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工矿自动化 2024年第2期50卷 72-82页

作者：朱代先秋强孔浩然胡其胜刘树林西安科技大学通信与信息工程学院陕西西安710054 西安科技大学电气与控制工程学院陕西西安710054

图像匹配是同步定位与地图构建(SLAM)技术中极为重要的一环,用于根据图像之间的变换关系确定相机位姿。基于线特征的图像匹配方法具有较强的鲁棒性和抗噪能力,更加适用于井下图像匹配,基于深度学习的线描述符对线段遮挡等场景具有较高... 详细信息

图像匹配是同步定位与地图构建(SLAM)技术中极为重要的一环,用于根据图像之间的变换关系确定相机位姿。基于线特征的图像匹配方法具有较强的鲁棒性和抗噪能力,更加适用于井下图像匹配,基于深度学习的线描述符对线段遮挡等场景具有较高的鲁棒性,性能优于传统描述符,但卷积神经网络架构的描述符将可变长度线段抽象为固定维进行描述,不利于线段长度及视差变化较大图像的匹配。针对上述问题,提出一种基于直线段检测和线描述符的矿井图像线特征匹配算法。在频域利用单参数同态滤波降低图像的照射分量,并增强反射分量,提升亮度及对比度;在YUV空间利用对比度受限的自适应直方图均衡化(CLAHE)算法对亮度分量进行均衡,使亮度分布更加均匀;变换至RGB空间提取直线段检测(LSD)线,引入一种基于Transformer架构的LT描述符构建LSD线的特征向量,最后完成线特征匹配。实验结果表明:该算法结合了同态滤波和CLAHE算法的优点,增强后图像的亮度适中,对比度良好,灰度分布均匀,增强效果优于单参数同态滤波算法、EnlightenGAN算法;该算法提取的线特征数较原图平均提升了32.92%,在不同相似纹理占比、不同程度旋转与平移变化的井下图像匹配中鲁棒性好,平均正确匹配数为61.75对,平均精度为86.83%,优于线二进制描述符(LBD)算法、LBD_NNDR算法、LT算法,能够满足矿井图像稳健匹配的需求。

关键词：矿井图像匹配线特征匹配单参数同态滤波 CLAHE算法直线段检测 LSD线 LT描述符线描述符

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基于图像的指针式仪表示数读取系统的研究与设计

基于图像的指针式仪表示数读取系统的研究与设计

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作者：胡秀军江南大学

学位级别：硕士

指针仪表在日常生活与工业领域中有着十分广泛的应用,如何对此类仪表的示数进行高效、精确地自动读取变得十分重要。仪表示数读取主要分为仪表检测、表盘校正、指针定位、示数计算四个方面。目前,基于图像的指针仪表示数读取方法由于光... 详细信息

指针仪表在日常生活与工业领域中有着十分广泛的应用,如何对此类仪表的示数进行高效、精确地自动读取变得十分重要。仪表示数读取主要分为仪表检测、表盘校正、指针定位、示数计算四个方面。目前,基于图像的指针仪表示数读取方法由于光照变化、指针阴影以及仪表图像上无关信息干扰的影响,指针定位仍是当前算法重点研究的问题,本文针对此问题,通过图像处理和深度学习的相关技术进行了研究,具体研究工作如下:1.针对光照变化、指针阴影等干扰因素导致指针定位效果不佳的问题,提出一种基于单参数同态滤波与全局对比度增强的指针仪表示数读取方法。通过设计一种单参数指数型同态滤波器来增强仪表图像对光照变化的适应性;利用全局对比度图像增强算法来突出表盘信息区域;通过阈值化分割、连通域处理、形态学处理提取指针区域,进而实现指针中心线定位;最后通过方向判断机制确定指针偏转角度。仿真实验表明,所提算法能够在不同光照变化和存在指针阴影的条件下准确提取指针区域,且示数读取的平均绝对误差为0.011,平均引用误差为0.20%,每张图片平均耗时为0.243s。2.针对YOLOv3网络在仪表检测过程中,存在模型参数复杂、计算量大的问题,利用MobileNetv3网络将标准卷积分解为深度卷积和点卷积来减少参数量的特点,将MobileNetv3作为YOLOv3的主干网络,利用轻量化的YOLOv3-MobileNetv3网络对仪表目标图像进行检测;针对Unet++在提取指针过程中,仪表训练样本不均衡导致预测结果全黑的问题,利用Dice系数损失函数将预测结果与真实标签之间的交并比最大化的特点,将其作为Unet++的损失函数,解决了预测结果全黑的问题;通过方向判断机制来确定指针直线的偏转角度,并采用角度法完成仪表示数计算。仿真实验表明,仪表检测平均耗时为0.036s,指针提取精度为95.47%,都有了明显提升,且示数读取的平均绝对误差为0.008,平均引用误差为0.13%。3.为了将仪表示数读取算法进行应用,在本文提出方法的基础上,设计并实现了一个指针仪表示数自动读取系统。该系统主要由可视化读取、图像显示、日志记录以及一键读取模块等四大模块组成。系统采用第四章提出的检测算法与分割算法对仪表与指针分别进行检测与提取,通过友好的可视化交互模块不仅可以实时查看示数读取的处理过程,也便于用户操作和管理。仿真实验结果表明,本章系统读取仪表示数平均耗时为0.07s,能够满足仪表示数读取的实际应用需求。

关键词：指针仪表示数读取系统单参数同态滤波仪表检测指针分割

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