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关键词： 山体滑坡   嵌入式系统   数字图像处理   机器学习  

摘要： 我国是多山且山体滑坡灾害频发的国家,极具破坏性的山体滑坡严重威胁着我国交通运输安全和人民生命财产安全。基于数字图像处理的山体滑坡监测手段因为具有非接触的监测特性,近年来在山体滑坡监测领域得到了越来越广泛的应用,但是传统的监测方法如卫星遥感监测和近景取景摄影法有实时性差、成本高的缺点。因此,论文设计了一种基于数字图像处理的嵌入式山体滑坡监测系统,完成了对山体数字图像采集、自动识别和数据上传,对山体滑坡的灾害监测和防灾减灾具有重要的理论和现实意义。.论文运用传感器技术、嵌入式计算机技术、现代通信技术、数字图像处理原理、机器学习及模式识别原理,设计了山体滑坡监测系统。系统包括数字图像采集模块、主控及数字图像处理模块、数字图像显示模块、GPRS无线网络传输模块。数字图像采集模块采用了 OV5640摄像头模块和云平台模块来进行山体的多角度数字图像采集。并且可以实时的将图像在LCD数字图像显示模块显示。主控及数字图像处理模块采用了带有FPU和DSP指令集的Cortex-M4架构的ARM处理器为核心,设计了相应的时钟电路、复位电路、JTAG接口电路等,将采集到的数字图像压缩存储在SDRAM中,并根据数字图像处理算法对图像进行特征分割。数字图像处理算法采用RGB域彩色特征分割和HSI域色彩直方图的均值、方差、能量特征分割提取出数字图像的色彩特征;采用灰度共生矩阵的提取和相应的算法获得熵、能量、惯性矩、局部平稳为图像的纹理特征。将山体图像特征输入山体滑坡状态识别模型中进行山体滑坡状态的获取,模型采用支持向量机机器学习算法,经正常山体和滑坡山体图片构建而成的样本库训练获得。GPRS无线网路传输模块采用的是通过AT指令集进行控制的SIM900A模块,可以将系统获得的数字图像的颜色特征、纹理特征以及山体滑坡状态通过GPRS无线网络发送至服务器中,便于后续数据研判和信息处理。经过实验室模拟测试,系统能够快速高效的完成数字图像采集、处理、数据发送的功能,完成了山体滑坡状态的监测。论文设计的基于数字图像处理的嵌入式山体滑坡监测系统在保证非接触的条件下实时、稳定、高效的完成了山体滑坡状态的采集与监测,系统具有稳定性好、成本低、结构简单,易于维护的特点。经过理论研究、算法设计、软硬件设计和实验调试,达到了设计的目标,该系统的实现为山体滑坡监测的进一步研究提供一定的参考。

关键词： 复合火灾检测算法   数字图像处理   FPGA   红外  

摘要： 随着人们对火灾探测的日益重视,为了预防和减小火灾对于人类生命财产安全的危害,火灾探测技术也必须不断的进步。新型的复合型火灾探测器成为了火灾检测领域的一个重要课题。本文对目前国内外的火焰探测技术进行分析和研究,提出一种基于FPGA的红外视频复合火灾探测器。视频监控设备的日益普及和图像处理技术的快速发展,使得视频火灾检测成为了现在火灾探测的主流方向。但是仅仅通过图像处理来实现火灾检测,需要复杂的数字图像处理算法,造成了硬件成本高、报警速度慢等缺点。所以本方案将红外探测器作为一个辅助参考加入到复合探测器中,将两者的算法有效结合,简化了图像火灾探测器的图像检测算法。配合当今主流的FPGA硬件系统实现复合算法,充分利用了FPGA的并行处理能力,提高了图像算法的处理速度,克服了单一视频探测器的缺点。本文首先使用MATLAB对红外视频复合算法进行模拟仿真,然后将算法移植到FPGA硬件系统上实现。并设计相应的红外、图像信号采集和保存输出模块,完成一个独立的红外视频复合火灾探测器。最后按照国家相关标准对火灾探测器进行测试,充分验证该方案能够满足实际使用要求。

关键词： matlab   数字图像处理   图像增强   图像恢复  

摘要： 数字图像处理就是利用计算机或数字系统对转换后的数字图像进行转换、加工、分析和处理,以改善其视觉效果,满足实际应用需要,或达到识别理解的目的。本论文介绍了基于MATLAB编程实现的图像美化处理(锐化处理和图像恢复)。

关键词： 线结构光测量法   人体测量   数控云台   数字图像处理   摄像机标定   误差  

摘要： 在载人航天、人机工程、现代医学整形、文物数字化与保护,以及服装设计等诸多领域都需要人体的相关数据,人体测量技术是十分重要的科研方向,也是工业化国家的基础科学技术之一,它具有重要的应用价值和广阔的发展前景。然而,我国工业领域对三维人体测量技术的研究起步较晚,成熟并可以推广使用的测量系统也不多,目前普遍存在硬件结构庞大复杂、图像处理速度慢、测量精度和工程实用性有待进一步提高等显著问题。为了解决上述问题,本文主要针对服装设计领域的迫切需求,同时也为了提高系统在其他领域的可扩展性,在考虑人体测量的特殊性的基础上,从便携式人体扫描测量系统关键技术方面展开深入研究,主要包括原理设计与数学模型的建立、快速人体激光条纹中心提取方法和系统机械误差插值校正方法三个方面。论文主要研究内容如下:(1)针对目前激光三维人体扫描测量系统普遍存在硬件结构庞大复杂的问题,设计了便携式人体扫描测量系统的基本结构与测量原理,采用了激光扫描头主动式俯仰旋转扫描的测量方式,使系统能够在竖直方向上获得更大的测量范围;激光扫描头由一个摄像机和一个线激光发射器组成,只需要两个扫描头(共两个摄像机)即可完成对被测人体的扫描测量,使系统采用最少的硬件装置获得完整的三维扫描点云数据,有利于节省空间、体积小、便于携带和降低开发成本;基于线结构光测量法的基本原理建立了本系统的数学模型。(2)专项设计并实现了由“计算机?运动控制器?步进电机?旋转云台”构成的旋转扫描装置的云台控制系统软硬件,既实现了对双云台的同步控制,也实现了双云台运动与双摄像机采集图像的同步匹配,使控制指令简便而易于操作。该部分研究内容是整个便携式人体扫描测量系统实现工程实用性的基础,不仅保证了系统对云台运行精度和转动速度的特殊要求,同时使机械装置更加紧凑而实用,而且降低了开发成本。(3)针对目前激光三维人体扫描测量系统普遍存在图像处理计算量庞大、处理速度慢的问题,结合便携式人体扫描测量系统的实际情况,从图像处理的第一个步骤——人体激光条纹图像预处理方法开始,在分析人体激光条纹图像特点的基础上,通过建立目标在图像中的位置数学模型,估算目标在图像中出现的极限位置,确定“包围盒”的位置尺寸,提出一种采用包含目标的“包围盒”子图像优化处理方法,从而减少图像处理的数据量,大幅地降低图像处理的时间,提高图像处理的速度;采用三次zierBe样条曲线插值法求取人体激光条纹中心位置处像素坐标;实验结果证明了该算法可以处理人体激光条纹图像,并能快速完成计算,适用于便携式人体扫描测量系统。(4)在分析了整个测量系统待标定参数的基础上,采用了张正友的平面模板标定法,对摄像机内部属性参数和径向畸变系数进行了标定实验,评估了标定误差和图像畸变校正效果,确保了系统的标定精度和成像精度;建立了系统参数a和?的标定计算方法;在全面分析了本系统误差来源的基础上,针对机械误差对最终的三维扫描点云数据结果影响显著的问题,建立了系统机械误差校正模型和插值补偿方法,并通过误差校正实验验证了该方法的有效性和可靠性,该部分研究内容使测量系统在精度方面更加准确。(5)在以上理论研究的基础上,结合人体测量的应用需要,设计并系统实现了一套测量精度高、扫描与图像处理速度快、工程实用性与价格均较好的便携式人体扫描测量系统;该系统实现了对被测人体的三维测量,并对得到的人体三维空间坐标数据进行了点云重构;设计了人体、人体模型和某工业产品零部件为被测对象的扫描测量实验,并设计了与其他先进的测量设备进行数据对比的对比实验,对测量结果进行了定量分析,实验结果验证了本系统所提及的科学研究与技术方法的正确性和有效性。

关键词： 数字图像处理   混凝土裂缝   图像识别   数字相关   变形场   土工动三轴  

摘要： 混凝土结构的裂缝监测和土工结构物的变形测量是土木工程研究领域的重要课题。由于实际环境背景的复杂性,现有的裂缝识别技术和变形测量技术远不能满足工程实际的需要,对裂缝识别、分类和分析等一体化处理技术也亟待研究。动三轴试验是获取土在动力荷载作用下力学性质的必要手段。试验过程中土样的变形以位移传感器测量为主,变形精度和可信性不高,不能得到土样局部的变形形态。本文以混凝土裂缝识别和动三轴试验土样变形测量为研究对象,采用数字图像测量技术,从裂缝识别、拼接、分类、变形以及土体动力变形测量方法方面开展工作,研究内容如下:(1)裂缝图像的增强和识别。提出一种参数化的S型模糊隶属度函数,利用混合人工鱼群算法和最小二乘法求解未知参数,带入S型函数并实现低灰度裂缝图像的增强;提出一种基于像素分类的图像增强算法,给定不同隶属度函数对不同区域进行图像增强,解决背景图像灰度分布不均匀的问题;通过计算图像线性裂缝周长和面积,统计出线性裂缝的规律,结合裂缝骨架线提取,实现污染背景中线性裂缝的识别;提出结合形状测度特征、灰度-均值特征的裂缝图像阈值分割算法,采用二维最大熵模型,克服单纯依赖离散灰度值的图像分割算法的弊端。(2)裂缝图像拼接和形态分类。提出一种基于Sift特征的快速图像匹配算法,采用改进SP-Tree结构搜索近似最邻近匹配特征点,实现图像特征点的快速匹配;利用图像分块的灰度方差简化裂缝图像,采用改进粒子群算法构建极限学习机的分类模型,提高裂缝整体及小类分类的准确性;提出一种裂缝边缘多边形拟合方法,结合Delaunay算法生成有限元计算网格,以期实现与CAE分析软件的无缝对接。(3)数字图像相关算法改进及位移场插值。提出基于改进粒子群和改进人工蜂群的相关搜索算法,提高数字图像相关搜索的效率;提出由径向基函数神经网络实现整体位移场插值计算,由阈值Door及模糊C均值聚类算法确定隐含层中心节点数,由改进萤火虫优化算法确定隐含层与输出层之间的连接权值,构建位移插值模型,通过混凝土裂缝区域的位移场插值计算验证该方法的有效性。(4)动三轴试验土样变形数字图像测量技术的实现。引入高频数字摄像机和高速磁盘存储阵列,将土工静力三轴试验土样变形数字图像测量技术应用于动三轴试验。通过一组平面镜和一台摄像机获取试样360度全表面图像,实现了位移传感器采集与摄像机拍摄的同步,利用角点识别技术实现了全表面变形测量。开展了动变形及动破坏试验,将图测系统测得的应变数据与传感器测试的数据进行比较,验证了该套系统的优势,并能捕捉土样的动力变形破坏过程,为土的动力本构模型构造和动力破坏过程模拟提供更为有效的测量手段。

关键词： 圆型孔径   CCD   数字图象处理  

摘要： 目前广泛使用的圆形孔径自动检测方法有接触法和非接触法两种,但存在测量范围小、测量精度和分辨率低、效率低等问题,研制了基于数字图象处理的圆型孔径自动检测系统,它由CCD摄像机采集被测端面的显微图像,视频图像采集板将其数字化,计算机利用数字图象处理技术进行处理;本系统能取代传统的圆型孔径检测方法,简单迅速精度高。

关键词： 数字图像处理技术   现状   发展趋势  

摘要： 现今是计算机技术、网络技术以及多媒体技术高速发展的时代,更多高科技技术正在全面发展,数字图像处理技术作为一种新式技术,如今已经广泛地应用于人们的生产生活中.数字图像处理技术的应用和发展为人们的生活发展带来了很多的便利,在遥感技术、工业检测方面发展迅速,在医学领域,气象通信领域也有很大的成就.由此,本文主要探讨数字图像处理技术的现状及发展趋势.

关键词： 数字图像处理   现场可编程门阵列   嵌入式平台   去噪算法   均值滤波  

摘要： 随着电子技术、计算机的迅速发展，图像已经成为信息传播和表示的载体。数字图像数据量的高速增长不仅促进人们生活方式的改变，同时也给数字图像处理技术带来极大的挑战。图像在读取和传输的过程中，会因为受到成像设备性能、拍摄环境条件或人为因素等影响不可避免引入噪声，严重影响图像后续处理。目前数字图像处理技术多数采用早期的专用图像处理芯片，当图像处理算法的复杂度变大，则处理速度和性能已经难以满足人们的发展需求。另一方面，微电子技术的高速发展，使基于各种硬件平台的数字图像处理更有优势。其中，基于FPGA的数字系统在处理数据时有很大的实时性，且本身拥有强大的逻辑资源，所以在图像处理方面具有很大的优势。　　本文是研究基于FPGA的图像去噪处理算法的实现，采用的是Altera公司的Cyclone V系列SOC FPGA的DE1-SOC开发板，其中SOC FPGA中包含有FPGA与硬核处理器(HPS)。主要研究内容如下：　　首先，介绍了本课题运用的数字图像处理算法的基本原理，该算法包括置换矩阵的求取、子图像平均、图像滤波去噪三个部分，接着对各个算法部分进行原理说明。同时对整个算法的复杂度做出了相应的分析，给出了算法在Matlab上运行的时间。　　其次，用DE1-SOC开发板搭建嵌入式图像处理平台。详述了Linux系统、Linux操作系统和Linux内核结构。根据硬件平台对Linux内核进行裁剪和编译，同时进行交叉编译环境的搭建，生成镜像文件之后移植到平台。接着在嵌入式图像处理平台上完成图像算法的处理，通过去除图像中的噪声来验证本文的去噪算法比传统的高斯平滑滤波、均值滤波算法优越。同时也验证了在嵌入式平台上进行图像处理的速度要快于用Matlab进行处理。　　最后，在FPGA上实现图像算法处理。对图像算法进行软硬件协同处理的研究，硬件部分在Quartus II和Qsys中进行开发。Qsys负责HPS处理器、系统相关组件和外设的选择;Quartus II负责系统顶层模块的编写及相关设置，同时对部分图像算法进行FPGA硬件逻辑设计并嵌入到Qsys系统中，编译整个图像处理系统，生成Qsys软核。软件部分在HPS处理器下的Linux操作系统中进行开发，编程实现了从SD卡中读取图像数据，HPS和FPGA相互之间的数据传输，剩余图像算法处理以及数据的重新写入等功能。试验结果表明，在FPGA上进行图像处理能够提高处理速度，实现图像处理算法快速运行的目的。

关键词： 数字图像处理   Matlab软件   FPGA开发板   实验教学  

摘要： 数字图像处理是以数学理论为基础紧密结合实践的专业课程,此课程其实践教学的目的是使学生基于图像理论进行图像处理。本文首先简单介绍了图像处理课程,然后分别举例说明Matlab软件及FPGA开发板在该课程实验教学过程中的案例,最后给出了该课程实践内容和方法的改革方案。

关键词： 数字图像处理   组织点分割   特征提取   意匠图  

摘要： 传统的织物组织识别是通过人工来完成的,人工分析显然有着效率低依赖经验以及对织物本身可能造成破坏等问题。在纺织业快速发展的形势下,人工完成织物组织识别已经远远不能满足纺织企业对于降低劳动成本提高生产效率的迫切需求了。在数字图像处理技术的基础上研究织物组织识别算法,对于提高纺织企业竞争力有重要作用。本文主要研究内容为织物组织识别算法,主要目的是通过数字图像处理技术从采集到的织物组织图像中得到组织意匠图。算法设计主要包含织物组织图像预处理、组织点分割、组织点特征提取与分类以及意匠图生成与校正等步骤,本文针对不同情况的织物组织图像在组织识别的各个步骤中设计了多种的处理方法。首先对扫描仪采集到的织物组织图像采用高斯滤波抑制图像噪声,并对彩色的织物组织图像进行灰度化。其次对组织点分割过程进行了详细研究,分别提出基于空间域的灰度值梯度积分分割方法与基于组织二值图的分割方法,分别适用于不同情况下的织物组织图像。另外根据织物样本中经纬纱线颜色的情况,提出基于聚类的组织二值图生成方法和基于Tamura纹理特征的二值图生成方法来生成组织二值图。随后在组织点特征提取与分类的过程中,根据经纬组织点在组织点宽度和组织点中纹理方向的差异,提出采用组织点宽度区分法和Gabor滤波器提取纹理法,并详细介绍了组织点宽度的获取和Gabor滤波器参数的选择,最终得到组织点分类后的组织点标记图像。最后根据组织点分类后的组织点标记图像,生成组织意匠矩阵,再利用标准组织意匠矩阵库对组织意匠矩阵进行校正,最终得到织物组织图像的组织意匠图。本文研究的整套算法能够很好实现组织识别,提高了人工检测的效率和准确度,具有很大的理论意义。