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基于图像处理的熔体界面性质分析系统的研究与实现

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基于图像处理的熔体界面性质分析系统的研究与实现

作者：赵瑶池中南大学

学位级别：硕士

熔体的表面性质、界面性质是研究熔体界面动力学的基础。表面张力是液体表面性质的重要参数,测量熔体表面张力有着重要的意义。由于摄像技术和数字图像技术的发展,滴外形法逐渐成熔体表面性状参数测量最重要的方法之一。本文以滴外形... 详细信息

熔体的表面性质、界面性质是研究熔体界面动力学的基础。表面张力是液体表面性质的重要参数,测量熔体表面张力有着重要的意义。由于摄像技术和数字图像技术的发展,滴外形法逐渐成熔体表面性状参数测量最重要的方法之一。本文以滴外形法的理论为指导,对熔体图像进行分析研究,开发了一个基于数字图像处理的熔体界面性质分析系统。该系统输入熔体图像,对图像进行分割,轮廓提取,得到表征熔体表面或界面的数据,再对数据进行优化计算得到熔体表面张力等参数。图像分割是整个熔体界面性质计算软件中至关重要的一个环节。本文针对熔体图像的特点,并考虑实验条件限制以及几种应用于熔体图像分割算法的缺陷性,着重研究了具有抗噪声、光照影响的图像分割方法。改进了Otsu算法以及基于最大熵的二维直方图分割方法,实验结果表示该方法能够有效地改善熔体图像的分割效果。为了确保系统的实时性,本文将遗传算法应用到图像分割中来。利用熔体图像的先验知识,优化了遗传算子的参数设置,在保证分割质量的前提下,利用遗传算法的并行性特点,极大地提高了分割速度。对于某些受噪声、光照严重干扰的熔体图像,在图像分割后得到的界面曲线可能仍不理想,通过对熔体界面曲线大量的实验分析,得到熔体界面的最佳拟合模型为三次多项式函数。在此基础上设计出了熔体界面曲线的拟合方法。最后根据滴外形法的理论,借助最优化等数学工具,得到熔体表面、界面性质参数。综合上述三个部分,本文在VC++6.0平台上实现了全部算法,开发了一个完整的熔体图像界面分析系统。论文最后对整个论文的工作进行了总结,并指出了不足与待研究探索的方向。

关键词：表面张力滴外形法图像分割最大熵

基于纹理差异度引导的DRLSE病虫害图像精准分割方法

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农业机械学报 2015年第2期46卷 14-19页

作者：赵瑶池胡祝华白勇曹凤勤海南大学信息科学技术学院海口570228 海南大学环境与植物保护学院海口570228

为精准分割纹理背景下的病虫害目标,提出一种基于混合高斯模型的纹理差异度表示方法和基于纹理差异度引导的DRLSE农作物病虫害精准分割方法。采用基于混合高斯模型的纹理差异度表示方法得到纹理差异度图像,利用Otsu自动阈值分割和形态... 详细信息

为精准分割纹理背景下的病虫害目标,提出一种基于混合高斯模型的纹理差异度表示方法和基于纹理差异度引导的DRLSE农作物病虫害精准分割方法。采用基于混合高斯模型的纹理差异度表示方法得到纹理差异度图像,利用Otsu自动阈值分割和形态学后处理得到农作物病虫害DRLSE演化的初始区域,将基于改进纹理差异度的边缘停止函数应用到DRLSE演化中。实验结果表明该方法可以获得精准的害虫和病变区域轮廓。

关键词：病虫害图像分割混合高斯模型活动轮廓模型距离规则水平集演化纹理差异度

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一种对光照具有鲁棒性的图像分割方法

计算机应用研究 2005年第9期22卷 154-155,158页

作者：赵瑶池蔡自兴中南大学智能系统与智能软件研究所湖南长沙410083

研究了灰度图像的OTSU(最大类间方差)自动阈值分割法。OTSU方法作为一种单一阈值的分割方法,当图像受光照和反射光等的影响明显时,将会出现严重的误分割现象。考虑到OTSU方法的最大类间方差化的思想,根据灰度图像的像素点灰度的直方图... 详细信息

研究了灰度图像的OTSU(最大类间方差)自动阈值分割法。OTSU方法作为一种单一阈值的分割方法,当图像受光照和反射光等的影响明显时,将会出现严重的误分割现象。考虑到OTSU方法的最大类间方差化的思想,根据灰度图像的像素点灰度的直方图分布、空间分布,提出了一个新的分割阈值方法。先根据OTSU方法的特点自设计一个函数,对图像进行变换,以便后面的处理,再对其图像以改进的OTSU方法进行分割。通过对化学实验中两种液体的拍摄图片及数字图像处理中标准图片进行试验,理论分析与实验结果表明:该方法能够对受光照及反射光影响大的图像实现正确的分割,将目标图像清晰地从背景中分割出来。

关键词：图像处理图像分割阈值分割最大类间方差

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基于改进DRLSE的运动目标分割方法

浙江大学学报（工学版） 2014年第8期48卷 1488-1495页

作者：胡祝华赵瑶池程杰仁彭金莲海南大学信息科学技术学院海南海口570228

为了得到精准、连续的运动目标轮廓,提出将帧间差分法和改进的距离规则水平集演化(DRLSE)方法结合应用于运动目标分割.采用帧间差分法得到运动目标的初始轮廓;使用在能量泛函的外力项中融入运动序列时空变化信息的DRLSE方法进行轮廓演化... 详细信息

为了得到精准、连续的运动目标轮廓,提出将帧间差分法和改进的距离规则水平集演化(DRLSE)方法结合应用于运动目标分割.采用帧间差分法得到运动目标的初始轮廓;使用在能量泛函的外力项中融入运动序列时空变化信息的DRLSE方法进行轮廓演化,避免演化受背景边缘干扰,得到精准的运动目标轮廓;根据精准目标轮廓的反馈估计运动方向,并结合帧间差分法为后续的DRLSE提供一个较佳的初始轮廓,能显著提高运动目标的分割速度.实验结果表明,与现有算法相比该改进方法能够更精确、更快地得到运动目标轮廓.

关键词：活动轮廓模型(ACM) 距离规则水平集演化(DRLSE) 图像分割帧间差分运动目标分割

权重约束AdaBoost鱼眼识别及改进Hough圆变换瞳孔智能测量

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农业工程学报 2017年第23期33卷 226-232页

作者：胡祝华张逸然赵瑶池曹路白勇黄梦醒海南大学信息科学技术学院海口570228 海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室海口570228 天津大学计算机科学与技术学院天津330350

针对传统鱼眼瞳孔直径测量方法耗时、耗力,且数据主观性强的问题,该文提出基于权重约束AdaBoost和改进Hough圆变换的鱼眼瞳孔直径智能测量方法。首先,利用工业相机采集实验板上的鱼图像,从正负鱼眼图像样本中训练出基于权重约束AdaBoos... 详细信息

针对传统鱼眼瞳孔直径测量方法耗时、耗力,且数据主观性强的问题,该文提出基于权重约束AdaBoost和改进Hough圆变换的鱼眼瞳孔直径智能测量方法。首先,利用工业相机采集实验板上的鱼图像,从正负鱼眼图像样本中训练出基于权重约束AdaBoost算法的鱼眼分类器;然后,采用该分类器对试验图像进行检测,将检测到的鱼眼局部图从整体图中分离出来;最后,采用改进的Hough圆变换检测出鱼眼的瞳孔,并计算得到瞳孔直径。对100条金鲳鱼进行试验,鱼眼分类精度达97.1%,瞳孔正确检测率达94.2%,相比改进前分别提升了1.7个百分点和10.5个百分点,与人工测量瞳孔直径值的平均偏差为6.5%,比改进前低了5.9个百分点,总的平均测量时间为324.371 ms,比改进前减少了10.707 ms。试验证明:该文提出的方法能够精确、实时、自动地测量出鱼眼瞳孔的直径,有效避免了传统测量方式的复杂性和测量数据的主观性,可为鱼体生长状况评估、良种选育提供重要参考。

关键词：水产养殖图像处理测量鱼眼识别瞳孔计算机视觉 AdaBoost 改进Hough圆变换

TOHF：针对资源受限室内VSLAM的特征提取器

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系统仿真学报 2024年

作者：李若晴赵瑶池胡祝华戚文璐刘广丰海南大学网络空间安全学院海南大学信息与通信工程学院

现有VSLAM特征提取器在室内环境中表现出对纹理和光照变化的敏感性，易于在复杂环境下产生漏检和误检。此外，特征点在纹理丰富区域的聚集和冗余，使地图构建过度依赖局部信息，增加建图失败的风险。特别是在硬件资源受限的情况下，还... 详细信息

现有VSLAM特征提取器在室内环境中表现出对纹理和光照变化的敏感性，易于在复杂环境下产生漏检和误检。此外，特征点在纹理丰富区域的聚集和冗余，使地图构建过度依赖局部信息，增加建图失败的风险。特别是在硬件资源受限的情况下，还会带来存储开销问题。针对这些问题，本文提出了一种面向纹理的均匀FAST特征提取器（Texture-Oriented and Homogenized FAST Feature Extractor，TOHF）。我们结合HVS（Human Visual System），采用二阶段阈值策略来更敏感地应对纹理的清晰度和复杂度差异。其次，我们根据特征点密度的变化来动态调整特征点的分布，在兼顾计算效率和存储开销的同时，保证特征点分布结构信息。我们在资源受限设备录制的数据集和官方EuRoc数据集上基于ORB-SLAM3框架开展实验，采用匹配率、重投影误差、绝对轨迹误差（ATE）和耗时作为评估指标。实验结果表明，TOHF在视觉加惯导模式下带来更高精度和鲁棒性的同时，仍满足实时性要求。

关键词： VSLAM HVS 特征提取 ORB-SLAM3 纹理

基于自适应阈值和速度优化的轻量化语义VSLAM方法

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：齐浩付悦欣胡祝华吴佳琪赵瑶池海南大学信息与通信工程学院海南大学网络空间安全学院

视觉同步定位与地图构建（Visual Simultaneous Localization and Mapping，VSLAM）是一种利用视觉等传感器来获取未知环境信息的技术，广泛应用于无人驾驶、机器人、增强现实等领域。然而，室内场景下的VSLAM对动态对象进行像素级的语... 详细信息

视觉同步定位与地图构建（Visual Simultaneous Localization and Mapping，VSLAM）是一种利用视觉等传感器来获取未知环境信息的技术，广泛应用于无人驾驶、机器人、增强现实等领域。然而，室内场景下的VSLAM对动态对象进行像素级的语义分割存在较高的计算开销，并且光照变化使得动态物体的外观也发生变化，导致它们与静态环境产生遮挡或混淆。针对以上问题，提出了一种基于自适应阈值和速度优化的轻量化语义VSLAM模型。首先，采用了轻量化的一阶段目标检测网络YOLOv7-tiny，并结合光流算法，有效地检测了图像的动态区域，并对不稳定特征点进行了剔除。同时，特征点提取算法基于输入图像的对比度信息，自适应地调整阈值。然后，结合二进制词袋与局部建图线程精简的优化方法，加快了加载和匹配速度，提高了系统在室内动态场景下的运行速度。实验结果表明，本文算法在室内高动态场景下能够有效地剔除动态特征点，提高了相机的定位精度。在运行速率方面平均处理速度达到了19.8FPS，在实际场景下可以满足实时性的需求。

关键词： VSLAM 动态场景 YOLOv7-tiny 自适应阈值

基于图像处理和线性拟合的鱼体尾柄测量方法研究

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渔业现代化 2017年第2期44卷 43-49页

作者：胡祝华曹路张逸然赵瑶池海南大学信息科学技术学院海南海口570228 南海海洋资源利用国家重点实验室(海南大学) 海南海口570228

水产养殖场内的鱼体尾柄测量在养殖管理中有着重要意义。目前的尾柄测量方法主要依靠人工,操作复杂、效率低,且结果主观性强。研究提出一种基于图像处理和线性拟合的鱼体尾柄测量方法。首先在养殖场通过装置采集图像,通过边缘检测和轮... 详细信息

水产养殖场内的鱼体尾柄测量在养殖管理中有着重要意义。目前的尾柄测量方法主要依靠人工,操作复杂、效率低,且结果主观性强。研究提出一种基于图像处理和线性拟合的鱼体尾柄测量方法。首先在养殖场通过装置采集图像,通过边缘检测和轮廓提取得到鱼体的外部轮廓,基于鱼的形态特征这一先验知识,提取到尾柄感兴趣区域,最后对尾柄区域进行角点检测和最小二乘直线拟合,得到尾柄线长度。结果显示,该方法平均测量耗时1.01 s,平均测量偏差0.34 mm,测量精度达到95%以上。采用该方法不仅可以解决人工测量操作繁琐、主观性强等问题,而且能够避免测量过程耗时过长,为鱼体尾柄的大批量非接触式测量提供有效新途径。

关键词：鱼体尾柄长度测量图像处理最小二乘直线拟合湛江流沙港

BPNN改进卡尔曼滤波算法对课程思政效果评价的验证研究

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重庆理工大学学报（自然科学） 2024年第10期38卷 132-138页

作者：陈新田柯安刘星悦唐敏赵瑶池海南大学物理与光电工程学院海口570228 海南大学计算机科学与技术学院海口570228 海南大学数学与统计学院海口570228 海南大学生态与环境学院海口570228 海南大学网络空间安全学院海口570228

教学效果评价及其验证是高校课程思政实施过程中的重要环节,也是目前教学评价改革中亟待解决的难点之一。为了验证、反馈和优化教学效果评价,在课程思政教学实践的基础上,通过预测实施课程思政的教学效果,构建了结合反向传播神经网络(ba... 详细信息

教学效果评价及其验证是高校课程思政实施过程中的重要环节,也是目前教学评价改革中亟待解决的难点之一。为了验证、反馈和优化教学效果评价,在课程思政教学实践的基础上,通过预测实施课程思政的教学效果,构建了结合反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)的卡尔曼滤波算法(Kalman filter,KF)模型。利用BP神经网络优化KF模型中的状态参数,通过KF滤波信息来反向验证和优化课程思政效果经验评价模型。Matlab运算结果表明,与传统KF算法相比,基于BP改进的KF算法的预测获得了较理想的结果。

关键词：效果评价验证卡尔曼滤波反向传播神经网络课程思政