教学课程资源库 更多>>

关键词： 水力喷砂射孔   目标检测   数字图像处理   定量测量  

摘要： 射孔作业质量直接关系到油气井的产出效率和生产成本,因此全面评估和有效控制射孔作业质量,是油气井产出效益和经济效益最大化的关键。水力喷砂射孔技术因具有穿透深、无压实伤害和泄流面积大等诸多优势,现阶段被广泛应用于油气田射孔完井中。尽管水力喷砂射孔技术在油气田射孔作业中具有重要的应用价值,但国内目前尚缺乏一种直观、客观、可靠的方法来评价井下水力喷砂射孔的效果,制约了该技术的应用和发展。因此研究旨在提出一种基于可视化的水力喷砂射孔评价方法,以解决油气田射孔作业后射孔质量评价这一关键问题,提高水力喷砂射孔技术的应用效果和发展水平。本文完成的主要研究内容如下:(1)针对射孔结构参数提出了相应的可视化评价方法。基于定性定量两个层面,设计水力喷砂射孔的可视化评价方案;研究水力喷砂射孔的常见形态,明确定性指标,研究影响射孔质量的结构参数,明确定量参数。(2)基于YOLOv5深度学习模型实现对射孔不同形态的识别分类。构建水力喷砂射孔形态分类数据集,采用几何变换法对数据集进行扩增,利用自建的水力喷砂射孔形态数据集对模型进行训练,实现对水力喷砂射孔形态的检测分类。(3)利用数字图像处理对射孔结构参数进行定量测量。利用图像滤波及增强相关算法,对射孔图像进行预处理;通过建立仪器成像模型,对造成图像失真的影响因素进行分析,对图像畸变进行校正;针对射孔区域分割提取的问题,利用HSV(Hue Saturation Value)彩色空间图像区域分割方法,结合图像映射展开算法,获取环形有效区域的全景展开图像;基于射孔图像特征,以图像ROI(Region of interest)目标定量测量方法为研究对象,利用界面交互和轮廓检测实现对射孔区域的测量,建立像素单位及标准长度计量单位的转换关系,实现对图像目标区域的定量解释。(4)面向工程应用,设计开发射孔定量测量软件并结合测井实例进行应用。根据射孔测量需求,设计软件模块及功能,实现集射孔图像处理、射孔参数测量、测量数据管理于一体的射孔定量测量软件。基于可视化测井实例,对井下160个水力喷砂射孔形态进行检测分类,检测得出圆形孔、三角形孔、三角形拖尾孔、串状孔、条状孔、不规则孔、坑状孔及接箍上孔,分别占比可见孔数量的15%、10%、8%、9%、19%、23%、13%及3%。对该实例2288-2483m的射孔径长进行定量测量,计算得出该段射孔径长均值为20.66mm,位于水力喷砂射孔径长理论范围20～30mm内。

关键词： 数字图像处理   课时不足   “双非”   工程认证   授之以渔  

摘要： “数字图像处理”内容多而杂、理论和实践兼备的特点决定了课程的开设都存在课时不足的问题。本文结合笔者自身行业工作经历和多年该课程的教学实践经验，从“双非”高校中开设此课程所面临的矛盾和困难开始探讨，指出“工程认证”背景下“数字图像处理”课改的关键是课程内容的精简化。秉承“授之以渔”的教学理念，提出精简后的内容需满足三点要求：(1)课程间的联系；(2)课程内各章节的联系；(3)讲解典型图像处理全流程案例。给出了笔者自身教学实例，并对照此三点要求进行了分析，指出了此三种要求的重要性、必要性和合理性。

关键词： FPGA   SIFT算法   支持向量机(SVM)   硬件加速   数字图像处理  

摘要： 在透明钢化玻璃生产、质检过程中,缺陷分析尤为重要,市场需求潜力巨大。随着图像处理技术的不断提高和FPGA在图像处理领域的快速发展,目前,光学测量仪器设备公司的研发大多采用FPGA方案,以满足工业级图像采样帧率和图像处理帧率的需求。本文基于FPGA在钢化玻璃表面缺陷检测,探究了加速SIFT(尺度不变特征变换)算法设计与实验研究,以钢化玻璃的缺陷检测为应用背景,提出了加速SIFT算法作为图像处理与特征识别优化方案。主要包括:(1)SIFT算法输出的数据用向量表方式描述特征点,且需结合支持向量机(SVM)进行完整识别,对缺陷标签进行分类;(2)利用Xilinx的vivado平台进行FPGA设计;(3)使用xilinx的zynq7020芯片进行了图像加速处理;(4)对SVM部分进行了软件层面的建模与测试研究。本文主要研究内容:1.调试了莫尔光栅,使用Altium Designer设计钢网,并计算出钢网尺寸,调试了实际的背光条纹宽度和光线效果,让钢化玻璃缺陷的实际拍摄有了明显改善。2.使用SIFT来生成特征描述向量、Python仿真SIFT算法,并观察SIFT算法运行的中间变量的特征提取情形和数据结果。整理出后续硬件设计对应的模块与结构划分结果,同时,根据python代码运行的仿真结果,判别可删减冗余结构。在利用FPGA对算法加速设计方面,使用verilog来设计SIFT算法。包括依据模块结构划分情况来设计算法模块的内容,用modelsim进行调试、计算;删减算法的冗余结构,以便尽量减少资源的占用和特征描述的维度。此外,将设计结果进行了仿真,输入实际的拍摄图片,可以得到特征点的提取信息和特征点的特征描述输出。3.为了测试SIFT算法的特征描述情况,对不同缺陷标签的区分度,采用了SVM建模研究方法,将得到的特征描述信息,使用特征描述向量建立SVM模型数据库,然后训练SVM模型,对模型运行结果分析发现,线性SVM识别率约为80%。4.为了搭建完整的硬件结构,整理硬件框架,选取了适合的传感器和主控设备,经过通信调试,完成了驱动与测试设备的良好匹配;再移植Linux操作系统,使用内核驱动,并将工业级usb摄像头通过linux内核驱动将数据传输给FPGA,使用AXI接口让FPGA接收到完整的数据流。最后,完成算法层与驱动层的接口匹配,并于实际硬件环境中调试所设计的算法的运行情况。实验表明,Verilog对SIFT的加速算法设计到达预期效果。当系统以60帧每秒的计算帧率对图像进行计算时,SVM模型对SIFT硬件加速算法所得出的输出向量表呈现出比较好的识别准确率(约为80%)。本设计具有一定的理论研究和实际应用价值。

关键词： 数字图像处理   卷积神经网络   隐患目标   CCN  

摘要： 随着公路建设事业的快速发展,道路隐患排查管理任务伴随而来,特别是前期建设的一批高速公路已逐步进入中修或大修期,相关管理部门越来越重视道路通行隐患监测数据的收集和分析。为了增强基于机器视觉数字图像处理的道路隐患排查识别效率和准确性,在目标检测技术中引入卷积神经网络CNN算法,快速识别带边界的隐患目标类型、位置和区域,并基于CNN通过隐患目标轮廓网络CCN方法进行定位和提取病害形状。在CCN算法中引入道路隐患类型识别准确率、召回率和方差比值即F值指标,来评价算法模型,根据最大F值划分和确定隐患目标相应的轮廓区域。工程验证结果表明,文章所提出的隐患识别效率和准确率较高,可用性强。置信度阈值取最优值后,准确率、召回率、F值可达到91.8%、86.1%和84.6%。

关键词： TL-5728   ARM   DSP   实时图像处理   嵌入式系统  

摘要： 自1971年第一款微处理器面世以来,嵌入式系统从以功能简单的专用计算机或单片机为核心的可编程控制器形式的第一阶段,快速发展到以高端嵌入式CPU和嵌入式操作系统为标志的第二阶段。与此同时,人们也愈加的认识到图像处理技术是帮助人类认识世界的重要手段。嵌入式数字图像处理系统将两者结合,提高了数字图像处理的能力,更好的满足了数字图像处理的需求。本篇论文介绍了一种基于ARM+DSP架构的实时图像处理处理系统,该系统以创龙公司的TL-5728开发板为开发工具,实现了基于GStreamer的视频采集、编解码、算法处理、显示以及存储等功能。首先本文研究了基于AM5728的嵌入式图像处理系统的设计方案和实现方法,选择了基于ARM15的AM5728处理器为硬件平台和嵌入式Linux操作系统来完成图像处理技术的开发。在宿主机上安装虚拟机并在虚拟机上创建Linux系统的交叉编译环境,以此作为后续项目开发的软件环境。其次本文通过针对四种不同视频采集方法,分别进行了图像的采集、保存以及时延测试。使用Gstreamer API通过ARM端获取视频,通过Open CL调用DSP端对图像进行Sobel(边缘检测)算法处理。测试结果显示该系统不仅拥有很好的设备兼容性,同时具有良好的图像处理实时性。最后总结了本论文的所取得的成果以及不足之处,提出了本论文需要完善的地方以及未来需要研究的方向。

关键词： W18Cr4V高速工具钢   数字图像处理   金相分析   碳化物   均匀性  

摘要： 经退火、淬火和回火后的W18Cr4V高速钢因具备较高的硬度、耐磨性等优点,被广泛应用于工农业领域。然而,经热处理后的高速钢易存在金相组织结构分布不均匀的问题,必须借助检测技术来分析其分布均匀性,进而把控生产质量。人工检测高速钢金相组织存在效率低、准确性低与主观性强等问题。鉴于此,本文基于数字图像处理对W18Cr4V高速钢金相组织的分析技术开展研究,主要研究工作如下:(1)W18Cr4V高速钢金相图像采集和增强算法研究。根据高速钢的检验标准,选用经热处理后的W18Cr4V高速钢制备金相样品,并使用UD-100M倒置金相显微镜对样品的金相组织进行图像采集。其次,利用直方图均衡化、自适应直方图均衡化和限制对比度自适应直方图均衡化(CLAHE)三种算法分别对图像进行增强处理。结果表明采用CLAHE能够有效保留高速钢金相组织结构的细节特征和改善图像对比度,为实现金相组织分布均匀性的定量分析提供了高质量的金相图像。(2)W18Cr4V金相图像去噪算法研究。针对空间域滤波在金相图像降噪中效果欠佳的问题,提出了一种基于新阈值函数和自适应阈值的小波去噪算法。通过数学分析得出新阈值函数具有连续性和高阶可导性,且其渐近线更逼近于原始图像,改善了小波软、硬阈值函数出现的图像失真问题和附加振荡现象。其次,验证了自适应阈值与分解层数的大小呈负相关,符合小波去噪过程的规律。对比8种算法的图像降噪结果,所提算法的峰值信噪比PSNR平均提升了22.12%、20.36%、18.83%、12.4%、4.02%、3.65%、3.77%和2.69%,验证了所提算法在W18Cr4V金相图像降噪中的优越性。(3)W18Cr4V金相图像分割算法研究。针对传统多阈值图像分割算法耗时长、结果不准确等问题,提出了一种基于多策略改进麻雀搜索算法(MSISSA)的多阈值图像分割方法。运用三种不同策略对标准麻雀搜索算法进行改进,即采用Tent混沌映射结合反向学习原理,提升初始种群的质量和均匀性;引入自适应权重和当前全局最优位置更新发现者位置;运用柯西变异扰动局部最优解。其次,将MSISSA分别结合Otsu法和Kapur熵法对金相图像进行多阈值分割实验。对比5阈值MSISSA-Otsu算法的图像分割结果,MSISSA-Kapur算法分割图像的平均耗时仅为0.9 s,检测效率平均提升了16.97倍;PSNR值、结构相似性SSIM值和特征相似性FSIM值也分别平均提高了14.04%、9.91%和11.10%,验证了改进算法在优化金相图像分割任务中的高效、准确和稳定性。(4)碳化物金相组织分布均匀性的定量分析和检测系统设计。采用形态学算法处理分割后的金相图像,去除毛刺和噪声区域;运用随机分块图像和最小二乘法均匀性判定原理,完成了对W18Cr4V高速钢碳化物金相组织面积占比和分布均匀性的定量计算;并开发了一款基于Matlab的碳化物均匀性定量检测系统,实现了金相图像的去噪、分割和自动判定组织分布均匀性等功能。与人工检测相比,该系统提高了检测效率、准确性和自动化水平,能够基本满足生产过程中碳化物均匀性检测的需求。

关键词： 数字图像处理   超分辨率重建   生成对抗网络   注意力  

摘要： 古代壁画内容饱满又光怪陆离、物景繁多,以独树一帜的艺术手法完成对宗教文化和艺术的有机结合,呈现出层次分明的奇特美感。在岁月的雕刻?风沙的侵蚀以及人为破坏下,它们伤痕累累。通过数字图像处理技术,实现高分辨率的壁画复原,是一种以高技术为核心的保护、修复、传承文化的现代技术,对传承五千年中华文化,提高我国壁画保护的科学技术支撑水平,为我国壁画数字化保存提供了新的思路。本文以古代壁画为研究对象,针对壁画纹理丢失、模糊不清等现象展开研究,提出融合注意力机制的深度学习模型在古代壁画超分辨率重建方法,对壁画进行优化重建,使壁画图像在高频细节信息和图像感知质量有更好的效果,为壁画的数字化保护工作拓宽了新渠道。首先,针对壁画纹理细节模糊不清的问题,以生成对抗网络为基础,将自注意力模块添加到在生成网络的重建模块中,根据低分辨率图像中的全部像素点的信息生成一个高分辨率图像的高级特征,极大加强特征提取能力,实现图像从低分辨率到高分辨放大的过程。然后,针对壁画图像感知质量差、网络训练成本高的问题,以零样本超分辨率重建算法为框架,借助卷积注意力模块和跳连接对网络结构进行优化,利用图像自身进行训练得到特定模型。通过与传统超分辨率重建算法对比,验证了本文提出算法的高效性,同时获得了较好的重建效果。最后,以本文提出的壁画超分辨率重建算法为核心,设计并实现了壁画在线超分辨率重建系统。本文设计并实现的壁画在线超分辨率重建系统,一方面实现壁画图像进行在线超分辨率重建的可视化操作和保存到本地等功能,另一方面实现对用户的管理和权限的设定,对于壁画修复领域的从业人员有一定的辅助价值。

关键词： 时间分辨粒子图像测速(TR-PIV)   数字图像处理   激光诱导荧光(LIF)   互相关算法   实验流体力学  

摘要： 气泡的演化过程较为复杂,对其研究有利于解决包括舰船消泡减阻,空泡,气泡帷幕,水下爆炸等众多实际应用问题,其中,由实验获取气泡动力学现象一直是研究热点,然而受制于硬件设备、解析方法等问题,导致现有研究中获取气泡周围高速流场信息较为困难。因此本研究旨在通过流场可视化手段,以电火花气泡为实验对象,形成一套完整包含实验、预处理、算法解析的流程,用以解决气泡周围高速流场无法有效测量的难题,同时创新性的对粒子跟随性导致的误差进行定量测量。为获取气泡周围流场图像数据集,本文首先使用时间分辨粒子图像测速技术(TR-PIV)开展电火花气泡周围流场测量实验,搭建了具有滤光降噪效果的实验平台,获取原始粒子图像。为使粒子图像满足解析算法的需求,基于数字图像处理开展图像预处理研究,实现提高粒子图像对比度、消除图像中气泡闪光影响、提高信噪比等效果,有效解决示踪粒子不能被互相关算法准确匹配的问题。粒子跟随性引发的误差是主要的误差来源,为明确该误差范围,需要先对粒子跟随性引起的误差进行分析与定量测量实验。通过激光诱导荧光(LIF)染液对气泡周围的局部流场进行染色,选取染色流场中具有明显灰度特征的像素作为特征点,并根据特征点位移变化获取不同时域的特征点速度。使用LIF低浓度染液可以有效地消除粒子跟随性引起的误差,因此将特征点速度作为流场速度真值与示踪粒子速度进行对比,实现跟随性引起误差的定量测量。其中,在气泡第一次收缩至半径最小时产生最大15.94%的速度差异,此时特征点最大速度为23.01m/s,相对的示踪粒子速度为19.33m/s,其他时刻由粒子跟随性引起的误差相对较小,平均速度差异为2.02%。基于上述获取的高质量粒子图像数集以及跟随性引起的速度差值定量测量结果,保障气泡周围高速流场的准确解析,故开展解析算法研究。首先基于FFT互相关算法对速度矢量进行一般求解,再通过亚像素插值提升流场测量精度,将粒子识别分辨率由0.5px提高至0.1px,计算误差由1.25%提升至0.25%。通过中值检测法剔除流场错误矢量,再采用线性插值法对空隙区域进行填补,完成互相关解析流程。另创新性地将光流算法用于气泡周围流场测量,采用基于瞬态闪光变化的变分光流算法获取高速流场的速度梯度。首先将气泡发生时的闪光进行线性化简,构建变分光流形式,进而采用多尺度迭代金字塔式求解速度矢量。利用光流结果提取速度梯度,变相实现互相关算法解析超阈值流场,获取具有较高分辨率的气泡周围流场解析结果,其中粒子速度的解析值与测量值基本一致。最后,本文对自由场、近壁面、近自由液面三种工况下的电火花气泡周围流场结果进行罗列与分析。结果显示,通过气泡周围流场可视化测量方法,有效获取了各工况下气泡演化过程伴随的流动特征,并在在气泡溃灭、射流过程中捕捉到较为清晰的流动细节,矢量分布符合物理定律。图像具有较高分辨率,且每个像素均有对应速度矢量。

关键词： 湿地地表水   湿地地下水   透明土   粒子图像测速   数字图像处理  

摘要： 湿地作为一种长期存在、有着丰富水资源的自然生态系统,湿地水文循环是湿地地表水与地下水之间能量、物质、信息传递的重要纽带,水量交换和水质演变是维持湿地生态系统健康与稳定的关键因素。由于湿地的地层结构复杂,明渠流、片流等多种形式的地表径流与海绵层地下水流并存,形成独特的产汇流和水流运动规律,导致地表水与地下水之间水循环过程较复杂,使得传统的现场试验、室内模型试验和数值模拟不能准确的反映湿地地表水与地下水交互作用。对此,本文基于透明土原理,构建湿地结构可视化模型,并采用粒子图像测速(PIV)技术获得不同试验工况下的湿地内部流场图;通过数字图像处理技术,揭示湿地内部水流的流动特性。主要研究内容及成果如下:(1)收集学者对透明土应用的研究资料,并对已有的研究成果进行总结,最终选取适合模拟湿地所用的透明土材料,固体颗粒材料为水凝胶颗粒,与其折射率相匹配的孔隙流体为蒸馏水,饱和透明土按照质量比为1:200进行配制,并取样进行渗透试验、直剪试验以及固结试验。(2)利用透明土构建湿地结构可视化模型,采用PIV技术记录在不同工况下湿地地表水补给地下水过程中水流运动规律、速度场变化和淤堵情况的图像,利用数字图像处理技术对图像进行处理分析,结果表明:湿地处于丰水期时主要以地表水补给地下水为主;降雨量大小是影响湿地地表水补给地下水系统的主要因素,降雨量增大(河流位置不变),水流入渗速率越大,地表水补给到地下水系统时间越短;改变河流位置是影响湿地地表水补给地下水系统的次要因素,河流位置不同(降雨量相同)时,河流区域要比湿地其它区域水流入渗速率大,最大速率在河流的中间区域,此处水流最先补给到地下水系统;湿地地表水补给地下水的过程中会发生淤堵现象,改变河流位置会影响淤堵区域的位置,降雨量大小会影响淤堵区域的面积,降雨量越大,淤堵区域面积越小。(3)通过改变地下水压力对湿地地下水补给地表水过程进行分析,结果表明:湿地处于枯水期时主要以地下水补给地表水为主;随着地下水压力增大,地下水向上补给的入渗速率依次增大,淤堵区域面积逐渐越小,相同时间内,地下水向上补给的距离依次增加,0.4 MPa地下压力下的地下水向上补给距离是0.2MPa的1.3倍,0.6 MPa地下压力下的地下水向上补给距离是0.2 MPa的1.7倍。

关键词： 数字图像   处理技术   人脸识别   算法  

摘要： 近年来，人脸识别算法凭借自身在身份验证、档案管理和可视化通信方面具有的多元化优势，使数字图像处理技术拥有巨大研究前景和发展潜力，使其成为计算机视觉和识别领域中一项受到高度重视的课题。本文以图像处理技术为基础，详细分析人脸图像预处理、利用人脸特征提取技术提取特征向量、使用分类器模型精准识别提取的特征向量等过程，系统论述基于数字图像处理技术的人脸识别算法，提高人脸识别技术的性能和可靠性，为人工智能和机器学习领域提供更高效、安全的技术支持。