能消除误差。然后,以位置信息代替距离信息,改进倒角距离变换算法,实现精确的欧几里得距离变换。(6)最后,分析了传统定量金相学中的重要参数及其求取算法,然后结合数字图像处理的原理重新设计了这些参数的测定方法。通过实验验证上述算法在定量金相学中具有很强的实用性。

ISBN: (纸本)9787030580351

关键词： 兴趣导向   数字图像处理   教学改革  

摘要： 总体来说,数字图像处理是一门兼具实践性与实用性的复杂性科目,教师在课堂教学中若想达到良好的课堂教学效果,就要以学习兴趣为导向对数字图像处理课程教学进行改革与创新。这篇文章先是简要叙述数字图像处理教学存在的问题,随后具体探究以兴趣为导向数字图像处理教学改革的策略。