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关键词： 机器视觉   图像预处理   图像配准   异物检测  

摘要： 近年来我国铁路事业发展迅速,大量铁路线路陆续建设完成,高铁领域也取得很大进步与突破,这即方便了人们的出行,也对铁路运行安全性提出了更高的要求。一直以来,铁路异物问题.直威胁着铁路的运行安全。依靠传统的检测方法和司机视觉对铁路异物进行识别很难彻底解决这一问题。所以,利用机器视觉,设计出一种有效的铁路异物检测系统,能实时准确地检测出异物,并及时发出警报,这对保证铁路运行安全有很大帮助。本文在研究了国内外现有的铁路异物检测技术后,设计出一种基于数字图像处理的铁路异物检测系统,其中主要包括铁路异物检测系统总体结构设计以及算法设计,并通过实验仿真证明了本文所设计系统的可行性和实用性。本文基于数字图像处理方法进行铁路异物检测,设计了基于背景差分算法的检测系统,实现了异物检测的基础功能。在此基础上,本文分析了铁路监控视频图像由于采集环境的变化导致图像质量下降的情况,如光照强度变化,大风、列车经过时的震动导致镜头发生畸变、摄像机出现抖动等原因,使得到的视频图像往往存在含有噪声、对比度较小、图像失真等不足,对之后的异物检测造成影响。为了解决这些问题,本文对视频图像了进行预处理:运用图像滤波、灰度图像对比度增强对图像进行了优化,分别选择应用了时域递归低通滤波法、直方图均衡化法;然后对视频图像进行抖动分析,如某帧存在抖动,则使用基于Harris角点特征的图像配准算法对其配准。本文所给图像预处理方法能够很好地提高铁路图像质量,降低检测错误率,有效的提高系统准确率和可靠性。为了验证本文所设计系统的实用性,利用一些相关的铁路视频图像和运动目标视频,在MATLAB仿真平台下分别对时域递归低通滤波法、直方图均衡化、基于Harris角点特征的图像配准算法和背景差分法进行验证,实验结果表明,本文所用算法能够有效地达到其设计目的,准确而快速地检测出异物,并且能够有效地分辨异物性质,检测准确率高,实时性好,适用于铁路异物检测。

关键词： 纺织品   小波变换   LBP算法   密度检测   L-M优化算法  

摘要： 在纺织行业,织物组织结构分析主要依靠专家或检验员靠视觉或用分析针等辅助设备来完成,虽然这种方式可以得到精确的检测结果,但是其对检验员的要求比较高,且检测过程繁琐而费时,检验员长时间处于高度集中与紧张的状态,身体健康会受到较大的影响。因此,将数字图像处理技术和模式识别引入到织物组织结构分类与经纬纱密度识别的过程中,以实现纺织制造业的自动化与智能化生产。本文以机织物的三原组织(平纹、斜纹和缎纹组织)为研究对象,分别从分类和识别两个方面对机织物结构进行分析研究。一方面,对机织物的纹理结构进行分类。首先,采用中值滤波、双峰高斯函数规定化等算法对织物图像进行预处理,滤除图像噪声并提高对比度。进而用局部二进制模式和灰度共生矩阵两种方法获取图像的局部及全局纹理特征信息。最后,利用基于Levenberg-Marquardt(L-M)算法的BP神经网络分类器对特征向量进行训练和测试,实现对三种基本组织(平纹、斜纹和缎纹组织)的自动分类。此外,通过与单一的灰度共生矩阵和局部二进制模式方法进行对比,可知两者融合的特征信息能得到最好的分类结果(99.33%)。另一方面,对机织物的纱线密度进行识别。首先,运用滤波、均衡化等算法滤除图像噪声并提高对比度。然后,利用双正交小波算子对局部对比度增强的图像进行多次分解及单次重构,将经纱与纬纱信息分割开来,进而对分割开的经纱和纬纱子图像进行形态学等处理,得到排列整齐、清晰的经纬纱图像。最后,利用分辨率与像素之间的关系,通过计算机编程即可自动地计算出经纬纱线的密度。本文对机织物组织结构实现了自动有效的分类和识别,不仅减少了人工检测过程中所存在的误差,提高了检测的效率和精确度,而且对纺织产品再生产有重要的理论意义和良好的应用前景。

关键词： 数字图像   图像处理   计算机技术  

摘要： 随着现代信息技术的快速发展,数字图像处理技术也经历着蓬勃的发展,并被广泛地运用于日常生产、生活中.本文简述了数字图像处理的基本概念,较为细致地总结分析了目前常用的数字图像处理技术,并提出了数字图像处理的未来发展方向.

关键词： X-Ray CT   数字图像处理   煤与矸石   冲击破碎行为   破碎机理   破碎效果   破损特性  

摘要： 煤炭开采过程中会遇到众多地质层及多种岩石,且开采出来的煤与矸石颗粒是具有各向异性的非均质体,品种极多,性质各异,因此煤矸颗粒选择性破碎面对的是一庞大而复杂的集合体。根据煤与矸石颗粒的细观结构及宏观物理机械性质的差异,提出利用数字图像技术对煤与矸石颗粒内部细观结构及其破损特性进行研究,对提高煤矸破碎效率、降低破碎比能耗及实现煤矸高效分选具有重要意义。本文基于数字图像处理技术,以煤与矸石的形态参数、细观结构参数、物理力学性能参数为研究对象,采用理论分析、数值仿真试验和颗粒冲撞实验的方法对煤与矸石颗粒破损特性进行了系统的研究。借助不同的X-Ray CT扫描技术实现不同粒径的煤与矸石颗粒CT扫描实验,并综合利用传统的阀值分割技术及基于特征提取的图像分割技术实现不同粒径颗粒内部各种品相矿物的含量、分布形态及空间位置的定量表征,为进行煤矸颗粒的破损特性数值实验提供基础数据。对不夹杂矿物的煤、不夹杂矿物的矸石、夹矸煤及具有高密度矿物结核的煤等四类煤与矸石颗粒CT值分布规律进行分析研究。分析研究表明:煤与矸石颗粒CT值分布符合正态分布;通过对不同密度的煤与矸石颗粒进行CT扫描实验,证明煤与矸石颗粒体的密度ρ与CT值成线性关系;建立了煤与矸石颗粒物理密度与CT值的数学函数关系,实现了煤与矸石颗粒密度的无损测定。提出了利用体绘制及marching cube方法实现煤与矸石颗粒的三维重构,对不同粒径区间内的煤与矸石颗粒形态参数、细观结构参数、物理力学性能参数进行定量表征及计算。分析研究表明:煤与矸石颗粒的长短度及Zingg指数两个参数随着颗粒粒径的增加而增加,颗粒的扁平度随着颗粒的粒径的增加而减小,颗粒形状不规则程度随着球形度系数的减小而增加;颗粒内部各横截面裂隙细观结构参数均不相同,煤与矸石颗粒内部不同部位受损程度不同;颗粒内部裂隙较多部位及颗粒内部不同品相矿物结核与煤或矸石基体胶结的部位强度较弱,较易发生破碎。该研究成果实现了煤与矸石颗粒形态参数及细观结构参数的定量表征及计算,为煤矸颗粒破损特性研究提供一种新的方法。提出利用有限混合分布模型及复合材料混合率理论实现单颗粒煤与矸石颗粒物理力学参数的计算。分析研究表明:利用有限混合分布模型能够实现不夹杂其他矿物的煤、不夹杂其他矿物的矸石、夹杂单品相矿物的煤岩、夹杂多品相矿物的煤岩等四类煤岩的密度分布的定量计算。计算结果与传统排水法测定的煤与矸石颗粒密度值基本一致,验证了基于有限混合分布方法测定单个煤与矸石颗粒的密度的可行性;利用复合材料混合率理论实现煤与矸石颗粒等效弹性模量及等效泊松比的计算,计算结果表明每个煤与矸石颗粒的物理力学参数均不相同,验证了煤与矸石颗粒材料的非均质性。该研究成果为煤与矸石颗粒碰撞破碎仿真分析提供了基础实验数据。采用离散单元法进行了单颗粒煤岩材料的冲击破碎行为仿真研究,建立了单颗粒煤岩材料冲击破碎的离散元仿真模型,对非球形性煤岩颗粒破损特性的影响进行分析研究。分析研究表明:煤岩破碎形态除与冲击过程的时间有关外,还与煤岩颗粒的冲击速度有关,绝大部分的破碎碎片集中在墙体-颗粒碰撞区域附近,冲击速度越高,墙体力及破碎率也随之增加;非球形颗粒的碰撞破碎行为比球形颗粒复杂的多,在面冲击碰撞模式下,最大墙体力及破碎率值随着球形度系数的增加而减小;而在线冲击及点冲击碰撞模式下,最大墙体力及破碎率值随着球形度系数的增加而增加;颗粒与被冲击墙体的接触面积对最大墙体力及破碎率有较大的影响,绝大多数非球形颗粒的最大墙体力及破碎率随接触面积的减小而逐渐减小,且绝大多数的非球形颗粒的最大墙体力及破碎率比球形颗粒的值大;具有较小球形度系数的煤岩颗粒受碰撞模式影响较大,球形度系数的细微变化会导致非球形颗粒碰撞结果的巨大差异。通过数字图像处理技术及有限元技术（DIP-FEM）构建了煤与矸石颗粒真实细观结构数值模型,基于因次分析理论建立冲击板—煤岩物料碰撞破碎有限元模型的无因次乘积组。对冲击板质量为无穷大的情况进行分析研究,分析研究表明:煤岩颗粒冲击力是无因次量E/V2ρ的函数。煤岩颗粒所需的冲击力随着冲击速度的增加而增大;煤与矸石颗粒的冲击破碎力随着颗粒粒度的增大而增大;由于煤与矸石硬度差异,矸石所需的冲击力比煤颗粒所需的冲击破碎力要大。该研究成果为煤矸破碎机冲击力选择提供基础依据。利用正交试验法及支持向量机对影响井下煤与矸石分选的影响因素进行研究,确定煤与矸石破碎的最佳的工艺方案;利用X-Ray CT扫描技术及数字图像处理技术对不同破碎条件下的煤与矸石颗粒体裂隙率进行统计分析,定量分析了不同破碎条件下的煤矸的破损特性,为煤矸破碎分选设备参数选择提供依据。

关键词： 光子学报   征稿简则   数字图像处理   图像处理  

摘要： 一、征稿范围1、研究论文:以光子学、光学及其相关理论技术为主体、具有领先水平或创新意义的学术论文,具有数据详实、结果可信且有实用意义的实验报告,具有国内外先进水平的应用技术文章、阶段性科研成果的研究简报、快报等。英文研究论文不受出版周期限制,录用后将优先发表。不刊综述性以及数字图像处理类的文章。

关键词： 图像识别   导盲   Hough变换   SURF特征检测   多特征判定  

摘要： 当前在各大城市的人行道上都建设有盲道,但很多道路盲道被破坏损毁或被占用严重,难以起到实际效果,给盲人出行带来了很多困难。现行信息化导盲系统基于GPS或传感器识别的多依赖于工作站服务器,设备复杂,成本较高,且在远离服务器地区可能造成失联。本文提出了一种基于嵌入式系统和图像识别的导盲系统,将导盲器做成便携的盲杖的形式,成本降低且不依赖于服务器即可实现自助导盲。文中给出了导盲系统的硬件设计总体方案和硬件电路。首先由安装于盲杖上的CCD摄像头采集图像,之后由FPGA进行图像滤波的预处理。在FPGA平台上的开发工作主要有三部分:首先是在FPGA上实现对SAA7113的控制和数据接口,其次是通过FPGA对SDRAM的读写实现与PXA270处理器平台的数据通信,第三是在FPGA平台上实现对数字图像的滤波预处理。滤波后的图像由运行于PXA270处理器中的图像识别和导盲处理算法进行导盲处理,处理结果由语音导盲模块输出进行语音提示导盲,如果图像处理算法异常或无法进行成功导盲,则由安装于盲杖上的超声波测距传感器进行辅助避障导盲。在文中详细阐述了导盲系统的图像处理算法分析和设计过程。首先进行盲道图像特征检测,比较了SIFT特征检测和SURF特征检测之后,采用了速度较快的SURF特征检测算法进行盲道特征检测和导盲,使行人进入盲道。当行人进入盲道上时,使用Canny算子提取盲道边缘图像,之后使用Hough变换处理边缘图像并识别直线路径,进行盲道直线路径规划,帮助和确保行人处于盲道正中。同时利用多特征联合判决算法进行比较判定,以确定前方是否有遮挡和障碍物。多特征联合判决算法使用摄像头采集的无遮挡的盲道图像作为背景图像,之后每隔一定时间采集一幅当前图像作为待测图像,对待测图像与背景图像进行比较,提取了方差、相关度和边缘点密度三个特征进行联合判定,以确定前方有无障碍物遮挡。如有障碍物,则提示导盲绕过障碍物,之后重新通过SURF特征检测寻找盲道并导入盲道。在文章最后对整个导盲系统各个模块进行了测试,并给出了测试结果。测试表明,系统在大部分情况下能够有效判定出盲道和方向并成功导盲,具有80%以上的导盲成功率。

关键词： 数字图像处理   机器学习   先进驾驶辅助系统   行车安全  

摘要： 随着人们对汽车市场日益增长的需要,汽车制造业和零售业的发展在近年来得到了蓬勃发展。各大城市的汽车保有量不断增长,使越来越多的人享受到了汽车出行带来的便利。然而,这也造成了交通事故的发生率和伤亡率不断的上升,人们的生命和财产安全受到了严重的威胁。为此,各国政府、组织以及汽车制造商在提高行车安全方面做出了很大的投入,从制度和技术等各个方面进行了多种有益的探索。其中,先进辅助驾驶系统(ADAS)成为众多技术方案中获得最多关注的一个,不仅因其在避免交通事故方面起到了良好的效果,更因为其迎合了公路交通未来的发展趋势——自动驾驶汽车。本课题对先进辅助驾驶系统中最为重要的组成部分——前车防撞预警系统进行了研究。该系统能够利用单目摄像头识别前方所有正在行驶的车辆,并进行距离的测量,以便能够发现车距过近等危险情况,有效避免交通事故的发生。研究为两个子系统进行展开:车辆检测和车辆跟踪。在车辆检测过程中,将车辆外观上的水平方向和竖直方向边缘与车下阴影结合,共同作为线索初步定位车辆位置。该步骤输出的若干子图像中很可能含有非车辆,因为其利用的线索不一定只有车辆才具备,因此该步骤又称为假设生成步骤。为了筛选出真正的车辆,利用HOG特征变换将所有子图像变换到特征空间后,又使用AdaBoost分类器确定所有输入子图像的类标签,以此去除所有非车辆子图像,因此该步骤又称为假设验证步骤。在车辆跟踪过程中,首先在各帧图像中利用Harris角点检测提取稳定的特征点并通过归一化互相关系数进行初步匹配后,利用与加入P-N字典的特征点集群进行马氏距离计算建立稳定跟踪,在连续的各帧中捕获目标。最后利用车辆底边线与图像底部之间的像素数目与车距之间的关系对前方车辆进行测距,以便起到前车防撞预警的作用。最后,本文从假设生成步骤的识别率、假设验证步骤分类的正确性、车辆跟踪过程的成功率以及距离测量的准确性等各个方面对系统性能进行了测定,表明系统具有良好的表现,具备应用于各类先进辅助驾驶系统中的潜力。

ISBN: (纸本)9787302424321

关键词： Z扫描   光斑中心   线性方程组   数字图像处理   MSComm 串口通信   多线程  

摘要： Z扫描技术能够测量材料的非线性折射系数,并能够从透过率曲线中判别材料的非线性折射系数的符号。它的实验装置简单,测量灵敏度高,操作方便,这些优点使其在材料非线性系数的测量中占有重要的地位。Sheik-Bahae等人于1989年提出单光束Z扫描技术,在此基础上,后人对其进行不断的改良和完善,出现了多种样式的Z扫描。我们在传统Z扫描光路的基础上,结合数字图像处理技术,对实验光路进行了改进,提出了一种基于数字图像处理的Z扫描光路。本文在此光路的基础上,对光路进行了改善,并基于传统Z扫描理论分析,对改良后的光路进行了理论分析,推导出了适合新光路的理论公式。对比传统光路,基于数字图像处理的Z扫描光路去掉了小孔光阑,功率计换为相机拍照,并且去掉了分光束,传统Z扫描通过分束镜,将激光光束分为激励光束和参考光束两束光,闭孔功率和开孔功率要经过两次扫描分别得到。传统Z扫描理论分析时以入射到样品之前的光作为参考光,在距离焦点足够远的位置,高斯光斑足够扁平,晶体在此处由于光学非线性引起的远场光强的变化不大,可以忽略,可以将此处的光斑作为参考光斑,相当于将样品之后的光作为参考光,这样就不用分束来获取参考光。对比基于数字图像处理的Z扫描光路,本文光路将激光器换为了稳频激光器,用于获取更好的参考光斑,在光路中加入了扩束装置,这样在距离焦点不是很远的位置就可以获得参考光斑。处理数据时,在光斑图像中心点附近选择一定范围的像素点,像素点灰度值的总和作为闭孔的光功率；整幅图像像素点灰度值的总和作为开孔时的光功率,一次扫描就可以获取闭孔和开孔透过率。改善后的光路中用CCD相机采集数据,后期采用数字图像处理的方法对数据进行处理。并用C++加以实现：利用灰度直方图判断光斑能量是否超阈值；利用图像的加法运算消除系统随机误差；利用图像的减法运算消除背景光对实验的影响；利用非线性滤波消除图像中的高频分量；利用二维高斯拟合的方法获取光斑中心；然后获取闭孔透过率曲线,开孔透过率曲线以及闭孔／开孔透过率曲线,最后计算得出材料的非线性折射率系数。本文根据新光路搭建了整个测量系统,并利用C++　Builder编写了测量系统的软件部分,将数据的采集和数据的处理集成到一个软件中,形成一个自动化的完整测量仪。利用MSComm串口通信控件可以控制步进电机实现待测样品的移动,利用CCD相机厂商提供的CCD接口函数可以控制CCD拍照,因此可将数据的采集和处理集成到一个软件中,实现了测量系统的自动化。采集到的每幅图像(大小为1280×1024)都要进行消除背景光、滤波、获取中心(包含多次矩阵操作)等操作,并且数据处理时要处理多幅图像,因此图像处理部分的运算量非常大,我们在处理图像的过程中加入了多线程的方式,在多核的处理机上,可以加快运算速度并解决程序未响应等问题。在非线性系数测量时,获取背景光,获取参考光功率,判断光斑是否超阈值,消除背景光斑,滤波,获取中心,获取闭孔功率、开孔功率、闭孔透过率曲线、开孔透过率曲线、闭孔／开孔透过率曲线都需要一定的顺序,为防止顺序出错出现意外,这些操作在软件上都是依次使能的。

关键词： 汽车液压制动系统管路   气液两相流   数字图像处理技术   流型识别   含气率  

摘要： 汽车液压制动系统是汽车的重要结构,其作用是对汽车车轮施加制动力,从而对汽车进行强制制动,使汽车减速或停止。汽车液压制动系统可以控制汽车制动速度,保持汽车制动稳定,从而有效保障车辆安全,降低交通事故发生概率。汽车液压制动系统管路中的制动液在外界环境的影响下,易产生气液两相流现象。气液两相流不仅影响液压制动系统的正常工作,还会损坏制动系统的器件,使液压制动系统失效,威胁行车安全。目前国内外对于汽车液压制动系统的研究较少涉及制动液的气液两相流现象,因此,本文针对汽车液压制动系统管路中的气液两相流现象进行了研究。论文采用数字图像处理与聚类分析相结合的方法实现了汽车液压制动系统管路中气液两相流的流型的识别,并在数字图像处理技术的基础上研究了气液两相流的含气率,研究获得了创新性的成果。主要研究内容为:(1)设计搭建了一套汽车液压制动系统试验系统,通过该系统拍摄了液压制动系统管路中的气液两相流流型图像,并发现了其中的典型流型为:环状流、弹状流、塞状流、泡状流。(2)提出了一种适合于汽车液压制动系统管路中气液两相流流型的识别方法,该方法分为两个环节:利用数字图像处理技术处理流型图像,使用聚类分析方法对流型图像进行分类识别。在该方法的第一环节中,使用了基于灰度共生矩阵、二维小波变换、Zernike矩的方法,构造提取流型图像的特征参数。通过研究发现,这三种图像特征提取方法对于图像的纹理特征有很好的表达效果,可以代表不同流型图像的特征,并且不同流型图像的特征参数区分度较高,利于下一环节的处理。这三种方法应用于此,也为图像的特征参数提取提供了新思路。在该方法的第二环节中,提出了基于聚类分析的流型图像分类方法,聚类分析的原始数据为流型图像的特征参数,聚类模型分别选用系统聚类算法模型、K均值聚类算法模型和模糊c均值聚类算法模型,聚类结果显示三种方法的总识别率分别为95.625%、98%和97%,而单种流型的识别率最高可达100%。从聚类结果和聚类有效性评价结果来看,将聚类分析应用于汽车液压制动系统管路中气液两相流的流型识别是一种有效的新方法。(3)将数字图像处理技术应用于汽车液压制动系统管路气液两相流含气率的计算。该方法通过对泡状流图像进行滤波、对比度调整、图像分割、边缘检测、图像填充和图像标记一系列处理,提取气泡图像的特征参数,然后建立特征参数与含气率之间的数学模型,通过数学模型计算得到测量段制动液的含气率。通过分析含气率与车速和制动压力之间的关系,发现其中的变化规律,即系统车速与制动力为正比关系,车速的升高引起了制动压力的增大,因此汽车车速的提高会导致液压制动管路中制动液含气率的变化。该变化的总趋势为含气率随着车速的提高而降低,并呈现出了阶段性震荡。该变化规律为汽车液压制动系统的研究提供了新的理论依据,所使用的基于图像处理技术的研究方法也为气液两相流的研究开辟了新道路。