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焊点压痕图像采集实验系统设计及图像预处理分析

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实验技术与管理 2023年第9期40卷 35-40页

作者：张旭强万渤麟于志浩中国石油大学(华东)机电工程学院山东青岛266580

焊点压痕特征能够反映电极磨损和焊点质量的变化,然而压痕特征不规则且难以量化提取的特点制约了对压痕特征、电极磨损和焊点质量关系的进一步研究,因此该研究利用图像识别方法实现对压痕特征的量化提取。首先,设计了压痕特征图像采集... 详细信息

焊点压痕特征能够反映电极磨损和焊点质量的变化,然而压痕特征不规则且难以量化提取的特点制约了对压痕特征、电极磨损和焊点质量关系的进一步研究,因此该研究利用图像识别方法实现对压痕特征的量化提取。首先,设计了压痕特征图像采集实验系统,包括CCD相机、镜头、光源等硬件设计;然后,标定图像采集系统;最后,基于采集的特征图像,对比分析了中值滤波、均值滤波与高斯滤波方法对压痕特征图像预处理的影响。结果表明,中值滤波对焊点压痕特征图像具有较好的降噪效果。

关键词：焊点压痕图像预处理点焊实验系统

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光电系统图像预处理算法研究及FPGA实现

光电系统图像预处理算法研究及FPGA实现

作者：党榕西安科技大学

学位级别：硕士

实时采集的光电视频图像受到成像环境、电子元器件特性及传感器材质等各种因素的影响,往往存在噪声污染严重和轮廓模糊的问题。为了降低图像的混合噪声、细化图像边缘,且满足实时需求,本文通过研究并改进图像预处理相关算法,设计一个基... 详细信息

实时采集的光电视频图像受到成像环境、电子元器件特性及传感器材质等各种因素的影响,往往存在噪声污染严重和轮廓模糊的问题。为了降低图像的混合噪声、细化图像边缘,且满足实时需求,本文通过研究并改进图像预处理相关算法,设计一个基于FPGA的光电图像采集及预处理系统,具体研究内容如下:(1)针对传统滤波算法去噪单一和边缘检测算法精度较低的问题,提出一种改进的图像预处理算法:滤波方面在传统中值滤波及均值滤波的基础上,使用一种修正的阿尔法均值滤波算法,可以有效抑制混合噪声,改善传统滤波算法去噪的单一性;边缘检测方面使用一种形态学边缘检测算法,在传统Sobel算子的基础上,结合形态学腐蚀膨胀算法,更好地提取并细化图像边缘。改进算法通过MATLAB平台加以验证,实验结果表明,改进算法较传统算法去噪及边缘检测的效果更好。(2)搭建实时视频图像采集系统。系统包括图像采集模块、数据存储模块以及图像显示模块。图像采集模块选用CMOS摄像头采集实时图像;数据存储模块选用SDRAM芯片进行数据缓存,并调用SDRAM控制器IP核进行相关控制;图像显示模块调用视频输出IP核实现VGA时序,完成预处理后图像的实时显示。(3)对改进后的图像预处理算法进行优化设计,移植于FPGA平台实现。其中,修正的阿尔法均值滤波主要包含边界点填充、窗口生成、全比较排序以及加法树求和等子模块;形态学边缘检测主要包含梯度计算、阈值比较、腐蚀、膨胀等子模块。将设计好的图像预处理算法依次加入实时视频图像采集系统,实现光电图像的采集及预处理。系统完成后上板进行结果验证。对各模块进行编译综合,逐层叠加算法,观察实验结果。实验结果表明,本系统有效抑制了噪声且细化了图像边缘,处理后图像的峰值信噪比提升了 2.42dB,且每帧图像的处理时间达到约0.033s。经过系统分析得出,本文系统处理效果较好且具有实时性,在实时图像处理中具有一定的参考价值。

关键词：图像预处理修正的阿尔法均值滤波形态学边缘检测 FPGA

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美甲图像预处理及分割方法研究

美甲图像预处理及分割方法研究

作者：尹海畅天津工业大学

学位级别：硕士

工业产品的自动分拣是生产中的重要步骤,本文以美甲产品的自动分拣项目为背景,开展了在复杂生产环境下美甲产品的准确识别与抓取的关键技术研究。针对美甲产品图像中存在噪声干扰及光照变化等问题,实现了美甲产品图像预处理与分割算法... 详细信息

工业产品的自动分拣是生产中的重要步骤,本文以美甲产品的自动分拣项目为背景,开展了在复杂生产环境下美甲产品的准确识别与抓取的关键技术研究。针对美甲产品图像中存在噪声干扰及光照变化等问题,实现了美甲产品图像预处理与分割算法的研究。具体研究内容如下:为了改善双边滤波方法的去噪和保边效果,并且提升滤波方法的适应性,提出了基于参数自适应的双边滤波去噪方法。由于图像平坦区域像素点间灰度值差异小,图像边缘区域像素点间灰度值差异大,因此,根据像素点间灰度值的差异,构造了自适应的权重参数,令图像平坦区域与边缘区域的像素点权重根据像素点间灰度值差异而自适应变化,由此能够更完整地保留图像的边缘信息,提升去噪效果。实验结果表明,相比于现有的双边滤波方法,改进方法去噪后图像的峰值信噪比、结构相似性与边缘保持度均有所提升,验证了改进方法的有效性。基于传统CV模型的图像分割方法对灰度不均匀图像分割的效果较差,无法区分目标与背景,为此提出了改进的CV模型。将Sobel边缘检测算子与CV模型相结合,利用Sobel算子计算的图像边缘梯度信息构造新的边缘函数,通过边缘函数与能量函数共同控制轮廓曲线演化至目标轮廓处,从而完成对目标的分割。由于本文的改进模型基于图像的灰度信息与边缘梯度信息对图像目标进行分割,因此,能够改善CV模型对灰度不均匀图像分割不准确的问题。实验结果表明,改进模型能够准确分割灰度不均匀图像中的目标,并且模型的迭代次数与运行时间相对更少,分割效率得到了提升。将改进的图像预处理与分割方法应用于美甲产品的识别与抓取中,实现了对美甲图像中产品的有效定位。根据项目的实际需求,基于美甲图像的分割结果,完成了美甲图像识别系统的设计,满足了后续生产需求。

关键词：美甲产品图像预处理双边滤波 CV模型识别系统设计

基于图像预处理和SSD的海胆目标检测算法研究

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基于图像预处理和SSD的海胆目标检测算法研究

作者：梁子祥广东海洋大学

学位级别：硕士

海胆在我国沿海地区有着悠久的养殖历史,随着国家经济不断发展,国民对海胆的需求日渐增长,因此对海胆捕捞提出巨大挑战。当前国内海胆捕捞主要依托人工打捞,其成本高、风险大,采用水下机器人打捞的方式必将成为主流。目前海胆水下机器... 详细信息

海胆在我国沿海地区有着悠久的养殖历史,随着国家经济不断发展,国民对海胆的需求日渐增长,因此对海胆捕捞提出巨大挑战。当前国内海胆捕捞主要依托人工打捞,其成本高、风险大,采用水下机器人打捞的方式必将成为主流。目前海胆水下机器人打捞技术还不够成熟,且水下环境复杂,如充满多种悬浮物、水下光强较弱等,对海胆水下机器人打捞技术提出挑战。海胆目标检测是海胆水下机器人打捞技术中的关键一环,由于水下环境较特殊,海胆图像易出现模糊、对比度低及颜色失真等问题,同时海胆目标尺寸偏小,对准确检测海胆目标造成极大阻碍。因此,海胆图像质量差、目标尺寸小成为海胆水下机器人打捞技术急需解决的主要问题。针对这两个问题,本研究主要做了以下工作:针对海胆图像质量差的问题,本研究提出改进暗通道先验(Dark Channel Prior,DCP)算法及自适应权重的带色彩恢复多尺度Retinex(Multi-Scale Retinex With Color Restoration,MSRCR)算法。(1)传统DCP算法在陆地场景除雾效果明显,但应用于水下图像场景会造成红色通道过度补偿问题。因此本研究提出改进DCP算法,根据水下环境特点,改进DCP算法针对蓝色通道及绿色通道进行建模处理。实验结果表明,改进DCP算法相比传统DCP算法可以更有效地提高海胆图像质量。(2)传统MSRCR算法的三个尺度权重系数相等,且水下环境复杂多样,所以传统MSRCR算法在水下场景中适应性较差,不能有效达到水下图像质量增强的效果。因此本研究提出自适应权重MSRCR算法,将图像从RGB空间转换至HSV颜色空间,并对其中的V通道像素进行暗、中、亮分类,分别计算这三类像素的似然概率,得到三个尺度的权重值,从而实现权重自适应。实验结果表明,自适应权重MSRCR算法相比传统MSRCR算法可以更有效地提高海胆图像质量。针对海胆目标尺寸小的问题,本研究提出基于特征融合模块与SSD(Single Shot Multi-Box Detector)的水下小目标检测算法。传统目标检测SSD算法具有目标检测速度快,检测精度高的优点,但直接使用SSD算法进行诸如海胆等水下小目标物体的检测,其效果并不理想,在此场景下SSD算法仍有改进空间。因此,本研究将特征融合模块与传统SSD算法相结合,从而提高SSD算法的小目标检测能力。特征融合模块将不同层次卷积层产生的特征图进行融合,保留了浅层小目标物体的语义信息,从而提高SSD算法对海胆小目标检测的精度。实验结果表明,改进后的SSD算法可以有效提高小目标检测能力。本研究提出的图像预处理算法及目标检测算法为当前海胆水下机器人打捞技术面临的问题,提供了一套完整解决方案,为水下机器人打捞技术发展做出贡献。

关键词：图像预处理改进SSD算法海胆目标检测

红外遥感图像预处理算法研究及其FPGA实现

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红外遥感图像预处理算法研究及其FPGA实现

作者：何佳欣华中科技大学

学位级别：硕士

红外遥感探测器各探元之间的响应往往存在差异,这种差异在扫描图像中易造成条带噪声问题,在凝视图像中易造成盲元问题。条带噪声和盲元的存在降低了图像质量,对后续处理产生不利影响。本文针对条带噪声和盲元问题,开展红外遥感图像预处... 详细信息

红外遥感探测器各探元之间的响应往往存在差异,这种差异在扫描图像中易造成条带噪声问题,在凝视图像中易造成盲元问题。条带噪声和盲元的存在降低了图像质量,对后续处理产生不利影响。本文针对条带噪声和盲元问题,开展红外遥感图像预处理算法研究,并将算法在FPGA平台实现。针对扫描型探测器所成图像的条带噪声问题,本文分析了现有的滑动窗口矩匹配算法的不足,在其基础上提出了一种基于检测分类的矩匹配条带噪声去除算法。首先根据条带列与非条带列的差异,设置合理的判别指标,进行条带检测。然后根据条带的成因和特点,将条带分为规则条带(子段)和非规则条带(子段)。最后使用矩匹配方法对规则条带(子段)进行修复,使用基于方向预测的插值方法对非规则条带(子段)进行修复。实验表明,本文算法能有效去除条带噪声,处理之后图像的质量和保真程度较高。针对凝视型探测器所成图像的盲元问题,本文提出了一种基于时空特性的盲元消除算法。在对原始红外图像进行背景抑制后,利用“3σ”法则对盲元进行初步检测。然后基于盲元与正常像元的局部灰度差异,提出了局部梯度对比的方法(LGCM),通过自适应阈值分割对盲元进行二次检测。在空域检测结果的基础上,对疑似盲元进行时域判断,生成动态盲元表。最后使用中值滤波方法对盲元进行补偿。实验表明,本文算法检测盲元的准确率较高,能有效消除图像中的盲元。为满足卫星遥感数据在轨实时处理的要求,本文将提出的条带去除算法和盲元消除算法分别在FPGA平台上实现。首先根据FPGA处理数据的特点,设计了算法的FPGA实现架构,对算法流程进行功能模块划分。然后在实现各子功能模块时,综合考虑计算复杂度、资源消耗量、计算速度,对多个关键处理步骤提出了相应的优化方法。最后搭建测试系统进行测试,测试结果表明在FPGA上设计实现的预处理算法功能正确,资源占用较少,数据处理的实时性高。

关键词：星载红外探测器图像预处理条带噪声盲元 FPGA

基于光电技术的RFID多标签网络图像预处理与回归分析研究

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基于光电技术的RFID多标签网络图像预处理与回归分析研究

作者：周善浩南京航空航天大学

学位级别：硕士

在物联网(Internet of Things,IOT)技术不断发展的背景下,射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)被广泛应用于物流、医疗等领域,是目前在自动化和物联网感知层的一项关键技术,也是当今时代最前沿的技术之一。RFID系统主要由读... 详细信息

在物联网(Internet of Things,IOT)技术不断发展的背景下,射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)被广泛应用于物流、医疗等领域,是目前在自动化和物联网感知层的一项关键技术,也是当今时代最前沿的技术之一。RFID系统主要由读写器、RFID标签、数据处理系统构成,其中RFID标签因为其随物体移动,应用环境多变复杂,极其容易受到外界干扰,所以针对RFID标签性能的优化备受关注。而大部分学者对此都选择从标签本身入手,即利用新材料或者新工艺来实现RFID标签性能的提高。然而,在超高频段(UHF)以上频段,由于存在大量标签同时识别的应用场景,多标签网络性能受很多因素影响,学术界对它的研究还不很深入,开展这些研究以提升多标签网络性能,确保RFID在物联网系统中的可靠稳定应用,将是该技术发展的关键。本研究主要针对RFID多标签几何分布优化中的多标签网络定位和性能分析过程,提出了基于图像去噪和角点检测的RFID多标签网络定位方法,并利用峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio,PSNR)和结构相似性(structural similarity,SSIM)评价图像去噪效果,同时还依据平均绝对误差和平均相对误差评估了多标签网络的定位精度。同时通过灰狼-支持向量机(gray wolf-support vector machines,GWO-SVM)算法进行回归分析得到了RFID多标签网络几何分布与RFID多标签网络性能的关系,本研究对RFID多标签网络定位以及几何分布寻优有着重要意义。本文的主要研究内容和创新工作如下:1.设计并构建了RFID标签性能动态测试平台。平台主要由RFID多标签网络、RFID图像采集系统、最远识读距离测量系统和RFID多标签三维坐标定位系统组成。通过RFID图像采集系统采集现实中随机排布的RFID多标签网络分布信息,采集的图像经过去噪处理后再通过RFID多标签三维坐标定位系统准确定位其中各个坐标的像素坐标,最后利用几何光学相似性原理将坐标的像素坐标转化为实际坐标。通过上述实验步骤,本研究将多组RFID多标签网络精确转化为坐标数据组并得到其对应的最远识读距离。2.提出了基于相空间重构和奇异谱分析(Singular Spectrum Analysis,SSA)的RFID去噪算法和基于改进核函数系数寻优过程的快速非局部均值(Non-Local Means,NLM)RFID去噪算法,通过对比两种算法与其他算法对不同RFID多标签图像的去噪效果,验证了本文算法的有效性。同时对NLM去噪算法的运行速度也进行了优化。3.提出了一种基于三维坐标定位的RIFD多标签网络回归分析方法。利用Harris角点算法得到图像角点,对角点进行筛选后得到预设原点和RFID标签四角的像素坐标,依据像元关系得到标签的实际坐标。通过定位110组不同分布的RFID多标签网络,分别计算各类多标签网络中每个标签x、y、z坐标的平均绝对误差和相对误差,证明了算法具有较高的RFID多标签网络定位精度;并利用GWO-SVM算法对RFID多标签网络几何分布与RFID多标签网络标签最远识读距离的关系进行了回归分析。本文以RFID多标签网络定位为研究课题,通过系统设计、算法优化和实验分析,验证了通过图像采集与基于去噪和角点检测的预处理技术定位RFID多标签实际三维网络坐标、利用坐标数据分析RFID多标签几何分布与其性能之间关系的可行性,对精确获取RFID多标签网络几何分布、探索几何分布对RFID多标签网络性能影响的研究具有重要的理论和实用意义。

关键词： RFID多标签网络光电技术图像预处理三维坐标定位回归分析

图像预处理方法对基于影像组学对胶质瘤MGMT基因状态预测影响的研究

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临床放射学杂志 2024年第09期 1456-1465页

作者：卫宏洋宗会迁张娅柳青史朝霞王静河北医科大学第二医院医学影像科河北医科大学第二医院医学装备部

目的基于随机森林分类器找到各常规MRI序列及各序列联合后最适合的图像处理方法，并联立各经过最适合的图像处理方式的序列建立一个术前预测胶质瘤MGMT基因甲基化状态的影像组学模型。方法回顾性搜集了104例（河北医科大学第二医院数... 详细信息

目的基于随机森林分类器找到各常规MRI序列及各序列联合后最适合的图像处理方法，并联立各经过最适合的图像处理方式的序列建立一个术前预测胶质瘤MGMT基因甲基化状态的影像组学模型。方法回顾性搜集了104例（河北医科大学第二医院数据75例，TCIA公共数据集29例）,经病理证实为MGMT基因甲基化（56例）和非甲基化（48例）的胶质瘤患者的T1WI、T2WI、FLAIR、CE-T1WI图像。然后，由两名医师进行感兴趣区勾画，勾画范围包括瘤周水肿区、坏死区、实质区。之后对各序列的感兴趣区分别进行标准分数（Z-score）、Nyúl图像处理，再各自进行灰度离散化处理，并对各序列处理后的图像使用Pyradiomics包进行特征提取。对各序列进行特征筛选并进行随机森林建模，得到各序列最佳图像处理方式。再联合多序列进行特征筛选并建模，得到多序列最佳图像处理方式。最后将经过最佳处理方式的各序列特征联合进行筛选并通过随机森林建模。结果在单序列中T1WI配合Nyúl序列表现最佳，训练集及验证集受试者工作特征曲线曲线下面积（AUC）值为0.98,0.85;在多序列建模中，Nyúl图像归一化方法最佳，训练集与测试集AUC值为0.94,0.89;在所有建立的模型中联合经过各序列最佳图像处理方式处理的各序列建立的模型性能最佳，训练集与验证集AUC值为0.98,0.92。结论基于联合经过各序列最佳图像处理方式处理的各序列建立的模型性能，在多序列模型中，性能最佳；在单序列中，T1WI适合Nyúl, T2WI适合Z-score&FBN32,FLAIR适合Z-score&FBN128,CE-T1WI适合Nyúl&FBS1/128。

关键词：图像预处理胶质瘤MGMT基因标准分数 Nyúl

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数码相机的彩色图像预处理过程

光学精密工程 2009年第1期17卷 207-212页

作者：曲兴华宫辉贾果欣天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

结合数码相机图像采集特性和人眼视觉误差,讨论了彩色图像预处理过程。通过分析彩色图像的数据格式,将八叉树量化方法用于彩色图像的颜色信息量化,并采用矢量中值滤波消除彩色图像噪声,以实现对彩色图像的合理预处理。结合实验讨论分析... 详细信息

结合数码相机图像采集特性和人眼视觉误差,讨论了彩色图像预处理过程。通过分析彩色图像的数据格式,将八叉树量化方法用于彩色图像的颜色信息量化,并采用矢量中值滤波消除彩色图像噪声,以实现对彩色图像的合理预处理。结合实验讨论分析了矢量中值滤波法的滤波器窗口参数,并结合颜色信息相似度理论提出了彩色图像预处理效果的评价方法。实验获得了合理的颜色量化方法和滤波器窗口参数,处理得到的图像最大色差变化控制在3个CIELAB色差单位。结果表明,用八叉树结构量化和矢量中值滤波对数码相机采集到的彩色图像进行预处理可达到较理想的效果。

关键词：数码相机图像预处理色彩量化八叉树矢量中值滤波

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强反射表面缺陷图像预处理

光学精密工程 2010年第10期18卷 2288-2296页

作者：杨永敏樊继壮赵杰哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150080

为了校正强反射表面图像的亮度不均匀性,抑制局部强亮度现象,同时使其保留足够多的原始图像信息,研究了强反射表面缺陷图像的预处理方法。分析了强反射表面的光学特性,研究了偏微分方程理论及同态滤波算法,在此基础上提出了一种基于偏... 详细信息

为了校正强反射表面图像的亮度不均匀性,抑制局部强亮度现象,同时使其保留足够多的原始图像信息,研究了强反射表面缺陷图像的预处理方法。分析了强反射表面的光学特性,研究了偏微分方程理论及同态滤波算法,在此基础上提出了一种基于偏微分方程的同态滤波算法,即采用热传导方程滤波算子对同态分解的图像进行处理。引入信息熵对不同尺度参数下的处理效果进行评价,从而确定热传导同态滤波的尺度参数,并将该算法与背景去除法、基于小波的同态滤波算法进行了比较。对比实验表明,采用提出的算法处理后得到的图像其灰度级均匀分布在1～6之间,信息熵值均在91%以上。该方法校正了图像亮度的不均匀性,提高了图像质量,同时能保留足够多的原始图像信息。

关键词：强反射表面缺陷图像图像预处理偏微分方程同态滤波