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关键词： P-MIG   熔滴速度   图像处理   弧柱区   近阳极区   近阴极区  

摘要： 在现代制造业生产中,作为一种重要的焊接工艺方法,脉冲熔化极氩弧焊(P-MIG)具有焊接热输入低,焊缝质量好,适用于全位置焊的优点,在生产上越来越被重视。焊接时熔滴的过渡过程,特别是过渡速度对焊缝质量和最终成型的影响很大,具有重要的研究价值。目前对熔滴过渡的研究只要集中在熔滴脱离和坠入熔池阶段,对熔滴在电弧空间的过渡研究较少,因此有必要对其深入研究。本文基于数字图像处理技术分析了P-MIG焊熔滴在电弧空间中的滴落过程。搭建了脉冲熔化极氩弧焊焊接试验系统,包括焊接系统,高速摄像系统和信号同步采集系统。根据采集到的高速摄像图片的特点,对原始图片进行了一系列的图像处理操作,提取了熔滴的边缘,获得了熔滴的质心。依据熔滴质心的变化,提出了计算熔滴滴落速度的新方法,得到了熔滴在整个电弧空间过渡速度曲线图。分析了P-MIG焊熔滴在中等弧长下的滴落过程,将其分为弧柱区,近阴极区和近阳极区。熔滴在弧柱区做单向的匀加速运动,在近阴极区熔滴由于受到了熔池高温金属蒸汽的阻碍,以及等离子流力减小而发生减速运动,在近阳极区呈现出轻微的减速运动,且对不同区域的力进行了定量或定性的分析。探讨了不同送丝速度下熔滴的滴落过程,当送丝速度较慢时弧长较长,下一个脉冲对熔滴的过渡产生影响。研究了不同焊接速度下熔滴的滴落过程,焊接速度的快慢主要影响了熔池的热输入,继而影响了近阴极区熔滴过渡状态。最后讨论了在不同Ar保护气体流量下熔滴滴落过程的速度曲线。对焊接过程熔滴过渡速度的分析可以为脉冲熔化极氩弧焊熔滴过渡过程的机理研究提供依据,也有利于焊接过程的动态控制的研究,使焊接过程更加具有可控性。

关键词： 货车车号识别   数字图像处理   图像识别   深度卷积神经网络  

摘要： 准确获取和记录货车车号信息是铁路运输系统运行的一项基本任务。传统的货运车号获取办法由人工抄写记录,具有效率低、容易出现差错等缺点。现有的货车车号自动识别方法需要手工设计图像特征,效率不高。本文利用数字图像处理技术和深度学习技术,建立了一种自动识别铁路货车车号的系统。首先研究了图像预处理技术,包括图像增强技术和图像去噪技术。通过图像预处理可以提高图像对比度、减少图像噪声同时保留图像边缘。其次,研究货车车号字符在图像中候选区域位置的确定,利用图像的颜色空间和关键点密度,综合检测确定出货车车号字符所在的候选区域。然后,建立了深度卷积神经网络模型用于自动地提取图像的特征,并实现了车号字符在图像中的精确定位。最后,对比研究了几种常用的分类器：k-近邻分类器、Softmax分类器、支持向量机分类器。实验结果表明,k-近邻分类器的分类正确率最低,Softmax分类器和支持向量机的正确率相当,支持向量机略高,因此,本文采用支持向量机作为分类器,用于识别车号内容。本文建立的基于图像的铁路货车车号自动识别系统,可以准确识别出火车货车车号,为铁路系统自动化运行和管理提供有力的技术保障。

关键词： 砂泥岩   颗粒料   力学特性   数字图像处理   离散元模拟  

摘要： 在砂岩、泥岩分布广泛的地区,易于就地取材的砂泥岩混合料常被用作各类填方工程的填料,其具有易压实,变形小、强度高等优点。对砂岩泥岩及其颗粒料工程特性的方法,主要有室内土工试验、原位试验及模型试验等研究等,近年来,基于数值仿真技术(如:PFC,即颗粒料程序)研究粗粒土的工程特性成为新的研究热点。PFC仿真技术具有快速、经济等优点,但在实际运用中还存在诸多有待深入研究的方面。本文依托国家自然科学基金面上项目“周期性饱水砂泥岩混合料的劣化机理及其演化过程(编号:51479012)”,以室内试验成果作为研究基础,利用数字图像处理技术分析试样细观结构,结合离散元在粗粒料研究方面的优势,开展了颗粒料级配修正方法研究,细观参数取值方法研究,砂岩泥岩及其颗粒料建模方法研究,并对室内单轴试验、三轴试验进行数值模拟分析。从细观的角度出发,探索砂岩泥岩及其颗粒料的物理力学特性规律,以及对渐变型滑坡变形演化过程进行解释。取得的研究成果如下:(1)采用数值图像处理技术(Digital Image Process,DIP),从不同维度对砂岩和泥岩的岩石试样以及颗粒料试样进行了分析,并对颗粒料的级配特性进行了系统性的研究。给出了颗粒料的“细颗粒”范畴定义,提出了颗粒料级配修正的原则以及适用于岩石颗粒料PFC2D建模的“等质量逐级替换最细颗粒”的级配修正方法。经4次替换原颗粒料级配中的“细颗粒”粒组,获得了符合本文计算要求的级配。此外,确定了砂岩和泥岩岩石试样中基本颗粒单元的粒径区间,该粒组同样为颗粒料中的最小粒组区间,即1mm-2mm。(2)以砂岩、泥岩及其颗粒料试样的微/细观结构特性为依据,构建了砂岩、泥岩和砂泥岩颗粒料试样的PFC2D模型。岩石试样以基本颗粒单元为最小单位,不同基本颗粒单元通过粘性接触胶结形成岩石试样模型。颗粒料试样以土颗粒为最小单位,按照某一级配特性随机生成圆形土颗粒的轮廓区域。土颗粒可视为岩石试样的某一部分,向圆形土颗粒轮廓中投放基本颗粒单元,若相邻基本颗粒单元的圆心坐标落在同一土颗粒轮廓范围中,则通过粘性接触进行胶结;而土颗粒之间的接触选取非粘性接触属性参数。岩石试样和颗粒料试样PFC2D模型的效果检验表明,本文构建的岩石试样和颗粒料试样的PFC2D模型均符合实际情况。(3)基于室内岩石试样单轴试验原理,构建了岩石试样单轴压缩PFC2D试验模拟系统。对基本颗粒单元之间的线性平行粘结接触模型参数进行了敏感性分析。以细观参数与宏观特性的对应关系为基础,对细观参数分为四类。利用不同细观参数对宏观特性影响的差异性,制定了岩石试样细观参数的选取方法,获取了砂岩和泥岩的细观参数。经实例验证得:运用本细观参数选取方法,能较大程度提高确定细观参数的效率,且各方面的模拟效果均表现良好。(4)结合土体三轴试验原理,构建了砂泥岩颗粒料三轴试验的PFC2D模拟系统。对砂岩颗粒料试样、泥岩颗粒料试样以及砂泥岩颗粒混合料试样的三轴试验进行了模拟,从受力变形特性和接触破坏方面对模拟结果进行分析,并基于模拟分析结果,从细观角度对渐变型滑坡的变形演化过程进行了解释。

关键词： 纱线毛羽   可视化   毛羽检测   OpenCV   数字图像处理  

摘要： 纱线毛羽影响着后续生产工序的生产效率、布匹质量、影响车间生产环境和机器的正常运转,危害人体健康。因此,毛羽检测是纺织品生产加工中的一个重要步骤。目前世界上使用的检测毛羽的方法主要是黑板条干法和光电测量法。黑板条干法是将待检测纱线按一定方法缠绕至黑板上,与标准样品进行目测对比,其检测速度较慢,目测对比可能会因人而异或视觉疲劳产生视觉误差。光电测量法通过透镜的平行光束照射毛羽时产生反射、散射光等引起的电测量信号变化原理,能够测量各设定整毫米长度的毛羽特征参数,对于非整毫米级别的毛羽检测精度不够,其检测的结果没有直观显示。利用计算机图像处理技术进行纱线毛羽检测的方法可以较有效的避免上述检测存在不足,进一步提高毛羽检测的水平。本文充分考虑到纱线毛羽的特征和形状,在光电法基础上,应用摄相机获得纱线毛羽匀速运动视频,实现纱线毛羽视频图像的采集。应用VC++2010编程软件,结合Open CV开源数据库,实现视频图像的可视化处理。首先根据纱线匀速运动速度跳帧截取单幅图像,进行以下处理:图像灰度化、直方图均衡、canny算子边缘提取、形态学处理,去除了背景图像的影响,得到清晰的纱线毛羽图像。然后,针对纱线毛羽,进行Freeman链码跟踪扫描,提取毛羽边界轮廓,并应用数字图像的分辨率与长度单位的换算,计算输出毛羽参数、实现该帧图像上的毛羽定性测量。采用循环操作完成所有图像处理和毛羽参数输出,并将处理过的毛羽视频输出,对比同类研究实现了检测过程的可视化。此外,还记录了整个的毛羽检测过程的时长,推测出其检测速度约为30m/min,可满足国家标准规定,探讨了在利用高速摄像机获得较好质量的视频前提下,可视化毛羽检测的可行性。通过对纱线毛羽的图像检测技术研究,可以得到清晰的扫描毛羽轮廓,直观的显示和对比处理前后的毛羽视频,输出毛羽特征参数。拥有可视性、方便、快捷的特点,为纱线毛羽检测技术的发展提供了新方法。

关键词： 图像复原   全变差   优化问题   交替方向乘子法   高光谱图像解混  

摘要： 数字图像处理在航空航天、机器人视觉、生物医学等众多领域有着广泛的应用。由于成像设备的限制和图像传输过程中不利因素的影响,观测到的图片质量往往会出现不同程度的下降,如图像模糊化、图像噪声化、图像部分信息丢失等情况。如何提高图像的清晰度、分辨率以及修复破损的图像,是广大科研工作者极为关注的问题之一。图像复原从数学角度来看属于不适定性问题,通过引入某些先验约束条件,可以将复原问题转化为优化问题来进行求解。本文以图像复原及高光谱解混算法为主线,围绕图像去模糊、图像去噪、图像修复及高光谱图像解混问题,建立相应的优化模型,并设计了对应问题的高效求解算法。本文的研究内容主要分为以下五个部分:1.针对受到模糊和高斯噪声污染的降质图像,提出了一种改进的7)1范数最小化模型。设计了一种有效的交替迭代算法,该算法利用快速迭代阈值收缩方法(FISTA)和对偶方法交替求解所提出的模型,并证明了所提算法的收敛性。数值实验验证了该算法的有效性。2.实际情况中获取的图像往往会受到多种噪声的污染,针对受到混合高斯噪声和脉冲噪声污染的图像,提出了一种混合正则化方法(混合全变差正则和高阶全变差正则)。该方法结合了全变差和高阶全变差正则各自的优势,从而能有效的克服由全变差正则化方法产生的阶梯效应(stair-case effects),并能很好的保持图像的边缘。在交替迭代方向乘子方法框架下,设计了有效的优化算法。数值实验验证了所提算法的优越性。3.在超声波成像系统中,成像图像往往受到斑点噪声(speckle noise)的污染。针对超声图像中存在的噪声,基于混合全变差和高阶全变差正则建立了去噪模型,并设计了快速求解算法。数值实验表明所提方法能有效去除噪声,同时能很好的平衡复原图像的细节和平滑区域。4.自然图像往往包含平滑区域和边缘两部分,基于这种假设,我们提出了一种新的图像修复方法。该方法利用再生核希尔伯特空间(reproducing kernel Hilbert space)刻画图像的平滑区域,同时利用Heaviside函数的近似形式去刻画图像的边缘部分。数值实验表明所提方法优于或者具有至少与当今一些优秀的算法可比的优势。5.针对高光谱图像中混合像元的解混问题,提出了一种半监督的基于图正则和稀疏优化的解混方法,该方法有效的利用了高光谱图像的结构信息。在对称的交替迭代乘子方法框架下,设计了快速求解算法,并证明了所提模型的凸性,从而保证了解混结果的唯一性。数值实验验证了该方法能够得到满意的解混结果。

关键词： 微信   微课程   数字图像处理   移动学习  

摘要： 移动互联网的迅猛发展,使我们进入了"微"时代,微课程和微信成为高校教学应用的焦点。微课程能够方便学习者进行碎片化学习和移动学习的需求,作为一款即时通讯软件的微信,也已经深入学生的日常生活中。选择专业课程《数字图像处理》,将微课程与微信相结合,利用微信公众平台推送相关微课程供学生进行移动学习,可以为建立一个完整微课系统打下良好基础。

关键词： 光学影像   数字图像处理   海浪参数   资源三号卫星  

摘要： 气候变化和海洋环境污染加剧了海浪的破坏性,准确地掌握海洋环境要素分布变化规律,特别是及时地掌握海洋表面海浪的变化情况。这与海上航行安全、海洋渔业、环境变化和近岸工程都有着密切的关系,具有十分重要的科学意义和实用价值。常用于海浪波参数监测的方法包括海浪浮标、高度计、合成孔径雷达和光学卫星。浮标监测主要针对点或者线阵进行观测,覆盖范围小、难度大,但数据精度比较高。合成孔径雷达具有穿透云观测的能力,能提供全天候、全时相观测数据的优势而被广泛应用于海浪监测。但是,合成孔径雷达获取的数据分析、解译比较困难,且成本较高。高分辨率光学影像的出现,它能直接地显示出影像上可辨识的信息,且光学影像的分析、解译容易、数据获取方便等优点逐渐地被广泛地应用到海洋领域。本论文通过对已有从光学影像中提取海浪波参数研究的分析,发现存在这些问题：第一,海浪波射线追踪过程中,滑动窗口内会出现多个波峰点的现象；第二,不应用交叉海浪谱数据或者其他外部观测数据的辅助,难以有效地解决180°波模糊的问题；第三,有效波高模型的构建依赖于模式转换函数或者外部其他观测数据辅助。针对以上存在的问题,本论文提出了基于海浪条带特征的峰波长和方向提取方法和基于海浪阴影的有效波高提取方法。海浪峰波长和方向的提取是根据资源三号光学影像中海浪的条带特征,采用伪高帽操作算子过滤影像,通过增强波峰条带和波谷条带的灰度对比和消弱波峰条带的宽度使其为1像素,在空间域中直接提取海浪的峰波长和方向。该方法不仅克服了滑动窗体内多峰点的现象,还解决了180°波方向模糊的问题。有效波高的提取是根据光学影像成像原理和海浪自成影理论,通过从资源三号光学影像中提取海浪的阴影,计算出海浪坡面上任一点被光照的概率；根据海浪阴影函数中任意波峰点被光照的概率与其坡度均方根的关系,直接计算出海浪坡面上任一波峰点的坡度均方根；最后根据海浪的有效波高与海浪坡度均方根、海浪平均周期之间的关系,计算出海浪的有效波高。有效波高建模过程中用到的所有参数,都是从资源三号卫星提供的快照数据中提取和计算,摆脱了对模式转换函数的依赖,也不需要其他观测数据的辅助。应用不同海况下、不同地点的资源三号光学影像数据进行了实验,通过与浮标实测数据、海浪预报模式数据对比和验证。实验结果显示与浮标数据比较,有效波高的最大误差是0.27米；海浪波峰方向的最大误差是4°；与海浪模式数据比较,长涌浪海况下,有效波高数据的浮动偏差最小；中浪海况下,有效波高数据的浮动偏差较大。但是从资源三号光学影像中提取的有效波高与预报数据和波浪等级描述特征一致。这都证实了本论文提出的基于ZY-3影像海浪特征的波参数提取方法的有效性和实用性,体现了资源三号卫星具有监测海浪变化的能力,也显示了光学影像在海洋表面变换监测领域的深入应用。

关键词： 数字图像处理   局部二值模式   空间灰度共生矩阵   人工神经网络  

摘要： 皮肤的好坏不仅反映人体的生理健康状况,更重要的是它影响着一个人的外在形象,决定着人们的第一印象。因此,医学界以及护肤品销售商一直在致力于研究如何定量、客观的描述皮肤表面的状态。通过学习研讨相关知识的概念公式以及借鉴前人的经验,构建了一个完整的检测系统,用于评价皮肤粗糙度水平,重点在于研究图像纹理特征的统计分析法。文中开篇介绍了皮肤纹理的具体物理特征,皮肤变得粗糙后纹理特征发生的相应改变。从若能够有效的检测皮肤粗糙度会给医师带来的诸多便利,以及为护肤专家提供了客观的第一于的数据等方面,阐明了该项工作的意义。介绍了传统的和目前较为先进的检测手段,论述了不同方法在检测过程中的优势和弊端。分析了图像增强的多种方式,并进行了实验,对结果进行了分析对比,提出了用Gabor滤波对图像预处理来去除皮肤图像噪声,使纹理图像更适合于接下来的特征提取操作。下面就是纹理特征提取算法的学习,重点是对灰度共生矩阵算法和局部二值模式算法进行了深入的学习研究,并从算法的不足之处入手,考虑到局部二值模式法的优势,提出了采用将局部二值模式法与空间灰度共生矩阵法相结合的方法来提取皮肤纹理特征,即先利用均匀旋转不变的LBP算子对图像进行运算得到LBP图像,进而通过计算矩阵的多个特征统计量来反映皮肤纹理的特征,并与对图像直接求其灰度共生矩阵在实验效率以及后续分类的准确性上进行对比。然后,介绍了神经网络模式识别技术及目前的研究发展现状,在对传统的BP网络算法研究的基础上,采用了一种改进的BP网络算法作为分类识别算法。在MATLAB环境下编写了皮肤图像的预处理程序和特征提取程序,设计了基于便携式数码显微镜和计算机的手部皮肤图像采集系统。通过真实皮肤图像的测验,证明了利用局部二值模式法和灰度共生矩阵法相融合的方法提取的特征量是可靠的,在分类上是正确的且高效的。由此可以知,文中提出的关于皮肤粗糙度的检测系统在理论上是没有漏洞的,在实际操作中是可以投入使用的。

关键词： 数字图像处理   图像信息   图像边缘   数学形态学   初等数学  

摘要： 本文提供了图像在数学软件Mathematica中的描述形式.通过发挥软件在矩阵处理中的优势,展现了当代数学图像的水印添加与清除、伪装和融合与初等数学基本的线性函数的结合运用,体现了初等数学知识带来的宝贵价值.一、引言当代社会经济跨越式发展的实现,科学技术水平也大大发展,现代生活变得越发便捷,新一代的利用数字图像信息处理技术也越来越被人们所认可利用.与传统数字图像处理技术不同,在集合论和理论基础之上的数学形态学,是通过利用某一

关键词： 油茶   生物量   估测模型   随机森林   图像处理  

摘要： 针对传统方法在获取植物生物量时繁琐、复杂且具有破坏性的缺点,本文以油茶为主要研究对象,以数字图像处理技术为研究基础,对三种不同树龄的油茶种植片区,通过采用数字图像处理技术,对其不同成长阶段和不同阶段的部分器官的生物图像特征和对应的生物量估测模型进行了探讨,主要工作和主要结果包括：(1)依据数字图像照片的非接触特性,对油茶植株进行无损拍照,通过数字图像处理软件提取油茶植株的冠幅直径(D)、植株高度(H)以及侧面面积(S)等特征数据。(2)依据油茶的幼苗期、始果期、盛果期等不同生长时期的图像特征,分析不同时期油茶生物量与各特征变量以及各种组合变量之间的相关性。选择相关系数最高的冠幅直径(D)、植株高度(H)、植株高度与冠幅平方乘积(HD2)和侧面积(S)四个因子作为油茶生物量估测模型的自变量。(3)以单一特征数据为自变量、以油茶生物量为因变量,通过线性回归、稳健线性回归、多项式回归、随机森林和支持向量回归的建模方法,构建油茶不同时期生物量估测模型,并检验了各估测模型的精度。结果表明,油茶幼林期随机森林模型估测效果较好,始果期多项式回归模型估测效果较好,盛果期线性回归模型估测效果较好。(4)以多个特征数据作为自变量,分别建立不同时期的油茶生物量估测模型。通过分析比较构建的向量回归、神经网络、逐步回归、多元线性回归、和随机森林模型,验证各模型精度,比较各种建模方法的预测效果,结果表明,在油茶三个生长时期多元线性回归模型的预测精度都较高,模型性能优秀。