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关键词： 钢轨表面   缺陷检测   机器视觉   数字图像处理  

摘要： 安全是铁路运输的生命线，伴随着高速、大密度和重载列车的开行，铁路运输的安全受到了严峻考验。预防为主和综合治理一直是铁路部门的指导方针。在重载、疲劳磨损和外界环境影响下，轨道表面产生的缺陷会对行车安全造成很大威胁。由于轨道地形复杂和线路较长，人工检测存在很多危险和效率较低，故轨道表面检测技术研究方向应从人工检测向自动化检测技术方向转变。为了提高缺陷检测的速度和精度，论文设计了一个视觉检测装置，实现了钢轨表面缺陷的自动化检测与识别。 论文首先介绍了课题的研究背景及意义，简述了国内外轨道检测的研究现状及本文的主要内容和组织结构。然后概述了机器视觉系统的组成和应用领域，设计了一套钢轨表面的缺陷检测装置，并对其中的光源、相机、光学镜头、照明方案、机械构造、采集与电气控制系统等几项关键技术进行详细分析。 在噪声和外界因素干扰下，采集的钢轨图像无法直接用于缺陷的检测识别处理，因此需对图像进行预处理操作。首先，对钢轨图像进行图像增强和滤波处理，针对传统图像滤波算法的研究，论文提出了一种自适应中值滤波算法。其次，提出了一种图像剪裁算法实现了轨道表面区域定位，减少了后续图像处理的运算量。最后，图像分割算法的研究为后续缺陷检测提供了理论基础和算法支持。 针对采集的钢轨表面图像，论文提出了两种缺陷检测流程：基于逐列扫描的缺陷检测和基于边缘的缺陷检测，并筛选出了最优检测算法。然后对缺陷信息进行边缘追踪和特征计算，并通过构建BP神经网络来实现裂纹缺陷和疤痕缺陷的分类。实验结果表明，论文提出的检测算法能够快速、准确的检测和识别出钢轨表面的缺陷信息，基本满足了实验检测要求，具有一定的实际参考价值。

关键词： 视频监测系统   数字图像处理   背景建模   动目标检测   目标跟踪  

摘要： 随着数字视频技术的发展,视频检测技术应用越来越广泛。监控系统硬件的飞速发展更加使视频序列的动目标检测与跟踪成为研究的热点,理论与实践都受到国内外的关注。 本文是在对视频监控系统深入了解的基础上对监控系统的功能进行了扩充。基于图像处理技术对监控系统所摄取视频的检测与跟踪算法进行设计。共完成以下几方面工作： 1.研究监控系统视频图像的存储方式,设计算法编程将视频序列拆分单帧图像,以方便后期算法的实现；其逆过程,由单帧连续图像组合成视频流的算法,也编程实现。 2.编程验证了运动目标检测原理,并实现了混合高斯背景建模和Code Book背景建模运动目标检测；基于Code Book算法思想,结合遗传学方法提出了遗传背景建模动目标检测算法,编程验证达到了预期的目的。 3.设计了两种算法：以颜色直方图为建模特征、Mean Shift搜索定位的单目标跟踪算法；以目标检测到的连通域性质为特征、以判定相邻帧间目标重叠度为跟踪定位的多目标跟踪算法。 文中所涉及算法都通过编程得以实现,达到了预期目的。

关键词： Pan-Sharpening   数字图像处理   离散余弦变换   K-SVD   压缩传感   字典训练   块效应   色彩偏差   洗涤效应   基追踪算法  

摘要： 本文主要研究了如何利用压缩传感(Compressed Sensing,简称CS)理论来解决Pan-Sharpening问题. Pan-Sharpening问题描述的是将高分辨率全色图像和低分辨率多光谱图像融合,产生一个单一的高分辨率多光谱图像的过程.压缩传感理论解决了Pan-Sharpening问题中相应目标函数的稀疏解问题(求解含有l0-范数的极小化问题).利用压缩传感理论,我们构建出关于Pan-Sharpening问题的模型.然后我们利用模型,提出了两种基于压缩传感理论的算法,一种是对基于K-SVD方法的改进算法,另一种则是以标准DCT矩阵作为字典的算法. 第一种算法是一种基于K-SVD方法训练的字典的重构算法：首先,利用K-SVD方法找出一个合适的字典,使得原始信号在此字典上足够稀疏,然后利用Basis Pursuit算法、Matching Pursuit算法或迭代阈值算法对Pan-Sharpening问题进行求解,重构高分辨MS图像.针对在重构图像块边界上出现的块效应,我们在重构后引入了去块效应处理. 第二种算法取标准离散余弦变换(简称DCT)矩阵作为字典,采取逐次截取低频部分信息的方法对Pan-Sharpening问题进行求解,重构高分辨MS图像.针对重构处理过程中产生的块效应、色彩偏差(color bias)和洗涤效应(washing effect),我们引入了相应算法进行处理. 我们利用QuickBird卫星图像对上述两种算法进行验证,并与经典算法进行对比.对比结果表明：上述两种算法在效果上有一定的优势.

关键词： 双光谱测温   彩色图像传感器   温度场   数字图像处理  

摘要： 温度是用于表征物体冷热状态的一个重要参量，同时也是高温热处理的重要热工参数。实时而准确的温度场检测是预防工业事故、高温测量、低碳环保、节约能源的重要手段。传统的高温测量技术大多采用接触式测量方法，其中多采用热电偶传感器，但由于测量方式的局限性，热电偶只能进行点对点的接触式测量，而且响应速度比较慢，不能满足目前的工业高温非接触测量需求。基于彩色图像传感器的温度场测量技术是一种集图像检测技术、数字图像处理技术和辐射测温技术于一体的新型测温方法。它不仅具有非接触测温法优点，而且测温的响应速度快，范围广，并能给出温度场的具体分布，成为目前高温检测领域中的研究热点。 本课题针对彩色图像传感器对温度场测量技术进行了深入研究，并设计了一套基于彩色图像传感器的双光谱测温系统。 论文首先介绍了热辐射的物理参数和基本定律，并分析了辐射测温法的原理、方法，彩色图像传感器的高温的工作原理及采用彩色图像传感器在高温测试中的原理，选择采用双光谱测温法温度测量，并提出了对现有算法的改进。构建了基于图像传感器测温实验装置，设计了图像标定系统软件和图像测温系统软件，包括火焰标定模块、数据处理模块、图像噪声处理模块、图像分割模块、二维温度场计算及显示模块。并对彩色图像传感器辐射测温标定方法进行了研究，对实验系统进行了标定。之后，进行了包括蜡烛、酒精喷灯、热电偶等相关的测温实验验证。在论文的最后对测温实验结果进行了误差和不确定度分析。

关键词： 中心偏   数字图像处理   透镜参数   气浮旋转平台   角点检测  

摘要： 在光学理论中，光学元件的共轴性是理论前提和理论依据。但是由于实际的透镜生产工艺和生产条件的限制，在透镜加工、胶状或磨边过程中，会产生一定的质量缺陷，从而破坏了共轴条件，产生中心偏。中心偏不仅破坏了理想光学的理论基础，造成光学系统成像质量的下降，而且在一定程度上影响了透镜测量设备对其他光学参数的测量。因此，研究中心偏的相关理论，并制定合理快捷的测量方法，对透镜生产和检测具有重要的意义。 根据现在国际标准对中心偏的定义，透镜中心偏主要分为光轴平移误差和倾斜误差。依据这个分类和具体的测量要求，按测量原理的不同，测量方法主要可以分为干涉法和自准直仪法。干涉法测量光路设计复杂，测量效率低。本课题结合有效焦距（EFL）、后截距（BFL）、曲率半径（R）等透镜参数的测量原理和光路设计，采用平行光管-自准直仪法的通用光路。通过对中心偏测量方法的研究，提出了适当的测量算法。先通过拟合后的十字线边缘直线交点找其角点，然后判定十字线中心点，最后拟合成中心偏偏心圆。本测量系统主要适合透射法，并兼顾反射法。 中心偏的精密测量，为测量平台的设计与调试，提出了新的要求。首先搭建平台的机械部分。采用滚珠丝杆与宽导轨的立柱设计是关键;还有为了系统光路调整的方便，可以微调的自准直仪夹具也是必要的设计。然后设计其控制系统，采用编码器反馈的步进电机，因此需要对其坐标计算值进行补偿。最后，也是最重要的，为了保证旋转机械轴的精度，需要设计一套高精度气浮旋转平台。 本文根据测量中心偏的实际情况和要求，提出了改善光通量的方法，图像细分改进算法，十字线角点检测方法和圆心逼近最优化处理算法。最后根据试验结果，分析了造成误差的主要原因，并提出了改善和提高测量精度的方案。

关键词： 等效粒径   图像处理   泥沙粒径分析   实验对比  

摘要： 随着我国经济的快速发展，人们对水资源的需求也越来越大。作为国家基础设施建设的重要组成部分，水库、港口、航道等水利水运工程的建设日益增多。实践证明泥沙颗粒的存在将大大影响水利水运工程的建设成本和运营安全，泥沙颗粒粒径的测定对于河道治理规划设计、水库泥沙淤积研究和水力机械的选择等均具有重要意义。由于天然河流中的颗粒粒径范围很大，特别是包含有巨粒组颗粒，使得传统的粒径分析方法难以应用以确定其颗粒级配；数字图像处理技术可能成为确定河道泥沙颗粒级配的新方法。 本文基于实测数据，对图像处理技术用于泥沙颗粒的粒径分析进行了初步研究，主要研究内容如下： (1)介绍了图像处理技术的相关概念和图像边缘检测的常规方法，比较了不同种类的图像滤波器和阈值分割算法对于泥沙颗粒图像的处理效果，针对泥沙颗粒的特性提出了适于其图像处理的方法组合。 (2)以粘连颗粒为研究对象，针对传统图像分割方法的不足，本文提出了一种基于图像数字形态学与边缘检测算子相结合的图像分割方法，以达到准确分割泥沙颗粒图像的目的。 (3)以单反相机和Imagej2x图像处理软件为基础，建立了一套泥沙颗粒图像粒径分析系统，能较好的获取泥沙颗粒图像并对其进行粒径分析。 (4)针对天然河流中悬移质沙粒的粒径特点，基于前文提出的方法对泥沙颗粒进行测量试验，并与传统的筛分析法和激光分析法进行了对比分析，结果表明图像处理技术用于泥沙颗粒图像的粒径测量不仅在测量范围上不受限制，同时具有成本低、速度快、精度高以及操作简单等诸多优点，弥补了传统的实验室颗粒分析法的不足。

关键词： 索道脱索   数字图像处理   直线检测  

摘要： 在社会发展的今天，索道已经被运用在很多领域，保证它的安全运行是索道管理中的重中之重，而其中索道的脱索现象又是影响索道安全运行的重要因素，因此到目前为止，已经有很多种索道脱索检测方法被应用到实际生活生产中，其中有PLC监控系统、水银开关和切断开关等方法。这些方法不仅需要设计电路和相应的硬件设备，并且安装维修也极不方便，在实际使用过程中很容易就会出现检测出错，可靠性不强，这对人们的财产生命安全构成巨大威胁，所以需要提出一种新的脱索检测方法。 首先，对本课题的检测原理进行了分析，设计合适的检测方案，其中，通过对比选取了合适的采集方案，并对其进行了详细描述，同时还介绍了检测系统中所要用到的软件和硬件的相关信息，设计了检测系统的工作流程图。 其次，根据检测系统的需求，选取合适的数字图像处理技术，设计了三种图像预处理方案和两种直线检测方案，并对所要用到的技术原理进行了详细介绍，对比分析它们的优点和不足，选取适合本系统的技术，提高系统的检测性能。 最后，以MATLAB软件为基础，得到检测系统采取不同方案时的检测结果，通过统计和对比分析，发现各检测方案的优缺点，同时分析了影响检测系统正确率的因素，以便于采取适当措施进行改进，如设置安全范围等。该检测系统随着有关技术的发展具有很好的发展前景。

关键词： 面形偏差   在线检测   数字图像处理   Zernike多项式   插值法  

摘要： 干涉仪以其高的测量精度在现代高科技中扮演着非常重要的角色,随着光电产品对光学元件需求量的快速增加,对光学元件的质量也有了更高更严格的要求,这就对干涉仪的自动化检测质量和速度提出了更高的挑战。虽然目前很多国外进口干涉仪具备快的检测速度和高的检测精度,但由于其昂贵的价格而使得这些干涉仪只能作为终端检测设备,光学冷加工企业迫切需要一种自主研发的自动化程度相对较高的面形精度非接触在线检测干涉仪器。本实验室就是基于这一出发点自主研制了一种非接触在线球面干涉仪。 本文主要的研究目的在于研究出一种能根据采集到的干涉图自动检测出镜片面形偏差的计算方法,并把它应用到本实验室研制的干涉仪中去。论文首先简单介绍了光学镜片检测的三种典型方法,重点讲述了面形偏差的的检测方法以及它的主要评价指标,并对这些评价指标之间的联系进行了详细的分析。接着应用Matlab软件编程对干涉仪采集出来的干涉条纹图像进行数字化处理。本文详细叙述了干涉条纹图像的数字化处理过程,并对每一步的处理进行编码验证。最后文章介绍了Zernike多项式波面拟合以及插值法波面拟合的相关原理与拟合算法,并应用这些算法对采集到的干涉条纹进行波面拟合,最后获取被检光学镜片的面形偏差信息PV和RMS,并把拟合出的波面信息与Zygo干涉仪测出的信息进行对比,对两种波面拟合的误差进行了估算与分析,找出了可能造成测量误差的原因,并提出了改进方案。 文章最后对干涉条纹图像处理方面的研究工作进行了总结,提出了一些今后在图像处理和拟合方面改进的思路及方法。

关键词： 环保安全沥青路面   抗滑性能   分形理论   数字图像处理   抗滑性能衰变  

摘要： 随着我国经济的迅速发展，我国的汽车用量和高速公路里程数的不断增加，随之带来的行车安全问题以及大量的雨天车辆溜滑事故，引起了社会各界越来越多的关注。因此如何提高雨天路面的抗滑性能成为当下道路研究中的一个重要主题。 课题组研发的环保安全型沥青混合料是一种大孔隙结构的沥青混合料，该混合料在保证路面使用性能的同时，能提供更好的抗滑和降噪效果，并减少施工过程中的废气排放，具有良好的安全环保效益。论文将分形理论的基本原理和数字图像处理技术相结合，对路面彩色照片进行灰度转换、剔除不均匀背景光照、降噪锐化等措施，利用软件求得路面的分形维数并以此来表征路面的抗滑性能；对比传统室内试验，分维数能更好的判别不同类型、不同级配及不同粒径的沥青混合料之间的抗滑性能。通过研究轮胎的摩擦机理，分析了不同类型沥青混合料的雨天路面水膜厚度，并计算出雨天路面附着系数的大小，表明在南方多雨地区，环保安全沥青混合料拥有更好的抗滑效果。利用数字图像技术和普通车辙仪对沥青路面的长期抗滑效果进行研究，表明环保安全型沥青混合料由于粒径较大，在长期荷载作用过程中能够保持较高的耐磨，抗滑性能衰减较慢。在四川巴南高速上铺筑了试验段，对环保安全沥青路面的施工工艺、实际路用效果进行了检测，证实了该混合料的安全、环保的效益，具有实际推广价值。

关键词： 车牌识别   图像处理   MATLAB  

摘要： 本文介绍了车辆自动识别系统及其五个核心组成部分,并基于MATLAB语言对汽车图像进行了处理.