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关键词： 水位监测   浮球特征   球心位置   数字图像处理  

摘要： 为了有效监控水情,给水利和农业生产灌溉提供及时有效的指导信息,设计了一种基于数字图像的水位识别系统.该系统将红色的球形浮标置于垂直于水面的固定杆上,水位变化引起球形浮标上下变化,所拍摄图像上浮标的相对位置也出现变化,从而可通过图像处理获得水位信息.针对所设计的水位识别系统,提出基于红色色域和球形特征的自适应球形浮标目标提取算法和球心坐标计算和校正算法,用以求得浮标球心的准确坐标位置,并通过球心坐标和水位之间的换算公式,最终计算得到当前水位高度数据.现场试验结果表明,在采用6.0×106pixel摄像头,拍摄高度为71 cm,摄像头和固定杆距离为282 cm的条件下,该系统最大测量误差为0.216 91 cm,低于国标(GB/T 50138—2010)所规定的1 cm误差.该系统无需专用昂贵的水位计或复杂的传感器技术,成本较低;以浮标为检索目标,使此法不受水温、水质、含沙量等外界干扰因素的影响,适用性更强;系统组成简单,安装方便,易于使用.

关键词： 数字图像处理   自动对焦技术   清晰度评价函数   极点搜索算法   Sobel优化算子  

摘要： 自动对焦技术是广泛应用于数码相机、工业检测和显微成像的关键技术。随着科学技术的高速发展，对焦技术越来越受到人们的普遍关注，其应用也越来越广泛。\n 由于成像条件和成像目标比较复杂，目前还没有一种对焦技术能够满足不同环境不同作用的成像要求。所以，在如何选择对焦评价函数和对焦窗口、搜索算法和如何设计系统结构方面，仍有很多研究空间。\n 对已经提出的各种对焦评价函数进行比较和研究，比较他们的优缺点，并在sobel函数的基础上，提出一种优化Sobel算子，这在一定程度上解决了传统自动评价函数在梯度计算中的不够全面的问题。同时选择一个合适的阈值来消除噪声的影响。最后研究探讨影响清晰度评价的一些因素，比如噪声，目标的特征，以及比较了几种消除噪声及其它影响因子的的方法。仿真结果证明，该优化算子具有抗噪性能好、灵敏度高和单峰性强等优点。对于极点搜索，介绍了爬山搜索算、遍历搜索算法和斐波那契搜索算法，由于传统的爬山算法容易在局部峰值处判断失误，本文在爬山算法的基础上提出了一种理论上十分可行的优化搜索策略。

关键词： 数字图像处理   教学内容   教学方法   改革   实践  

摘要： 数字图像处理这一教学内容应着眼于社会科技潮流、多内容合理整合与契合、理论联系生活实际、加强实践应用能力培养、加大课程投入等方面,达到教学内容深入浅出、教学方法恰当得当、教学手段先进丰富、教学环节趣味活泼、教学效果充分提高的目标。

关键词： 可编程逻辑阵列   软件自定义网络   数字图像处理   现场可编程门阵列  

摘要： FPGA（现场可编程门阵列）是一种可编程逻辑器件，随着大规模集成电路技术的发展和芯片制造工艺的提升，FPGA芯片也不断改善，功能也愈加全面。被广泛的应用到了通信、网络、多媒体、自动化控制、智能交通等领域中。本文首先讲述了FPGA的基本理论技术和开发过程，其次论述了基于FPGA的网络技术应用和图像处理技术应用。在网络应用领域主要讲述了比较前沿的软件自定义网络技术的概念、结构原理、发展历程等，对软件自定义网络中的重要组成部分，OpenFlow协议进行了论述。最后说明了由基于NetFPGA的OpenFlow交换机组建软件自定义网络实验平台的过程。在图像处理技术的应用中主要讲述了数字图像处理的基本概念和算法。为了能够在FPGA中实现快速的数字图像旋转处理，首先优化了算法过程，采用了错切算法。然后简化了插值运算过程，将二维插值运算转换为一维线性插值。其次使用MATLAB工具对算法进行了仿真。最后设计了全流水线式的数字图像预处理与旋转的系统，并使用FPGA芯片进行实现。

关键词： 沥青路面   表面三维形貌   抗滑性能   数字图像处理   小波分析  

摘要： 沥青路面与轮胎间的摩擦力是车辆驱动力的来源，同时也是车辆操作平稳性和行车安全的有效保障，这就要求沥青路面必须具备良好的抗滑性能。而研究表明，沥青路面的抗滑性能与路面的表面三维形貌特性具有紧密联系。长期以来对沥青路面表面特性的研究，在对象上多是对沥青路面二维断面轮廓进行的研究，在描述参数上则多采用统计学参数，存在分布不稳定性、测量的多尺度性和仪器依赖性等特点，难以全面的反映沥青路面表面形貌与抗滑性能的关系。本文针对沥青路面表面三维形貌表征及三维形貌参数与抗滑性能的关系展开研究。\n 首先，分析了沥青路面的纹理特性及其与轮胎的作用机理，归纳出抗滑性能的主要影响因素，成型沥青混凝土车辙板试件并设计了其表面数字图像的获取实验。基于数字图像处理技术，应用明暗恢复形状(SFS)方法重构得到沥青路面表面三维形貌模型，提出铺砂基准平面的确定方法，回归得到灰度差与实测构造深度(MTD)的关系，检验结果表明三维模型是有效的。\n 其次，建立了沥青路面表面三维形貌分数布朗运动模型，通过对分形参数计算方法精度的对比，给出基于差分盒维数法的三维模型分形参数计算方法。分析了分形维数与抗滑性能的关系，分形维数与构造深度MTD相关性较好，随着MTD增大分形维数递减;与摆值(BPN)的关系较复杂，二者表现出非单调的相关性。引入多重分形对沥青路面表面形貌局部特征进行研究，并分析了其与抗滑性能的关系。\n 最后，基于小波变换理论，选取Sym小波对沥青路面表面数字图像进行分解，得到水平细节子图像、垂直细节子图像和对角细节子图像，并以子图像能量来表征沥青路面表面形貌在方向上的细节分布情况，并进行了实验验证。

关键词： 八元数分析   钱方法   医学图像分割   三维重建  

摘要： 八元数分析是近10余年才发展起来的高维数学理论，其在数字图像处理方面的应用才刚刚起步。\n 钱方法是近几年由澳门大学的钱涛教授提出来的一种全新的信号分解与重构技术，其蕴含了经典的Fourier级数理论。一维的钱方法在一维数字信号的分解重构中取得了非常好的试验结果。但如何将一维和二维的钱方法应用于二维数字图像，虽经多人几年努力尚未取得理想的试验结果。\n 本文工作主要分两个方面:\n (1)将新的八元数理论，特别是八元数Cauchy积分公式，用于肝脏及血管分割和三维重建;\n (2)给出了二维钱方法在数字图像中的分解重构试验方法和结果。论文最后考虑了钱方法在图像压缩中的应用。

关键词： 工业机器人   开放式控制平台   视觉功能   数字图像处理   程序设计  

摘要： 机器人技术的研究在众多科学研究领域中一直是热点。机器人学是一门集力学、机械工程学、电子学、计算机科学、传感器、自动控制和人工智能于一体的综合性技术学科。机器人技术的快速发展，使得机器人产品化。其在自动化工厂(FA)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)中逐渐扮演着越来越重要的角色。工业机器人的广泛使用，在提高了产品的质量和产量的同时也大大降低了人力成本，在提高企业生产效率等方面都有着重要的意义。人类的生产方式正在被日益广泛使用的工业机器人所改变。\n 但是目前由于各个机器人产家的技术封锁，很大程度上限制了机器人控制系统的发展。机器人控制系统大多仍处于封闭式阶段，需要使用专门编程语言进行编程，或者采用示教再现的方式。这类控制系统的可扩展性以及兼容性问题很难满足现代工业对于柔性及不同应用场合通用编程环境的要求。现在大多数开放式机器人控制系统是基于PC平台的，PC具有标准化、扩展性强、兼容性好的特点，应用其标准的PCI、USB和ISA接口能够很方便地配置相应的数据采集卡、运动控制卡等，从而能够快速实现开放式机器人控制系统平台的搭建。\n 视觉是人类获取外界信息的主要手段，随着工业发展对于智能化要求的不断提高，视觉功能机器人的研究也一直是一个热点问题。加入视觉的机器人增强了一般采用示教或者离线编程方式进行路径规划和运动编程的工业机器人的功能，它不仅能够重复预先编程设定的动作，同时能够自适应、自主判断，一定程度上实现了智能化。\n 本文研究了在基于工控机的开放式控制平台上具有视觉功能的六自由度工业机器人的实现。研究的主要工作包括:\n (1)在实验室条件下，搭建基于PC+运动控制卡的开放式机器人运动控制平台，同时采用标准工业相机，构建机器人视觉伺服模块。\n (2)在对机器人运动学大量分析研究的基础上编写机器人控制软件运动控制模块相关程序。\n (3)在基于Visual C++平台上，利用数字图像处理的相关理论，编写图像处理模块相关程序。实现对不同形状工件的识别。

关键词： 巡检机器人   可见光图像   纹理特征   散股  

摘要： 架空输电导线受到施工破坏和外界环境长期作用容易产生散股,甚至断股现象,及时对其进行诊断和检修对于保证电网安全运行具有很大意义。采用巡检机器人搭载视觉检测装置巡检是现代输电线路状态检修的一种有效方式。在分析导线纹理约束及分布特征的基础上,建立了一种基于纹理斜率分布的散股判定模型,提出了一种基于数字图像处理的架空输电导线散股自动诊断方法。该方法通过对机器人拍摄的视频数据进行处理,提取图像中导线,计算导线的纹理特征分布并利用判定模型给出图像诊断结果。实验研究表明,该方法能快速检测导线的散股故障信息,能满足在线巡检的实时性要求。

关键词： 膨胀土   数字图像处理   脱湿速率   渗透性   降雨入渗   双重孔隙介质   裂隙发育  

摘要： 本文以膨胀土边坡开裂变形和失稳为背景，以南阳膨胀土为研究对象，通过数码摄影结合数字图像处理方法研究膨胀土平面裂隙扩展的规律;通过CT扫描试验研究膨胀土裂隙的三维扩展规律;采用煤油入渗的方法间接定量衡量裂隙在膨胀土内部的扩展;通过室内降雨入渗试验研究裂隙膨胀土渗透特性，揭示膨胀土裂隙性的作用机制及工程效应;采用压汞仪法(MIP)和电镜扫描法(SEM)相结合的方法研究南阳膨胀土脱湿干燥后微结构变化，分析其微观机理;借鉴多孔介质渗流的双重孔隙模型建立考虑裂隙作用的膨胀土渗流模型，深入认识裂隙膨胀土的渗流特性。主要研究工作如下:\n (1)研究了试样均匀性、环境温度、试样尺寸对膨胀土裂隙开展的影响，在试验过程中通过数码摄影获取清晰可靠的膨胀土平面裂隙图像，并进行图像处理及提取所需的裂隙特征。发现试样的均匀性主要对裂隙发育形态产生影响，试样越均匀裂隙发育形态越光滑;裂隙发育具有温度敏感性，主要表现在温度越高裂隙越发育;裂隙发育的尺寸效应表现在试样愈小表面愈难出现裂隙。平面裂隙发育可以分为四个阶段:主裂隙的发生阶段，主裂隙宽度扩展及次裂隙的发生、发展阶段，细微裂隙的消失及主裂隙均匀化阶段，裂隙稳定阶段。\n (2)高精度工业三维CT对小尺寸膨胀土裂隙试样扫描结果表明:南阳膨胀土原状样中分布着大量裂隙，裂隙将整个土样分割得极为破碎;重塑样裂隙比原状样发育少而简单，横向裂隙比竖向裂隙发育丰富。大尺寸膨胀土裂隙试样CT扫描结果表明:土样随压实度降低土体破碎程度加剧;初始含水率越高试样收缩越明显，脱湿后整体性越强;含水率降低土体内裂隙增多且竖向裂隙也增多。\n (3)通过观测膨胀土裂隙发育过程及油渗试验可将膨胀土裂隙发育主要分为四个阶段:失水不发生裂隙阶段;表面裂隙线性快速增长、深度方向裂隙发生并缓慢线性增长阶段;表面裂隙减速增长、深度方向裂隙急速增长阶段;表面裂隙、深度方向裂隙均趋于稳定阶段。\n (4)裂隙膨胀土室内模拟降雨实验结果表明:降雨入渗试验中土样入渗率短时间内快速衰减，土样稳定后平均入渗率约为E-06m/s;同种膨胀土试样在裂隙发育不同程度时的渗透性能不同，试样最终稳定后的入渗率也不相同;不同压实度下裂隙膨胀土初始入渗率随压实度增大而增大，稳定后入渗率随压实度增大而减小;不同初始含水率土样入渗率变化区别很大，衰减速率与持续时间明显不同，初始含水率高的土样衰减速率较低、持续时间长。\n (5)膨胀土脱湿前后的微观结构研究结果表明:原状膨胀土样脱湿后微观结构变化剧烈，总孔隙体积急剧减小，大孔隙所占相对比例急剧增加;不同的初始含水率重塑膨胀土样随初始含水率降低土样内部孔隙分布由一种孔径孔隙占主导向多种孔径孔隙共同主导的趋势发展;不同压实度重塑膨胀土样孔隙随压实度的减小孔径分布曲线呈现单峰-多峰、峰值由低-高的发展趋势，压实度的变化对于土中微结构孔隙几乎没有影响;试样中受脱湿影响最大的是孔径大于10μm的孔隙，脱湿后大孔隙变为小孔隙，小孔隙和超微孔隙增多。\n (6)考虑膨胀土中裂隙对渗透特性的影响，将双重孔隙介质渗流模型引入到裂隙膨胀土渗流中，提出了一种结合现场裂隙图片、土体含水率和室内实验成果建立裂隙模型的方法。

关键词： 数字图像处理   裂缝自动识别与评价系统   路面  

摘要： 公路是完成交通运输和沟通各地区之间联系的重要经络,但是受到自然因素和外力的作用,会对公路的质量造成一定程度的影响,很容易造成路面裂缝,这就提出了一种基于数字图像处理的路面裂缝自动识别与评价系统,以便能够更加快速和准确的确定出路面裂缝的程度,并制定出适当的处理方法。以下,将对此项技术的结构、原理,以及提高系统处理质量和水平的关键技术进行简要的分析。