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关键词： 直方图   均衡化   图像增强  

摘要： 直方图均衡化就是把一已知灰度概率分布的图像经过一种变换,使之演变成一幅具有均匀灰度概率分布的新图像。它是以累积分布函数变换法为基础的直方图修正法。分析和总结灰度直方图的均衡化算法并通过MATLAB实验验证该方法能有效达到图像增强的目的。

关键词： 介质阻挡放电   数字图像处理技术   灰度分布曲线   均匀性   评价  

摘要： 大气压均匀的介质阻挡放电(DBD)在材料表面改性、薄膜沉积、杀菌消毒等领域具有重要的工业应用价值,目前已经成为低温等离子体领域的研究热点。国内外对于如何实现大气压均匀DBD已经开展了广泛而深入的研究,但如何评价放电均匀性还缺乏定量的研究,特别是方法还比较繁琐和昂贵。本文采用两种简单和便宜的数字图像处理技术对DBD均匀性评价进行较为系统的研究。 通过图像傅里叶变换技术,提出了运用放电图像对应的二维频谱图像来定性诊断丝状和均匀模式的DBD,运用傅里叶变换频谱幅值波动系数δ来定量评价放电均匀性。丝状模式的DBD对应的频谱图像表现为离中心点(直流分量)较远、半径较大的明亮圆形状;而均匀模式的DBD则表现为离中心点(直流分量)较近,半径较小的暗淡圆形或圆环状。另外,在一定范围内,随着外加电压、频率、曝光时间等参量的逐渐增大,δ逐渐减小,对应的放电强度和均匀性逐渐增强。 通过图像灰度变换技术,首次提出了运用放电图像的灰度分布曲线(GDC)来定量诊断丝状和均匀模式的DBD,运用图像灰度变异系数σ来定量评价放电均匀性。随着外加电压、频率、曝光时间的逐渐增大,丝状模式的DBD对应的GDC的半高宽明显增大,幅值明显减小,且存在灰度级为零的像素点;而均匀模式的DBD对应的GDC的半高宽和幅值基本保持不变,且不存在灰度级为零的像素点。另外,在一定范围内,随着外加电压、频率、曝光时间等参量的逐渐增大,σ逐渐减小,对应的放电强度和均匀性逐渐增强。 对图像灰度变换技术在DBD其它放电特性研究中的应用做了初步探索。通过比较前述两种技术在DBD均匀性评价研究中的特点,并通过图像灰度变换技术对空气和氩气不同气压、大气压空气不同气隙间距及不同气体成分的DBD放电特性进行研究,结果表明:图像灰度变换是研究DBD放电特性非常有效的方法之一。

关键词： GPU   CUDA   数字图像处理  

摘要： 数字图像处理是实现计算机视觉的关键技术。近几年GPU通用计算己成为国内外研究人员所研究的热点。使用GPU加速数字图像处理对于建立实时、准确、高效的计算机视觉系统具有重大意义。 在当前实际应用中,计算机视觉系统对实时性和准确率的要求都越来越高,需要处理的数据量越来越多,涉及到的计算量越来越大。这使得目前个人电脑的计算性能不能满足实际应用中的性能要求。近年来随着图形处理器(GPU)的急速发展,使用GPU进行加速计算通常能获得一个数量级的速度提升,这也是当今的热点研究问题之一。GPU强大的计算和并行处理能力可以打破计算机视觉系统中的处理速度瓶颈,提高算法的执行效率。 论文首先介绍了GPU通用计算的发展历程、工作原理、自身特点和发展趋势。并且探讨了能充分发挥出GPU强大计算和并行处理能力的CUDA平台,包括CUDA的概况、软硬件环境及需求、编程模型、特点、应用领域和发展趋势。在此基础上论文更进一步研究了使用CUDA实现的基于GPU的数字图像处理算法,包括使用GPU加速空间域和频域的图像处理算法。 主要内容为: (1) CUDA实现基于GPU的数字图像处理算法 在时域和频域空间使用GPU加速图像处理算法,包括直方图生成及均衡化算法、图像的平滑算法、图像的锐化算法和卷积滤波计算,最后使用CUDA实现了上述这些算法。并通过实验定量地验证GPU的加速能力。 (2)设计了一类基于GPU的角点检测算法 角点作为图像上的特征点包含有重要的信息,在图像融合和目标跟踪及三维重建中有重要的应用价值。使用GPU强大的计算和并行处理能力实现角点检测算法对于提高计算机视觉实时应用的速度和准确性有重要意义。本文设计了一类新的基于GPU的角点检测算法,并使用CUDA实现了基于GPU的角点检测算法。通过实验证明基于GPU的角点检测算法能有效地满足计算机视觉的实时应用。 (3)对CUDA程序优化方法的研究。 CUDA是实现GPU通用计算的一种开发平台,它能充分发挥出GPU强大的计算和并行处理能力。在使用GPU加速数字图像处理算法时,如何编写更加有效率的CUDA程序。本节针对数字图像处理算法中的实际问题进行具体分析,给出CUDA程序的优化方法。

关键词： 拱顶位移监测   隧道工程   数字图像处理   相机标定   目标标定板   参考标定板   三维位移解算  

摘要： 随着国民经济的发展,隧道工程也迅速的发展着。对于隧道工程来说,施工监控量测是工程建设中必不可少的重要环节。其中,拱顶下沉测量是确认围岩稳定性,尤其是事先预报拱顶崩塌的重要手段。因此,准确、及时的获取拱顶位移变化,显得尤为重要。对于拱顶下沉测量,存在了很多方法,并且在工程建设中发挥了重要作用,但是这些方法未能做到精度、操作性和成本的统一。因此,本文结合隧道工程建设中对拱顶位移监测的要求,设计了数码相机与电子经纬仪相结合的一套系统,推导了系统的实现原理,并开发与系统相适应的监测软件。通过这套系统,希望能够做到精度、操作性和成本的协调统一。 本套监测系统采用数码相机结合电子经纬仪作为量测工具,设计出与系统相应的标定板。在系统应用中,将目标标定板安置在需要监测的位置处(对于隧道工程来说,通常为拱顶位置),并在基准点处安置参考标定板。系统由以下几步实现:首先,运用数码相机拍摄目标标定板和参考标定板,结合数字图像处理技术,实现相机标定,得到光心坐标;其次,利用光心坐标,结合经纬仪测角,解算出经纬仪中心(三轴交点)坐标;再次,利用经纬仪中心坐标,结合两幅标定板之间角度信息,解算出目标标定板中心点和参考标定板中心点之间的三维坐标;最后,通过对两幅标定板进行长期监测,得到目标标定板中心点的三维位移,并绘制其时程图。 通过多组实验,验证了系统原理的正确性,以及系统具有自由设站这一特性。基本实现了本套系统在精度、操作性和成本的协调统一,为隧道工程建设提供了一种更为理想的拱顶位移监测方法。

关键词： 无线传感网络   覆盖   数字图像处理   灰度模型   遗传算法   粒子群算法  

摘要： 覆盖问题是无线传感网络研究领域中的重要课题之一。所谓覆盖控制,就是通过规划节点的分布和工作状态,来实现对目标区域最大程度的监测。一个优秀的覆盖控制策略总是能以尽可能低的能源损耗来获取尽可能丰富有效的信息。在无线传感网络硬件资源普遍受限的情况下,形成优秀的覆盖控制策略已成为无线传感网络研究领域的热点课题。 本文对覆盖控制问题中的确定性区域覆盖问题提出了一种新的思路,形成了以启发式算法对灰度模型进行优化的覆盖控制策略。主要研究工作从以下几个方面展开： 1.对经典的覆盖控制策略进行了研究,分析了各类覆盖控制问题的主要目标和实现过程。对经典覆盖控制策略的建模方式和评价标准进行了具体的说明,简要分析了制约其执行能力的两方面因素,并就此提出了改进思路。 2.尝试从数字图像处理的角度去描述无线传感网络覆盖控制问题。将目标区域的地形信息和传感器的感知概率信息映射为灰度信息,并运用数字图像处理技术中的点运算、区域运算、图像分割等技术分别对目标区域和传感器节点进行了灰度建模,将二者整合到同一套用来描述无线传感网络即时覆盖率的综合灰度模型当中。通过分析综合模型中各灰度分量的成分来形成适应度函数,进而指导算法进化。 3.对遗传算法和粒子群算法的原理和流程作了研究,分别以这两种经典的启发式算法对基于灰度模型的覆盖控制问题进行了优化。通过综合比较两种算法的前期探索能力和后期挖掘能力,选择出了更适用于本策略的算法来对后续更复杂的覆盖控制问题进行优化。 4.针对前文中新策略的不足之处,分别从模型层和算法层对其进行了改进,在模型层上,分别提出了带冗余评价的覆盖模型、带优先级的覆盖模型和带噪声的感知器节点模型,使其能够更完备的描述和解决各类更复杂的覆盖控制问题。在算法层上,提出了针对无效节点的复活策略,减少了无效节点造成的损失。 研究结果表明,采用灰度模型的覆盖控制策略能以非规整的空间拓扑结构去适应复杂地形的覆盖,并能以更小的运算量换取更高的执行速率,故将这种策略应用于实际复杂环境下的大规模网络覆盖问题是可行的。

ISBN: (纸本)9787121127625

关键词： 扩散系数   屏幕振荡系统   数字图像处理   示踪剂   浓度分布  

摘要： 水是一种不可替代的自然资源,同时还是生态系统的支持物质。在经济建设,社会发展和人民生活中占有极其重要的位置。但由于管理不善、资源匮乏、环境变化及基础设施投入不足等因素的影响,全球约有11亿人无法获得安全的饮用水,26亿人缺乏基本卫生设施。同时,水污染也进一步蚕食着大量可供利用的水资源,危害着人类的健康。被污染的水正在对农业、工业、渔业、人体健康和生态环境平衡造成恶劣的影响。水质问题已经成为管理和合理开发利用水资源必须解决的首要问题之一。水生态环境恶化以及水资源短缺越来越成为制约国民经济发展的重要因素,水环境保护已经成为当今世界面临的主要任务之一。 现实河岸地形大多为倾斜岸坡,排污口一般设在岸边,横向与垂向扩散系数会有一定的差别。过去研究岸边排污问题时一般忽略横向与垂向扩散系数不等这一影响因素,致使研究结果产生了一定的偏差。本文在考虑横向与垂向扩散系数不等的情况下对倾斜岸顶点排污问题展开讨论,在倾斜岸河库污染物浓度分布理论的基础上,设计制造了立面二维变坡污染扩散实验装置,开展不同角形域内角角度和不同扩散系数比值条件下的顶点瞬时排污实验。研制能够使水体紊动的屏幕振荡系统,由于该系统能够重复产生稳定的、同一强度的近似各向同性的紊流,故可借助振动格栅紊流探讨污染物在水体中的紊动扩散问题。为解决深水浓度场测量中存在的诸多问题,提出了一种新的测量深水浓度场的方法——数字图像处理技术。该技术具有不与所测浓度场直接接触;同时获得不同点的浓度值;能够较直观的观察浓度场的变化等特点,相对于其它测量方法该法具有一定的优势。数字图像处理过程主要包括彩图转化为灰度图、滤波处理、去本底操作与等浓度线绘制,该技术的编程部分利用语法规则比较简单的MATLAB语言实现。 本实验用示踪剂罗丹明B模拟污染物在水体中的扩散,拍照得到不同时间下物质的浓度场图像,将图像输入计算机进行处理,最终获得对应时间条件下浓度场的二维等浓度线图。进行实验结果的理论分析,获得多方案实验的角形域侧向与垂向扩散系数以及角形域浓度分布验证。 本文紧密结合江河水库水污染控制与水环境功能区划研究中遇到的环境水力学基础科学问题,对于侧向与垂向扩散系数不相等的情况,利用示踪剂扩散实验研究倾斜岸河库污染物的浓度分布变化规律。 本项目所研究内容对于江河水库水污染控制与水环境功能区划、侧向与垂向扩散系数计算、污染混合区计算、岸边排污口设计等具有十分广阔的应用前景。

ISBN: (纸本)9787115240026

关键词： 煤   面积   体积计算   摄像机   链码   图像处理  

摘要： 工程领域中和实际生活中,经常有一些不规则或者形状为任意造型的大型物料需要测量其体积。例如,煤矿上输送过程中的煤堆。一般输送带上的煤堆体积都很大,在测量其体积时,很难达到准确测量,有时甚至很难实现。过去传统的测量方法,速度慢、工作繁重、耗时多,而且在分析处理过程中存在一定的困难。因此,一种快速有效、简单易行、劳动强度低的测量煤堆体积的方法,在提高工作效率和减轻测量工作强度方面都有着重要的意义。 本文提出了一个由摄像机、计算机、输送机等组成的系统,该系统是基于数字图像处理技术来测量输送带上煤堆的体积。本文首先对摄像机进行了标定,建立摄像机的几何模型之后,通过Tsai共面点线性标定方法确定出摄像机的外部参数和内部参数。摄像机标定之后进行图像的采集,将空间物体的三维信息转换数字图像处理的二维信息。 在对图像处理的过程中,进行了图像增强和二值化处理。图像增强使用了噪声平滑处理和边缘检测的方法,通过中值滤波的方法平滑了图像,克服图像模糊,有效地消除了噪音。在边缘检测的阶段,我们使用了Sobel算子较好地保留了边缘,同时平滑了噪声,减小了噪声的敏感性,达到较好的边缘检测效果。二值化是通过Otsu算法简单快速地对图像进行了二值化处理。 最后,计算输送带上煤堆的体积时,建立煤堆数学模型,首先基于改进的Freeman链码矢量方法求取煤堆截面的面积,在此过程中,我们需要在求取链码之前,对图像边界进行重采样以免链码过长和降低噪声的干扰,然后对链码的起始点进行了归一化的处理。这样在得出煤堆截面面积之后,根据二重积分体积计算公式求解输送带上煤堆的体积。 本文是利用摄像机建立一个模型,测验输送带上煤堆的体积。仿真表明在此次测验的过程中存在的误差比较小,抗干扰的性能比较好,而且,此次实验的实时性比较好,能够实时地对每一幅图像进行测量。针对输送带上煤堆体积的测量,我们提出的基于数字图像处理技术的输送带上煤堆体积测量的方案,为其它大型散装物料的面积或者体积测量提出了测量的手段。

关键词： 纤维增强复合材料   断裂韧性   三点弯曲   光弹性贴片   数字图像处理  

摘要： 纤维增强复合材料在现代工程结构中已得到广泛应用,但由于复合材料在受载前就具有各种各样的初始缺陷及损伤,而这些缺陷(裂纹)的存在势必影响复合材料结构的失效强度。因此测量复合材料断裂韧度是复合材料断裂力学的重要内容,也是了解复合材料抗断裂性能的重要手段。 本文参考金属材料平面应变断裂韧度K IC试验方法(GB/T 4161-2007),采用三点弯曲实验与光弹实验相结合,对单向玻璃纤维/环氧复合材料在裂纹与纤维方向垂直时的断裂韧度进行测试。采用CA-CPE-3000图像采集卡及MINTRON MTV-8055MK-II彩色CCD进行光弹图像连续采集。本实验可以直接观察试件裂纹开裂过程,结合P-V曲线,可以识别材料开裂临界点,得到了较好的实验结果。 通过对断口边缘观察可知断裂后为平断口,裂纹的扩展基本上是在平面应变状态下进行的,而对裂尖的观察可知材料没有发生塑性变形,满足小范围屈服的条件,因此可以获得稳定的断裂韧度值。通过实验观察到,裂纹沿纤维方向开裂,并非沿原裂纹线方向开裂,纤维和基体的界面阻止裂纹扩展,此后的光弹图像不再能正确反映裂纹尖端附近的应力场。 三点弯曲实验结合光弹性贴片实验,可以实测裂纹尖端附近应力场变化及裂纹开裂临界状况,并有效地判断裂纹开裂点。通过有限元计算及实验数据的分析,可以用施力点的位移替代裂纹张开位移绘制P-V曲线,进而计算材料沿纤维方向裂纹扩展能量释放率G及断裂韧性K C,此方法是一种直接有效的测试方法。对复合材料断裂韧性的测试少有文献报道,本文侧重实验方法研究,其结果还有待大量实验来验证。