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ISBN: (纸本)9787121177590

关键词： 数字图像处理   中子数字成像   图像去噪   轮廓小波变换   图像复原   Richardson-lucy算法  

摘要： 中子数字成像是无损检测的一个分支，利用射线穿过被检测物质时，其强度发生衰减变化而获得物体内部结构及其细节信息的图像，与被已广泛应用的X-射线照相等其它无损检测技术相比，可以在毫米量级上探测重金属中隐藏的轻材料，在检测氢化物等方面具有较大的优势，其分辨率比X光照相技术好30～50倍。 中子数字成像是指在中子辐照场里，中子穿透被检测物质之后通过中子数字成像系统得到的数字图像。该数字图像携带被检测物质内部结构的信息。但是通过中子数字成像系统得到的图像往往含有多种噪声，对比度低，图像模糊，这样造成图像的细节信息不清晰，影响进一步分析被检测物质的内部结构及其它内部信息，近代的成像技术都离不开图像处理，因此对得到的降质图像进行数字图像处理，使其尽可能的恢复出物质内部的本来面貌。本文研究工作主要从图像预处理的角度出发，对图像进行去噪、去模糊等。 首先，本文分析了在中子数字成像过程中引起图像降质的主要原因，归纳出了中子数字成像降质主要是由多种噪声的污染以及中子散射所造成的空间模糊。 其次，在去噪方面，由于传统算法的局限性，于是引入轮廓小波变换。轮廓小波是由小波变换和方向滤波器构成的，由于小波变换在处理一维信号奇异性时取得了较好的结果。然而在处理更高维的信号时，却难以表示其几何特征，但是图像的轮廓、边缘以及纹理等具有高维奇异性的几何特征包含图像的大量信息，而contourlet变换能有效地表示和处理图像等高维空间数据，但其在处理图像信号时会造成冗余度，所以本文采取Eslami等提出的轮廓小波变换。 再次，图像的模糊主要是由中子的散射引起的既由点扩散引起的空间模糊，所以要以反卷积进行处理。由于传统的图像复原方法必须准确的知道造成图像模糊的点扩散函数。但是实际得到的中子数字图像由于点扩散函数都非常复杂，一般都是未知的，所以，本文引入了Richardson-lucy算法，经过反复的迭代计算，对原始图像和点扩散函数进行估计。于是就避免了这个问题。 最后，本文所研究的算法均在matlab的开发环境中编程实现，并且对中子数字成像的处理有了较好的结果。

关键词： 应用   MATLAB软件   数字图像处理  

ISBN: (纸本)9787302327127

摘要： 本书以MATLABR2012a为平台，结合MATLAB软件在图像处理GUI应用方面的需要，从实用角度出发，循序渐进地介绍MATLAB图像处理及GUI设计的应用原理、方法和技巧。

关键词： 高炉   风口   摄像仪   喷煤状态   数字图像处理  

摘要： 随着高炉喷煤量的不断提高,对高炉喷煤的安全性、稳定性要求不断提高。监测高炉风口各支管的喷煤状态及各支管喷煤的一致性、均匀性,对于保证高炉炉况顺行、降低冶炼成本具有重要意义。 在高炉各风口安装风口摄像仪,高炉操作人员能够在主控室内直接观察高炉的炉内反应及喷煤状态。目前,高炉风口摄像仪的状态多采用人工观察判断的方式。由于高炉风口较多(如京唐5500m3高炉有42个风口),依靠人工判断常出现异常状态漏判或判断延迟的现象,而且各风口喷煤的一致性、均匀性难以通过人工准确判别。 针对上述问题,本文在分析喷煤视频图像的基础上,采用数字图像处理技术,建立了喷煤图像特征与喷煤流量之间的对应关系,进而搭建了高炉各风口喷煤状态的自动监测系统。论文的主要工作如下： 首先,针对喷煤图像特点,提出了图像增强与滤波相结合的图像预处理方法：针对风口摄像仪长期处于高温、灰尘大的恶劣工业环境,造成喷煤图像降质与失真,提出基于改进的自适应窗口灰度拉伸与幂次变换相结合的图像增强算法；针对图像模糊、噪声较大的问题,提出基于改进的中值滤波与数学形态学相结合的图像去噪算法。通过对工业现场图像实验表明,该喷煤图像预处理算法在保留图像边缘信息的前提下,可以增强图像对比度及去除图像噪声,为后续工作建立了基础。 其次,提出了风口回旋区与喷枪模板算法：提出了基于改进的Hough圆拟合的风口精确定位方法,该算法可以对喷煤图像边缘缺失现象进行区域拟合；另外,在结合喷枪区域检测的基础上提出了喷煤图像实时背景模板建立算法,并通过背景减除方法对喷煤煤团区域进行分割与提取。通过对工业现场图像实验表明,该算法针对不同风口与喷吹状态的视频图像均可以准确的分割出煤团区域。 最后,提出了各支管煤粉喷吹一致性、均匀性检测算法：为了建立分割煤团区域与支管流量之间的对应关系,在分析煤团特征的基础上,提出了基于面积统计的煤团特征提取方法；为了判断煤团空间信息,探讨了加权面积法、近似椭圆法与主轴旋转方法等三类煤团体积估算方法。通过对工业现场图像实验表明,该四种特征提取结果均可以较好地反映高炉煤粉喷吹流量变化。 利用Matlab GUI图形用户界面设计平台搭建基于视频图像的高炉风口喷煤状态监测及堵塞报警系统。针对首钢京唐1#高炉及2#高炉风口摄像仪采集的视频,对支管均匀喷吹与堵塞情况下的煤团视频进行了实验。实验表明,本文提出的基于视频图像的煤团特征提取算法可以有效地监测高炉风口的喷吹状态,能够准确地判断各支管的喷煤堵塞状态,同时能够实现高炉各风口喷煤状态一致性、均匀性的监测。

关键词： 单目视觉信号   数字图像处理   特征提取   支持向量机   地面分类   信息融合   履带机器人  

摘要： 履带式移动机器人在非结构环境中的应用不断增多，机器人对环境的感知，尤其是对复杂地面的感知能力要求也随之不断提高。复杂地面由几何参数和物理参数表征。物理参数因影响机器人的连续运行性能和自稳定性而成为研究热点。本文集中探讨物理参数相关的问题，针对地面类型的特点，对基于视觉信号和振动信号的自适应地面类型在线分类辨识方法进行研究。 结合复杂地面类型的视觉信号特点对采集的图像进行处理。以数字图像处理为技术基础针对前视相机采集的图像实现包括颜色特征和纹理特征的提取，并对不同特征提取方法对地面类型的表征能力进行分析。 以视觉信号的特征提取为基础，通过K平均法聚类算法自适应生成动态训练样本，以机器学习、形态学处理和在线学习方法实现目标地面区域与非目标地面区域的分割。针对选定地目标地面区域，建立视觉特征和地面类型之间的映射关系。建立基于支持向量机的地面类型实时分类辨识模型，和基于样本数据统计的模型匹配算法对地面类型进行分类辨识，建立起完整的自适应实时地面类型在线分类辨识方法。 结合视觉信号与振动信号对地面类型分类辨识的优缺点，分析两种信号融合的可行性，实现视觉信号特征与振动信号特征融合，以及视觉信号辨识结果与振动信号辨识结果融合等方法，并分析几种融合方法的有效性，建立基于视觉和振动信号融合的地面类型辨识方法。 以履带式移动机器人为基础，搭建实时地面类型分类辨识平台及实验研究，实现视觉信号与振动信号特征的提取和处理，获取多种地面类型的分类准确率和处理速度等指标对已建立的在线辨识模型进行性能分析。进行多地面类型跨越实验分析辨识模型的鲁棒性与敏感性以及准确性与快速性之间的平衡关系，并通过测定的融合准确率对实现的融合方式评估和分析。实行综合实验对地面类型分类辨识系统的稳定性进行测试。

关键词： TFDS   数字图像处理   故障诊断算法   折角塞门  

摘要： 为了满足形势需要，提高行车安全，我国自主研发了一套货车运行故障动态图像检测系统（TFDS系统）。该系统集多种技术于一体，弥补了传统列车检修的缺陷，提高了检修结果的质量和效率，保障了列车的运行安全。 如何针对折角塞门图像设计出高精度、高效率的故障诊断算法是研究的难点。通过深入分析和研究，本文共设计出两套准确性高，快速性好的故障诊断算法，即底面故障诊断算法和侧面故障诊断算法。每套故障诊断算法又包含故障定位算法和故障检测算法，能够对底面和侧面图片进行精确的定位和故障判断。另外，本文对两套故障诊断算法进行结合设计了最终调用函数，该函数完成了对整个折角塞门的故障诊断，为TFDS提供了很好的支持。 本文在算法的设计和实现中，充分利用数字图像处理中的镜像、缩放、Hough变换、腐蚀和膨胀等经典方法。同时，还对图像二值化算法做了改进，采用局部和全局阈值相结合的方式选取阈值，加强了图像分割效果。另外，改进了灰度算子，采用灰度映射和窗口灰度映射的方式定位目标边缘，使得定位结果更加准确。在模板匹配处理上采用先将图像压缩的方式来大幅度提高算法的运行效率。 为满足设计和测试需求，本文设计了两个人机界面。批量提取图片界面能够简便、快速、批量的提取折角塞门图片，并将侧面和底面图片分开存储。数据显示和算法测试界面分别实现了算法设计中和设计后的程序测试，保证了算法的准确性。在数据显示方法上本文对其进行了改进，改进后的方法代码量少、易读性强，且操作十分简便。 为很好地解决动态调用和宿主程序之间调试和修改程序的难题，本文提出了对DLL封装的改进方法，该方法思路新颖，调试方便，易于TFDS系统自动识别平台的调用。 论文最后介绍了算法的测试方式，它们很好地解决了对图片的单个测试和批量测试，确保了测试算法的正确性，最终测试结果为误报率8%，漏报率为0%，满足TFDS系统对算法的要求。

关键词： 高温钢坯   图像处理   灰度值   裂纹检测   圆形度  

摘要： 数字图像处理技术早在上个世纪50年代已有学者研究，经历了几十年的沉淀，它已经从理论研究发展到实际应用上，并且成功应用在医学、光学、通信等行业。数字图像处理技术有着识别精度高、识别自动化、检测效率高等特点，使科学家一直青睐对它的研究，经久不衰。而对于当前时代，工业快速发展，对钢铁的生产制造要求越来越严格，但是钢坯的生产中往往会出现各种缺陷，如表面裂纹等。这些缺陷轻则造成机器不能正常工作，重则出现生产事故，造成重大的经济损失。而当今钢坯的检测还是停留在落后的状态，如钢坯成品后肉眼的检测，或者是用简陋的仪器测量，这样的检测手段严重制约了钢铁生产的发展。如果能够在钢坯成型前就能检测出钢坯的表面缺陷，把有缺陷的钢坯立刻回炉重新铸造，这能大大提高了生产的效率。但由于钢坯生产时处于的高温环境的特殊性，导致普通的接触性检测法是根本行不通的。本文结合了钢坯生产环境的特殊性，运用图像处理技术与硬件知识，搭建了一个高温钢坯裂纹检测系统，为以后更深一步的钢坯裂纹自动化识别研究打下了坚实的基础。 本论文介绍了高温钢坯裂纹检测系统的设计原理，以及相关的基本数字图像处理知识，根据检测的目标与环境，设计了一套钢坯裂纹检测系统。同时还阐述了系统的构建框架、硬件设施的工作原理、硬件设施的作用，以及它们的性能指标。着重分析滤波算法与边缘检测算法的应用范围与效果，结合C++的程序设计思想，编写出系统软件。设计出裂纹识别的步骤，具体实施如下：首先用摄像机拍摄到裂纹图像，经灰度级修正提高图像的对比度，然后是均匀滤波去除噪声，再是高斯拉普拉斯边缘检测算子检验出裂纹的轮廓，还有图像锐化、直方图均衡化和阈值分割等处理。最终把裂纹的特征信息，如面积、周长、长度等计算出来，根据裂纹识别的判定规则识别出裂纹。在系统软件的开发上，使用VC6.0开发了裂纹检测工具，界面简洁，功能强大。 本文除了总结出裂纹检测上取得的研究成果外，还对今后的钢坯裂纹检测工作作了展望，为以后裂纹检测研究提供指导。

关键词： MATLAB   数字图像处理   GUI交互式界面  

摘要： 介绍如何把数字图像处理中常用的技术怎样在MATLAB中进行整合与实现,同时以此来完成一个功能较为全面的数字图像处理软件,而且在保证软件实用性的前提下,实现其操作简便,容易上手,以此来保证其软件的交互性。

关键词： 铝合金   夹杂物   自动识别   数字图像处理  

摘要： 铝合金中的各种各样的夹杂物对铝合金的组织和性能造成了不利影响。为了提高铝合金的性能,我们需要分析夹杂的类别及来源。PoDFA系统是一种可对夹杂物进行定性与定量分析的质量控制工具。该方法先通过过滤铝液将夹杂物富集,然后采用金相显微镜对夹杂物进行分析。但由于操作人员必须通过金相显微镜对夹杂物进行分析,所以非常耗时。随着数字图像分析技术的发展,我们考虑将数字图像分析技术用于铝合金夹杂物的分析研究中。基本思想是先通过图像采集系统采集铝合金夹杂物的金相图像,然后通过开发的图像识别软件对金相图像进行分析处理,代替操作人员的人工分析,从而提高工作效率,节约成本。 本课题研究了常见的铝合金夹杂物在金相显微镜下的特征,根据金相图像及电子探针分析结果对夹杂物进行分类及鉴别；分析铝合金夹杂物的金相图像特征,结合图像特征,制定适合本课题的图像预处理方案：尝试了不同的图像分割方法,确定图像分割的最佳方案。对夹杂物进行特征提取,并对特征提取结果进行分析。最后,使用得到的特征参数开发出铝合金夹杂物的自动识别程序,并对程序进行测试。本文主要研究结果如下： (1)通过金相图像分析与电子探针分析对常见的夹杂物进行了鉴别,得出了每种夹杂物的数字图像学特征与类别的对应关系； (2)本实验所研究的铝合金夹杂物金相图像存在光照不均现象。人工采集背景光及同态滤波法校光效果不明显：采用直径为150的圆盘形结构元素做开运算的顶帽变换校光法取得了显著的效果； (3)单独使用Otsu分割法、分水岭分割方法及边缘检测分割法均不能有效地分割图像。根据铝合金夹杂物金相图像的特征,提出了边缘检测-闭运算法。该方法的主要步骤：首先使用Sobel算子对图像进行边缘检测,接下来使用直径为3μm的圆盘形结构元素对边缘检测得到的图像做闭运算,随后采用Otsu分割得到的结果与前两步得到的结果的并集,最后将Otsu方法中得到的区域标记出来以分离伴生的夹杂。该方法取得了很好的分割效果。 (4)定义了铝基体的灰度值,并给出了铝基体的灰度值的算法；将金相图像的铝基体灰度值统一后,提取了灰度值特征、形状特征、纹理特征及伴生关系特征； (5)根据所获得的每种夹杂物的特征,编写出了铝合金夹杂物的自动识别程序,对金相图像金相分析测试结果,得到的结果令人满意。

关键词： 电晕检测   数字图像处理系统   FPGA   SDRAM   中值滤波  

摘要： 在高压输变电过程中,由瓷子沾污或者线路受损引起的电晕放电是最严重的电力损失原因之一。而“日盲”紫外电晕探测器可在电力设备正常工作下准确实现电晕检测,并给出电晕放电的精确位置,保障电力设备安全高效运行,已经成为一种重要的电力设备维护措施。本论文以某科研所“日盲”紫外电晕探测器工程项目为依托,研究设计“日盲”紫外电晕探测器的图像信息处理系统,主要工作如下： 首先,在介绍汤生气体放电原理的基础上,分析了电晕放电的形成机制。根据晕光辐射谱段,讨论了检测光谱范围选取,给出了“日盲”紫外电晕探测器的系统结构,并对“日盲”紫外电晕探测器数字图像信息处理系统处理的数字视频信号标准ITU-R BT.656进行了介绍。 其次,设计出基于FPGA的“日盲”紫外电晕探测器图像信息处理系统,实现图像的采集、存储和算法处理功能。设计的系统包括电源模块、视频解码模块、存储模块和FPGA控制模块等,利用FPGA实现了视频解码模块的初始化配置和数据采集控制,同时采用FPGA实现了数据存储,具体考虑了SDRAM工作时钟和FPGA系统时钟的关系,跨时钟域的数据读写、乒乓读写以及时序等问题。 最后,实现了基于FPGA的“日盲”紫外电晕探测器图像处理算法,主要算法包括图像融合、中值滤波、边缘提取等。在传统中值滤波算法的基础上,实现了一种快速算法,提高了算法的处理速度。选择Sobel算子实现了边缘检测。对算法进行了后仿真和modelsim与matlab的联合仿真,仿真结果表明了FPGA算法的正确性和有效性。