气液两相流速度及粒径分布激光干涉测量方法的研究

为了实现对气液两相流的粒子粒径、空间分布及其速度测量。对激光干涉气液两相流测量技术（ILIDS）进行了深入研究,该技术是一种应州于气液两相流测量的新技术,其主要优点是不干扰流场和颗粒粒径、位置测量精度高。基于该技术所开发的图像自动处理方法可以利用普通粒子成像测量技术系统拍摄气液两相流的激光散射干涉图像。并利用图像卷积定位、傅里叶变换频率分析及其图像互相关测速等图像处理手段从干涉图像中自动提取粒子的位置、直径和速度信息。为了验证该方法的测量精度,对喷嘴生成的气水两相流进行了测量实验,得到了喷嘴出口处不同区域的粒径、速度矢量的空间分布,并将测得的速度矢量与用粒子成像测量技术方法测得的结果进行对比,证明两种方法测量的平均速度差别仅为0．38％。     

X射线衍射增强成像中的定量测量

提出了一种基于X射线衍射增强成像(DEI)断层计算机X射线层析术(CT)图像的物体尺寸精确测量方法.X射线衍射增强成像是一种基于相位衬度的成像技术.通过建立DEI的简化模型,研究衍射成像过程中品体转角、投影图像谷点位置、成像系统等效模糊等因素之间关系,由此具体探讨了系统模糊效应对圆物体边界成像带来的位置偏移,并以圆形被测样品为例.提出可精确测定直径的简单有效算法.通过理论仿真模型数据和北京同步辐射装置上的实测数据验证了该算法的精度.该方法实现了利用DEI图像对被测物体几何尺寸的精确测量,可用于对牛物组织样品等物体内部微小结构的尺寸的精确测量.     

冷冻干燥中升华过程界面的微CT观察及气固相变分析

采用微CT扫描成像、图像重构及灰度值分析技术对冷冻干燥中升华过程界面及气固相变进行实验观察与分析。采用高斯误差函数拟合,计算得到冰的平均灰度值为154。在后续灰度值比价分析中,固体物料苹果本身的灰度值高于冰的灰度值,从而可以分析冰晶的移动特性。从直接扫描图像和重构图像,均可看到升华界面的移动是一个立体的移动,由它所包裹的冻结区逐渐向物料几何中心收缩。对比冻结物料和冻干物料的灰度值曲线,可见刚开始灰度值较低的冰区,在冻干结束后变成灰度值相对较高的孔疏区。     

主动热激励式红外热成像管道缺陷深度检测

针对管道内壁缺陷深度检测的问题,建立了一种基于电涡流主动热激励的红外热成像管道缺陷深度检测方法。阐述了红外热成像管道缺陷深度检测的机理,针对埋地管道检测对热激励的特殊要求,设计了参数可调控的电涡流热激励实验装置,按照管道内壁形状制作了检测试件,通过基于电涡流的主动热激励实验,分析了谐振频率、提离高度、输入电功率这3个重要参数对热激励效率的影响,并得出它们的优化值。在此基础上,对预先设计带有不同深度缺陷的检测试件进行主动热激励,并获取其红外热图像,通过分析热图像数据发现,缺陷与非缺陷区域间灰度均值的差值随缺陷深度的变化而变化,一在定条件下二者呈单值对应关系,且具有较好的线性度。利用这一规律,通过实验数据拟合建立了槽形缺陷和圆形缺陷的深度检测模型,实验测试显示所建立的模型具有一定的检测精度。研究结果表明:在优化的电涡流主动热激励条件下,可以通过红外热图像计算出缺陷深度,所提出的基于电涡流主动热激励的红外热成像管道缺陷深度检测方法具有可行性。     

基于图像内容对比感知的图像质量客观评价

为了提出性能优异的图像质量评价(IQA)模型,本文基于人类视觉感知特性和图像的灰度梯度、局部对比度和清晰度特征,提出了一种基于图像内容对比感知的IQA方法.在该方法中,首先结合视觉感知特性,基于物理学中对比度定义,提出一种图像质量定义及其值计算方法;之后,基于灰度梯度共生矩阵,提出一种图像灰度梯度熵的概念及其值的计算方法,并基于图像灰度梯度熵、局部对比度和清晰度,提出一种图像内容及其视觉感知的描述方法;最后,基于图像内容特征和图像质量定义,综合分析,提出IQA方法及其数学模型.并且采用5个开源图像数据库中的119幅参考图像和6395幅失真图像对其进行了仿真测试,同时分析和探讨了52种失真类型对IQA的影响;另外,为了说明所提IQA模型的优势,将其与现有的7个典型IQA模型,从精度、复杂性和泛化性能上进行了对比分析.实验结果表明,所提IQA模型的精度PLCC值在5个数据库中最低可以实现0.8616,最高可达到0.9622,其性能综合效益优于7个现有IQA模型.研究结果表明,所提IQA方法是有效的、可行的,所提IQA模型是一个性能优异的IQA模型.     

基于图像灰度信息的直线位移测量

提出了一种基于视觉的新型直线位移测量方法。建立了图像各像素点灰度值与直线运动位移间的映射函数模型,通过数值方法解算了直线运动平台的位移。通过蒙特卡罗仿真对所提方法进行分析,证明了其可行性与合理性。分析了检测点拓扑结构对测量精度的影响。实验结果表明,在10 mm的位移测量范围内,所提方法的测量误差标准差为4μm。     

基于Zernike正交矩的亚像素图像线宽测量算法

针对图像内的细窄线宽,提出了一种基于Zernike正交矩的亚像素图像线宽检测算法。该算法具有明确的几何模型,通过计算图像的2阶和4阶Zernike正交矩,推导出了亚像素线宽表达式。根据数字图像的离散性,给出了计算正交矩所需的模板系数,并分析了由离散性造成的原理误差。将所提出的亚像素线宽检测技术应用于安瓿内异物粒径的标定实验,结果表明:该算法可有效地测量弱小目标在图像中的亚像素线宽值,从而得到了异物粒径大小与亚像素线宽之间的标定曲线。     

基于局部区域灰度矩图像边缘定位方法的研究

在采用机器视觉测量零件尺寸的过程中,提出了一种基于局部区域灰度矩图像边缘定位方法。该方法先利用中值滤波对采集到的图像进行处理,然后通过Prewitt算子对边缘进行初步定位,在此基础上,对图像边缘附近的9个像素的灰度值进行一维灰度矩定位,最后采用误差分析和处理的方法,获得更精确的边缘位置。实验证明,该方法能有效提高边缘检测精度,在检测分辨率为1000DPI情况下,尺寸检测误差小于2um。     

基于灰度矩的CCD图像亚像素边缘检测算法研究

根据灰度矩算子在目标成像前后的矩不变特性,利用Tabatabai等人提出的前三阶灰度矩建立了亚像素边缘检测算法的完备数学模型。通过实验对该算法的有效性和检测精度进行了研究,给出了工件的实测尺寸对比结果。实验表明:基于灰度矩算子的亚像素边缘检测算法比传统算子具有更高的检测定位精度,可满足图像目标高精度实时在线测量的要求。     

基于相移结构光照明的浮雕成像技术研究

详细介绍了一种基于相移结构光照明的浮雕成像技术,对该成像技术的原理和成像特性进行了实验研究,并采用相移结构光照明的方法实现彩色浮雕成像。实验中,将多幅相移正弦条纹光场斜投射到被拍摄物体上,数码相机依次拍摄被照明的物体,再利用拍摄到的多幅相移图像,通过计算的方法重建出所需要的图像。理论分析和实验结果表明,相移结构光照明成像技术能有效地消去环境不均匀光照的影响,获取的反射率分布图像只与结构光照明有关,突显了斜投射照明所形成的阴影,图像的明暗变化反映出物体表面的法线变化,因而在视觉上形成了明显的浮雕效果。     

静态像点高斯灰度扩散模型参数估计方法

为了实现星敏感器高斯灰度扩散模型的参数估计,设计了平行光管成像标定实验及相关算法。基于高斯规律建立并求解了以高斯扩散半径和像点质心坐标偏差为变量的方程组,进一步求得灰度能量系数;在3个不同平行光源方位拍摄图像,利用图像灰度数据计算模型参数的系列测量值,分别取均值作为其估计值;建立实验验证方法,将3个估计参数代入模型模拟静态星像点,将模拟图像与存在噪声的实拍图像做相似度比较,3pixel×3pixel窗口内相似度高于0.97,5pixel×5pixel窗口内高于0.98,7pixel×7pixel窗口内高于0.98。结果表明,方程组求解得到的高斯扩散半径、像点质心偏差的值可信,推导公式正确。     

微光夜视系统光晕效应定量表征与建模方法北大核心CSCD

研究了微光夜视系统输出图像中光晕尺寸和灰度分布与系统参数之间的关系,建立了系统光晕效应的定量化表征模型。首先分析了系统输出图像中光晕的产生机理;其次依据微光夜视系统成像原理,通过分析光电阴极产生的光电子数及初角度分布、光电子在光电阴极与微通道板之间的运动、光电子与微通道板非开口壁碰撞后的运动规律及微光成像系统各环节对能量的逐级传递,研究了光晕的定量化表征方法;结合上述理论研究,建立了光晕的数字仿真模型。结果表明:所提出的光晕效应表征模型能够与实验结果中光晕的灰度分布及尺寸较好地吻合;随着强光源能量增大,系统光晕效应越明显,光晕效应对系统成像质量影响越大。     

基于图像处理的零件二维尺寸检测方法

为了提高零件二维尺寸测量精度和效率,提出一种基于图像处理的非接触式检测方法。对零件图像进行灰度化、采用自适应中值滤波算法来减小图像数据量以及除去噪声;通过最大类间方差法自动确定阈值获得二值图像;采用形态学梯度算子提取图像边缘,并用最小二乘法拟合像素尺寸;通过标准件法对系统进行标定获得零件尺寸。以6204-Z型深沟球轴承作为实验对象,获得轴承内、外径的尺寸。与游标卡尺测量结果比较,所提出的图像处理方法获得的内、外径平均误差达到9.6μm和0.7μm。通过实验对比与分析,方法快速有效,具有较高的准确性和良好的鲁棒性。     

基于灰度差异几何特征的角点检测

为了能在模糊或有噪声的图像中直接检测角点,提出了一种对比多尺度下灰度差异几何特征和搜索局部灰度最大权值的角点检测方法。该方法根据图像中角点位置的灰度差异,采用多尺度圆形检测器遍历图像,对比不同尺度下检测器所得到的几何参数来初步确定角点位置并剔除边缘附近的伪角点;根据局部灰度权值最大原则去除由于圆形检测器的离散性而聚集在真角点周围伪角点,并确定角点的最终位置。实验结果表明,相对于传统算法,该方法能够在对噪声或模糊图像不做预处理的情况下检测出角点。     

不确定性边缘表示与提取的认知物理学方法

图像边缘检测是图像处理的一种重要技术, 其中不确定性表示与提取是关键问题之一. 在现有模拟物理学思想的相关方法基础之上, 提出了基于认知物理学的不确定性边缘表示与提取方法. 该方法利用数据场发现图像全局灰度认知, 构建图像灰度值空间到数据场势值空间的映射关系, 从场论的角度建立了可扩展的理论框架、统一了现有相关方法; 另一方面, 构造半升云模型建立云模型确定度的变化幅度与边缘像素表示与提取的内在关联关系, 最终在认知物理学核心理论的支持下实现图像不确定性边缘表示与提取. 所提出的方法时间耗费近似与图像尺寸成线性关系. 定性和定量的实验结果及分析表明, 该方法的分割效果较好, 性能稳定, 具有合理性和有效性. 关键词： 边缘检测 图像分割 云模型 数据场     

基于光场成像的三维粒子追踪测速技术

将光场成像理论与三维颗粒追踪测速(PTV)技术相结合,实现了单相机三维流场的测量。结合高斯光学和相似原理,推导出了深度与最优重聚焦系数的关系。搭建了光场标定与流场测量系统,提出基于光场成像理论模型的深度标定方法,并与泰勒多项式拟合方法进行对比,证明了其具有较高的稳健性。利用清晰度最大原理,获得原始光场图像的全聚焦图,采用最小特征值角点检测算法对全聚焦图上的颗粒进行定位,结合三维粒子追踪技术,得到颗粒的三维速度。形成了光场PTV的图像处理流程,并对后向台阶流场进行了实测,结果表明光场PTV技术能够较好地测量三维流场。     

基于数字图像处理技术的人脸检测算法研究

为了提高人脸检测的准确性及检测速度,需要对基于数字图像处理技术的人脸检测算法进行研究。使用当前方法进行人脸检测时,需要提取脸部特征数目较多、检测速度过慢,降低人脸检测效率。为此,提出一种基于数字图像处理技术的人脸检测算法。该方法首先获取人脸数字图像,通过拉开数字图像的灰度间距,使数字图像灰度均匀分布,进而提高数字图像对比度,使图像更加清晰,再通过Wiener维纳滤算法对处理后的数字图像进行图像平滑去噪,在此基础上使用Robert边缘检测算子方法对数字图像人脸边缘每个像素点检测,得到数字图像中人脸边缘的基本图像,将其输入到计算机数字图像处理系统中进行识别检测。实验仿真证明,所提算法在检测速度及准确性等方面具有明显的优势。     

针孔单光子发射计算机断层成像的空间分辨率研究

针孔单光子发射计算机断层(SPECT)成像的空间分辨率通常是根据Anger经验公式来进行估算,与实际测量存在较大偏差.本文通过对针孔成像的物理过程进行分析,提出了一个近似度更高的计算公式.利用精确的蒙特卡罗方法模拟针孔SPECT成像,采用OSEM(ordered subsets expectation maximization)算法对投影数据进行图像重建,并与模具实验进行比较,验证了理论公式的适用性.同时还讨论了体素尺寸、几何映射获取投影矩阵以及探测器尺寸与成像物体尺寸比值对断层图像空间分辨率的影响.实验结果显示,该理论公式所估算的空间分辨率比实验值平均偏小约10%,而Anger经验公式所估算的空间分辨率比实验值平均偏大约60%.因此,该理论公式能更好地估算针孔SPECT成像的空间分辨率,可为针孔SPECT系统的设计和使用提供有价值的参考.     

基于水下成像系统模型的水下图像超分辨率重建技术研究

水下成像技术在诸多领域获得了越来越多的应用,然而由于受到成像器件参数、水体特性等成像系统参数的影响,水下图像的分辨率普遍较低、像质较差。基于包括点扩散函数、衍射极限等水下成像系统模型的图像超分辨率重建技术,能够在提高图像分辨率的同时增强图像质量。为了尽可能提高图像分辨率,建立了基于光束传播理论的超分辨率成像模型,并将其应用于水下脉冲激光距离选通成像结果图像的超分辨率重构。重构实验的结果表明,所提出的方法可以有效地提高水下成像的分辨率和质量。     

一种基于光场图像的聚焦光场相机标定方法

基于光场成像技术的场景三维深度重建,需标定光场相机的几何参数。本文提出一种基于原始光场图像的聚焦光场相机的标定方法。拍摄标定板不同旋转角度的原始光场图像;根据图像上像点与虚拟像点(像点关于微透镜的共轭点)的共轭关系,计算得到虚拟像点的坐标;根据标定板上角点与虚拟像点的共轭关系,建立聚焦光场相机标定模型;利用Levenberg-Marquardt算法求解标定模型,进行标定实验;比较所提方法与基于全聚焦图像的标定方法的标定参数。结果表明,原始光场图像与全聚焦图像对应的虚拟像点(角点关于主透镜的共轭点)之间的误差小于21pixel,角点的标定误差小于3%,基于原始光场图像和全聚焦图像方法获得的结构参数和外部参数具有较好的一致性,表明基于原始光场图像的标定方法的可行性。