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关键词： 医学图像   自适应分割   分水岭算法   互信息   蚁群聚类   数字图像处理  

摘要： 随着医学成像技术与数字图像处理的快速发展，医学图像分割逐渐成为图像分割领域的热点问题之一。医学图像分割的过程是通过提取医学成像中特定组织或器官的定量信息，划分出感兴趣的区域来实现的。其为临床诊疗、病理学研究等提供了可靠依据。但由于医学图像通常具有噪声、边缘模糊以及灰度不均匀的特点，大大降低了分割质量。因此，对医学图像分割的深入研究具有极其重要的意义。\n 近年来，基于数学形态学的分水岭算法凭借其计算速度快、对弱边缘敏感以及分割精度高等优点，在医学图像分割领域受到了极大关注。本文以医学图像数据为研究对象，对分水岭分割算法及其相关理论进行研究。本文的主要内容概括如下:\n (1)系统阐述了基于数学形态学的分水岭分割方法，在阅读及研究大量文献的基础上，结合新的研究进展，介绍了分水岭分割方法的基本概念和基本理论，并对当前医学图像中的改进分水岭分割算法进行了综述。\n (2)研究并实现了基于分水岭算法和互信息技术的医学图像分割。针对现有的改进分水岭算法对弱边缘分割精度不高、计算复杂及梯度谷底不能自适应选取等缺点，提出一种结合互信息的自适应医学图像分割方法。本文首先着眼于图像预处理方法的改进，然后采用多尺度形态梯度的谷底填充算法来减少分割的区域块数，最后通过引入互信息技术来弥补人工调整填充梯度谷底阈值的不足，从而完成自适应分割。最后通过CT和MR图像的分割实验，表明了算法的有效性，且参数选取更加合理，自适应程度提高。\n (3)研究并实现了基于分水岭算法和蚁群聚类的医学图像分割及其相关技术。针对改进分水岭算法分割后的部分图像仍存在一些无意义的零碎小区域，提出了一种将蚁群聚类与上述方法相结合的算法。通过修改蚁群的聚类准则，对分割后图像中的细小区域进行相似聚类合并，从而达到准确快速分割图像的目的。最后与其他分割算法做比较分析，结果表明该算法在一定程度上提高了图像分割的精度。

关键词： 图像处理   FPGA   Matlab  

摘要： 由于数字图像的广泛应用,人们对于图像处理的实时性要求也越来越高,仅依靠软件方法实现的图像处理已经无法满足要求,因此,FPGA被越来越多的应用于图像处理中。本文对图像处理的算法进行了分析,并利用Matlab软件进行了仿真。并将合适的算法通过Verilog语言进行实现,再利用quartusII软件进行仿真,最后应用于实际的图像处理系统中。

关键词： 驾驶员启动反应时间   数字图像处理   非参数核密度估计   交通信号倒计时   多元线性回归模型   灯控交叉口  

摘要： 驾驶员的启动反应行为是指驾驶员在灯控交叉口处信号灯由红变绿时通过视觉、听觉、触觉等从外界环境中获取交通信息，然后经过大脑对信息进行整合、处理、反应，并进行决策、操作等一系列行为。驾驶员启动反应时间是启动反应行为的一个重要参数，它是驾驶员启动反应行为等系列操作所需的时间。目前，多数研究中驾驶员启动反应时间是人工获取的，并且对驾驶员启动反应时间的统计分析大多采用参数估计，这种事先假定分布服从某种函数的拟合方法误差较大，如果实际分布与假设不符，可能导致错误的结论。针对上述问题，本文进行了如下研究:\n 首先，提出一个基于数字图像处理的驾驶员启动反应时间的检测方法。采用RGB颜色模型检测绿灯起始时刻，在给定的视频序列中找到信号灯从红变绿的那一帧;采用帧差法检测车辆启动时刻，在给定的视频序列中找到车辆从静止状态到开始运动的那一帧。车辆启动时刻与绿灯起始时刻之帧差除以视频图像的帧率即是驾驶员启动反应时间。\n 其次，采用非参数核密度估计方法对检测得到的驾驶员启动反应时间进行分布密度估计，核函数选取高斯核，最优窗宽由递归法求得。通过分布拟合和假设检验对比分析了核密度估计与正态分布、对数正态分布的估计效果。结果表明，非参数核密度估计驾驶员启动反应时间更加准确有效，并且克服了分布类型事先未知的问题。\n 然后，为分析交通信号倒计时对驾驶员启动反应时间的影响，本文分别采用描述统计法和核密度估计法对有、无倒计时的驾驶员启动反应时间进行对比分析。结果表明:倒计时装置可以减少绿灯初期的启动损失时间，能够一定程度提高交叉口的通行能力。\n 最后，本文研究了排队车辆中第二辆车与第一辆车启动反应时间的关系，采用多元线性回归模型分析了第二辆车的启动反应时间，结果表明:第二辆车的启动反应时间和其本身的新旧程度、第一辆车的启动反应时间最为相关。并用ACT-R认知模型对交叉口处前两辆车驾驶员的启动认知反应过程进行了描述与分析。

关键词： 边缘检测   数字图像处理   算子   巴特沃斯滤波器  

摘要： 边缘检测在数字图像处理、计算机视觉中有着重要的应用。本文对数字图像处理中几种具有代表性的边缘检测算法进行了理论分析，并提出了图像边缘特征提取的改进方法，通过比较得出其优点和适用范围，为实际应用采用此方法提供对照和参考。

关键词： 印刷电路板   红外检测系统   数字图像处理   故障检测   粒子群算法  

摘要： 随着电子设备的的广泛应用与发展，PCB（印刷电路板）的质量、稳定性和可靠性逐渐显的越发重要。传统的电路故障检测方法已经无法满足实际需求，需要找出一种新的高性能的自动检测方法。基于红外热像的检测技术具有非接触性、通用性、检测范围大、安全性、测量温度准确等特征，得到了广泛的应用。\n 本文通过分析红外热成像技术引入PCB故障检测中遇到的一些问题，如硬件系统、软件系统架构，分析了红外图像分辨率、清晰度和对比度低等特点，提出了一些有针对性的解决方法并付诸实施，主要完成的工作如下:\n (1)研究红外辐射理论，分析PCB常见故障与其热状态的特性，将红外测温技术与图像处理技术引入PCB故障检测;\n (2)架构了一个基于PCB热分布的红外检测系统，硬件系统包括驱动电路、控制电路以及图像获取电路，软件流程包括滤波降噪、目标增强、亮度变换、图像直方图统计、图像配准与减影以及三维温度场分布;\n (3)对数字图像，特别是红外图像的特性进行了分析，并研究了一些常见的数字图像处理技术，包括中值滤波、均值滤波、线性加权滤波和小波变换去噪处理等去噪过程，基于梯度算子、Roberts算子以及Canny算子等的边缘提取增强技术，线性亮度变换以及基于USM算法的图像对比度增强技术等;\n (4)对图像配准技术的一般流程分析，包括互信息测度，粒子群优化算法优化配准参数的引入，并取得了良好的效果。\n 本文研究的创新点在于:基于热分布的红外探测便携式系统的设计;红外图像处理算法优化，包括基于尺度空间和bayse去噪算法优化，改进PSO算法，并将之应用与互信息测度图像配准算法;将红外无损探测技术引入到PCB电路检测并实现。\n 对基于PCB热分布的红外检测系统进行应用效果验证，可以发现，系统可以直观地观测电路板是否正常工作，并对异常区域进行定位，同时还为温度观测提供了直观的素材。至此，可以确定，红外热成像技术引入到PCB故障检测中，具有重要的理论和实际意义，对于大批量检测PCB电路也具有良好的指导意义。

关键词： 工业底片   数字化系统   嵌入式系统   运动控制   数字图像处理   自动测量  

摘要： 随着计算机技术、光电技术和信息处理技术的发展，工业射线检测技术也朝着数字化、自动化、信息化方向迈进。工业底片的光学密度较大，宽容度也较大，而且工业底片容易磨损，在图像的保存和交流上也得到了限制，因此人们需要新的方法来保存工业底片上的信息，工业底片数字化系统就是在这样的需求基础上发展而来的，通过工业底片数字化系统可以完成对工业底片信息的采集，有利于底片信息的保存和交流。\n 本文针对基于线阵CCD的工业底片数字化系统的关键技术进行了研究，其中着重对工业底片数字化系统的控制系统、工业底片图像处理技术及其特定的工程应用进行了研究。\n 本文采用ARM+FPGA的嵌入式系统方式构建了底片数字化设备的控制系统硬件部分，包括四轴运动控制模块、线阵CCD外触发模块、通讯模块、数字I/O模块及电源等模块。在硬件设计的基础上，采用主从控制模式构建了其软件，上位机为工业PC，其软件采用MFC构建;下位机为如前所述的ARM+FPGA嵌入式系统，上位机与下位机之间采用网口通讯，运行Modbus-TCP协议。在下位机中，ARM负责通讯与程序控制、FPGA负责运动控制脉冲的发生、编码器位置信号的接收、CCD行触发脉冲发生、外围输入设备状态感知和输出设备动作驱动等任务。整套设计保证了控制的实时性和功能的灵活性，满足了工业底片数字化扫描的要求。\n 本文同时对工业底片数字化图像的处理算法进行了研究，在底片图像的去噪处理中，采用了中值滤波算法去除点噪声;采用频域高斯陷波滤波去除由于线阵CCD像素单元特性不均匀性造成的线噪声，该方法在去噪的同时，使底片中的有用信号得到了保留。细微缺陷是工业底片中常见的缺陷类型，而这些缺陷在底片评定中极容易被漏检，本文研究了灰度形态学算法对底片中细微缺陷的增强作用，结果表明采用低帽变换和高帽变换可以有效地增强工业底片中的细微缺陷，为后续的缺陷搜寻和缺陷提取提供了便利条件。\n 本文最后针对一种特定的工业底片判别问题（套管对中检测），开发了一套图像处理算，通过灰度拉伸、高斯平滑、边缘检测等图像处理算法实现了内外管对中的测量，其测量精度为0.08mm，较之手工测量，提高了精度和效率。

关键词： 数字图像处理   并行原数据   目标追踪算法   特征提取  

摘要： 数字图像处理是数字图像得已被人类广泛应用的关键技术，是人工智能、计算机视觉等领域的理论基础，同时，在城市及国防安全、智能交通、先进制造、医疗卫生等众多领域也发挥着日益重要的作用。然而，当前的数字图像处理技术在时间上距离实际应用依然存在很大的差距。\n 本课题通过对图像传感器输出的原数据的研究，以及对成像过程与图像处理过程的分析，提出了并行原数据处理的框架。并直接针对原数据，对具有良好鲁棒性的快速处理方法进行探索。最后，通过对并行原数据目标追踪算法的研究，进一步验证了本文提出并行处理框架的有效性。本文的主要研究工作如下:\n ①根据对传统图像处理的完整流程的研究，分析了当前数字图像处理存在的问题，结合对传感器输出的原数据(RAW Data)的分析，提出了并行原数据处理的框架。该框架的处理过程直接针对RAW Data展开，避免了成像过程中为了满足人眼视觉效果而造成的信息失真以及成像过程与图像分析过程串行处理带来的耗时问题。这不仅是快速图像处理的基础理论研究，也是对原数据处理方法的初步探索，更是多核处理、并行计算技术启发下对图像成像与图像处理架构的新思考。\n ②根据对目标追踪算法的研究，分析了常用的经典追踪方法的优缺点，提出了一种适用于原数据的追踪方法，实现了直接对RAW Data的快速准确追踪。首先研究了两种经典的目标追踪方法，通过在单通道原数据上的追踪实验分析了各自的优缺点，并提出了一种应用于单通道原数据序列上的粒子滤波快速准确追踪算法。然后，在对粒子滤波研究的基础之上，结合人眼视觉机制分析了RAW Data的特征，提出了三通道原数据粒子滤波追踪算法。这种处理方法能在复杂的环境下快速准确的描绘出运动目标的状态信息，最终达到准确快速追踪的目的。\n ③最后，通过原数据的去马赛克和目标追踪实验，验证了第一章提出的并行原数据处理框架的有效性。实验证明，直接对原数据进行特征提取与处理是可行的，并且在保证了准确处理的前提下，提高了处理速度，突破了现有处理方法在图像处理过程中信息量过大以及串行处理带来的耗时瓶颈。

关键词： MATLAB   GUIDE   数字图像处理   辅助教学  

摘要： MATLAB GUIDE(Graphical User Interfaces,图形用户界面)是为表现MATLAB中的基本功能而设计的演示程序。本文通过对数字图像处理中几个常用的设计例子,开发和利用MATLAB GUIDE的教学自动控制系统,展示了MATLAB GUIDE在数字图像处理课程辅助教学的优点。

关键词： 多视图模型   数字图像处理   教学模式   工程应用  

摘要： 工科教学的一个难题是激发学生兴趣,提高其独立学习和设计能力。以数字图像处理这一课程为实施对象,提出了以理论模型为主线、以编程模型和图像处理效果可视化模型为副线的多视图教学模型,以解决该课程原有教学模式方法单一、过程枯燥等问题。采用该模型取得了较好的教学效果,实现数学理论模型和编程技术的一体化建模:学生不仅能够理解如何采用数字图像处理的基本理论进行工程应用,而且能够掌握图像处理基本编程能力。

关键词： 大地测量   激光测距   数据处理   计算机技术  

摘要： 卫星激光测距作为现代空间大地测量手段，在现代空间大地测量领域发挥着重要的作用。国际大地测量协会(IAG)提出全球大地测量观测系统(GGOS)项目，作为IAG成员之一的国际卫星激光测距组织(ILRS)提出适应GGOS产品精度的要求，要求各台站提高测距精度，提升激光测距系统的自动化程度，降低运行成本。长春SLR站作为国际激光测距服务组织的重要观测台站，每年都承担着大量的观测任务。为了适应新的需求，长春SLR站需要进一步完善测距系统，改进自动化程度、提高工作效率。\n 本研究内容为长春站卫星激光测距控制系统的一部分，主要工作是利用图像处理的方法来解算卫星和激光光尖相对于灵敏区的位置参数，通过程序引导望远镜进行精密跟踪、控制光束精确指向目标，减少人工搜索卫星和调整激光的这部分工作。首先分析了望远镜指向偏差来源，提出了基于图像处理技术的激光测距系统指向偏差的改进方法。搭建了图像处理子系统平台，利用图像采集卡实时采集卫星激光测距图像。通过分析卫星观测系统中的图像特点以及对处理过程的特殊要求，提出了对激光测距图像处理的主要方法：对图像进行预处理，利用滤波技术去除噪声；阈值分割，搜寻图像中感兴趣目标；用矩法计算卫星质心坐标；利用Sobel算子对光束图像进行边缘提取；通过直线拟合，求解光尖位置坐标。利用网络通信的方式向控制系统发送解算出来的数据，一方面控制系统根据望远镜脱靶量信息调整望远镜的跟踪状态;另一方面，激光控制系统根据光尖坐标位置修正激光束指向。该方法应用于实际激光测距系统，取得了较好的结果。实验结果表明，本文算法得到的脱靶量信息误差在1-2个角秒，可以满足卫激光测距系统的精度和实时性要求，具有实际意义和应用价值。