数字图像处理论文范文

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第1篇

关键词：数字图像处理；教学改革；课程建设；研究性教学

作者简介：宁纪锋（1975-），男，陕西韩城人，西北农林科技大学信息工程学院，副教授。（陕西 杨凌 712100）

基金项目：本文系西北农林科技大学教学改革研究项目（项目编号：JY1102077）、西北农林科技大学本科优质课程建设项目的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）34-0122-02

“数字图像处理”是西北农林科技大学（以下简称“我校”）信息工程学院为计算机科学与技术、软件工程、信息与计算科学等多个理工科专业所开设的一门专业必修课。该课程涵盖数学、物理、信号处理、心理学、计算机科学等多个领域的知识，与本科阶段的高等数学、线性代数、概率论、面向对象编程、数据结构、算法分析等多门课程密切相关，对后续的特征提取和图像理解等高级计算机视觉处理课程具有重要的基础作用。同时，它在“模式识别”、“人工智能”和“机器学习”等专业课程体系中起着重要的作用。[1-3]

一、课程改革的必要性

由于图像处理理论性强，内容抽象，算法较多，涉及的理论和方法既包含时域（空域）、变换域（频域为主）、数学形态学、地理学（如分水岭算法），还涉及到模式识别理论的一些知识，学生理解起来有一定难度，在解决实际问题时，面临着无从下手的困难。同时，图像处理技术应用较为广泛，随着数字成像设备的广泛使用和智能手机的普及，社会对图像处理人才的需求也日益增加，这些都对课程教学提出了更高的要求。在教学过程中发现“数字图像处理”的传统教学模式中，在课程定位、教学模式和教学内容上存在一些问题。

1.课程定位不明确

“数字图像处理”在本科教学过程中有着两种比较冲突的定位，导致课程教学过程存在两种倾向。一是不顾本科学生实际情况向研究生课程看齐，将重点放在数字图像处理理论内容。但这些内容与实际应用联系并不紧密，忽视它的应用性和实践性强的特点，从而导致理论与实践脱节，造成学生在编程能力上的欠缺。二是过分强调应用技能，把数字图像处理等同于讲授Photoshop等应用软件的使用，或以讲授MATLAB和Open CV图像处理函数为主，不重视原理和算法，忽略了对本科生科学素质和研究能力的培养。

2.传统教学模式与授课对象差异性的矛盾

“数字图像处理”通常要求先研修“高等数学”、“线性代数”、“概率论与数理统计”和“数字信号处理”等课程，但是一些本科专业并没有完整开设这些课程。例如，我校计算机科学与技术专业学习“数字信号处理”课程，但软件工程和信息与计算科学专业未开设该类课程。此外，在实验环节中，教师根据教学大纲设置的实验内容通常比较固定，而未考虑学生专业和背景知识的差异、统一的实验环境模式，使得有的专业学生因为知识储备不足，学习起来有一定困难；而有的专业学生则感觉学习内容简单、缺乏挑战性，使得教师讲授时在调动学生积极性、提高学生实践能力方面难以协调。

3.教材与学科发展不一致

数字图像处理内容涉及到矩阵运算、信号处理、概率论与数理统计等多个内容交叉学科，与新兴学科的发展密切相关。当前，在人工智能、模式识别和机器学习等新兴学科的推动下，数字图像处理技术发展越来越快。传统的教材或过于偏重推导理论，与应用实践偏离，或成为图像处理软件或函数（如 Photoshop、MATLAB或Open CV）的使用说明书，使得学生难以深入学习图像处理知识，影响对该门课程的掌握。

二、课程改革方法

根据授课专业对象的实际情况，在教学内容、教学方法、完善实验教学和考核等方面对该门课程进行一系列改革，充分利用图像处理实践性强的特点，依托我校在数字图像处理方面长期积累的理论和研究资源，将理论方法与实践应用有机结合，构建了全面系统的数字图像处理教学体系。多年教学效果表明，该教学模式有效克服传统数字图像处理教学存在的局限，极大增强了学生的学习兴趣，提高了学生的动手能力和创新素养。

1.完善课程内容体系，适应图像处理发展

数字图像处理是一门发展中的课程，每年都有许多新的研究理论和方法不断涌现，需对课程不断进行完善，以适应图像处理学科的发展。在保持图像处理课程核心内容的基础上，注重将最近的该学科具有代表性的成果纳入教学。精简和更新一些陈旧的和目前图像处理实际中很少使用的一些方法。其次，将一些现代经典的科研论文，以补充教材的形式，作为教学内容。将一些理论性较强，对数学基础要求较高的内容，如主动轮廓分割模型和目标跟踪方法等作为选学内容，供有兴趣的学生学习。

考虑到OpenCV和MATLAB的广泛使用，图像文件的读写已非常简单，因此，减少对图像文件格式的讲解；在图像分割与边缘检测中，删掉投影法与差影法内容，因为该方面内容在实际中已很少使用；在频域处理中，淡化对傅里叶变换理论和算法的讲解，重点放在其思想和应用上。

2.应用全方位教学手段，构建立体化教学资源

针对“数字图像处理”课程理论性和实践性较强、可视化程度较高的特点，综合利用图像、视频信息、可视化编程软件和网络资源等现代化教育技术，从课堂、实验、应用实践等诸多环节探索立体化教学资源。结合不同专业需求，运用MATLAB、Open CV等软件工具包开发图像处理实验平台，建立网络化辅助教学系统，使抽象概念和算法形象化，激发学生思维。例如，建立图像处理标准测试库，包括了图像去噪、图像分割、图像变换和特征提取与识别等核心内容涉及到的测试数据；在参考教材方面，提供了国内外知名大学出版的数字图像处理和计算机视觉教材及计算机视域的专著；在多媒体课件方面，提供多年从国内外知名大学网站上搜集到多个数字图像处理和计算机视觉的电子课件，供学生学习；在代码方面，提供了数字图像处理方面的经典和最新的一些科研成果的源代码或可执行软件，学生自己运行代码并分析实验结果，加深对图像处理课程的认识。

3.以学生发展为本，建立多元化的考核评价标准

在传统方式下，教师常以期末考试和出勤率来评价学习效果，忽略了对学生参与学习活动和学习过程的评价。大部分学生往往在考试前突击学习，没有真正掌握扎实的知识。因此，本教学改革以过程控制为中心，以能力提高为目标，对考核方式进行改革，实行常规考核与过程性考核相结合的方式，准确把握学生的真实成绩，全面衡量和控制教学质量，既要考学生的基本理论，更要考他们运用知识和方法设计图像处理方案、完成图像处理实际任务的能力。在授课过程中，注重课堂考察环节，加强师生交互，动态掌握学生对授课内容的理解。开展专题讨论课程，让学生大胆提问，锻炼学生创新思维能力，对表现突出的学生增加平时分。

4.开展研究性课堂教学探索

在教学改革中，精选了若干图像处理经典和前沿专题讨论，包括论文、程序源代码和辅助材料。在课程一开始就布置任务给学生课下自学，并安排学生上台讲授，其他学生提问，教师给予点评，并组织学生一起讨论，加深对图像处理课程的认识，培养学生综合运用知识的能力，提高创新素养。

例如，在图像分割专题讨论中，以经典Mean Shift分割为主要内容，Graph Cut和交互式分割两个方向作为补充内容，开展专题讨论。因为这些广泛使用的算法涉及到高等数学、线性代数、概率论、数据结构和算法设计等多门所学课程。通过自学、上课讨论和教师点评，学生对以前所学基础和专业知识有了更深层次的理解。同时，这些算法都面向彩色图像，克服了教材中以灰度图像为主要分割对象的不足。

5.开展研究性实践教学

传统“数字图像处理”课程实践教学强调基本算法的实现，未强调算法之间的逻辑联系，忽略了数字图像处理基本算法的综合训练。在改革中，保留图像处理基本核心算法，将科研项目融入教学实践中，通过设计研究性综合实践项目，注重学生对所学知识的综合理解和提升。例如，“图像去雾”综合训练实践，以如何有效果去除图像中的雾增强图像质量为目标。该任务以2009年国际计算机视觉和模式识别会议（CVPR）的最佳论文《基于暗通道通先验的单幅图像去雾》[4]为主要内容，涉及到图像处理的多个基本算法，同时也包含了物理学和光学的一些知识。通过将新的实践教学手段应用到教学中，突出对学生思维能力、科研能力和创新能力的培养。

三、结论

通过分析数字图像处理目前存在的课程定位模糊、传统的教学模式与授课对象差异性的矛盾和教材内容与学科发展脱节等问题，笔者根据学科专业特点，结合授课教师的科研项目，从完善课程内容体系、构建立体化教学资源、多元化考核评价标准和开展研究性教学探索等五个方面进行开展数字图像处理教学改革。多年教学效果表明，该教学方法克服传统教学方法所存在的弊端，极大地提高了学生的自主学习能力。学生较好地掌握数字图像处理的核心内容，了解当代图像处理的代表性成果和前沿趋势，综合应用能力和创新素养明显增强，为培养具有较强适应能力的应用型和创新型人才打下坚实的基础，适应了新世纪对信息技术人才的培养要求。

参考文献：

[1]何东健.数字图像处理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.

[2]杜云明，郝兵，刘文科.“数字图像处理”课程任务驱动教学模式的实践[J].中国电力教育，2013，（10）：113-114.

第2篇

关键词：地理信息系统；遥感数字图像处理；教学改革

作者简介：刘春国（1973-），男，河南上蔡人，河南理工大学测绘与国土信息工程学院，讲师；卢晓峰（1981-），女，河南洛阳人，河南理工大学测绘与国土信息工程学院，讲师。（河南焦作454000）

基金项目：本文系河南理工大学教育教学改革研究项目（项目编号：2008JG035）的研究成果。

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）10-0081-02

当前，遥感已经或正在走向全面应用阶段。国际遥感应用发展的实用化、业务化、产业化、精细化特征明显，但我国遥感应用水平还不高，根本原因是基础研究薄弱，缺乏多学科人才共同努力。[1]培养一大批经过系统知识培训、熟练掌握遥感科学理论和应用技能的地理信息科学人才，满足社会对地理遥感信息高技术人才的迫切需求，是高等教育的责任所在。

1998年教育部新增地理信息系统本科专业后，我国GIS教育发展形势空前活跃。经过10余年的教学实践和探索，逐步形成了比较稳定的GIS专业课程体系与课程设置方案。[2-5]遥感系列课程（遥感物理与技术、遥感数字图像处理、遥感地学分析与应用）成为GIS专业课程体系中的重要模块，说明GIS学科建设的负责人已认识到培养掌握遥感技术的GIS人才的重要性。遥感数字图像处理是遥感过程的重要一环。充分利用各种图像处理算法从遥感数据中获取各种生物物理参数和土地覆被/利用信息，可以为自然和人文生态系统的空间分布式模型提供输入参数，在遥感技术应用中占有十分重要的地位。近几年河南理工大学（以下简称“我校”）GIS专业开设了“遥感数字图像处理”课程。围绕如何提高“遥感数字图像处理”课程教学质量，笔者从革新课程体系、协同教学、优化教学内容、丰富实践教学手段等方面进行了一系列探索。

一、革新遥感课程体系，突出“遥感数字图像处理”课程地位

随着遥感技术及其应用的迅速发展，很多专业开设了“遥感原理与应用”课程，内容分为三大模块：遥感基础、遥感图像处理及分析方法和遥感专题应用。这种课程设置模式比较适合早期GIS专业遥感课程教学或选修遥感科学技术的某些专业，对于当前GIS专业遥感教学则存在明显缺点。主要问题是对“遥感数字图像处理”教学重视程度不够，对数字图像处理在整个遥感过程中的重要性体现不足，与遥感地理信息系统融合集成的一体化趋势不相适应，与国民经济各部门遥感业务日益普及的态势不相适应，与社会信息化深入发展的状况不相适应。人才培养滞后于社会需要，不能满足对高素质地理遥感科技人才的需求。

我校GIS专业总结多年遥感课程教学实践经验，革新了遥感课程体系，设置了“遥感概论”、“遥感数字图像处理”、“遥感应用分析”、“遥感数字图像处理实验”等遥感相关课程，规划了遥感系列课程的主体教学内容。“遥感概论”要求学生掌握遥感及其应用的基本科学工程背景知识，重点内容是电磁波与地表物质相互作用的基本原理、遥感数据采集、传输和成像机理，从可见光-近红外、热红外、微波（主动方式和被动方式）波谱段介绍遥感信息的获取特点和技术发展，适当涉及大气遥感、海洋遥感等应用领域和典型案例。“遥感数字图像处理”要求学生掌握基于数字图像处理方法获取地球资源有用信息的科学与技术。由于学科交叉融合，数字图像处理方法众多，新理论、新方法不断推出，课程重点主要着眼于图像处理基本知识和遥感图像处理常用算法，对一些探索性、前沿性和跨学科的内容从原理上予以概括介绍，如图像亚像元分类、模糊分类和面向对象图像处理等等。“遥感应用分析”采用理论、方法和实例相结合，选择不同遥感应用领域的典型案例介绍，培养学生遥感专题分析技能，深化学生对于遥感科学技术应用现状和广阔前景的认识。“遥感数字图像处理实验”课程着眼于培养学生图像处理技能，巩固和深化理论课程教学内容，提高动手能力和理论联系实际解决问题的能力。

我校GIS遥感系列课程设置方案把“遥感数字图像处理”与“遥感数字图像处理实验”单独设课，提升课程地位，加大课程学时，强化实践技能训练，对提高“遥感数字图像处理”课程的教学成效很有益处。这种课程设置模式有助于培养GIS专业学生采用图像分析方法解决遥感应用问题的能力，比较契合我国GIS专业本科教育遥感课程设置的发展态势。

二、培育遥感系列课程教学群体，分工协作提高“遥感数字图像处理”课程教学质量

GIS专业遥感系列课程设置要求具备一定规模的师资力量。遥感是多学科的综合，交叉性强，研究方法不断补充和更新，课程教学内容丰富。遥感系列课程的设置决定了课程之间存在密切的内部联系。要提高“遥感数字图像处理”课程教学质量，必须打破教师个人单兵作战的惯常做法，加强与相关课程教师之间的协调和交流。培育组建了承担遥感系列课程教学任务的教学群体。遥感课程教学组围绕课程建设，整合优化课程体系，充实更新教学内容，保证了课程之间教学内容的连贯性和相关性。课程教学组成员互相学习、借鉴、交流，协同规划各课程教学环节的教学要求和学时分布，课程内容更加先进，课程结构更加协调，教学方法更加有效，教学手段更加丰富，实践教学得以充实，教学科研联系更加密切。遥感课程教学组的建立和协作对提高“遥感数字图像处理”课程教学质量起了明显的作用。

三、汇聚国内外优秀教材成果，整合优化教学内容体系

教学内容和课程体系涉及高等教育人才培养的模式，决定了高等学校人才培养的规格，在很大程度决定了人才培养的质量和水平。[6]教学中适度引进世界著名高校的名牌课程教材和教学参考用书，是高等教育国际化的重要举措。[7]遥感课程教学组重视遥感数字图像处理课程教材和教学内容建设，收集了国内近些年出版的如戴昌达、章孝灿、汤国安、韦玉春、朱述龙等编写的遥感数字图像处理教材教参，注意引用吸收国外著名高校的遥感图像处理相关教材教参，参考了John R. Jensen、John A. Richards、Robert A. Schowengerdt、Jay Gao、John R. Schott、Brandt Tso等人的遥感数字图像处理著作，认真研讨不同教材特点及其开课对象，针对遥感数字图像处理理论性强、概念抽象、方法多样、实践性强的特点，根据教学对象和课程学时，按照系统性和前瞻性结合、理论与应用结合的要求，制订了教学主体内容。课程内容分为11个部分：图像基本知识、遥感图像成像过程与数据特征、遥感图像辐射校正、遥感图像几何变换与校正、遥感图像增强、遥感图像变换、遥感图像分割、遥感图像融合、遥感图像分类、数字变化检测、遥感图像应用处理。优化后的课程教学内容注意了与“遥感概论”、“遥感应用分析”等课程内容的有机衔接。对于与“遥感概论”课程有重叠的内容只做简单回顾，如遥感成像过程、机理与数据特征，以少数典型应用案例揭示遥感数字图像处理方法在遥感应用分析中的作用和地位；避免与先开课程内容重复，为后续课程做适度铺垫。数字图像处理方法多样，课程重点介绍常用算法，使学生能掌握数字图像处理原理，夯实基础。对一些发展中的、前沿性的算法着重介绍算法的思想和原理，教导学生注重算法但不应局限于具体算法，培养学生发散思维、学习能力和创新思维。教学中适当区分遥感数字图像系统处理和应用处理的差别。

四、重视实践教学，多手段丰富实践教学内容

实践教学是创新人才培养中的重要环节，对于培养学生专业技能和理论实践结合能力、激发学生的创新思维和探索精神、提升科研能力，有着重要意义。GIS专业“遥感数字图像处理”教学高度重视实践教学环节，从课程体系设置、实验课程内容设计、实验室开放项目、毕业设计、大学生科研训练计划和教师科研课题等几个方面为学生提供多样化的实践途径，丰富了实践教学体系。

从课程设置体系上，“遥感数字图像处理”单独设课，紧密联系课程理论教学内容附设6个单元的基础验证性课堂实验（见表1），增强学生对各种遥感图像处理算法及其效果的感性认识。“遥感数字图像处理”实验课程单独设课，结合“遥感数字图像处理”课程和“遥感应用分析”课程知识，设置综合设计型实验6个模块，培养和提高学生对知识与技能的综合运用、自主学习的能力。

积极利用各种平台，提供实践课题，培养学生创新能力。我校为了培养大学生的创新能力和实践能力，促进实验室开放，设置了实验室开放基金。在实验室开放基金平台支持下，设计了一些探索研究型实验课题，鼓励学生组团选择实验课题、查阅文献、拟定实验方案、实施实验过程、撰写实验论文。大学生科研训练计划和本科毕业设计（论文）也是培养本科生创新能力的平台。在实施学校大学生科研训练计划的年度，遥感课程组每年设计几个遥感应用分析研究小课题，供学生参与大学生科研训练，并从科研课题中提炼一些问题作为大学生毕业设计选题，引导学生参与到教师科研课题中。学生通过参与实验室开放基金课题、大学生科研训练计划项目和教师科研课题，检验了专业知识，培养了探索精神、创造思维和合作能力。

五、结束语

本文总结了我校遥感课程教学组围绕GIS专业“遥感数字图像处理”课程教学实施的一系列教学改革措施。这些措施已经取得较好的成效，有不少GIS学生积极参与校实验室开放基金项目、大学生科研训练计划项目和教师科研项目，每年GIS专业有近1/3的学生选择与遥感图像处理及遥感应用分析有关的毕业设计题目。人才培养是项长期复杂的系统工程，需要从师资、设备、教学等一系列软硬件教学条件上予以保障。

参考文献：

[1]李小文.定量遥感的发展与创新[J].河南大学学报(自然科学版),2005,(4):49-56.

[2]秦其明.中国高校GIS专业核心课程设置问题的探讨[J].地理信息世界,2003,(4):1-7.

[3]钱乐祥.GIS专业课程体系改革思路与实践[J].高等理科教育,2006,(6):95-98.

[4]谈树成,刘恒,夏既胜,等.关于地理信息系统(GIS)本科专业课程设置的思考[J].高等理科教育,2008,(4):47-50.

[5]李天文,王林刚,李庚泽,等.地理信息系统专业课程体系建设研究[J].中国大学教学,2011,(1)3-5.

第3篇

关键词：PBL模式 数字图像处理 实践教学

中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）03-0242-01

在高校教学体系中，数字图像处理成为了包括理工科、农医科在内专业必选课程或者重点选修课程。作为一门理论知识丰富、实践性非常强的高校课程，当前PBL模式已经成为了包括美国在内的多个国家的主要教学模式。

1 PBL模式与数字图像处理结合探索背景

PBL模式作为一种较为先进的教学模式，英文名称Problem-Based Learning，其含义为问题式教学模式或者基于问题的学习模式，PBL模式的主要思路是以问题为前提进行教学的展开活动，这一教学方法的特点在于在教师的直接参与和指导之下，将学生放在主体地位，通过小组讨论的方式，通过以某一具体问题为中心的研究讨论和加强学习的过程，将教学的焦点放在某学科的重要原理以及关键概念之上，通过帮助学生自己构建知识体系的过程，养成学习独立学习、独立思考的基本能力，数字图像处理具有其本身独特的特色。

其一，该门课程的理论知识丰富，知识点较为深奥难懂[1]；其二，日常生活中，应用到的数字图像处理相关课程知识点较多，对学生综合能力要求较高，尤其在工科专业的基础知识学习中要求较高，需要对计算机、数学等学科知识进行综合运用，例如，湖南省某学院部分专业在开设这门课程时，每一学期的课时量为30至40课时，该学院部分立刻专业设置了选修课程的的课时量。依靠传统的教学模式进行数字图像处理已经不适宜当前的教学实际，须对高校包括机械制造专业、自动化等专业的数字图像处理能力进行要求，才能全面提升学生的综合能力。

2 基于PBL模式的实践教学改革方案探索

2.1 对数字图像处理实践教学方式方法的研究

以上述湖南某城市学院为例，为推进数字图像处理的PBL模式改革，该校自行编撰了验证性课程指导实践用书，该书的主要内容包括了30多个实践项目，涵盖了图像分析、图像滤波、数字处理软件的使用以及图像分割等多个板块知识点，该学院学生中计算机普及程度广，所以在进行图像处理实践时可自行下载相关的支持软件。改变以往该课程集中实践方式，升级成分散与集中结合的模式，即第一步学生利用业余时间或者在专门实验室内完成数字图像处理分散实验，第二步教师对学生教学实践中产生的问题进行一对一面谈解决或者利用网络通讯工具解决问题，第三步，通过多次的分散式课程实践活动，利用4个至6个课时进行集中式教学。

2.2 突破数字图像处理理论教学模式

其一，确保在对数字图像处理完整性以及整体性进行维护前提下，在实践教学课堂中尽量避免对数字处理相关公式的重复推导[2]，主要对相关算法以及关键原理进行说明，如在对均衡处理数字图像知识点进行讲解过程中，直接引用推导公式，利用均衡化图像的原理以及关键算法进行处理技术的编程；其二，在对相关的信息进行筛选之后重点对处理图像的算法进行编程和实践应用，在对图像处理边缘检测知识进行运用过程中，可以将Hough的变换、路经检测加强联系，更好进行编程；其三，在解决实践问题的过程中，多进行实例的例举，可利用2至3个课时对实践教学的背景、已有的实践教学成果的、重要技术流程、重要算法进行演示等。

3 基于PBL模式的数字图像处理教学方案设计

仍以湖南某城市学院信息学院为例，从PBL模式出发，针对于数字图像处理建立了处理库，这一项目中涵盖处理图像、分析图像、识别图像等多类别项目，例如“门禁系统视觉识别系统”、“指纹识别”、“二维码检测”等，学院每学期建立了不低于36个的项目，学生可在这些项目中进行选修，另外，以40个课时为标准，数字图形处理理论课程教学学时为30个，实践性教学课时为10个，每周保证3个学时，总共教学时长为13个教学周。

第一，在进行教学的前两个周内，将数字图像处理课程PBL模式实践考察和教学方式进行明确和推介，并将以往的学生实践教学成果进行分享，为学生在选修过程中提供参考，学生进行是否选修的决策；第二，在3至4周，拟定学生课程选修名单，进行实践性教学任务的布置，确定36个以上的实践项目给学生，学生自动组成项目合作，保持每组在3个人左右，学生自行数字图像处理选择题目，对实践项目进行图像加文字型的介绍，尽快确定目标，尽快对实践应用难度进行确定以及评分；第三，在5至6周的时候确定数字图像处理实践目标书，确定相关参考资料；第四，在7周至12周时间内实施实践项目，学生利用课余时间完成分散型实验，这段时间内适当安排集中型实验，对实践项目进行验证，在这一过程中，特别注意积极提出实践项目存在的问题，及时检查问题解决的进度，教师有针对地进行问题解答，帮助实践小组完成任务目标；第五，在第13周时，组成专业或者班级为小组的实践项目答辩，实践项目的成果进行答辩与说明；最后，数字图像处理课程教师完成总结，学生对实践项目进行报告，教师根据实际情况对学生进行打分。

4 结语

基于PBL模式的数字图像处理的教学形式，能帮助高校学生快速了解和吸收处理数字化图像过程中必要的技术、方法与原理等知识点[3]，还能帮助学生掌握数字图像处理实践项目的实践研究方法和思路，提升学生利用图像处理的基础知识灵活解决生活实际问题能力，提升学生的学习积极性以及创新、实践能力，对于全面提升数字图像处理相关课程的教学质量具有重要作用。

参考文献

[1]何林锦，翟云波，李彩亭.项目式实验教学模式及其可行性评价方法[J].实验室研究与探索，2010，29（2）：94-96.

第4篇

关键词：数字图像 图像处理 数字技术 应用

一、数字图像处理综述

数字图像处理（Digital Image Processing）又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。

数字图像处理最早出现于20世纪50年代，当时的电子计算机已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息，数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年代初期，早期的图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。图像处理中，输入的是质量低的图像，输出的是改善质量后的图像，常用的图像处理方法有图像增强、复原、编码、压缩等。

首次获得实际成功应用的是美国喷气推进实验室（JPL），他们对航天探测器徘徊者7号在1964年发回的几千张月球照片使用了图像处理技术，如几何校正、灰度变换、去除噪声等方法进行处理，并考虑了太阳位置和月球环境的影响，由计算机成功地绘制出月球表面地图，获得了巨大的成功。随后又对探测飞船发回的近十万张照片进行更为复杂的图像处理，以致获得了月球的地形图、彩色图及全景镶嵌图，获得了非凡的成果，为人类登月创举奠定了坚实的基础，也推动了数字图像处理这门学科的诞生。在以后的宇航空间技术，医学技术中数字图像处理技术都发挥了巨大的作用。

从70年代中期开始，随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速发展，数字图像处理向更高、更深层次发展，人们已开始研究如何用计算机系统解释图像，实现类似人类视觉系统理解外部世界，这被称为图像理解或计算机视觉。很多国家，特别是发达国家投入更多的人力、物力到这项研究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是70年代末MIT的Marr提出的视觉计算理论，这个理论成为计算机视觉领域其后十多年的主导思想。图像理解虽然在理论方法研究上已取得不小的进展，但它本身是一个比较难的研究领域，存在不少困难，因人类本身对自己的视觉过程还了解甚少，因此计算机视觉是一个有待人们进一步探索的新领域。

二、国内外研究现状

目前，国内图像识别的算法研究多是关于数字、文字、人脸、以及医用病理方面的较多，对产品内表图像进行分析识别、分类的还很少。国内已研制出了具有先进水平的高精度内表检测系统和装置，如何对产品零部件的外形，尺寸进行较高精度测量的激光在线检测系统等，但迄今为止，尚无能对生产出的产品内表面进行自动检测和识别的系统。应用CCD、电子、计算机技术检测内表面的实时自动检测技术在国内正处于刚刚起步的阶段，对内表面图像进行分析识别、分类的软件系统还没有十分完善，现在的识别算法对图像中的疵病部分定位不是很准确，对疵病的范围、大小、方位不能做定量分析，只能作定性分析，精度低，采用的传统的最小距离等分类器在图像复杂且类别多时，很难表示和提取特征，进行图像识别十分困难。

国外关于图像识别中的图像分割，特征信号提取，边缘检测，纹理识别等的算法已经取得了一定的成果，提出了一些新方法，如利用直线分割来识别三维人脸，通过子图匹配法在相邻区域间识别不同目标，用双值微波仿射不变函数识别二维形形状等等，近年来，国外基于图像识别与分类技术的图像检索，人脸识别，字体识别发展十分迅速。

在国外，为提高自动目标识别能力而开发的算法现在正被引入许多侦测和成像系统之中，图像分割、特征信号探测和析取、静止目标的模式识别等方面已取得了很大进步，这一自动目标识别能力大大减轻了操作人员的工作负担。如美国正在加紧自动检测能力与自动目标识别的研究工作，并在硬件能力的基础上开发多种用于信号图像处理的算法和开展各种算法软件的研制，包括相关法（匹配滤波器技术）、自适应多维处理法、基于模型的方法等。

三、数字图像处理的应用

图像是人类获取和交换信息的主要来源，因此，图像处理的应用领域必然涉及到人类生活和工作的方方面面，随着人类活动范围的不断扩大，图像处理的应用领域也将随之不断扩大。

1、航天和航空技术方面的应用

数字图像处理技术在航天和航空技术方面的应用，除了JPL对月球、火星照片的处理之外，另一方面的应用是在飞机遥感和卫星遥感技术中。现在世界各国都在利用陆地卫星所获取的图像进行资源调查，灾害检测，资源勘察，农业规划，城市规划，我国也陆续开展了以上诸方面的一些实际应用，并获得了良好的效果。在气象预报和对太空其它星球研究方面，数字图像处理技术也发挥了相当大的作用。

2、生物医学工程方面的应用

数字图像处理在生物医学工程方面的应用十分广泛，而且很有成效。除了一般的CT技术之外，还有一类是对医用显微图像的处理分析，如红细胞、白细胞分类，染色体分析，癌细胞识别等，此外，在X光肺部图像增晰、超声波图像处理、心电图分析、立体定向放射治疗等医学诊断方面都广泛地应用图像处理技术。

3、通信工程方面的应用

当前通信的主要发展方向是声音、文字、图像和数据结合的多媒体通信。具体地讲是将电话、电视和计算机以三网合一的方式在数字通信网上传输。其中以图像通信最为复杂和困难，因图像的数据量十分巨大，如传送彩色电视信号的速率达100Mbit/s以上，要将这样高速率的数据实时传送出去，必须采用编码技术来压缩信息的比特量。在一定意义上讲，编码压缩是这些技术成败的关键。除了已应用较广泛的熵编码、DPCM编码、变换编码外，目前国内外正在大力开发研究新的编码方法，如分行编码、自适应网络编码、小波变换图像压缩编码等。

4、工业和工程方面的应用

在工业和工程领域中图像处理技术有着广泛的应用，如自动装配线中检测零件的质量、并对零件进行分类，印刷电路板疵病检查，弹性力学照片的应力分析，流体力学图片的阻力和升力分析，邮政信件的自动分拣，在一些有毒、放射性环境内识别工件及物体的形状和排列状态，先进的设计和制造技术中采用工业视觉等等。其中值得一提的是研制具备视觉、听觉和触觉功能的智能机器人，将会给工农业生产带来新的激励，目前已在工业生产中的喷漆、焊接、装配中得到有效的利用。

5、军事公安方面的应用

在军事方面图像处理和识别主要用于导弹的精确末制导，各种侦察照片的判读，具有图像传输、存储和显示的军事自动化指挥系统，飞机、坦克和军舰模拟训练系统等；公安业务图片的判读分析，指纹识别，人脸鉴别，不完整图片的复原，以及交通监控、事故分析等。目前已投入运行的高速公路不停车自动收费系统中的车辆和车牌的自动识别都是图像处理技术成功应用的例子。

6、文化艺术方面的应用

目前这类应用有电视画面的数字编辑，动画的制作，电子图像游戏，纺织工艺品设计，服装设计与制作，发型设计，文物资料照片的复制和修复，运动员动作分析和评分等等，现在已逐渐形成一门新的艺术——计算机美术。

参考文献：

[1]孙即祥 图像压缩与投影重建 北京：科学出版社；2005.7：第一章：1～2，63～64.

[2]韩金姝.基于分形的植物形态模拟与图像压缩技术研究：[硕士论文]. 青岛：中国海洋大学信号与信息处理专业，2005.

第5篇

关键词：视频图像；多项式拟合；简支梁模型；模态参数；振动测试

中图分类号：TN911.7；TU311文献标识码：A 文章编号：

Abstract: The video image vibration testing technique, based on common USB digital camera and PC, is introduced in the paper. The first order modal parameters of the simple beam model is identified adopting the video image vibration testing technique, and comparing the result with the DASP and traditional vibration test Method. Based on Matlab software, the program is developed to obtain structural vibration displacement curves. And the simple beam model of the natural frequencies, damping ratios and mode shapes is determined using modal analysis. The test results show that the vibration testing technique is feasible for low frequency vibration system.

朗读

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Key words: digital video; polynomial fitting; simply supported beam model; modal parameter;vibration testing

图像测量技术[1]表现出其非接触式、无设备损耗、表面全尺度、重复可比性好、环境适应性强、无负载效应等优点，不仅适合静态测量，也可满足动态测量要求，对结构可实现全域高密度检测。数字图像测量技术近年来发展迅速，其对结构边缘识别精度可达到0.05像素，如刘敏提出识别结构一维大变形的数字图像边缘检测法[2]，袁向荣提出的一维DIC法检测结构边缘变形[3]，胡朝辉提出结构振动测试的视频图像技术测试方法 [4]。

本文以数字图像测量技术为理论依据，采用普通数码摄像头和PC机作为硬件设备与matlab软件相结合而成的视频图像振动测试的系统[5]，使用该测试系统在实验室进行简支梁模型的振动测量试验，结果表明对低频结构的振动测量采用该测振系统是可行和可信的。

视频图像振动测试系统简介

视频图像进行振动测量的原理是：使用普通USB摄像头实时拍摄并记录被测对象振动状态下的时间序列图像，对图像用数字图像处理技术处理，得到测试对象准静态的变形序列，进而获得被测对象的振动轨迹。具体测试流程如图1所示：

图1测试流程图

模型试验及结果分析

2.1 试验Ⅰ

采用梁长L=2.1m等截面匀质材料，两端铰支，单位长质量为160g/ m，抗弯刚度EI=21.5N.m2；梁体表面光滑平整，颜色为纯黑色，背景颜色取为白色，拍摄时光照条件良好，以有利于边缘识别。试验简图如图2所示。

图2试验Ⅰ简图

振动试验开始后，对梁进行激励，采集振动稳定后振动状态，采样时间为5s，利用matlab程序处理图像序列[5]，获取各像素点的振动信号，部分结果列于表1中。

表1 实测振动频率与阻尼比

简支梁模型的理论固有频率： ，用数字图像测量所得到的梁的一阶频率为4.1016，误差为0.7%，故数字图像法在桥梁测试中的数据是真实可信的。

2.2 试验Ⅱ

梁长L=2.1m等截面匀质材料，两端铰支，单位长质量为160g/ m，抗弯刚度EI=21.5N.m2；同时采用DASP动力测试系统进行数据采集和处理，试验简图如图3所示。测试结果比较如表2及图4―图7所示。

图3试验Ⅱ简图

表2 视频图像和传统测试实测频率对比表（Hz）

图4视频图像测试拟合不同像素点的一阶图5传统测试前三阶的振型图

本次试验通过用采用DASP动力测试系统来验证数字图像法，二者结果很相近，梁的一阶频率结果比值仅为1.038，具体如表2所示。

结论与建议

简支梁模型动载试验结果表明：

（1）对于动态位移的测量，试验数据均较合理，简支梁模型的二次试验均测出了结构的一阶模态参数，通过验证，测量结果也真实可信，因此认为数字图像振动技术可用于低频振动结构的测试；

（2）但是二次试验均未测出二阶模态参数，经分析认为可能的原因有：响应谱对应二阶频率处的幅值太小以及激励点选取位置不适当以致未能激励出其二阶模态，普通摄像头信噪比低而无法识别也是原因之一。

（3）通过与传统的DASP动力测试系统试验对比，说明相对于传统测试方法，数字图像振动测试技术精度较好；但是传统方法可测得前三阶模态，说明该方法测试分辨率与传统方法有一定的差距；故对于高频、高阶的结构振动测试，能通过高速、高清的图像采集设备，提高其测试分辨率 。

参考文献：

[1] 张红娜,王祁.图像测量技术及其应用[J].电测与仪表，2003，451(40):19-22.

[2] 刘敏.数字图像处理技术在桥梁结构检测中的应用研究[D].广州大学硕士论文，2009.

第6篇

【关键词】遥感数字图像处理 团队合作 问题导向 地理信息科学

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）10-0016-02

一、课程特点和教学现状

1998年教育部新增地理信息系统（GIS）本科专业后，我国GIS教育发展形势空前活跃。目前，国内已有近200所高校开设了地理信息系统专业，逐步形成了比较稳定的GIS专业课程体系与课程设置方案（石永明，2011）。其中，遥感系列课程（遥感物理与技术、遥感数字图像处理、遥感地学分析与应用）成为GIS专业课程体系中的重要模块。充分利用各种图像处理算法从遥感数据中获取各种生物物理参数和土地覆被/利用信息，可以为自然和人文生态系统的空间分布式模型提供输入参数，在遥感技术应用中占有十分重要的地位。

《遥感数字图像处理》是一门系统研究遥感图像理论、技术和应用的课程（路元刚，2012）， 它是遥感科学技术和地理信息系统等专业本科生的专业课（朱洪锦，2012；宋怀波，2014）。数字图像处理技术的迅速发展使其分支几乎扩展到农业信息科学的全部领域，该课程强调实践性，实践教学是创新人才培养中的重要环节，对于培养学生专业技能和理论实践结合能力、激发学生的创新思维和探索精神、提升科研能力，有着重要意义。因此，只有通过适时安排实验课，才能收到最佳的教学效果。目前，国内高校中该课程一般都安排有12个学时以上的实验。新疆农业大学GIS专业的《遥感数字图像处理》课程于2009年开设，教学过程中重视实践教学环节，安排有20-24学时的上机实验，按照教育部对实验课的要求，实验类型主要为验证性和综合性。虽然现有的实践教学内容不断丰富，但仍以教师为主导，学生的学习兴趣没有被完全调动，主动思考的意识尚有待提高。而现代教学模式强调学生的主观能动性，教学要以学生为中心，使学生处于主动的地位。因此，如何更好地激发学生学习遥感图像处理的兴趣、鼓励学生自主学习理论知识并培养动手能力是在本课程课堂实践环节中最重要的目标之一。笔者所在的新疆农业大学GIS教研室的教师通过多年的课程实践教学积累了一些经验，并在实践中取得了很好的效果（朱磊，2014），需及时地进行系统地梳理和总结，尽快建立起一套符合农业类院校遥感图像处理的课堂实践教学模式，以规范和完善课程实践教学的内容并推动授课模式的改革，有助于提高GIS专业学生的遥感图像处理的实践能力。综上所述，本研究拟将“研究型教学模式”和“问题导向型教学模式”引入到课程的课堂实践环节中，构建以学生为主导的实践体系，使学生了解和掌握了图像处理的主要内容和方法，培养学生团结协作和创新思维能力，为今后深入学习专业课程和高质量完成毕业论文奠定基础。

二、实践教学内容调整

1.调整课时安排

《遥感数字图像处理》课程强调学生的实践动手能力，因而实践教学在整个教学过程中占据重要地位。新疆农业大学自2009年开设“遥感数字图像处理”课程以来，课程总学时为50-52学时，其中实践教学课程始终保持在20学时至24学时之间，占课程总课时量的近50%，高于其它同类高校约33%的平均比例（黄秋燕，2008）。较高的实践教学课时，保证了学生能够接触到大量的综合性实验，并有足够的时间能在教师指导的状态下熟悉和掌握实践技能，这对他们提高动手能力、积累实战经验大有益处。全部课程共十章，除第一章绪论外，其余各章均安排有2-4学时的课堂实习。

2.补充教学材料

《遥感数字图像处理》课程相关教材较多，我们选用的是韦玉春等主编的、科学出版社出版的《遥感数字图像处理教程》（韦玉春，2007）。该教材结构设置合理，对遥感数字图像处理的基本概念和常用方法进行了系统的讲解。但限于篇幅，教材中对涉及到的其它遥感领域的一些定义、算法和思路仅做了概述，因此向学生推荐了多本辅助教材，如：赵英时主编的《遥感应用分析原理与方法》（赵英时，2003）和戴昌达等主编的《遥感图像应用处理与分析》（戴昌达，2004）等。另外，鉴于教材中部分内容的时效性，不能够反映最新的研究动态，而这部分内容恰恰是教材中最能够引发学生学习兴趣的部分。因此，我们鼓励学生自行检索并下载阅读近1-3年相关领域的文献，并推荐有能力的同学阅读英文文献。同时，引导学生充分利用网络资源，主动查阅资料，不断更新知识库、扩展知识面。

3.推进学科交织

遥感（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）构成了“3S”综合应用体系，遥感作为该系统最重要的数据源，与其他学科结合紧密。学生已初步具备了GIS和GPS的基本知识和操作技能。因此，教师适时地运用视频、图片等多媒体方式将“3S”实际应用的案例穿插在理论讲授过程中，让学生了解遥感图像处理在整个“3S”应用体系中的作用和技术要求，以及RS如何与GIS和GPS衔接与集成。此外，积极引导学会学生触类旁通、举一反三，不仅要知道怎么做，而且知道为什么做，同样的方法还能够解决什么问题，碰到类似的问题时自己是否能够独立解决等等，这对学生日后面对实际工作、解决实际问题具有极大的帮助。

三、实践教学方法改革

1.构建任务导向式的实践教学模式

根据实践教学方案，各主要章节理论知识讲授完毕后，均安排相关内容进行上机实验。课堂实验选题设计为学生在未来的专业领域可能遇的“真实世界”的现实的问题，没有固定的解决方法和过程。整个过程以自主探究和小组写作为主，减少教师的“灌输式”讲述。在每一个任务完成和每个课程单元结束时进行自我评价和小组评价，并定期进行总结。如：第八章图像分割上机实验题目为“运用空间建模手段，提取给定影像上的植被信息，非植被区域保留原始影像”。通过完成该任务，学生可以复习、巩固以下知识点和技能点：（1）归一化植被的概念、作用和计算步骤，不同取值的指示意义；（2）如何为植被区域赋常量值，非植被区域保留原始影像；（3）借助专业图像处理软件ERDAS IMAGINE的空间建模平台，构建针对本任务的模型。上机实验中任务的设计对教学效果极其重要，应全面考虑学生对理论知识的掌握程度，并要求教师对重要知识点的提炼和融合，力求让学生通过完成一个课堂任务来增强对理论知识的理性认识，更重要的是培养学生分析问题、解决问题的能力。

2.培养学生团队合作意识和能力

实践教学活动在我校综合实验楼GIS机房中进行，作者本学期所带的GIS132班共计29人，按照自愿结合的原则，分为10个小组（除第十组为2人外，各小组均为3人）。同一小组的同学座位相邻，便于交流。每人一台计算机，保证操作的独立性。

首先用很短的时间对已学的相关知识进行简要的复习，让学生较快地进入到学习新知识的氛围中来，并让学生了解到本节课实践内容与复习内容的相关性，为之后学生自主探究及实践做铺垫。

之后教师课堂任务，学生以小组为单位开展实践。由于最终的考核是以小组为单位，所以组内的每位成员都需按时完成任务，且保证质量，小组内部就会产生一种你追我赶的学习状态，每个学生都不想因为自己的落后而影响整个小组。从而在小组内自发形成“快带慢、快帮慢”的学习模式。此外，在任务完成质量同等的前提下，教师将对先完成任务的小组给出较高的分数，各小组间也形成了竞争模式。先完成的小组可以帮助进度较慢的小组，这种帮助其他同学完成任务的过程也会让先完成的同学获得成功的体验，形成“任务一出，大家争相完成”的学习氛围。

3.改革学习考核评价方法

本研究运用上述授课形式，对GIS132班进行了教学模式改革的尝试，学期末通过对学生进行的调查问卷，获取了学生对知识掌握的情况及对该授课方式的意见和建议。最终，综合学期考勤记录、学生课堂表现记录和期末调查问卷，得到课堂实践教学模式改革的整体效果评价，结果显示：（1）学生出勤率较高，完成作业情况较好，课程学习的积极性较高：全班共计29人，本课程包含13个教学周，总计旷到1人次、请假2人次、迟到5人次；课后书面作业5次，总计4人次未按时提交，作业正确率较高。（2）学生对知识点的掌握更为牢固，调查问卷显示90%以上的学生认为通过本学期的学习，掌握了遥感数字图像处理的主要步骤和方法，了解了实际应用的领域。（3）课堂实践教学模式取得了较好的效果，全班认为“问题导向型模式”和“小组协作型模式”有助于课堂理论知识的巩固和实践操作技能的提高的比例达到100%。

四、结语

《遥感数字图像处理》课程是地理信息科学专业本科生的专业必修课，在整个课程体系中占有重要地位。该课程在理论和方法的课堂教学之外更加强调学生的实践能力，因此该课程的课堂实践教学显得尤为重要。本研究探索性地将“研究型教学模式”和“问题导向型教学模式”引入到课程的课堂实践环节中，构建了以学生为主导的实践体系，同时编制《遥感数字图像处理实验手册》。该教学模式在提高学生学习主动性和创造性及培养团队意识等方面取得了较好的效果，。今后的教学改革中，如能将该模式与翻转课堂等其它先进的教学模式进行合理地组合，将开创《遥感数字图像处理》课程课堂实践教学的新模式，进一步提高学生自主学习的效率，并有助于探索出一套适合GIS本科生实践技能和创新能力培养的开放式的综合教学体系。

参考文献：

[1]石永明， 田永中. 地理信息系统实验课程教学探讨[J]. 实验室科学， 2011， 14（1）： 26-29.

[2]朱磊. 浅析地理信息系统专业本科生创新能力的培养[J]. 2014， 4： 154-155.

[3]路元刚. 《数字图像处理》课程的教学探讨与实践[J]. 江苏教育学院学报（自然科学）， 2012， 28 （5） ： 32-33.

[4]朱洪锦， 范洪辉， 叶飞跃， 等.《数字图像处理技术》课程的教学改革探索[J]. 吉林化工学院学报， 2012， 29 （12）： 24-27.

[5]宋怀波， 何东健， 龙燕， 等. 农业院校《数字图像处理》课程教学改革与实践[J]. 教改研究， 2014， 70： 10-12.

[6]黄秋燕. GIS专业遥感概论课程实验教学改革探索[J]. 科技信息， 2008（27）： 352-353.

[7]韦玉春. 遥感数字图像处理教程[M]. 科学出版社， 2007.

[8]赵英时. 遥感应用分析原理与方法[M]. 科学出版社， 2003.

[9]戴昌达， 姜小光， 唐玲莉. 遥感图像应用处理与分析[M]. 清华大学出版社， 2004.

第7篇

1 图像处理技术

1.1 数字图象处理的特点

随着计算机科学的发展与工控程度的提高，图像处理技术被越来越广泛的运用。在颗粒检测识别领域，图像处理技术有着得天独厚的优势。它减少了单纯的人工操作量，降低了测量过程中的粗糙性。提供了对复杂细微颗粒处理的可行性，加快了分析处理速度并且可以直接或间接的获取人们所需要的信息。实现过程的实时监测和控制。

1.2 煤堆颗粒的图像识别系统框架

图像识别系统主要包括图像采集和图像处理两部分。图像采集主要由图像传感器来完成，图像处理主要由计算机和相应的系统软件来完成。框架如图1。

在煤堆里取样，用粉碎机磨制好煤粒粗样后得到煤的颗粒样本如图2。然后通过CCD图像传感器采集到图像，lunwen. 1KEJI AN. COMlunwen. 1KEJI AN. COM提供写作论文和发表服务,欢迎您的光临进行数字化处理后存入计算机，获取煤粒原始图像。再利用软件对数字图像进行相应处理得到相关图像参数，最后根据所得参数数据分析得出煤粒特性结论。

这里选用CCD传感器来获取数字图像如图3所示。CCD图像传感器是一种特殊的半导体材料又名电荷耦合器[2]。它由大量按矩阵排列的独立光敏元件构成。可直接将光信号转换为电信号，然后电信号经放大和模数转换后，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现等操作。由CCD摄像设备采集的光学图像转成模拟信号经图像模数转换器进行数字化后，得到数字图像交由计算机处理。它最显著的优点是噪声低、响应速度快、像素分辨率高等。

1.3 煤堆颗粒图像的数字化处理

在计算机中利用软件对原始颗粒图像（图4）进行预处理。对于一张图像来说，往往需要提取目标物，所以先作灰度变换减少图像噪声，保证图像质量。每一副图像相当于一个矩阵，矩阵的行和列确定图像中的每一个点，矩阵中的元素值对应该点的灰度级。图像矩阵中的每个元素就是像素。颗粒本体灰度值与背景图层灰度值较为均匀，进行灰度变化后效果较好，灰度图有无明显的双峰。灰度变换不足以达到最终效果，需要对图像作二值化处理。手动改变图像阈值，颗粒图像二值化效果发生改变，当观测图像变化效果最为理想时停止改变，确定一个最佳的门限阈值。二值化处理后颗粒如图5。另外也可以选择自适应阈值分割，但是无法同步观察变化过程，且计算量相对较大耗时长，无法达到背景图层与颗粒本体二值化图像最佳效果。

2 煤堆颗粒特性分析

2.1 颗粒的形态描述

从颗粒的形态学切入，分析颗粒粒度及形状。粒度是颗粒在空间范围所占大小的线性尺度。通常表面光滑的球体颗粒的粒度用直径表示，立方体颗粒的粒度用边长表示。对不规则的矿物颗粒，可将与矿物颗粒有相同行为的某一球体直径作为该颗粒的等效直径。对许多取向混乱的颗粒按一定方向测量平均线度的统计作为当量径。由于获取的是颗粒投影图像，则可按二维投影规则对煤粒度进行定义[3]。

2.2 煤堆颗粒粒度相关参数

颗粒面积的计算，通过对图像像素点的统计得到。统计获得颗粒像素的个数后，还需要用一个标准单位来标定。通过比例换算得到目标颗粒实际面积大小。采用逐行扫描的方式对图像中每一个颗粒进行标号确定单个颗粒参数。这样每一个目标颗粒的参数都有一个归属，不容易产生混乱。

颗粒周长的计算可以通过对二值图像中目标物的边缘像素计算获得。依然可以采用顺序逐行扫描的方式对图像进行扫描。对图像边缘像素跟踪累加，统计像素个数可得周长。因此颗粒的当量直径可以根据颗粒粒度定义由面积和周长求得。此外还可以利用计算机图像系统对颗粒进行自定义多方向扫描，获取每一个方向上的粒径值再进行平均。用该平均值对粒径大小作粗估计值，这里并没有对此种方法加以详细证明。

这样就可以根据不同粒径的颗粒物在颗粒总体中所含的百分比来确定粒度分布。此外还可以根据颗粒粒度来进lunwen. 1KEJI AN. COMlunwen. 1KEJI AN. COM提供写作论文和发表服务,欢迎您的光临行颗粒分级，明确颗粒的层次关系。

3 煤堆颗粒与分形理论

3.1 分形理论的定义

分形理论是时下非常流行的新理论。分形理论的最基本特点是用分形分维的数学工具来描述研究客观事物。它跳出了一维的线、二维的面、三维的立体乃至四维时空的传统藩篱[4]，更加接近客观事物和复杂系统的真实属性。

3.2 颗粒粒度的分形分析

在颗粒的形态特征中，主要讨论了分形分维的方法。把分形维数作为颗粒形态描述的一个重要角度。分形维数在一定程度上体现了颗粒的某些化学物理特性。实际测定分维的办法有很多，如根据尺度、测度关系、相关函数等。针对颗粒的不同特征可以建立不同的分形模型。对于无规颗粒具有如下分形特征式：

①根据边缘进行分形分析，颗粒的无归边缘曲线可利用盒维数[5]计算得分形维数。与边缘线相交的正方形个数记为盒子数N（如图6盒子数为16），盒子大小为k*k，k即盒子的边长。存在推导关系式：-；D记为分形维数，B为常数。通过推导关系计算拟合数据可得到分形维数D。在对k取值时，k值越小所能取到的盒子数也越多，边缘分形结果越精确。理论上颗粒边缘复杂程度越大，分形维数值越大。边缘分形维数体现颗粒的轮廓曲线特点。这里取了4个不同颗粒样本进行了图像处理后，经过计算分别得出4个样本的分形维数，进行比较。

从表1中可以看出颗粒边缘分形维数变化不是特别明显，原因可能与所取的盒子边长k有关。还需要结合其他形状参数来进行特征描述。说明仅仅利用颗粒边缘分形分维作为煤粉颗粒特性标准描述有待改进。

②根据颗粒粒径分形有关系式：-。是粒径分布分形维数，R是粒径大小，为粒径大于R的颗粒数。同样可以通过拟合数据计算得到颗粒粒径分布分形维数。在选取了3组颗粒图像进行了颗粒粒径分布分形维数计算后得到相关参数如表2。

从表2来看，粒径分布分形很大程度上与颗粒数目有关。分形维数是根据统计粒径R以及对应的颗粒数目N进行拟合后得到的直线斜率。尽可能的选取较多的颗粒图进行计算，分形维数越准确粒径分布分形偏差越小。颗粒粒径与分布分形维数呈负相关关系，粒径越小分布分形维数越大，粒径分布随粒径减小呈现的分形特征越明显，反映煤堆颗粒粒径分布越复杂。

5 结语

对于煤堆颗粒的识别，采用数字图象处理技术能够提高识别检测的速度，同时还可以减小大量人为干预造成的误差，避免检测重复性低等缺点。对于煤炭行业提高燃煤利用率和降低污染有着重要的意义。本文主要通过图像灰度变换、图像分割等方法对煤粒图像做处理。同时结合分形理论进行分析，得到煤堆颗粒粒lunwen. 1KEJI AN. COMlunwen. 1KEJI AN. COM提供写作论文和发表服务,欢迎您的光临径分布分形等参数，说明了颗粒分形的可行性并对煤的颗粒分形特征进行描述。但是在粒度形态识别中只是对二维投影图颗粒粒径做了说明，还可以从形状因子等参数考虑，综合描述颗粒特征。对颗粒分布分形也不完善，需要做进一步研究。此外，如何更好的提取颗粒的边缘轮廓，找到颗粒新的参考特性以及分形与工业分析之间的关系是下一步探讨的方向。

参考文献

[1] 苗春卫，李玉祥，王克家，等.基于数字图像处理的煤粉颗粒检测[J].应用科技，2003（2）：1-3.

[2] 青.基于分形理论的大气悬浮颗粒物图像识别[D].武汉：武汉理工大学，2006.

第8篇

关键词：图像处理技术（image processing techniques）、面积测量（area measurement）、移动式格栅除污机（the mobile grille remover）、智能化（intelligent control）

一、背景情况

当今的大中型雨污水泵站内一般均安装有移动式格栅除污机，其利用单个可移动除污机头进行移动除污的效果深受好评。其传统的自动控制方式[1]是在格栅井前后各设超声波液位计，测量格栅前后的液位值，控制系统通过判断液位差值触发其除污动作，但自动除污过程为：不管各仓位的栅片上污物的多少，移动机架均要逐仓进行除污一次（或几次），直至最后一个仓位除污完毕后自动回复至初始仓位，一般整个除污过程的周期时间会达半小时以上。这样既费时、费电，又增加了设备的使用率，加快了设备的损坏与维修，加速了设备的折旧与报废。而且，超声波液位计应用于污水行业中有其自身的缺陷，其不适用于测量有气泡及悬浮物的介质等不利因素，而在泵站内的污水成份复杂，夹杂着大量的污物、油脂等漂浮物，并且水流流速快，对于超声波信号的扰动很大，常会引起数据的跳跃或偏差，所以一般不利用超声波信号直接去自动控制设备，而仅用作水位情况的监视。如在中国自动化网上的一文中指出，为保证控制可靠运行，需定期对超声波液位计进行维护和校正[2]。

在此种状况之下，有必要去研究一种方法、装置或系统，以解决上述问题。

二、模拟实验

针对上述中的除污过程，试制了一套模拟实验系统，首先在实验室里进行小试，以解决图像处理技术在此类污物图片处理中的应用问题，待试验数据结果证明可行之后，再进一步进行实验室类比或实地试验。

（1）组成器件

摄像头：Kacon color ccd camera Model：VC-423A

视频采集卡：Hikvision Model：DS-4004HC（R）

水槽：1150cm×30cm×28cm（长*宽*高）

栅片组：栅条尺寸30mm×4mm×320mm 栅条间隙20mm

小潜水泵：交流220V鱼缸用小型潜水泵

污染物：塑料马夹袋、抹布及一些其它杂物

待开启潜水泵，水流迎向栅片正向流动，带动污物靠近甚至贴在栅片之上，同时，摄像头每间隔一定周期地拍下图像，通过模拟系统拍摄了7幅图像，有无水调整图像（摄像头调整固定位置）1幅，加水后的无污物初始图像2幅、有污物污染程度（轻、中、高、重度）不同的图像4幅。

（2）图像处理方法[3]

本文所采用的MATLAB[4]的版本为R2007a。图像处理工具箱是以数字图像处理理论为基础，用MATLAB语言构造得到的一系列用于图像数据显示与处理的M文件，并且可以查看或改进这些M文件的代码。

针对上述7幅图像应用数字图像处理的相关技术进行处理，将污物从有污物的图像中分离出，并且计算出面积，用以后序判断。首先对于采集的图像进行预处理工作以便减少对后序处理过程的影响。之后，再进行目标物（污物）的提取、统计。设想方案有2个，方法一：先分割后差分。先对于各幅图像进行目标提取（分割处理），提取出感兴趣部分，之后进行差分（减背景）处理，再计算污物面积，超过预设值即发出除污信号；方法二：先差分后分割。直接将有污物图像与背景图像进行差分（减背景）操作，再对于得到的差分后图像进行分割处理（二值化等方法），计算其污物面积。通过实验后得出，应用方法一中的Otsu算法选取的阈值对图像分割后再进行差分操作效果较好，基本可以将重度污染物提取出来；而应用方法二直接先与背景图像进行差分处理[5]，似乎二种算效果均较好，都基本可将重度污染物提取出来。

（3）面积计算

通过bwarea（）函数的运用，得出表1：

从得出的污物面积数据分析，不管是先分后差还是先差后分，利用直方图法选取的阈值分割方法优于Otsu算法选取的阈值，Otsu算法在高度与重度污染图像判断时，产生了数据倒大的现象（表格中灰色显示的数据），说明此方法不适用于此类图像的操作。再看先分后差方法中，对2幅图像分别进行分割处理后再进行差分处理，此过程中有2次分割和1次差分；而先差后分方法中，对2幅图像先进行差分，然后再分割，此过程中有1次差分和1次分割，虽然从实验得出的数据来看，似乎两种方法均较适合，但是，先差后分过程中对于图像处理次数少，理论上来说所引入的干扰或误差也应该较少，所以，还是认为先差后分效果更好（表格中加粗的数据）。

三、实验结果

本文研究了图像处理技术在移动式除污机智能控制中的模拟应用，主要内容涉及到图像的预处理，图像的差分，图像的分割（二值化），将污物从背景图像中提取出来，再计算面积，最后将得到的面积与预设值比较，判断出在栅片上污物的大致污染程度是否需要进行除污工作。通过对于图像基础知识的了解与学习并且利用模拟系统较简单的实验工作，得到如下结论：

（1）通过一系列的图像处理技术或方法，可以将不同污物程度较明显的提取出来，并且对于此类图像进行先差分后分割要略优于先分割后差分的方法，在下一步的实验中有指导运用的可行性。

（2）此实验效果仅代表实验室中的小试结果，与泵站实地情况差别较大，有其局限性，如集水井内的光照度白天与黑夜差别较大，运行水位高低对于固定摄像机拍到的像片中感兴趣部分（污物）面积的影响等因素。这在进一步的类比性实验或实地试验中均应考虑周全。

对于图像处理技术的研究，在医疗器械、航空航天、多媒体技术等很多领域的发展过程中启到了举足轻重的作用。而在市政工程的雨污水处理行业之内，研究与应用极少，希望在不久的将来，能将图像处理技术应用于移动式除污机的控制系统中。

参考文献

[1] 梁博宁，黄巧亮，刘剑平.PLC在污水泵站控制系统中的应用.工业控制计算机，2006，第19卷（第10期）：80～81

[2] 基于S7-400 PLC的控制系统在污水处理中的应用.中国自动化网，2010.11

[3]杨帆等编著.数字图像处理与分析.北京：北京航空航天大学出版社，2007.10

第9篇

关键词 模式分析 计算机视觉 教学改革

中图分类号：G643.2 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.03.015

Research and Practice on Course Group of Pattern Analysis and

Visual Processing for Graduated Students

SUN Han， CHEN Songcan， LIU Ningzhong， HUANG Yuanyuan， ZHU Qi

（College of Computer Science and Technology， Nanjing University of

Aeronautics and Astronautics， Nanjing， Jiangsu 210016）

Abstract By analyzing the teaching status of pattern analysis and visual processing course group， this paper puts forward the new teaching goal， which includes improving students' international vision， the ability of linking theory with practice， and promoting the engineering practice ability and innovative consciousness. Then this paper discusses the whole process of course group reform. Firstly the structure of teachers' group is optimized. And then the knowledge system of course group is sorted and the teaching mode is improved. Finally the practice system of course group is optimized and the assessment system is reformed.

Key words pattern analysis； computer vision； teaching reform

1 背景

我校模式分析与智能计算研究所师资团队是江苏省“青蓝工程”创新团队，主要研究领域包括智能数据分析、图像处理和机器视觉等方向，承担研究生和本科生的模式识别、机器学习、数据挖掘、智能信息检索、数字图像处理、计算机视觉等课程的教学任务。以往的教学过程中虽然积累了丰富的教学经验，但当前新知识不断涌现、新技术发展迅猛，对模式分析与视觉处理课程群的知识体系、实践体系改进提出了新的挑战。

近年来，国内外高校在该类课程教学上，已涌现出众多新理念、新方法。Coursera联合创始人Andrew Ng推出的机器学习课程，开启了教育领域的MOOC时代，引领了教育教学方法的新革命。①深圳大学、②江苏科技大学③分别进行了基于CDIO工程教育理念的计算机视觉课程教学改革实践，实现多层次项目设计的教学模式改革，讲座式、讨论式、实践式教学方法的探索。国防科技大学④在计算机视觉课程中引入研讨式教学模式，通过案例教学、小组研讨的方式来替代传统的教学方式。华中科技大学⑤从教学内容国际化、教学方式国际化、教学成果国际化三个方面开展了计算机视觉课程的国际化建设。另外，也有高校进行了图像工程课程群建设，⑥基于图像分析与计算机视觉应用课程结合的项目协同创新能力培养实践。⑦

在分析上述国内外高校该类课程改革的基础上，我们重点以模式分析与视觉处理课程群的实践教学体系改革为切入点，优化师资队伍结构，梳理课程群知识体系，优化课程授课模式，完善课程群实践体系，改革实践考核模式，实现学生国际化视野、理论联系实际、工程实践和创新能力全面提升的目标。

2 模式分析与视觉处理课程群特点

模式分析与视觉处理课程群涵盖了模式识别、机器学习、数据挖掘、数字图像处理、计算机视觉等多门课程。该类课程存在以下特点。

（1）该类课程属于多学科交叉，涉及的知识面既广又深。由于该方向涉及计算机科学与技术、应用数学、自动化、电子科学与技术、信息工程等多学科内容，而学生在大学本科阶段很难学习和了解如此多的知识模块，这对研究生阶段学习来说，具有相当大的挑战。同时，对于每个知识模块，所要求的数学基础较高，理论具有相当的深度，理解和掌握不容易。

（2）该类课程既重视扎实的基础理论，也强调良好的工程实践能力。该类课程的基础理论教学一直受到各高校的重视。随着近年来产业界的迅猛发展，计算机视觉应用层出不穷，对学生的工程实践也提出了更高要求，需要能够在系统层次上有整体认知，同时要能对各功能模块进行优化，提升系统的整体性能。

（3）该类课程所面向的选修学生面广。该类课程既是多学科交叉，也面向计算机应用、电子科学与技术、自动化、应用数学等不同研究方向、不同水平层次的研究生开设。这对课堂教学和实验实践也带来更大挑战。

3 模式分析与视觉处理课程群改革举措

针对上述分析的课程群特点，我们重点以实践体系改革为突破口，通过优化师资队伍结构，梳理课程群知识体系，优化课程授课模式，完善课程群实践体系，改革实践考核模式等举措，实现学生国际化视野、理论联系实际、工程实践和创新能力全面提升的目标。

3.1 师资队伍结构优化

为了学生能够适应模式分析与视觉处理产业的快速发展，在课程群建设过程中更强调学生的工程实践和创新能力培养。这首先对师资队伍结构提出了新的要求。

近年来，课程教学团队引进海内外具有深厚理论功底和较强工程能力的高水平师资4名，大大充实了机器学习、数据挖掘、图像处理等课程的教学力量。对于现有教师队伍，鼓励教师跟产业一线企业广泛合作，目前已与华为、中兴等企业在视频检索、智能交通视觉处理等方面开展了实质合作。这些来源于产业界的高质量课题对科研和教学起到了良好的促进作用。

与此同时，通过研究生工作站、企业短期实习等渠道，鼓励企业高级研发人员参与到学生实践能力培养环节中，将实际项目进行适当切分或提炼，实现该类课程实践环节的模块化、专题化训练。

综上，通过引培并举，优化校内师资队伍结构；通过校企合作，积极吸引企业师资参与。良好的师资队伍为该类课程的实践体系改革提供了有力支撑。

3.2 课程群知识体系梳理与授课模式改革

模式识别、机器学习、数据挖掘、智能信息检索、数字图像处理、计算机视觉等课程既有一定的逻辑关系，也存在相互交叉的混杂关系。一般认为，模式识别、机器学习是模式分析与视觉处理领域的基础理论课程，数据挖掘是建立在模式识别、机器学习和数据库基础上的应用类课程，智能信息检索则是数据挖掘基础上更为具体的应用实现。数字图像处理为计算机视觉课程提供了基础支撑，计算机视觉则是在综合利用模式识别、机器学习、数字图像处理、数据挖掘等知识模块基础上面向应用的系统实现。但是，这些课程也存在着知识点的交叉或重复。例如，模式识别和机器学习中都有贝叶斯参数估计、支持向量机模型等知识点，但视角和侧重点有所不同；图像处理、计算机视觉中都有颜色模型、成像模型等知识点，也同时存在与模式识别、机器学习交叉的知识点。

我们针对来自不同研究领域的学生群体，对该课程群的知识点进行系统梳理，既避免知识点的重复讲授，也防止重要知识点的缺漏。课程教师集体讨论，形成每门课程的核心知识集，和针对不同研究领域的选讲知识集。学生在学习课程时，在掌握核心知识集的基础上，结合自己的研究方向选择相关的选讲知识集学习。

在课程教材和参考书的选择上，注重挑选国际上有影响力的教材。例如，模式识别的参考书为Richard O. Duda等人编著的Pattern Classification；机器学习的参考书为Tom M. Mitchell编著的Machine Learning和Christopher M. Bishop编著的Pattern Recognition and Machine Learning；数据挖掘的参考书为Jiawei Han等人编著的Data Mining：Concepts and Techniques；数字图像处理的参考书为K. R. Castleman编著的Digital Image Processing；计算机视觉的参考书为D. A. Foryth编著的Computer Vision： A Modern Approach和Richard Szeliski编著的Computer Vision： Alogrithms and Applications。这些教材已被国内外著名大学普遍采用。同时，每门课程都提供相关的国内外顶级会议和期刊的列表，供学生课后追踪研究领域的热点问题。

在课堂授课环节上，注意采用灵活多样的授课方式。对于核心基础知识模块，以教师讲授为主，同时提供国内外该类课程的热门MOOC网址给学生参考。对于选讲知识模块，鼓励学生事先结合各自研究方向有目的自学，在学生报告的基础上进行课堂讨论方式进行。充分发挥学生学习的主体作用，也便于教师了解学生的水平和学习状况。

除此以外，不定期邀请国内外著名学者来校做学术报告，让学生充分了解该研究领域的最新前沿动态，并就热点问题进行专题讨论。

3.3 课程群实践体系完善与考核方式改革

工程实践和创新能力的培养是该课程群改革的重要目标。我们在上述师资队伍结构优化、课程群知识体系梳理与授课模式改革的基础上，着力进行课程群实践体系的改革与完善。我们通过多层次菜单式的实验项目选择、项目牵引的创新能力训练、学生综合研究能力的全面考查等方面来实现。

首先，整合和优化课程群实践内容，实现多层次菜单式灵活选择。根据各研究领域的要求进行灵活搭配，根据学生个体的能力与水平选择适当规模和难度的实践内容，通过课程内的基础实验、课程间的综合实验、课程群的创新实验来选择和组合，如图1所示。

图1 多层次菜单式实验内容示意图

基础型实验内容主要是各课程核心知识点的实验验证，主要包括模式识别，机器学习，数据挖掘，图像处理与分析，计算机视觉等课程的实验。要求选课学生对这些基础实验必做，打下良好的研究基础。

综合探索型实验在基础型实验基础上，既有单门课程内总的综合实验，也有课程间知识的综合应用。主要分为两大块，包括模式分析与机器学习方向的综合实验，以及图像处理与机器视觉方向的综合实验。实验目的主要是针对这两大块方向重点知识的综合分析和比较，能够熟练掌握和灵活应用。例如模式分析、机器学习、数据挖掘等方向都用到的线性判别分析、支持向量机、均值聚类等内容；图像处理与机器视觉中的图像特征抽取、视觉系统选型、目标检测、特定平台的算法优化等内容。学生可根据各自研究方向有目的的选择两块综合实验的大部分内容。

在综合型实验基础上，该课程群通过若干创新型实验来检验学生理论知识掌握程度和实践方法应用能力，为后续的研究课题开展打下良好的科研素养。主要内容包括人脸识别、二维条码识别、车辆属性识别、智能视觉监控、以及企业来源的关键技术等。这些项目实践既涉及用到图像处理与机器视觉的内容，也涉及模式分析与机器学习方向的知识。并且需要学生在综合运用相关知识的基础上有创新能力。

其次，重视各类项目牵引的创新能力训练。一方面，鼓励教师从国家自然科学基金、企业合作项目等研究中提炼出问题规模和难度适中的训练项目，作为课程群的综合能力训练项目。另一方面，鼓励学生参加挑战杯、全国研究生智慧城市技术与创意设计大赛等各类具有挑战性的竞赛项目，以赛代练，提升学生的工程实践和创新能力。同时，也鼓励学生利用百度、微软等相关研究领域的企业实习机会，参与产品一线的工程实践能力训练。

再次，注重考核环节，实现科研素养和实践能力的全面考查。只有严格、公平、公正的考核，才能保证实验实践的质量和水平，才能提升学生的科研素养和实践能力。我们主要在手段、方式方法上进行了改进。在题目选择上，根据学生个体水平和研究领域要求的差异，在选题上有适当的难易区分度，让每位学生都有锻炼和提升的机会；在考核方式上，采用结题书面报告来检验学术论文的写作能力，采用程序演示检验系统的设计与实现水平，采用上台汇报的方式检验学生的表达能力，多管齐下全面检查学生的综合科研素养；在考核成绩评定上，采用现场教师和学生共同评分的方式，公平合理；最后，通过网站展示、发表学术小论文、专利、软件著作权等方式展示和公开优秀成果，激发学生的学习热情，并由此形成积累，有利于学生实验实践氛围的传承。

4 结语

本文在分析国内外高校模式分析与视觉处理类课程群改革现状的基础上，以学生国际化视野、理论联系实际、工程实践和创新能力全面提升为目标，重点开展了师资队伍结构优化、课程群知识体系梳理、课程授课模式改革、课程群实践体系完善和实践考核模式改革等工作，取得了良好的效果，并为校内其他课程群的教学改革作为示范推广。

注释

① https：///learn/machine-learning/

② 郭小勤，曹广忠.计算机视觉课程的CDIO教学改革实践.理工高教研究，2010.29（5）：98-100，148.

③ 史金龙，白素琴，庞林斌，钱强.研究生机器视觉课程的CDIO教学改革实践.计算机教育，2013.9：40-43.

④ 陈芳林，刘亚东，沈辉.在《计算机视觉》课程中引入研讨式教学模式.当代教育理论与实践，2013.5（7）：112-114.

⑤ 王岳环，桑农，高常鑫.计算机视觉课程的国际化教学模式.计算机教育，2014.19：101-103.

第10篇

关键词：高层结构；数字图像测量；水平位移

Abstract：This paper describes the causes of high-level structure of lateral digital image measurement technology works and its advantages, and outlines how it works, and the actual construction of the horizontal displacement of the dynamic monitoring to prove that this new technologypracticality.

Key words: high-level structure; digital image measurement; horizontal displacement

中图分类号：O4-34 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

一，引言

数字图像测量技术是利用照相机、摄像机等对景物或者物体进行拍摄得到序列或者单帧数字图像，再应用数字图像处理分析等技术结合各种目标信息的求解和分析算法，对目标结构参数或者运动参数进行测量和估计的理论和技术[1]。近年来正在逐渐被人们所重视，并不断的在工程变形监测中进行尝试，现有的图像测量技术已经基本可实现对目标点的二维位移测量，而且测量精度高，对于大范围变形的目标也能适用，且使用经济，这种技术在桥梁变形测量应用较多[2]，目前也逐渐往民用建筑上发展，在钢结构变形监测也有了一定进展[3]。

二、高层结构侧移特性

高层结构在受到外荷载作用，结构在动荷载作用下水平方向的侧移随时间不停变化。随着结构高度增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与结构高度四次方成正比。因此不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内[4]，否则会产生以下情况：

1，侧移变形过大会使人感觉不舒服，影响使用。

2，侧向变形过大会使填充墙或建筑装修出现裂缝或损坏，也会使电梯轨道变形。

3，侧向变形过大会使主体结构出现裂缝，甚至损坏。

4，侧向变形过大会使结构产生附加内力从而可能引起倒塌，建筑物上竖向荷载在侧向变形时会产生附加弯矩，即P-效应。

因此对高层结构的侧向变形进行监测是非常有必要的。

三，数字图像测量技术原理及特点

数字图像测量技术是基于摄影测量学原理，通过对摄影成像系统拍摄的图像分析计算，得到被测物体在三维空间中的几何参数和运动参数。拍摄的影像是空间物体通过成像系统在像平面上的反映，即三维空间物体在像平面上的投影。数字影像每个像素的灰度反映了空间物体表面对应点的光强度，而该点的图像位置对应了空间物体的表面的几何位置。并且利用数字影像处理技术和数字影像匹配技术获得同名像点的坐标，通过软件自动计算得到对应物点的空间坐标，与初始位置进行比较，即可测量被测目标的变形位移量。通过的摄影测量系统的标定及采用先进的图像处理算法，能够实现亚像素级别的测量精度。目前常采用亚像素定位算法，一般情况下精度为0.1-0.5个像素，理想时可达到0.01个像素左右的精度[5]。

具有以下特性：①可瞬间得到被测物体的点位关系，作业方法有较大的灵活性；②采集的图片信息丰富，显示物体的客观变化，对于规则或不规则的物体变形测量都可使用；③可用于物体外形和运动状态的测定；④测量时，可以不接触物体，不干扰被测物体的自然状态；⑤测量图片利于保存，可随时进行检查，分析及对比；⑥基于严谨的理论知识和先进的硬件软件设备，能提供相当高精度和可靠性的测量结果。

四、测量系统

基于数字图像测量技术的高层结构动态测量系统主要由以下几个部分组成：一、测量头，主要由工业相机和镜头组成，用于实时采集被测目标图像；二、PC平台，带有自主研发的图像处理系统，用于获取测量头采集的图像并处理得到实时数据；三、标志板，放置在被测点处，提高被测目标的可视性；四、千兆网线，连接测量头和PC平台，传递图像数据。这套测量系统的图像采集频率可达30Hz，完全可以满足高层结构的实时动态测量要求。

五、测量方式

根据建筑结构在外界干扰及自身结构作用下变形位移的特点，通过测量关键点在平面内的二维坐标、通过测得得位移变化来描述结构的运动特征。例如高层建筑在外水平荷载作用下，竖直方向的位移非常小，主要是对其水平方向位移进行测量，因此主要任务是获取结构不同高度在水平面内的二维坐标变化。

在需要监测的关键点所在的平面内设置标志板，提高被测目标的可视度。将标志板用人工方式固定在监测点处，保证它能代表监测点的运动姿态，将测量头利用螺栓固定在不动点，对仪器的姿态不作要求，对准标志板，仪器镜头主光轴与标志板平面之间的几何关系没有严格的要求。坐标系统的标定是通过标志板成像的图形和自身的几何尺寸之间的变换将测量头的像平面坐标归算到目标所在的坐标系统，经过图像算法处理，就能得实际的物坐标系结果，即标志板平面上的二维坐标值，得到运动变形量是以仪器架设为基点的数值。测量参数设置、实施及测量数据的获取可在远处数据处理平台上的数据软件中进行操作处理，可直接获取实时测量数据及变形曲线。

六、工程实测数据

该楼位于广州市一住宅小高层，地下为一层地下室，地上为21层，标准层层高为3.3m，结构体系采用框架-剪力墙结构，该工程按7度抗震烈度设防。测量点选在20层一阳台柱子处，高度为70m。自然条件非常适合测量，对测点进行了2分钟左右的同步动态测量，对数据进行分析处理，得到测点的侧移，换算出频谱图。测量得到X、Y方向的位移值和功率谱如下：

图6-1O点X方向位移时程曲线

图6-2O点X方向功率谱

图6-3O点Y方向位移时程曲线

图6-4O点Y方向位移功率谱图

七、结论

这套数字图像测量系统实现了对高层结构的水平位移的实时测量，并得到测量数据结果，测量过程完全可实现数据获取自动化、图表和结果输出的可视化。随着测量系统的进一步完善，其在结构健康监测领域中应用将更加广泛参考文献。

参考文献：

[1] 张祖勋，张剑清．数字摄影测量学[M ]．武汉：武汉测绘科技大学出版社，1997．

[2] 梁菲.近景摄影测量在桥梁变形监测中的应用，重庆交通大学，硕士学位论文，2010

[3] 于承新，滕永彪等.数字摄影与计算机技术在实时监测结构变形中的应用。济南大学学报(自然科学版)，2001，3(15)：232-234

[5] 于起峰，尚洋．摄像测量学原理与应用研究[M]．北京：科学出版社，2009．

第11篇

【关键词】道路工程；集料；形态特征；数字图像处理

引言

集料棱角性对沥青混合料性能的影响十分重要的，许多外国学者都对集料棱角性的评价方法展开系统研究。为此，本文采用数字图像处理技术（DIP）技术，对不同集料形状特征量化研究。

1 集料的图像识别与处理分析

本文通过使用高倍数码相机进行集料图像的获取，采用白色背景，中间使用一角硬币参照，以此选取标尺能较准确的获得集料的实际平面尺寸。利用IPP软件进行形态分析。

图像识别的目的是对图像中感兴趣的对象进行测量，以获得它们的客观信息，从而对对象的进行分类、评价。而图像处理的目的则是使这一识别过程更方便、更准确。

对采集到的图像通过PS进行图像增强等预处理，通过MATLAB平滑分析及灰度门限法进行阀值分割。选取玄武岩9.5mm为例，进行PS预处理后的图像如下图1，然后利用IPP软件进行处理，图2为IPP处理后的轮廓图像。

图1玄武岩9.5mm集料采集图像

图2 IPP对玄武岩9.5mm轮廓选取图

2 集料几何形态特征指标

集料的形状特征会影响沥青混合料的力学特性和使用性能，针片状颗粒集料对沥青混合料的性能不利是我们所不希望出现的。提出基于集料几何形态特征可分为二维指标。

集料的棱角性所反映的是集料表面轮廓上角度的变化，角度变化越锋利则表现为更凸或则更凹。这里引用等效椭圆的概念，是由于等效椭圆较好的保持了颗粒形状，椭圆的棱角性为0，因此，基于周长的棱角性可表征为

（1）

式中：Perimeter为集料轮廓周长；Perimeterconvex为凸面的周长；P为凸度。

依据等效椭圆可以保留集料轮廓形状特征，最小化了轮廓形状对棱角性量化的影响，集料形态特征量化指标可以从等效椭圆的关系来引出。

（2）

用圆度来表示集料颗粒接近与圆的程度，可表征为

（3）

3 集料形态特征量化指标分析研究

测量结果中，长度、宽度单位是以像素为单位的，因此要进行单位的转化，已知图中一角硬币直径19mm。选中硬币的外轮廓进行标尺设定，然后就可以进行测量分析。首先进行误差分析验证，如图3所示，硬币对象编号51测得的平均直径结果为18.963mm。误差仅为0.95%，表示可以满足误差的要求。然后进行集料颗粒的软件识别计算。

图3 硬币对象51号轮廓的获取图

量化集料形态的二维、三维量化指标，以玄武岩9.5mm中的40个颗粒为例，分析其七个关键指标来评价各指标的相互关系，具体形态特征量化指标计算结果如图4所示。

图4 玄武岩9.5mm的形态特征量化指标

图4中玄武岩9.5mm的形态特征量化指标可以看出，圆度和凸度都接近于1，说明玄武岩9.5mm轮廓形状的变化不大，凸度P基本等于1，集料的凸面周长与集料周长基本一致，表面玄武岩颗粒的棱角性和纹理较小，集料相应之间的空隙率也较小，球度DS和形状因子SF都在1的下方呈现出相似的变化规律，差异性变化不大，其针度介于1.07-2.31之间，扁度介于1.55-2.85之间，而轴度AS（等效椭圆的长短轴比）介于1.09-2.08之间，表明细长比较小，扁平状和针片状含量较小，显然可以得到玄武岩9.5mm集料颗粒的破坏或者在重复荷载下集料颗粒的定向排列发生的可能性较小，可以获得很好的车辙性能。

4 结语

（1）对采集到的图像进行PS软件预处理，包括图像增强、灰度变化等，然后通过MATLAB平滑分析及灰度门限法进行阀值分割。使用IPP进行轮廓提取和对象转化便于软件的计算。

（2）假设同一料场骨料的来源相同，厚度应该或多或少与宽度有一定关联。通过此种体积模型的假

设进行集料的形态研究，采用形状参数的加权平均值来计算分析。

（4）以玄武岩9.5mm中的40个颗粒为例，IPP研究得出：玄武岩颗粒的棱角性和纹理较小，集料相应之间的空隙率也较小。扁平状和针片状含量较小，因此玄武岩9.5mm集料颗粒的破坏或者在重复荷载下集料颗粒的定向排列发生的可能性较小，可以获得很好的抗车辙性能。

参考文献：

[1]曹平.表面形貌与污染物对沥青路面抗滑性能影响的研究[D].武汉理工大学博士论文，2009.

[2]肖源杰，倪富健，蒯海东，等.基于图像的粗集料形态对沥青面层抗剪性能的影响[J].郑州大学学报（工学版），2006，27（4）：44-48.

[3]周纯秀，陈国明，谭忆秋.集料表面纹理粗糙度的测量[J].交通运输工程学报，2009， 9（1）：50-55.

第12篇

关键词 傅立叶变换；点扩散函数；频谱图；自相关图

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）160-0153-02

在现实生活中我们遇到的好多图像或多或少都存在质量下降问题，对图像复原技术的研究最终归可结为对退化图像的点扩散函数的研究。目前国内外出现了多种估计运动模糊点扩散函数的算法；文献[1-2]中MasayukiTanaka提出运动模糊图像点扩散函数确定方法是：先构造出一个可以调节的三维锯齿波形作为进行检测的函数，然后把检测后的函数与模糊图像频谱进行运算，在运算过程中进行不断改变波形的周期和退化图像的频谱角度，当进行多次操作后使得函数取最小值时可以认为此时的角度就是暗条纹的角度。文献[3-5]中Mohsen-EbrahimiMoghaddam提出的方法是采用Radon变换方法来确定，其步骤是首先得到模糊图像的频谱图，然后对其进行Radon变换，当Radon变换到使得投影轴与频谱图中暗条纹相互垂直时，然后求出Radon变换取得最大值时所对应的方向，即确定点扩散函数的方向。本文就是以匀速直线运动产生的模糊图像为例，提出采用MATLAB7.0自带的工具进行手动确定模糊参数，此方法具有简单灵活性，而且有很高的准确性和稳定性，从而推广到非匀速直线运动中使用。

1 运动模糊图像的频谱特征分析

在MATLAB7.0环境下对其水平方向匀速直线运动产生模糊频谱图如图1所示。

K1=fft2（double（mf））；

M1=fftshift（K1）；

N1=abs（M1）；

P1=（N1-min（min（N1）））/（max（max（N1））-min（min（N1）））

*225；

subplot（1，2，2）；

imshow（P1）；

由于在实验过程中我们假定运动方向是水平的，运动长度L=32个像素，从图1实验结果的频谱图中可以明显的看出亮条纹，并且，这条亮条纹与水平方向是垂直的。

对于非水平方向运动模糊图像频谱图如图2所示。

图2的实验结果是图像运动方向与x轴之间有一定的角度，所以得到的亮条纹和X轴之间也存在着一定的角度。

2 匀速直线运动模糊方向和模糊长度的确定2.1 模糊方向的确定

在图2的基础上，通过多次实验发现，当模糊图像的角度发生变化时，条纹也随之改变，该亮条纹方向正好反映了运动模糊点扩散函数的方向性。于是我们只要求出这条亮条纹的倾角就可以了；所以将求模糊角度的问题转化为在平面上求一个三角形的角度问题；也就是下图中所示的θ角的度数。

根据频谱图用MATLAB7.0自带的作图工具Show Plot Tools作出三条直线构成一个三角形，然后在MATLAB7.0命令窗口中输入函数ginput（）来完成求解。用[x，y]=ginput（2），获得两点坐标，可以取好多个点，再求平均值然后利用k=（y（2）-y（1））/（x（2）-x（1））得到斜率，按照上面步骤求出度数为θ=69.1°，理论值为θ=70°，基本上吻合。

2.2 模糊长度的确定

本文首先采用Matlab7.0做出运动模糊图像的自相关图，生成的自相关图是一条曲线，具体如下图4所示，在这条曲线上出现了一对比较明显的负峰，并且方向朝下，通过多次实验结果显示这两负峰之间的距离L正好等于运动模糊长度的2倍。因此，只要能够计算出这两个负峰之间的距离就可以得出运动模糊长度L。

在图4的自相关图中利用matlab的Data Cursor工具可以测得两负峰之间的坐标分别为69与131，距离为62个像素点，两相关负峰间的距离等于运动模糊长度的2倍，因运动模糊的长度为31个像素，与理论值32个像素基本上吻合（比较精确）。

3 结 论

上面的实验结果基本上和理论值吻合，采用手动的方法来确定匀速直线运动模糊图像的点扩散函数，不但操作方法简单灵活，而且具有很高的精确度和稳定性。对于非匀速直线运动所造成的图像模糊，在某种程度上可以近似看成是多个小段匀速直线运动合成的。所以可以将此方法推广到非匀速直线运动模糊图像的处理上。

参考文献

[1]陈前荣，陆启生，成礼智.运动模糊图像点扩散函数尺度鉴别[J].计算机工程与应用，200（23）：15-19.

[2]黎玮.运动模糊图像复原的参数估计与算法研究[D].合肥：安徽大学，2011.

[3]贺卫国，黎绍发.匀速直线运动模糊长度的精确估计[J].计算机应用，2005，25（6）：1317-1320.

[4]张明谦.运动模糊图像的运动参数估计及复原研究[D].成都：电子科技大学，2009.

[5]杨文涛.分数傅里叶变换在数字图像处理中的应用研究[D].武汉华中科技大学博士学位论文，2009，12（3）：92-95.

第13篇

关键词：DCT；数字图像水印；离散余弦；鲁棒性

中图分类号：TP309

1 数字水印技术研究的意义

由于科学技术的发展，很多的数字化产品易于加工，非法的复制和拷贝也比较容易，这样严重损坏了数字产品的完整性以及数字产品作者的版权。为了解决这一问题，因而提出了数字水印技术。

数字水印技术，从1993年Caronni正式提出数字水印到现在，无论国内还是国外对数字水印的研究都引起了人们的关注。在国外方面，由于有大公司的介入和美国军方及财政部的支持，虽然在数字水印方面的研究刚起步不久，但该技术研究的发展速度非常快。1998年以来，《IEEE图像处理》、《IEEE会报》、《IEEE通信选题》、《IEEE消费电子学》等许多国际重要期刊都组织了数字水印的技术专刊或专题新闻报道，SPIE和IEEE的一些重要国际会议也开辟了相关的专题。IBM公司、日立公司、NEC公司、Pioneer电子公司和Sony公司等五家公司还宣布联合研究基于信息隐藏的电子水印。国内方面，我国的数字水印技术，也已经取得了一定的研究成果，而且从学术领域的研究成果来看，我国的研究与世界水平相差的并不远，并且有自己的独特研究思路。

数字水印的主要用途可以分为以下几类：（1）版权标识水印。数字水印将各种信息放在各种需要保护的数字产品中，即使经过噪声干扰、滤波、剪切、压缩、旋转等攻击，水印仍可以继续存在。例如Adobe公司在其著名的PS软件Corel Draw图像处理软件中集成了Digimarc公司的数字水印插件。（2）篡改提示水印。检测数字产品是否被修改、伪造等的处理的过程。（3）隐蔽标识水印。在一些数字产品中，可以将数字水印嵌入作一些隐式注释。（4）票据防伪水印。随着现代各种先进输出设备的发展，使得各种票据的伪造变得更加容易，数字水印技术可以增加伪造的难度。因此，研究数字技术非常有必要性。

2 基于DCT数字图像水印技术的研究

2.1 数字水印的概念

数字水印技术是指用信号处理的方法在多媒体数据中嵌入某些能证明版权归属或跟踪侵权行为的隐蔽的信息，这些信息通常是不可见的，不容易被人的知觉系统觉察或注意到，这些隐藏在多媒体内容中的信息只有通过专用的监测器或阅读器才能提取。通过这些隐藏在多媒体内容中的信息，可以达到确认内容创建者，购买者或判断内容是否真实完整的目的。水印系统所隐藏的信息总是与被保护的数字对象或它的所有者有关。

2.2 DCT数字图像水印的基本理论

其中图像二维DCT变换（M取8或16）有许多优点：

图像信号经过变换后，变换系数几乎不相关，经过反变换重构图像信道误差和量化误差将像随机噪声一样分散到块中的各个像素中去，不会造成误差累积，并且变换能将数据块中的能量压缩到为数不多的部分低频系数中去（即DCT矩阵的左上角）。对于给定图像f（m，n）存在两种DCT变换方法：一种是把图像f（m，n）看成一个二维矩阵直接对其进行DCT变换，然后嵌入水印，Cox[3]采用此种方法；另一种方法是与JPEG压缩标准相统一，先把图像分成8*8的不同小块，再分别对每一块进行DCT变换，进而嵌入水印，本文采用后一种方法嵌入水印。

一般数字水印应具有如下的特征：无论经过怎样复杂的操作处理，通过水印算法仍能检测到数字水印作品中的水印能力。即所谓的稳健性；通过水印算法，嵌入水印后不能最终导致图像的质量在视觉上发生明显变化，即视觉的不可感知性；通过数字水印算法能够抵御非授权人的攻击，同时检测可以检测到水印的概率，具有较高的安全性及有效性。

3 基于DCT的数字图像水印算法系统的设计与实现

3.1 MATLAB软件的介绍

MATLAB是目前最强大的编程工具之一，本文将利用MATLAB7.0软件进行基于DCT的数字水印算法的系统的设计和实现。

MATLAB语言简洁紧凑，库函数丰富，程序书写形式自由，运算符丰富，使用方便灵活。MATLAB具有结构化的面向对象编程的特性，可移植性好，且具有较强的图形编辑界面和功能强大的工具箱。同时，MATLAB中的源程序具有开放性，可以通过对其的修改使其变成新的程序。不足之处是，MATLAB的程序执行速度较慢。利用MATLAB研究数字水印技术集成了DCT等函数，方便了研究人员编写源程序，易实现。使用了MATLAB中很多的工具箱。

3.2 基于DCT的数字图像水印算法系统的设计与实现

3.2.1 需求分析

离散余弦变换（Discrete Cosine Transform）简称DCT，基于DCT域的数字水印算法，可以分为两大类，一类是直接对整幅图像进行DCT整体计算，然后嵌入水印。另一类是先将整幅图像分成块，对每一块分别进行DCT计算，最后再嵌入水印。由于分块DCT计算速度比整体DCT计算速度快得多，因此目前DCT域的水印方法大多数是采用的分块DCT方法。

基于DCT的数字图像水印算法系统的设计与实现，可以提供用户一个良好的交互手段，用户可以利用本系统进行水印的嵌入、提取、攻击等，本系统的可交互的，可视化的特点为用户研究基于DCT的数字图像水印算法提供了方便。

3.2.2 系统功能模块设计

（1）水印生成。通常是通过伪随机数发生器或混沌系统来产生水印信号，通常需要对水印进行预处理来适应水印嵌入算法。

（2）水印嵌入。水印嵌入的准则常用的有三种，分别为加法准则、乘法准则、加法乘法混合准则，混合准则近年来引起了人们的广泛关注。

（3）水印提取。指水印被提取出来的过程。

（4）水印检测。水印检测是指判断数字产品中是否存在水印的过程。

3.2.3 系统实现

一个完整水印系统的设计通常包括水印的生成、嵌入、提取和检测四个部分。

通过选取实验图片，点击导入图片，然后进行水印的嵌入，再对嵌入水印的图片进行高斯噪声、滤波、剪切、旋转等攻击实验后，可以继续提取水印，进行水印信号的检测。

（1）嵌入水印的过程。论文采用的是分块DCT算法，水印嵌入步骤如下：

1）将灰度宿主图像分成互不覆盖的8×8的块，然后对每一块都进行DCT变换，得到与宿主图像相同尺寸的DCT域；

2）我们用密钥生成长度为NW的Gaussian白噪声作为水印信号：W～N（0，1）；

3）将每个8×8的DCT系数矩阵从每一块的中频段取出（（64×Nw）/（M×N））个系数CK（i，j），k=1，2，…Bnum；

4）根据公式W′=W（1+alfa*mark）嵌入水印，其中alfa为尺度因子，mark为水印信息，W为原图象的分块DCT系数。

5）用得到的新的DCT系数对原来位置的DCT系数进行置换。

6）对新的DCT系数矩阵进行DCT反变换，得到了嵌入水印信号后的图像。

4 结束语

本论文是在应用了MATLAB7.0软件，设计和实现了完整的数字图像水印处理系统，包括水印的嵌入、提取与验证过程。所提出的方案均在该系统中进行了验证。

数字水印技术的发展时间虽然不长，但其在版权保护、内容的完整性以及认证方面都做出了一定的贡献。未来，数字水印在知识产权的保护、内容认证等方面会有一个更好的应用前景。我们应该抓住信息时代对于数字版权保护的迫切需求，开发出自己的水印产品。

参考文献：

[1]孙锐，孙洪，姚天任.多媒体水印技术的研究进展与应用[J].系统工程与电子技术，2003，25（6）：772-776.

[2]王丙锡，陈琦，邓峰森.数字水印技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.

[3]余成波，杨菁，杨如民，周登义.数字信号处理及MATLAB实现[M].北京：清华大学出版社，2005.

[4]王家文，李仰军.MATLAB7.0图形图像处理[M].北京：国防工业出版社，2006.

[5]张问银，梁永全.基于DCT的一种数字图像水印策略[J].山东：山东科技大学学报，2002.

[6]肖力.一种基于DCT域的数字水印的实现[J].鄂州大学学报，2005.

[7]Rafael C.Gonzalez，Richad E.Woods.阮秋琦，阮宇智译.数字图像处理[M].北京：电子工业出版社，2003.

[8]耿永军，朱雪芹.基于离散余弦变换的数字水印算法[J].郑州大学学报，2005.

[9]M.jiang，Z.jiang.A New Searchless Fractal Image Encoding Method Based on Wavelet Decomposition.Proceedings of the 6th World Congress on Intelligent Control and automatiaon，（2006）：83-86.

第14篇

关键词：舌诊；舌象客观化；舌体图像分割；图像分析；RGB；动态阈值

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)14-20910-02

1 引言

自古以来中医有四种诊断疾病的方法，那就是望、闻、问、切四诊。望诊就是医生通过视觉来观察病人的神、色、形和态的变化。总体来说，望诊包括一般望诊和舌诊两部分，一般望诊又包括望神、察色、望形态、望五官等，舌诊包括望舌质、望舌苔。舌质是舌的肌肉部分，舌苔是舌面附着的苔状物，舌质可以反映五脏的虚实，舌苔可以察外协浸入人体的深浅[1-2]。临床上通常把舌质和舌苔变化联系起来综合判断，一般是急性病重舌，慢性病重脉，因为舌象能准确及时的反映机体生理病理状况[3]。望舌诊病是中医长期实践积累的独特诊病手段。

2 舌象客观化的研究

传统的中医舌诊是由中医师根据自己的知识和经验用人眼观察，并在短时间内作出判断，其诊断结果受医生的知识水平、思维方式及诊断技巧的限制，也受光线温度等外界客观因素的影响，因此难免会出现某些误差，把淡黄色误作深黄色，红色误作淡红色等。为了消除人为因素的影响，使用现代数字图像处理及分析技术和现代的智能信息处理技术，使中医舌诊从主观诊断转向客观决策[4]，进行舌诊客观化的研究是非常有意义的，具有较好的前沿性和可操作性。

采用数字图像处理技术对舌象进行图像分析的研究始于80年代中期。孙立有等人，先对利用图像处理和模式识别进行舌诊客观化的研究提出了一种想法[5]，建议着重分析舌象的色度变化，并且贯彻中医的辩证观及整体观思想，为国内后来的舌诊客观化研究提出了一个方向。苏开娜等首次利用图像处理技术进行了舌苔润燥的分析，采用二分光反射模型讨论了舌苔图像上亮斑象素点在RGB 彩色空间的分布特征及亮度特征。本文主要探讨舌体区域自动分割的一种方法[6]。

3 用动态阈值法分割舌体区域

在舌体图像分割中，一般的分法是利用舌体的颜色与背景颜色的不同，把舌体区域从背景中分割出来。台湾国立中山大学蒋依吾等根据大量的观察实验指出舌体中舌尖舌边的RGB三色分量与周围皮肤由较大差异，提出了的边缘增强公式，进行舌体区域分割取得一定效果[7]。但是由于这种颜色差别仅存在于舌尖和舌边，不适用舌根部位，所以仅用颜色的差值来分割舌体是无法取得好的效果。本文参考上述公式，再利用舌体区域与背景区域存在的丰富边缘，用动态阈值的分法获取边缘并连接，在舌体图像分割中取得较好效果。

3.1 用RGB三色分量差值法分割舌体区域

设RGB色彩空间像素Vc=(r,g,b)，r,g,b∈[0…1]则有：

Gate=(r-g)+(b-g)*6+(r+g+b)/3

IF(gate(i,j)

Crf(i,j)=1;

ELSE Crf(i,j)=0;

其中(i,j)指像素在图像矩阵中的位置。gate(i,j)是RGB三色分量差值，Crf(i,j)为参考的二值化图像，Crf(i,j)=1指要分割出的目标区域，Crf(i,j)=0指背景区域。这样可以得到舌体中的舌边和舌尖的边缘，再通过舌体根部与上嘴唇出现的阴影区得到舌根边缘，这样就可以把整个舌体区域分割开来[8]。

3.2 用动态阈值法分割舌体区域

上述分法仅利用了颜色信息，很难把与舌体颜色相近的唇部区域去除，但是大部分舌体与唇部之间都存在一定的边缘，用动态阈值取出图像的灰度边缘，再加上上述方法取出的RGB三色分量差值得到边缘，分割舌体，这种方法会取得更好的效果。具体操作是：首先定位舌中的一点，然后取出沿图像四周的点与舌中此点连线的灰度值，计算连线中的最大梯度，取为待选边缘点。梯度的计算公式是grad(i)=gray(i)-gray(i+I)，其中grad(i)指在连线位置i处的梯度值；gray(i)是指在连线位置i处的灰度值。用RGB三色分量差值得到的舌体边缘点，将其记为coloredge (i)。最后比较灰度梯度得到的边缘点与用RGB三色分量差值得到的边缘点，选择最终边缘点，连接这些点，形成闭合区域，分割出舌体区域[9]。根据经验，选择最终边缘点的公式：

IF(rgad(i)

edge(i)=grad(i);

ELSEedge(i)=colordege(i);

4 结论

根据中医对分割出的图像的评价，把图像质量分为5个等级：优等，较好，中等，分割失败，未分割[10]。实验样本中基本涵盖了各种情况的舌图像，有舌面完全伸出覆盖下嘴唇的图像，也有未完全伸出的图像，也有露出上腭的图像。我们用上述的3.1和3.2方法分别对舌体区域进行分割实验。实验证明，3.1方法对于舌面伸出覆盖下嘴唇的图像有较好的效果，但对于舌面未完全伸出未覆盖下唇的图像分割效果很差。3.2方法对于上述两种图像都有较好的效果，但对于舌边缘模糊的图像分割效果较差。两种分割方法得到的效果图如下：

5 结束语

近年来计算机技术的迅猛发展，使舌诊客观化研究在方法上有了很大的进展，但仍存在许多问题亟待解决。在中医理论指导下和临床实践的参与下，利用计算机和图像处理技术对舌象作进一步的定性、定量分析，建立舌诊的客观统一识别标准，提高了舌象特征自动分析的准确性和实用性，推动了舌诊客观化系统的发展，这将是我们进一步研究的重点。

参考文献：

[1] 刘庆,岳小强.舌诊现代化研究的回顾与展望[J].中西医结合学报,2003,5(1):66-70.

[2] 沈兰荪,王爱民,王卫国,等.图像分析技术在舌诊客观化中的应用[J].电子学报,2001,12(A):1762-1765.

[3] 朱洁华,阮邦志,励俊雄,等.舌诊客观化研究的一种图象处理方法[J].中国生物医学工程学报,2001,20(2):132-137.

[4] 王爱民,赵忠旭,沈兰荪.中医舌象自动分析中舌色、苔色分类方法的研究[J].北京生物医学工程,2000,19(3):136-142.

[5] 孙立有.利用计算机图像识别技术进行舌诊客观化研究的探讨[J].安徽中医学院学报,1989,5(4):5-7.

[6] 苏开娜,卢翔飞.基于图象处理的舌苔润燥分析方法的研究[J].中国图象图形学报,1999,4(增刊):345-348.

[7] 蒋依吾,陈建仲.电脑化中医舌诊系统[J].中国中西医结合杂志,2002,20(2).

[8] 沈兰荪,赵忠旭.基于图像处理的中医舌像分析仪的研究[J].国外电子测量技术,1999(6):33-35.

[9] 王爱民.用于舌诊客观化的图像分析技术的研究[D].博士学位论文,北京:北京工业大学,2001.

第15篇

一、引言

遥感是20世纪中后期发展起来的一门新兴学科，现已在社会生产生活中发挥着重要作用。遥感科学具有理论性和实践性联系紧密的特点，而其关键技术之一是遥感软件应用，它是地理学科学类、测绘科学类本科专业的一门重要实践课程，主要涉及地理学、计算机、数学、物理等多学科理论和方法，为培养遥感图像处理及利用遥感数据进行地学分析人才而服务的。

随着我国地理信息产业产值快速提升，社会对遥感应用型人才需求量迅速增加，因此，高校培养实践能力强的创新型专业人才意义重大。《中华人民共和国高等教育法》中明确提出高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才，发展科学技术文化，促进社会主义现代化建设。但在课程实践教学以及学生实习见习（如易智瑞（中国）信息技术有限公司、北京超图软件股份有限公司等GIS公司）过程中发现，现实人才培养情况与实际社会需求之间尚有差距。具体表现为学生在遥感图像处理方法与遥感软件应用技能等方面的滞后性，不能胜任工作岗位，从而导致学生就业压力大、就业困难等问题。

传统的教学模式，即掌握基本概念、到深入了解理论知识、最后再到实践和应用，要求老师必须按照课程教学大纲完成教学任务，在教学内容上不能有任何遗漏，而且还要人为划出重点和难点，过于追求全面和标准化，存在一定弊端。同时遥感与相关学科交叉领域的发展，促使新的遥感技术和方法不断涌现，这也决定遥感课程的教学内容需要不断更新。

为培养创新型高素质的实用人才，提高学生就业能力，遥感软件应用课程在教学内容、教学方法和手段等方面都亟需进行有针对性的教学改革。因此，笔者结合所在学校GIS专业的特点，立足培养学生的遥感软件实践操作能力，在遥感软件（ERDAS IMAGE）应用课程实践教学过程中进行改革和探索。

二、教学内容的改革

（一）教材内容选排

通过对现有教材（如杨昕等编著，科学出版社的《ERDAS遥感数字影像处理实验教程》；党安荣等编著，清华大学出版社的《ERDAS IMAGINE遥感数字图像方法》等）内容进行详细对比分析，选择最优章节内容，并对其进行合并和调整（表1）。

（二）前沿知识与技术扩充

遥感科学与技术发展快速，不断出现新的技术和方法，但是现有教材或参考书不能及时更新和追踪最新前沿技术，其部分知识已不能满足现代社会发展的需要，然而学生又有了解最新知识的迫切要求。因此，适时将遥感数字图像处理紧密相关的国内外前沿论文和研究案例引入到教学过程中，能够很好地激发学生探索知识的欲望。此外，将教师自身科研过程和成果融入课堂教学中，能够做到基础理论与实践应用相结合、系统性和前瞻性相结合，起到以身示范的作用，有助于调动学习的积极性，提升学生的学习兴趣，提高学生的实践动手能力，培养其进行遥感地学分析的能力。

（三）教学内容改革中需注意的问题

在授课过程中，避免按软件的功能模块来讲授，而是以解决实际遥感地学分析问题为导向。将接近或属于同一专题分析的功能模块组织成有机的整体，按遥感图像处理的流程设计教学内容，通过多个功能模块或菜单的综合系统学习，使学生能够解决具体的遥感地学分析问题。如遥感图像的导入、多波段合成、几何精校正、投影变换等功能模块，在教学过程中，可将上述操作内容组织成一个整体进行施教，用以分析学校所在城市的土地利用变化监测案例问题。

在教学实践过程中，可采用如下措施来完成教学改革尝试和经验积累，首先，将多媒体讲授与启发式讨论相结合，教师进行基本理论复习，并结合具体问题，启发学生主动思考，跃课堂气氛，提高学习积极性。其次，教师先演示软件，并强调实践过程中可能遇到的问题，后让学生自己动手操作。再次，教师随机指导并收集学生存在的问题，下课前，对学生普遍存在的问题，进行总结和强调。最后，将教师自身科研中的典型例子数据，放置实验室FTP上，便于学生利用实例数据解决实际问题，培养学生科研兴趣和创新能力。在上述实践教学过程中，更要不断总结和优化，最终对该门课程的教学内容和计划进行修订和完善。

三、教学方法和手段的改革

（一）问题为导向启发学生，调动学生学习积极性

遥感软件应用的部分图像处理算法理论较为抽象、学生难于理解，理论知识理解的不透彻致使学生在实际的软件操作中受挫。授课时，教师应以问题为导向来启发学生，引导学生从多角度思考问题，从而激发其学习兴趣，在兴趣的基础上提高其动手操作的灵活性。例如，在讲遥感影像分割时，先通过一个实例让学生明白为什么要进行影像分割，再引出遥感影像分割技术，最后介绍软件实现方法。这样做就可创造良好的教学情境，使学生以目标为导向，在对比、类比的过程中接受并消化知识。此外，把部分操作过程布置为作业，让学生课下通过查阅资料、上网等途径提出解决方案，经课堂上讨论后，再由老师作详细的阐述，再对学生讨论中的一些问题进行补充。对于课程内容中关键性、重点性的问题，教师不仅在理论知识讲解时采用经典的案例进行解释，还要在实验课上与同学一起进行实验操作。也可通过测验、考试和鼓励学生参加有关GIS比赛等形式提高学生对遥感软件的兴趣，以增强学生对于实践创新能力的培养。

（二）注重实际操作能力提升

遥感软件应用课程要求学生具有较强的实践能力，能够独立解决地学问题。因此必须通过实践操作，使学生加深对遥感数字图像基础理论的理解，如遥感影像的辐射校正、几何精校正、遥感影像增强、影像运算以及遥感影像分类等。在实践操作中，验证并理解理论知识，深化学生对遥感科学的认识，不断提升遥感地学分析的能力，并且在实践中逐步培养学生的创新思维，把学生塑造成为满足当今社会需要的专业应用型人才。

（三）加强编程能力培养

为使学生系统地掌握本学科的基本原理和典型算法，不仅要求学生掌握通用的商业软件解决实际问题，还要强调通过编写程序代码进行遥感数字图像处理。以往教学实践，常用MATLAB进行辅助教学，并取得较明显效果。此外，IDL是进行二维或多维数据可视化、分析和应用开发的理想软件工具，IDL本身是集可视化、交互数据分析、大型商业开发为一体的高级集成开发环境，通过它可以很容易的构建图像处理与分析可视化的系统。因此，教学过程中，建议结合IDL语言灵活构建图像处理算法，进而实现海量遥感数据的批处理等功能。

（四）强化应用能力训练

为了提高学生就业能力，我校针对GIS专业本科生的实际情况，在学生已掌握GIS专业基本理论知识的情况下，专门安排一学期的时间到涉及GIS的企业或公司进行实习（本校的实践教学基地）。学生实习期间在GIS有关的应用研究、技术开发、生产管理和行政管理等领域观摩见习，能够检验其所学知识的实用性、了解GIS专业领域技术最新发展进程，并将实习期间遇到的专业性问题及时反馈给老师。如此一来不仅能够增强学生的实践操作能力，使其在实习工作中找到自我存在的价值、提高进一步学习的兴趣，同时教学相长也能促进教师教学水平的不断提升。实习期结束后如果公司同意还可以直接签约履职，从而缓解学生就业压力。实现GIS专业从人才培养到实习就业的有机结合。