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关键词： 数字图像处理   图像篡改   伪造检测   数字图像安全   颜色特征  

摘要： 在二十一世纪,我们已经步入了一个信息化时代,图像作为人们日常获取外界信息最直观的媒介之一,它在我们的生活与生活当中起着举足轻重的作用,随着数字图像的处理的技术不断地的进步,各种图像编辑软件功能不断地丰富与强大,这就使得图像篡改与伪造技术变得更加的容易,普通用户就可以很熟练的去运用这些图像编辑软件去篡改与伪造一些图像,以达到让人无法查觉的地步。长期以来,一些伪造的图像应用于新闻媒体、医学、军事、科学研究、和法律诉讼等领域,这就对与图像的信息安全带来了巨大的考验与挑战,这会对人们的生活乃至社会带来一定的负面影响。因此对于图像的伪造检测已经成为了信息安全领域一个重要的研究方向,数字图像伪造检测主要是通过将伪造的图像与原始图像分开来确定数字图像的真实性。随着信息技术发展,数字图像伪造的技术和手段在不停的改进,面对技术进步带来的各种伪造手段,研究者都要积极的采取解决方案去应对,因此对于伪造数字图像检测就变成了一个刻不容缓的研究课题。本文主要针对基于深度学习生成彩色伪造图像的技术,提出了两种有效的针对于该伪造技术的检测算法,主要的研究工作如下:(1)构造伪造图像的数据集,本文主要是通过去复现有的基于深度学习的方法来构建伪造图像数据集,该方法通过一个设计好的深度卷积神经网络端到端的去生成彩色伪造图像,该方法在训练的时候加入了类平衡来增加结果中颜色的多样性,实现了对灰度图像全自动地进行上色。生成的伪造图像效果十分逼真,可以达到以假乱真的效果。(2)提出了一种基于高斯混合分布相似度测量的彩色伪造图像检测算法,首先提取训练集低层特征来拟合高斯混合分布,求解高斯混合分布参数,然后提取每张测试集图像特征并且以求解得到的参数为先验,通过EM-adaptation算法重新拟合高斯混合分布,通过蒙特卡洛采样的方法来对两个高斯混合分布进行相似度测量,来进行伪造图像真伪鉴别。(3)提出了另外一种通过VLAD的方式对自然图像和伪造图像训练集特定的低层特征进行编码,然后用编码后的特征作为SVM的输入,去训练SVM分类器,最后对图像真伪进行检测方法。

关键词： 可见光通信   白光LED   手机摄像头   数字图像处理  

摘要： 随着人们通信需求的不断增加,无线通信频段资源枯竭、网络干扰的问题日益严重,与传统的无线通信方式相比,可见光通信具有高速率、无电磁干扰、不占用无线电频谱资源的优势,而且具有极强的安全性和保密性,所以可见光通信从兴起至今,受到各国学者的关注,得到迅速的发展。目前可见光通信系统采用的接收机类型有:光电二极管和图像传感器,光电二极管响应速度快,但是处理电路复杂,不利于推广使用;而图像传感器是智能手机摄像头的重要组成部分,智能手机在人们的生活中广泛普及,所以本文提出使用智能手机摄像头作为可见光的接收机。本文深入研究了基于手机摄像头的可见光通信系统,提出了条纹图像的处理方案,完成了整个系统的搭建,实现了手机接收应用程序,并且测试了系统的性能。论文的主要研究内容如下:(1)通过分析手机摄像头的成像原理,在成像过程中CMOS图像传感器产生的“果冻效应”是摄像头接收可见光的基本原理,利用该效应,摄像头可以采集到明暗变化的条纹图像,通过对该图像处理和灰度值判决可以得到发送端原始比特序列。本论文提出一种基于数字图像处理的手机摄像头可见光接收方案,该方案包括灰度矫正、有效像素行选取、直方图均衡、图像高通滤波以及判决,其中有效像素行选取降低了 LED光斑和低灰度区域的干扰,直方图均衡提高了明暗条纹的消光比,图像高通滤波降低了光晕效应以及背景光的干扰,通过该数字图像处理方案提高了明暗条纹判决的准确性。(2)完成了基于手机摄像头的可见光通信系统的搭建,通过硬件电路实现了系统的发送端,基于Android手机平台实现了相应的数字图像处理算法,并完成了接收端应用程序的开发,该应用可以调用手机摄像头接收可见光并实时处理。通过对系统性能进行测试,研究了影响系统性能的三个因素:传输距离、信号发送速率以及环境光照。测试结果表明本系统具有较强的鲁棒性,可以有效抵抗干扰,与已有研究成果比较,本系统在传输距离上具有一定优势。(3)分析了可见光通信的应用场景,结合本系统的传输特点以及可见光通信安全性强的特性,利用可见光作为一种授权认证的方式,提出基于可见光通信的室内授权认证应用,并通过Android手机实现了该应用程序,为可见光通信的实用化提供了一种思路。

关键词： 傅里叶变换   信号分析   平稳信号   数字图像处理  

摘要： 傅里叶变换是一种重要的信号分析工具,在平稳信号的分析方面具有十分重要的地位,线性系统中,常利用傅里叶变换进行分析和处理.本文对傅里叶变换和数字图像处理的相关概念进行了介绍,并主要针对傅里叶变换在数字图像处理中的应用进行分析和研究,对图像处理领域的学习很有帮助.

关键词： 堵漏剂   力学特性   数字图像处理   测量系统设计  

摘要： 凝胶作为化学堵水、堵漏剂,在原油开采、提高油气采收率等方面有着极其重要的作用。凝胶的力学性质对油井的封堵质量至关重要。由于目前市场上还没有针对油田开采堵水堵漏凝胶力学特性的检测系统,且市面上的产品大多依赖国外进口,价格较为昂贵。因此,本课题经过充分调研,针对现在凝胶力学特性检测过程中检测精度低的问题,运用数字图像处理技术,研制出一套高精度、高可靠性的凝胶力学特性检测系统。整个分析系统由驱替泵加压单元和机器视觉单元两大模块组成,软件系统基于模块化编程语言开发。分析凝胶力学特性的核心是图像处理,针对毛细管凝胶图像基本特征,首先对凝胶图像进行有针对性的预处理;然后提出了一种新颖的自适应阈值分割算法,以获得较精确毛细管凝胶凹液面;最后将凝胶凹液面完整提取出来,获得凝胶凹液面位置参数后,结合流体力学理论,计算出油田生产需求的凝胶各项力学特性。实验中所有数据及图像都会存储至数据库,方便试验人员查询。为了提高仪器精度,本文对凝胶最重要力学特性粘度的测量过程中可能的误差源进行了分析,进而对机器视觉单元方案进行了改进,使仪器更加成熟,测量系统的自动化程度更高。在完成了智能凝胶分析系统的设计及构建之后,选择了五种不同浓度的凝胶样本,并与旋转式流变仪的测量结果进行对比,试验表明对于五种凝胶样本,两种测量方法之间的测量误差相对较小并保持在5%以内:证明本文研究的凝胶力学特性测量系统具有一定的可行性及可靠性。

关键词： 桥面铺装   防水粘结层   数字图像处理   层间横向渗水特性   力学性能  

摘要： 近年来,我国高速公路网在不断完善过程中,高速公路建设逐步向山岭重丘区转移,因而桥梁特别是水泥混凝土为主的大中桥所占的比例在进一步加大,其重要组成的桥面铺装所引起的关注度和重视度也大大高于以往。由于目前国内铺装体系的设计过程缺乏完善的理论依据,施工过程又没有系统的规范指导,导致桥面铺装较早的出现许多问题,尤其是当水分通过路面缺陷和路边缘等大空隙部分渗入到防水粘结层层间,在层间集聚和流动,极易导致铺装体系的冒水、坑槽、推移和拥包等诸多病害,严重影响了桥面的质量和使用寿命。因此,本文针对可能导致桥面铺装产生破坏的防水粘结层,重点研究不同防水层的空隙结构和层间横向渗水特性,结合路用力学性能试验,优选推荐综合性能优异的防水层。本文首先分析了桥面沥青铺装形成病害的成因,总结了国内外防水粘结层的种类及其性能要求,并根据实际工程情况,设计成型了室内试验用多种防水粘结层复合板试件;利用CT扫描技术对不同防水层复合板芯样进行扫描,获取灰度图像,并利用软件分析了不同防水层的空隙率、空隙等效直径、空隙面积和数量等参数,且通过层间空隙三维重建直观展示了层间空隙结构;在此基础上利用研发的新型层间渗水仪,试验分析了不同防水层在不同的水压力、界面类型和压实工艺等条件下的横向渗水特性;利用层间拉拔试验、剪切试验,分析了防水层种类、界面类型等条件对层间力学性能的影响;此外还对比了浸水和冻融对层间力学性能的影响。通过CT分析表明,不同防水层层间空隙率的变化趋势相似,但峰值和范围不同,不同防水层层间空隙等效直径、空隙数量、面积各有特点;由空隙三维模型可直观看出,不同防水层的空隙结构和连通程度不同。利用研发的层间渗水仪进行渗水试验表明,不同防水层层间横向渗水特性的优劣关系为:改性乳化沥青防水层>稀浆封层防水层>AC-5沥青砂>同步碎石;其他条件相同情况下,水压力越大、界面越粗糙,层间横向抗渗水性越差;提高用油量、降低碎石用量可以提高同步碎石防水层的层间横向抗渗水性能。通过层间剪切、拉拔试验表明,不同防水层的力学特性不同,AC-5沥青砂的力学强度较高;浸水和冻融会减小层间力学强度;同步碎石在一定程度上提高沥青用量,减少碎石用量可提高层间拉拔和剪切强度;层间剪切强度与界面的粗糙程度呈正相关。

关键词： 架空输电线路   异物缠绕   激光除异物装置   转台伺服控制系统   数字图像处理   软件开发  

摘要： 架空输电线路上的异物缠绕是导致输电故障的重要因素之一。目前清除架空输电线路上异物的方法主要依靠人工或无人机等遥控装置，这些方法耗时耗力且带电作业，具有一定的危险性，不能适应复杂的输电线路环境。随着激光技术的应用越来越广泛，利用激光清除电线异物在技术条件上已经完全成熟。　　为了更好地实现切割效果，提高切割效率，本文基于数字图像处理技术研究了一种用于激光除异物装置的转台伺服控制系统，通过架设在双自由度转台上的高清摄像机和激光发射装置，运用视觉伺服的控制方法，达到识别跟踪并切除异物的效果。具体工作如下:　　(1)在分析系统功能需求的基础上，提出了基于C++和OpenCV的软件总体架构，并完成了人机交互界面、视觉系统控制及伺服转台控制等软件模块。　　(2)研究了基于视频的异物识别与跟踪技术，利用HOG特征实现了异物的检测，并通过核相关滤波算法(KCF)对选定目标异物进行跟踪。　　(3)研究了基于视觉反馈的伺服控制技术，设计了基于模糊PID的伺服转台位置控制器，提高了伺服转台的稳定性;运用视觉伺服方法，通过伺服位置指令的获取与解算，实现了虚拟位置闭环控制。　　实验与仿真结果表明，本文所研究的方法是有效的，可以实现对架空线路及缠绕异物的识别和有效跟踪，能够满足激光除异物装置的需要。

关键词： 布袋除尘器   泄漏检测   圆检测   信息熵   泄漏定位  

摘要： 布袋除尘器被广泛的应用于工业除尘。布袋破损是影响布袋除尘器正常运行的主要原因,能够及时发现布袋泄漏并找出破损布袋对布袋除尘器高效稳定运行具有重要意义,并为实现布袋除尘器自动堵漏奠定必要的基础。本文针对目前的布袋除尘器检漏技术维护困难、不能定位破损布袋等不足,提出基于数字图像处理技术研究布袋泄漏及破损布袋定位的检测方法。本文研究的布袋除尘器中的布袋是圆形且均匀排列的,对除尘器中的布袋进行定位,只要对图像中花板上的圆形布袋的轮廓进行检测即可。文中首先提取图像中布袋的边缘点并且提出两种圆的检测算法,方法一是在边缘点中随机采样两点,利用两点的梯度信息以及半径约束检测圆。方法二是遍历所有的边缘点,再根据该点的梯度信息和半径约束计算圆心,通过对圆心频度图像进行形态学运算做进一步改进。然后将本文提出的圆的检测算法和Hough变换圆的检测算法进行比较,本文的提出的方法二在本实验中不仅能够将图像中的圆全部检测出来,并且检测速度较随机Hough变换圆检测的方法更快。本文提出通过求图像局部信息熵的方法来检测烟尘泄漏,并且和背景差分法、基于烟尘颜色特征检测方法作比较分析。背景差分法和图像局部信息熵的检测方法都可以准确的检测出泄漏烟尘,图像局部信息熵方法能够在检测泄漏的同时定位破损布袋。本文还提出了在全局检漏的情况下利用检测出泄漏烟尘的区域对破损布袋定位的方法。经过实验,本方法能够准确的定位破损布袋的位置。

关键词： 创伤弹道   明胶   杀伤效应   数字图像处理   压力波测量   瞬时空腔测量  

摘要： 近年来,轻武器终点效应的研究成为各国国防工作者关注的热点,展开相关领域的技术研究具有重要的轻武器军事意义。论文正是针对轻武器典型杀伤效应特性进行了相关研究,从实验材料的选取、测试系统的搭建、空腔图像的处理方法等多个方面进行了详细设计、计算和分析,实验研究了典型杀伤元冲击、侵彻有/无防护条件下明胶靶标时压力波的发展规律、典型杀伤元侵彻明胶靶标时瞬时空腔的演化规律和手枪弹冲击防护条件下生物靶标时压力和加速度的变化规律,为轻武器杀伤机理的研究奠定了一定的技术基础。本文的主要工作和研究成果如下:根据典型杀伤效应物理参量:靶前、靶后速度,明胶内压力和瞬时空腔体积搭建了综合测试系统,详细介绍了系统的组成和各设备技术指标;针对明胶内压力波的测试方法进行了研究,对传感器的埋设和处理方法进行了对比分析;针对杀伤效应特征量拍摄测量方法进行了研究,对数字高速摄影和脉冲X光机的布置方法,以及脉冲X光机正交拍摄方法进行了研究;针对压力波幅值和传播速度的测量进行了不确定度评定。在详细分析高速摄影拍摄的杀伤元侵彻明胶靶标图像特征的基础上,对空腔图像的处理方法进行了研究。对比分析灰度线性变换、分段线性灰度变换、灰度非线性变换和基于指数的非线性分段灰度变换几种典型灰度变换算法,确定具有最佳增强效果的变换算法;对比分析常用滤波算法、空域和时域滤波算法,选择能够保护图像轮廓线细节的方法;对比分析基本全局灰度阈值分割、直方图阈值的双峰法、最大熵阈值分割法和Otsu阈值分割法,得出能够获取清晰、连续的空腔轮廓线的方法;对比分析常用边缘检测算法和基于简化M-S模型的水平集边缘检测算法,得出能够准确提取空腔轮廓线的算法;基于以上最佳图像处理方法处理后的图像,对明胶靶标的毁伤参数:杀伤元侵彻速度、翻转角度和空腔体积进行了求解。对三种典型杀伤元φ4.8mm钢球、9mm手枪弹和5.56mm步枪弹侵彻明胶靶标时压力波的特性进行了实验研究,分析了压力波峰值的形成原因和压力波的传播速度,通过对比分析多种杀伤元侵彻明胶靶标时压力波的特性,找出了压力波差异的原因;对5.56mm和7.62mm步枪弹冲击防护条件下明胶靶标时压力波的特性进行了实验研究;在对试验数据进行处理和分析的基础上得出了有/无防护条件下明胶内压力波传播的经验模型。对三种典型杀伤元φ4.8mm钢球、9mm手枪弹和5.56mm步枪弹侵彻明胶靶标时瞬时空腔的变化规律进行了实验研究,分析了瞬时空腔的基本特性和形成原因;找出了不同杀伤元所形成瞬时空腔差异的原因;在对试验数据进行处理和分析的基础上得出了具有普适性的瞬时空腔直径变化的经验模型。通过在生物靶标体内布置压力和加速度传感器建立了防护条件下生物靶标多物理量测量系统,分别对有防护生物靶标的头部和胸部易损部位进行了手枪弹射击试验,测量生物靶标中的压力和加速度,力求揭示压力和加速度的特征及变化规律。

关键词： 车轮定位   单目摄像机标定   双目立体标定   数字图像处理   立体匹配算法  

摘要： 随着汽车产业的迅速发展,我国汽车产量和保有量持续增加,对汽车的检测技术提出了更高的要求,汽车的四轮定位作为汽车驾驶性能的重要检测指标,在车辆性能检测中占据重要的位置。为满足用户的需求,汽车四轮定位技术向着自动化、智能化的方向发展。视觉测量技术因其速度快、非接触等优点,被广泛应用于机器人导航、产品质量检测等工业领域。本文将双目立体视觉测量技术引入到车轮定位检测中,设计车轮定位标定系统,提供一种非接触四轮定位仪的车轮测量方法,检测车轮的空间位置,实现对车轮的非接触定位测量。本文的主要研究工作分为如下几个方面:首先,开发完成基于双目立体视觉的车轮定位标定系统,该系统包括单目摄像机标定系统和双目立体标定系统。通过建立单目摄像机成像模型,分析成像原理,建立摄像机标定的数学模型,采用平面模板法完成单目摄像机标定实验,求取单目摄像机的内参矩阵A和外参矩阵r和t。建立双目立体成像模型,根据双目立体成像原理,标定左、右两台摄像机之间的相对位置关系即旋转矩阵R和平移向量T。其次,因车轮图像特征不明显,纹理重复等特点,无法对车轮图像直接进行立体匹配,因此,采用数字图像处理的方法对车轮图像进行处理,经过车轮图像分割、闭运算处理、移除车轮图像边界、车轮图像中小区域去除等步骤,找到车轮轮毂并拟合出轮毂边缘,使双目立体视觉测量技术能够用于解决车轮定位问题。最后,根据立体匹配算法的原理,改进现有算法并设计适用于车轮图像的立体匹配算法。对车轮图像进行校正及拟合处理之后,再根据处理后的车轮轮毂图像的特征进行立体匹配。改进后的立体匹配算法只需在同一扫描线上搜索匹配点,将二维搜索转化为一维,不需对整幅图像遍历搜索,因此大大节约计算时间;根据车轮特点,定位唯一匹配点,提高了立体匹配的精确度。最后根据匹配点,求取轮毂边缘点的3D坐标,从而求取车轮轮轴空间位置。

关键词： 实时图像处理   可编程逻辑门阵列   小波变换   动态范围压缩  

摘要： 随着人们对实时图像显示性能要求的提高,实时图像处理正朝着高分辨率、高帧率、高清晰度、高动态范围以及高集成度的方向发展。这样对实时显示算法的要求也越来越高,同时,使用软件在计算机上对图像进行处理的方式在处理速率和输入输出延时上存在明显的不足,可编程逻辑门阵列(FPGA)凭借其运行速率快、可移植性强的特点,非常适合用于数字图像处理。因此使用FPGA实现数字图像的实时处理正成为研究热点之一。针对高动态范围的红外图像在图像显示时细节丢失的问题,本文提出了一种基于小波分解的动态范围压缩和细节增强的显示算法。首先,使用小波变换将经过双边滤波器去噪后的图像分解为包含主体信息的基底图像和包含高频信息的细节图像。然后,使用对数映射算法对基底图像进行动态范围压缩,为了能够显示像素集中的场景,使用自适应对比度调整算法将压缩后的图像进行拉伸。对于细节图像,根据基底图像压缩前后的能量比率进行压缩,实现细节增强和噪声抑制。最后,将基底图像和细节图像进行含权值的小波反变换。通过对不同场景红外数据的试验分析,结果表明经过本文算法处理后的图像对比度高,细节丰富,适应场景广。为满足红外图像显示的实时性要求,本文充分利用了FPGA提供的各种资源,使用了模块化设计的思想、流水线、查找表和缓存等技术,将红外图像显示的算法在FPGA进行实现。针对指数运算采用了双查找表的方法,针对除法操作,设计了基于被除数和除数位数关系的除法器,针对对数计算,采用了分段映射的方法,从而提高了图像处理的速度,降低了FPGA的资源消耗和系统的功耗。本系统在处理速率和处理效果上达到了预定的要求。