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數(shù)字圖像處理論文范文1

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理 教學(xué)模式 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4914（2013）05-216-02

一、引言

隨著電子和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像處理已成為當(dāng)今信息處理技術(shù)中發(fā)展很快且應(yīng)用面很廣的新興學(xué)科之一。“數(shù)字圖像處理”課程也成為了高校本科計(jì)算機(jī)與信息類專業(yè)的一門(mén)專業(yè)核心課程。但由于數(shù)字圖像處理學(xué)科所涉及的知識(shí)面廣，理論復(fù)雜，對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的要求高，實(shí)踐環(huán)節(jié)動(dòng)手能力要求強(qiáng)，其課程內(nèi)容也在不斷更新豐富。在以往傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中呈現(xiàn)出了以下弊端：（1）教材中大量理論和算法推導(dǎo)給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來(lái)困難；（2）單一的單機(jī)版多媒體教學(xué)，無(wú)法滿足學(xué)生對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)、新應(yīng)用的了解和深入學(xué)習(xí)；（3）沒(méi)有完善系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，促使學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性下降，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不佳；（4）沒(méi)有實(shí)際項(xiàng)目作為應(yīng)用鍛煉，造成理論與實(shí)踐脫鉤，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和興趣等。

針對(duì)數(shù)字圖像處理教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)很多教學(xué)專家和學(xué)者，結(jié)合自己的實(shí)際教學(xué)過(guò)程，各抒己見(jiàn)，陸續(xù)提出了很多寶貴的改革建議和方案，取得了相應(yīng)的教學(xué)改革成果。如山東工商學(xué)院的魏廣芬和王永強(qiáng)等于2009年針對(duì)“數(shù)字圖像處理”課程和學(xué)生特點(diǎn)，介紹了教學(xué)過(guò)程中實(shí)施的一些改革措施，包括采用現(xiàn)代化教學(xué)手段，“設(shè)問(wèn)-思考-引導(dǎo)-嘗試-總結(jié)”的教學(xué)模式和學(xué)生分組的學(xué)習(xí)方式，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)以及完善評(píng)分機(jī)制等方面。并對(duì)教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討。西北民族大學(xué)的李向群和王書(shū)文于2010年從教學(xué)內(nèi)容建設(shè)、教學(xué)手段改革、實(shí)驗(yàn)環(huán)境建立、考核方式改革等方面入手進(jìn)行了深入細(xì)致的探討，并將這些方法應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，收到了較好的效果。中國(guó)傳媒大學(xué)的呂朝輝也于2010年根據(jù)數(shù)字圖像處理課程的特點(diǎn)，探討了本門(mén)課程的教學(xué)改革和實(shí)踐，經(jīng)過(guò)五年來(lái)的教學(xué)實(shí)施，取得了良好的教學(xué)效果。南通大學(xué)的趙敏于2011年，針對(duì)該課程的特點(diǎn)，論述了在教學(xué)中引入案例教學(xué)法的可行性和具體實(shí)施方案。

通過(guò)對(duì)上述數(shù)字教學(xué)改革的學(xué)習(xí)和研究，結(jié)合我校“大德育，大工程，大實(shí)踐”的辦學(xué)理念和信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)“3+1”教育模式（本專業(yè)“3+1”教育模式是指3年在學(xué)校完成理論課學(xué)習(xí)，1年在軟件實(shí)習(xí)公司等完成工程實(shí)訓(xùn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為培養(yǎng)目標(biāo)）及本科生的特點(diǎn)。對(duì)本專業(yè)數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)進(jìn)行了改革研究和實(shí)踐。建立了一個(gè)以學(xué)生為主體，以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)為平臺(tái)，以大學(xué)生科研立項(xiàng)為載體，以大學(xué)生就業(yè)或考研深造為目標(biāo)的一套較為完善的數(shù)字圖像處理課程教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。

二、課程改革內(nèi)容

結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題，和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)建設(shè)的需要。本課題研究?jī)?nèi)容主要將通過(guò)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核機(jī)制來(lái)探索和實(shí)施。

1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。數(shù)字圖像處理課程的基本內(nèi)容包括圖像處理的基礎(chǔ)知識(shí)、圖像增強(qiáng)、圖像變換、圖像分割、圖像復(fù)原、圖像特征提取與選取以及圖像壓縮編碼等知識(shí)。但隨著信息化時(shí)代知識(shí)的加快更新、技術(shù)快速革新，數(shù)字圖像處理課程已成為模式識(shí)別和計(jì)算機(jī)視覺(jué)等新學(xué)科的基礎(chǔ)，并根據(jù)學(xué)生就業(yè)需求的主線要求。通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深入研究，在本專業(yè)新版教學(xué)大綱中，對(duì)授課內(nèi)容中要求以基礎(chǔ)理論知識(shí)為基礎(chǔ)，把相關(guān)的科研項(xiàng)目和實(shí)際項(xiàng)目滲透到授課中。例如在介紹圖像處理的基礎(chǔ)知識(shí)的時(shí)候，我們可以結(jié)合案例驅(qū)動(dòng)來(lái)講述圖像處理的過(guò)程；將車牌識(shí)別、人臉識(shí)別、筆記識(shí)別等實(shí)際項(xiàng)目穿插到圖像增強(qiáng)、圖像分割、頻域處理以及特征提取與選取中。同時(shí)，我們把信息熵、模糊數(shù)學(xué)和小波分析等概念滲透到部分章節(jié)中，并給出該理論解決問(wèn)題的結(jié)果，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)新理論的興趣，促使部分同學(xué)自學(xué)新的理論，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。在講述專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的過(guò)程中，我們將適時(shí)地增強(qiáng)相關(guān)的軟件的學(xué)習(xí)和資源庫(kù)的介紹，例如通過(guò)實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)的教學(xué)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)Matlab和VC++等語(yǔ)言的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。通過(guò)CNKI和IEEE Tran文章的介紹，提高學(xué)生對(duì)最新科研成果的了解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新事物的學(xué)習(xí)能力。鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行大學(xué)生參加校內(nèi)科研立項(xiàng)，引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合素質(zhì)能力。

2.豐富教學(xué)方法。在以往的教學(xué)過(guò)程中，數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)主要以“填鴨式”教學(xué)方法為主，只注重對(duì)學(xué)生的教，而忽視了學(xué)生的學(xué)和做，沒(méi)能產(chǎn)生良好的教學(xué)效果。通過(guò)對(duì)當(dāng)前主要教學(xué)方法的研究與探索，我們豐富了數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)方法，以“啟發(fā)式”教學(xué)方法為主，以綜合運(yùn)用講授法、研究法、討論法、實(shí)驗(yàn)法等教學(xué)法，把“教、學(xué)和做”很好地穿插起來(lái)，發(fā)揮各種方法的優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)深層次互動(dòng)。促進(jìn)學(xué)生對(duì)數(shù)字圖像處理基本知識(shí)和方法的掌握及動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

3.提升教學(xué)手段。針對(duì)該門(mén)課程理論性強(qiáng)、乏味單調(diào)的特點(diǎn)，應(yīng)用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)手段，借鑒當(dāng)前較為流行的CDIO教學(xué)模式，進(jìn)行教學(xué)手段的提升。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容的組合的優(yōu)化和教學(xué)方法的豐富，在教學(xué)中以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)多媒體為教學(xué)媒體，通過(guò)制作多媒體課件，以“少而精”和“圖文并茂”為原則，并結(jié)合Matlab和VC++等軟件編程實(shí)例的案例教學(xué)，在課堂教學(xué)中適時(shí)引入前沿?zé)狳c(diǎn)圖例分析和編程處理實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生體會(huì)到易學(xué)、樂(lè)學(xué)和會(huì)做。

4.改善考核機(jī)制。摒棄了以往“一考定乾坤”的考核方式，將平時(shí)出勤與課堂表現(xiàn)情況、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)成績(jī)等進(jìn)行量化，納入最終成績(jī)的綜合評(píng)核。并結(jié)合“3+1”創(chuàng)新教育模式對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和CDIO培養(yǎng)大綱對(duì)學(xué)生素質(zhì)進(jìn)行全面考核的要求。側(cè)重學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的把握、個(gè)體實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的考核。

三、實(shí)踐效果

通過(guò)數(shù)字圖像處理教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核機(jī)制等四方面的改革研究與實(shí)踐，近幾年本專業(yè)每年都有10%左右的學(xué)生選擇數(shù)字圖像處理的相關(guān)研究?jī)?nèi)容作為本科畢業(yè)論文選題，并取得了較好的成績(jī)。通過(guò)對(duì)畢業(yè)生的跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，考研深造的部分學(xué)生也把圖像處理及新興相關(guān)學(xué)科前沿方向作為自己的學(xué)術(shù)研究方向，工作就業(yè)的部分學(xué)生也從事了與數(shù)字圖像處理相關(guān)的研究工作領(lǐng)域。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)以往數(shù)字圖像處理課程教學(xué)過(guò)程中存在的主要問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，并對(duì)主要相關(guān)學(xué)者的教學(xué)改革內(nèi)容進(jìn)行了闡述。結(jié)合我校的教學(xué)理念以及本專業(yè)的“3+1”教學(xué)改革模式，針對(duì)本專業(yè)本科生的特點(diǎn)，進(jìn)行了數(shù)字圖像處理教學(xué)的改革研究和實(shí)踐。實(shí)踐表明，此次教學(xué)改革提高了教學(xué)效果，得到了學(xué)生的認(rèn)可和好評(píng)。完成了對(duì)本專業(yè)學(xué)生在知識(shí)、能力與素質(zhì)等方面要求的綜合培養(yǎng)。

[基金項(xiàng)目：黑龍江省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃研究課題（GBC1212076）；黑龍江科技學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目]

參考文獻(xiàn)：

1.魏廣芬，王永強(qiáng)，丁昕苗，何愛(ài)香.“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)改革的嘗試.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009（6）

2.李向群，王書(shū)文.《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)改革初探.微計(jì)算機(jī)信息，2010（3-2）

3.呂朝輝.數(shù)字圖像處理課程教學(xué)改革與實(shí)踐.高教論壇，2010（11）

4.趙敏.MATLAB用于數(shù)字圖像處理的教學(xué)實(shí)踐研究.電腦知識(shí)與技術(shù)，2012（31）

5.查建中.CDIO：顛覆性的工科教育模式改革[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2009（3）

數(shù)字圖像處理論文范文2

關(guān)鍵詞：遙感圖像處理 課程體系 模塊化 教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G421 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（b）-0185-02

遙感作為一種高效的探測(cè)、獲取、分析和處理空間信息的先進(jìn)技術(shù)手段，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。高等院校是我國(guó)遙感專業(yè)人才培養(yǎng)的主戰(zhàn)場(chǎng)，它提供了一個(gè)綜合性高、專業(yè)性強(qiáng)的平臺(tái)[1]。在該平臺(tái)上，可以針對(duì)社會(huì)的應(yīng)用需求，塑造學(xué)生不同的個(gè)體特征，培養(yǎng)出適于不同崗位的研究型、應(yīng)用型人才。因而，構(gòu)建旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)，并突出其個(gè)體特征的課程體系具有舉足輕重的作用。特色鮮明的體系可以在提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)的同時(shí)，也能夠突出學(xué)生個(gè)體，因而可以更好地滿足我國(guó)遙感專業(yè)人才培養(yǎng)的需求。

現(xiàn)階段我國(guó)為遙感專業(yè)人才培養(yǎng)設(shè)置的本科專業(yè)主要有攝影測(cè)量與遙感、遙感科學(xué)與技術(shù)、地理信息科學(xué)等，在這些專業(yè)的培養(yǎng)方案中，《遙感導(dǎo)論》和《遙感圖像處理》在多數(shù)高等院校中都有開(kāi)設(shè)，并為專業(yè)核心課程之一，有的高等院校還開(kāi)設(shè)了《數(shù)字圖像處理》。《遙感導(dǎo)論》和《數(shù)字圖像處理》兩門(mén)課程可以視為《遙感圖像處理》的前期基礎(chǔ)課，因而在課程學(xué)期安排上應(yīng)該提前。

《遙感圖像處理》以地理學(xué)、測(cè)繪學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等為背景，在學(xué)習(xí)了遙感技術(shù)、圖像處理技術(shù)的原理和理論基礎(chǔ)上，著重介紹遙感信息處理的原理、過(guò)程與方法，并掌握遙感圖像處理技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)與實(shí)際應(yīng)用。由于《遙感圖像處理》是多學(xué)科的交叉，與很多專業(yè)都有很密切的聯(lián)系，而且發(fā)展速度較快，在遙感圖像處理的教學(xué)中，一方面要求不同對(duì)象的學(xué)生掌握、理解或了解圖像處理技術(shù)的基本原理；另一方面，還要求不同對(duì)象的學(xué)生理解或了解遙感圖像的成像機(jī)理、處理技術(shù)和流程等。同時(shí)，圖像處理技術(shù)和遙感技術(shù)具有技術(shù)更新快的特點(diǎn)，因而還需要學(xué)生掌握現(xiàn)階段的狀態(tài)以及最新發(fā)展情況。除了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法外，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是《遙感圖像處理》課程的重要的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的課程教學(xué)大都偏重于理論，一些已有的實(shí)驗(yàn)也主要是針對(duì)特定圖像處理的一些應(yīng)用，缺乏圖像處理技術(shù)應(yīng)用與遙感圖像特征無(wú)縫結(jié)合和系統(tǒng)組織。

總的來(lái)說(shuō)，目前的《遙感圖像處理》課程體系主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題[2]：（1）傳統(tǒng)的課程體系多注重經(jīng)典理論，輕實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐[3]。除了應(yīng)該重視理論教學(xué)外，有效地利用實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，有利于學(xué)生理解和掌握該課程內(nèi)容，取得事半功倍的教學(xué)效果；（2）傳統(tǒng)課程體系脫胎于數(shù)字圖像處理，和遙感處理關(guān)鍵技術(shù)之間存在斷裂面，遙感處理知識(shí)體系不夠完善。

本文以我國(guó)高等師范院校開(kāi)設(shè)的遙感科學(xué)與技術(shù)、地理信息科學(xué)專業(yè)為例，針對(duì)《遙感圖像處理》課程的教學(xué)目標(biāo)，提出了適合高等師范院校本專業(yè)領(lǐng)域?qū)W生的課程體系的構(gòu)建方案，并就其實(shí)踐教學(xué)的效果和課程體系特色進(jìn)行介紹。

1 課程體系的建立

內(nèi)容的模塊化設(shè)計(jì)是目前課程體系建設(shè)的主要方案，在很多高等院校的專業(yè)教學(xué)中得到了較好地應(yīng)用[4]。為適于高等師范院校開(kāi)設(shè)的遙感科學(xué)與技術(shù)、地理信息科學(xué)專業(yè)教學(xué)需求，通過(guò)近10年左右的實(shí)踐教學(xué)，我們將《遙感圖像處理》的課程體系結(jié)構(gòu)分為7個(gè)模塊，如圖1所示。

（1）圖像基礎(chǔ)模塊：這一部分主要介紹遙感數(shù)字圖像的基礎(chǔ)知識(shí)，主要包括遙感數(shù)字圖像、遙感數(shù)字圖像的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、遙感數(shù)字圖像的計(jì)算機(jī)視圖與表達(dá)等內(nèi)容，讓學(xué)生了解遙感數(shù)字圖像的基本概念和特點(diǎn)，并從計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和顯示的角度，定性了解數(shù)字遙感圖像，引導(dǎo)學(xué)生建立遙感圖像處理研究和實(shí)踐的興趣。

（2）定量遙感處理模塊：遙感定量化是當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的重要方向之一，其分析和處理過(guò)程涉及到物理、大氣等學(xué)科；本科生由于前期所開(kāi)課程較少，感覺(jué)定量遙感處理的難度較大，因而我們主張?jiān)诒究齐A段掌握定量遙感的基礎(chǔ)理論和圖像處理，深層次處理設(shè)置在后續(xù)的研究生課程開(kāi)設(shè)。

該模塊的主要內(nèi)容涵蓋輻射定標(biāo)、大氣校正、熱紅外地面溫度反演等，以Landsat TM圖像為例，了解遙感圖像的輻射校正和定量反演的技術(shù)方法：輻射定標(biāo)結(jié)合Landsat TM的0級(jí)、1級(jí)產(chǎn)品，介紹遙感圖像數(shù)字值（digital number，DN）轉(zhuǎn)換為光譜輻射亮度的方法；大氣校正主要講述基于輻射傳輸方程的校正方法，結(jié)合6S和MOTRAN輻射傳輸軟件包，完成遙感圖像的大氣校正；熱紅外圖像地表溫度反演以Landsat TM6為例，介紹單波段熱紅外圖像的地表溫度反演方法和技術(shù)流程。

（3）幾何遙感處理模塊：該模塊針對(duì)遙感成像的純中心投影、多中心投影、側(cè)視雷達(dá)等不同構(gòu)像方式，解釋它們的幾何糾正方法和技術(shù)流程；對(duì)于多項(xiàng)式糾正方法重點(diǎn)介紹，強(qiáng)度多項(xiàng)式的構(gòu)建、地面控制點(diǎn)的選擇、最小二乘法擬合等相關(guān)內(nèi)容。

（4）數(shù)字圖像增強(qiáng)模塊：數(shù)字圖像增強(qiáng)模塊按照彩色增強(qiáng)、輻射增強(qiáng)、空間域增強(qiáng)、頻率域增強(qiáng)、多光譜增強(qiáng)等順序進(jìn)行講解。在這一部分，我們遵循系統(tǒng)深入的原則，基于遙感數(shù)字圖像處理的實(shí)例，幫助學(xué)生系統(tǒng)復(fù)結(jié)并領(lǐng)會(huì)各種理論方法之間的邏輯順序與本質(zhì)。由于圖像處理具有理論性和可視化強(qiáng)的特點(diǎn)，在這個(gè)部分教學(xué)中，我們希望加強(qiáng)學(xué)生對(duì)前置基礎(chǔ)課程（如《遙感導(dǎo)論》和《數(shù)字圖像處理》）所學(xué)基本理論和方法的深入理解，使其充分認(rèn)識(shí)遙感機(jī)理理論知識(shí)在遙感圖像增強(qiáng)應(yīng)用中的指導(dǎo)意義，并體會(huì)理論本身的魅力。

（5）遙感圖像融合模塊：該模塊從遙感圖像融合的目的出發(fā)，介紹圖像融合的主要方法和技術(shù)流程、圖像融合結(jié)果的性能評(píng)估等；聯(lián)系數(shù)字圖像增強(qiáng)模塊的多光譜增強(qiáng)子模塊，以HIS變換、主成份分析、傅里葉變換和小波變換等為基礎(chǔ)，闡述遙感圖像融合的主要技術(shù)方法，并對(duì)其方法的缺點(diǎn)進(jìn)行分析，提出改進(jìn)的遙感圖像融合方案。

（6）遙感圖像分類模塊：該模塊主要包括計(jì)算機(jī)分類的基本原理、非監(jiān)督分類、監(jiān)督分類、計(jì)算機(jī)分類的新方法、分類結(jié)果后處理、精度評(píng)估等內(nèi)容。在這一部分教學(xué)中，我們充分發(fā)揮圖像處理應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，選擇最小距離法、ISODATA、最大似然分類法等，重點(diǎn)講述其基礎(chǔ)理論和技術(shù)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

（7）變化檢測(cè)模塊：該模塊是對(duì)前面所學(xué)模塊的綜合運(yùn)用，向?qū)W生展示《遙感圖像處理》立體而豐富的專業(yè)內(nèi)容。在介紹遙感圖像變化檢測(cè)意義和技術(shù)流程的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)論述變化檢測(cè)的分類后比較法和直接比較法；將變化向量分析法（CVA）作為典型算法進(jìn)行講述，通過(guò)土地覆被變化檢測(cè)的應(yīng)用實(shí)例，綜合遙感圖像輻射校正、幾何糾正等知識(shí)，重點(diǎn)論述變化強(qiáng)度和變化方向的確定方法，并利用圖像處理實(shí)踐提升學(xué)生的研究性思維，初步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2 課程教學(xué)實(shí)踐及其特色

2.1 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，注重動(dòng)手能力的培養(yǎng)

本課程主要教學(xué)目的是使學(xué)生了解和掌握遙感信息處理的基本知識(shí)、方法、基本技能和發(fā)展動(dòng)態(tài)，初步掌握應(yīng)用遙感信息處理技術(shù)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。因而，實(shí)踐教學(xué)能力培養(yǎng)是我們課程建設(shè)的核心部分。我們?cè)诿總€(gè)模塊中設(shè)置了多個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，多角度、多目標(biāo)的提升學(xué)生動(dòng)手操作能力。

通過(guò)理論學(xué)習(xí)、實(shí)踐處理等環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)本課程的理解，并在此基礎(chǔ)上使學(xué)生進(jìn)一步掌握遙感圖像成像的基本原理、基本理論和這些理論在遙感圖像處理中的應(yīng)用。近10年的教學(xué)實(shí)踐證明，該課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)較好地調(diào)動(dòng)了學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的積極性，取得了較好的學(xué)習(xí)效果。

2.2 內(nèi)容延伸模塊化，形成分層次課程體系

我們依據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建了授課內(nèi)容的基本框架，按照教學(xué)內(nèi)容分塊設(shè)置，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)階段、課時(shí)安排、專業(yè)特色延伸等可以靈活變化，因而給授課內(nèi)容帶來(lái)了較大的機(jī)動(dòng)性。

在每個(gè)教學(xué)模塊中首先確定知識(shí)體系和拓展專題內(nèi)容，將這些拓展專題分為偏應(yīng)用型和偏理論型。每個(gè)專題中設(shè)置基本內(nèi)容和擴(kuò)展內(nèi)容，形成模塊化分層次的課程體系。

例如：在數(shù)字圖像增強(qiáng)模塊中，目前的大多數(shù)教材中存在直方圖均衡化的內(nèi)容，然而隨著圖像處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的拓展，人們發(fā)現(xiàn)在絕大多數(shù)遙感圖像增強(qiáng)處理中不適合直方圖均衡化處理，因此這部分內(nèi)容可以不講或讓學(xué)生自學(xué)。圖像增強(qiáng)部分的內(nèi)容非常多，使學(xué)生清楚掌握第一節(jié)內(nèi)容介紹的關(guān)鍵詞，課程的延伸內(nèi)容就會(huì)更易理解。根據(jù)學(xué)科特色和學(xué)習(xí)層次，可以有意識(shí)地引入偏應(yīng)用專題或偏理論專題，更好地滿足不同目標(biāo)、不同層次的學(xué)生的需求。

通過(guò)遙感圖像處理課程教學(xué)內(nèi)容的分塊劃分，形成了層次化、模塊化課程體系，在確保授課內(nèi)容體系完整情況下，使內(nèi)容選擇更具條理和可操作性，便于培養(yǎng)不同目標(biāo)導(dǎo)向的學(xué)生，更適于我國(guó)高等師范院校相關(guān)專業(yè)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

2.3 多目標(biāo)人才及其創(chuàng)新能力培養(yǎng)

社會(huì)對(duì)人才可以從不同的角度加以分類，從生產(chǎn)或工作活動(dòng)的目的來(lái)分析，現(xiàn)代社會(huì)的人才可分為學(xué)術(shù)型（理論型）、技術(shù)型、工程型和技能型等。多目標(biāo)人才就是多功能人才，其特點(diǎn)是多才多藝，能夠在很多領(lǐng)域大顯身手。當(dāng)今社會(huì)的重大特征是學(xué)科交叉，知識(shí)融合，技術(shù)集成。因而，《遙感圖像處理》多目標(biāo)人才培養(yǎng)是培養(yǎng)學(xué)生在各個(gè)方面都有一定能力，同時(shí)在某一個(gè)具體的方面要能出類拔萃。

在高等師范院校地理學(xué)背景創(chuàng)辦遙感科學(xué)與技術(shù)、地理信息科學(xué)等本科專業(yè)的情況下，不同層次、不同培養(yǎng)目標(biāo)導(dǎo)向，可以讓學(xué)生針對(duì)自己的發(fā)展方向選擇應(yīng)用型還是研究型，因而該課程體系更加具有靈活度。我們課程體系中設(shè)置的定量遙感模塊，可以滿足學(xué)生在應(yīng)用型《遙感圖像處理》課程中學(xué)習(xí)到研究型知識(shí)，豐富和完善學(xué)生的有關(guān)遙感處理的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。實(shí)踐教學(xué)證明，我們的本科生經(jīng)過(guò)該模塊的學(xué)習(xí)，也能夠獨(dú)立完成研究方案構(gòu)思和具體研究路線設(shè)計(jì)，并在老師的指導(dǎo)下撰寫(xiě)科學(xué)論文。

3 結(jié)語(yǔ)

衛(wèi)星遙感、圖像處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域愈來(lái)愈廣泛，該領(lǐng)域受到很多學(xué)生的垂青，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)熱情。目前很多高等院校都開(kāi)設(shè)了《遙感圖像處理》這門(mén)課程。如何根據(jù)各個(gè)高等院校的學(xué)科特色、學(xué)生特點(diǎn)構(gòu)建適合自己的課程教學(xué)體系、安排好授課內(nèi)容、提高教學(xué)方法和教學(xué)手段的有效性是很多高等院校主講教師最關(guān)注的，同時(shí)對(duì)于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、加強(qiáng)實(shí)踐應(yīng)用能力以及培養(yǎng)信息技術(shù)時(shí)代的創(chuàng)新型人才具有重要意義。

筆者結(jié)合多年《遙感圖像處理》課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)課程內(nèi)容模塊化、專題內(nèi)容可延伸、分層次的課程體系，它采用專題框架，在保證授課體系完整性的前提下，授課教師可以依據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)、專業(yè)特色、學(xué)時(shí)要求引入模塊化延伸內(nèi)容，有機(jī)地將課程教學(xué)內(nèi)容聯(lián)合在一起，形成多層次、多目標(biāo)的授課內(nèi)容。實(shí)踐證明，該課程體系設(shè)置達(dá)到了我們高等師范院校相關(guān)專業(yè)的課程教學(xué)預(yù)期效果，可以為我國(guó)其他高等師范院校的相關(guān)專業(yè)的《遙感圖像處理》課程教學(xué)提供參考。

參考文獻(xiàn)

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數(shù)字圖像處理論文范文3

關(guān)鍵詞：圖像處理； CT斷層掃描； 海倫公式； 曲面面積計(jì)算

中圖分類號(hào)：TN91934文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004373X(2012)06013103

Method of curved surface area calculation based on the idea of CT tomography

CAO Jun, CHEN Puchun, XU Ying, ZHANG Ying

(Electric and Information Institute, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China)

Abstract： According to the requirement of practical engineering application on the curved surface area information, inspired by the idea of CT tomography, a new method to calculate the curved surface area by utilizing the boundary information of every cross section is proposed. For the area of ellipsoid surface, conical surface and spherical surface, the numerical calculation results coincident with the theoretical results are presented. And then for the curved surface area of an egg, the boundary shape of every cross section was obtained with thin copper wires around the egg and was imaged. The boundary′s data of every cross section was extracted with the edge detection technique. The curved surface area of egg is calculated with Helen formula. Experiment results show that the method is practical, simple and precise, and can satisfy the needs of practical engineering application.

Keywords：image processing; CT tomography; Helen formula; curved surface area calculation

收稿日期：20111011目前數(shù)字圖像處理已在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用［1］，深入開(kāi)展數(shù)字圖像處理研究，對(duì)提高機(jī)器的自動(dòng)化和智能化水平有很大的促進(jìn)作用。深層的數(shù)字圖像處理任務(wù)就是要獲取物體的三維描述，識(shí)別三維物體并計(jì)算出物體的尺寸、位置和方向［2］，計(jì)算結(jié)果將為下一步目標(biāo)的分析設(shè)計(jì)、成本預(yù)算、精確加工以及自動(dòng)識(shí)別打下基礎(chǔ)。本文基于CT斷層掃描的思想，用細(xì)銅絲定位斷層輪廓，通過(guò)圖像邊緣檢測(cè)技術(shù)，定位斷層輪廓數(shù)據(jù)，最后利用海倫公式計(jì)算出曲面面積。

1三維重建

有2種三維重建方法［2］：一種是通過(guò)幾何單元拼接擬合物體表面來(lái)描述物體的三維結(jié)構(gòu)，稱為表面重建；另一種是直接將體像素以一定的顏色和透明度投影到顯示平面，稱為體重建。本文運(yùn)用三維表面重建的方法，提取三維斷層掃描的邊界進(jìn)行三維重建，使曲面面積計(jì)算更加接近真實(shí)。

1.1圖片的獲取

為了獲取雞蛋的輪廓，采用的方法是用細(xì)銅絲每隔一定距離圍出雞蛋的輪廓，然后將固形的銅絲粘貼在白紙上，為了使拍攝出的每層輪廓圖片相對(duì)大小一致，本文中對(duì)實(shí)驗(yàn)的器材進(jìn)行了一系列的處理，首先是將用于增強(qiáng)對(duì)比度的底襯白紙固定，不至于在拍攝圖片的時(shí)候移動(dòng)，其次是在底襯白紙中間標(biāo)記一個(gè)點(diǎn)，同樣在貼著銅絲的白紙上標(biāo)記出銅絲的中心點(diǎn)，拍攝圖片時(shí)使得2個(gè)點(diǎn)重合，并且保證每次拍攝的距離相同，用銅絲定位斷層面的邊界如圖1所示，斷層邊緣檢測(cè)如圖2所示。

圖1用銅絲定位斷層面的邊界圖2斷層邊緣檢測(cè)

1.2層間目標(biāo)的提取

目標(biāo)提取的目的是將圖像中感興趣的部分從其背景中分離出來(lái)。本文利用閾值分割方法提取目標(biāo)。閾值分割的首要問(wèn)題是閾值的選取，根據(jù)Matlab中的函數(shù)pixval可以得到目標(biāo)的灰度值。用閾值分割的方法不能完整分割出目標(biāo)，所以本文還利用形態(tài)學(xué)中標(biāo)記連接分量的相關(guān)知識(shí)來(lái)提取目標(biāo)，選取8鄰接求出標(biāo)記矩陣和連接分量的總數(shù)，每個(gè)不同連接分量中的像素被分配給一個(gè)惟一的整數(shù)，該整數(shù)的范圍是從1到連接分量的總數(shù)，根據(jù)慣有的經(jīng)驗(yàn)，標(biāo)記矩陣是按照從上到下從左到右的規(guī)律排列的，觀察目標(biāo)的位置，確定標(biāo)記矩陣的數(shù)字，提取出需要對(duì)象的矩陣，最后將其轉(zhuǎn)換到原有圖像上［3］。

1.3層間目標(biāo)圖像的邊緣提取

三維表面重建是指首先運(yùn)用圖像技術(shù)從二維圖像中分割出興趣區(qū)的輪廓曲線，然后經(jīng)圖像處理，得到其三維結(jié)構(gòu)。因此，對(duì)于三維表面重建而言，邊界輪廓的提取尤為重要［4］。常用的邊緣檢測(cè)器有：Sobel邊緣檢測(cè)器, Roberts邊緣檢測(cè)器, Prewitt邊緣檢測(cè)器，Log邊緣檢測(cè)器［5］, 零交叉邊緣檢測(cè)器，Canny邊緣檢測(cè)器［3］等。本文運(yùn)用的是Log邊緣檢測(cè)器,它把Gauss平滑濾波器和Laplacian銳化濾波器結(jié)合了起來(lái)，先平滑掉噪聲，再進(jìn)行邊緣檢測(cè)，使邊緣提取的效果會(huì)更好。

1.4層間輪廓的三維結(jié)構(gòu)

下面，用這些邊界輪廓曲線的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維表面重建。在本文中采用的方法是將邊界輪廓曲線存儲(chǔ)在三維數(shù)組里，用Matlab中的函數(shù)scatter3畫(huà)出邊界輪廓線的三維散布圖，使用hold on函數(shù)，畫(huà)完一組邊界后再畫(huà)另外一組，這樣所有的邊界輪廓線就形成三維圖像［6］。斷層面輪廓的三維表面重建如圖3所示。

圖3斷層面輪廓的三維表面重建2曲面面積計(jì)算方法

2.1數(shù)字圖像的表示

數(shù)字圖像可用矩陣或數(shù)組來(lái)表示。假如一幅圖像f(x,y)被均勻取樣，則產(chǎn)生的數(shù)字圖像有M行和N列，M和N值取整數(shù)。一幅圖像被分割成一個(gè)個(gè)小矩形（像元或像素pixel），形成一幅點(diǎn)陣式的數(shù)字圖像。

2.2表面積的計(jì)算

可采取面積分的思想求圖像的表面積，具體思路是：在第i層的輪廓邊緣線上取兩相鄰點(diǎn)，其坐標(biāo)分別是（x1,y1）和（x3,y3）；在第i+1層上找到與(x1,y1)距離最近的點(diǎn)(x2,y2),以及與 (x3,y3)距離最近的點(diǎn)(x4,y4)，這4個(gè)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)四邊形，把該四邊形轉(zhuǎn)化為2個(gè)三角形，利用海倫公式:S=p(p-a)(p-b)(p-c)式中：p=1/2(a+b+c)；a,b,c為三角形的邊長(zhǎng)。可以求出三角形的面積，進(jìn)而求出四邊形的面積。網(wǎng)格劃分越細(xì)，計(jì)算誤差就越小。

2.3曲面面積的計(jì)算精度評(píng)價(jià)

考慮到任意曲面的面積在數(shù)學(xué)上計(jì)算是困難的，為了評(píng)價(jià)所提出的方法的曲面面積計(jì)算精度，針對(duì)橢球面、圓錐面和半球面，論文給出了斷層法面積計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)表1），并與公式法求得的實(shí)際曲面面積相比較，計(jì)算它們的相對(duì)誤差。計(jì)算結(jié)果如下表所示。

采用斷層邊緣點(diǎn)計(jì)算以上3種不同曲面的面積如圖4~圖6所示，均得到精度較高的計(jì)算結(jié)果，圓錐面和半球面的曲面面積的計(jì)算誤差較小，橢球面的計(jì)算誤差稍大些，但都小于0.6%，原因是在求橢球面的曲面面積時(shí)間隔要稍微大一些，由此可見(jiàn)利用斷層邊緣點(diǎn)計(jì)算曲面面積具有可行性。

圖4半球面圖5橢球面2.4雞蛋表面積的計(jì)算結(jié)果

在實(shí)際計(jì)算雞蛋表面積時(shí)，與前面的模擬計(jì)算主要有以下2個(gè)不同的地方：

(1) 相鄰斷層邊界的取樣點(diǎn)數(shù)不一致，所以在做循環(huán)的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)已經(jīng)跳出循環(huán)，另一個(gè)還沒(méi)有運(yùn)行完的局面，這樣就會(huì)產(chǎn)生誤差，為避免該困難，本文選取采樣點(diǎn)數(shù)少的邊界進(jìn)行循環(huán)編程。

圖6圓錐面(2) 2個(gè)邊界圖像不規(guī)則，大小也不一樣，所以它不能像參考模型那樣，第一個(gè)邊界點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，第2個(gè)邊界上的點(diǎn)對(duì)應(yīng)移動(dòng)。本文的解決辦法是，第i層的輪廓邊緣線上面取一個(gè)點(diǎn)，其坐標(biāo)是（x1，y1），在第i+1層上找到與(x1,y1)距離最近的點(diǎn)(x2,y2)；再在第i層的輪廓邊緣線上面取一個(gè)點(diǎn)，其坐標(biāo)是（x3，y3），在第i+1層上找到與(x3,y3)距離最近的點(diǎn)(x4,y4)，其中點(diǎn)(x1,y1)和(x3,y3)為相鄰點(diǎn)。利用這4個(gè)點(diǎn)構(gòu)成1個(gè)四邊形，再轉(zhuǎn)化為三角形，然后利用海倫公式，求三角形的面積，進(jìn)而求四邊形的面積，當(dāng)步長(zhǎng)值很小的時(shí)候，由所有四邊形的面積和即可得到雞蛋的表面積。

為驗(yàn)證斷層法計(jì)算曲面積的可靠性，本文利用排水法測(cè)出雞蛋殼的總體積，利用螺旋測(cè)微計(jì)分別測(cè)量10次雞蛋殼的厚度，求得雞蛋殼的平均厚度。在厚度很薄的情況下，根據(jù)體積等于底面積乘以厚度的近似關(guān)系，計(jì)算出雞蛋外表面和內(nèi)表面的總表面積，然后除以2，得到雞蛋殼的外表面積的近似值。表2為實(shí)驗(yàn)測(cè)得的雞蛋表面積與斷層法得到的表面積的比較。分析數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，盡管2種方法得到的雞蛋表面積都與真實(shí)結(jié)果存在誤差，但是二者的結(jié)果是基本吻合的，相對(duì)誤差均小于3%，這也說(shuō)明了斷層法計(jì)算曲面面積的實(shí)用性。

3結(jié)語(yǔ)

根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用對(duì)曲面面積測(cè)量的需求，本文提出了一種利用CT斷層的邊界信息求圖像曲面面積的方法，從理論上和實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了該方法的可靠性和實(shí)用性。該算法簡(jiǎn)單且計(jì)算精度高，能廣泛地應(yīng)用于各領(lǐng)域，諸如果實(shí)損壞面積的計(jì)算、加工工件材料成本估算、皮膚燒傷面積的計(jì)算等，為更多定量研究提供了一種計(jì)算方法。

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數(shù)字圖像處理論文范文4

[關(guān)鍵詞]機(jī)器視覺(jué)：攝像機(jī)；投影光源；教學(xué)課件

[中圖分類號(hào)]G40-057　[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A　[論文編號(hào)]1009-8097(2011)06-0126-03

一　機(jī)器視覺(jué)原理及發(fā)展概況

機(jī)器視覺(jué)是利用計(jì)算機(jī)和攝像機(jī)以及輔助裝置完成的視覺(jué)檢測(cè)領(lǐng)域，目前，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到了工業(yè)生產(chǎn)中的在線檢測(cè)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中的逆向工程等領(lǐng)域。從幾微米的芯片刻畫(huà)到幾公里的建筑地理三維測(cè)量，都有不同類別的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在工作。目前，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展已經(jīng)使得高校在機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域必須進(jìn)行更深入的教學(xué)，以適應(yīng)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。

傳統(tǒng)的機(jī)器視覺(jué)教學(xué)大多數(shù)基于書(shū)本和課件，并且只是對(duì)于一些平面圖像進(jìn)行了簡(jiǎn)單的處理，這種處理離真正的工業(yè)應(yīng)用相差太遠(yuǎn)。另外，學(xué)生也無(wú)法從這種枯燥的圖像處理算法中找到樂(lè)趣，因此，尋求一種新的圖像處理和機(jī)器視覺(jué)的實(shí)驗(yàn)方法勢(shì)在必行。

二　機(jī)器視覺(jué)教學(xué)系統(tǒng)

為了更好的進(jìn)行機(jī)器視覺(jué)教學(xué)，經(jīng)過(guò)調(diào)研，從天津世紀(jì)動(dòng)力光電科學(xué)儀器有限公司采購(gòu)了一種針對(duì)教學(xué)的高自由度機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)單目、雙目、多目的系統(tǒng)組建，可以模擬激光掃描，面結(jié)構(gòu)光，光柵，點(diǎn)光源掃描，具有豐富的圖像處理算法模擬和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建，還可以實(shí)現(xiàn)直線度、平面度、自由曲面多種測(cè)量系統(tǒng)的建立。

系統(tǒng)主要由以下部分構(gòu)成：

1　機(jī)械支撐調(diào)節(jié)系統(tǒng)

機(jī)械支撐調(diào)節(jié)系統(tǒng)由自由度較高的鋁型材構(gòu)成基本支撐架構(gòu)，采用球形云臺(tái)作為主要的調(diào)節(jié)部件。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示：

2　工業(yè)攝像機(jī)部分

為了能夠?qū)崿F(xiàn)單目、雙目及多目視覺(jué)試驗(yàn)的模擬，系統(tǒng)采用了畸變率較小的工業(yè)攝像機(jī)和工業(yè)鏡頭。工業(yè)攝像機(jī)采用千兆以太網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)TCP／IP技術(shù)完成圖像的傳輸和采集。系統(tǒng)配備4個(gè)攝像機(jī)，通過(guò)直線和環(huán)形軌道可以模擬工業(yè)中最常用的幾種單目和雙目視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。工業(yè)以太網(wǎng)相機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序基本開(kāi)發(fā)平臺(tái)為VC2008，根據(jù)目前的通用數(shù)字圖像處理算法，本文提供了幾種單目和多目系統(tǒng)的構(gòu)架方案以及標(biāo)定。學(xué)生可以很容易的了解雙目系統(tǒng)的構(gòu)成和原理，以及簡(jiǎn)易雙目系統(tǒng)構(gòu)建的方案。

3　投影光源

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)分為主動(dòng)視覺(jué)系統(tǒng)和被動(dòng)視覺(jué)系統(tǒng)，大多數(shù)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用的是主動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，即在有照明光源的條件下完成視覺(jué)檢測(cè)。照明光源種類較多，分為以下幾類：

(1)激光光源：通過(guò)激光器發(fā)射的點(diǎn)、線激光，對(duì)旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)平臺(tái)上的物體實(shí)現(xiàn)其形貌的檢查；

(2)面結(jié)構(gòu)光源：通過(guò)發(fā)射帶有一定偏振信息或位置信息的面結(jié)構(gòu)光條，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體形貌的檢測(cè)；

(3)透射光源：通過(guò)x射線、近紅外光源等能夠透過(guò)物體的光線實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)。

。

以上的光源種類繁多，原理各不相同，為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)系統(tǒng)對(duì)各種圖像的模擬，采用了一種新型光源，利用DLP技術(shù)的投影LED光源，可以有效解決問(wèn)題。DLP技術(shù)是美國(guó)德州儀器公司的動(dòng)態(tài)投射技術(shù)，通過(guò)一個(gè)色輪發(fā)射的不斷變化的光不斷投射到屏幕上，通過(guò)快速的三原色切換實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)投射。這一技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了各種商業(yè)投影儀上。但商業(yè)投影儀的光路很不自由，都帶有一定的仰角和畸變修正，因此，需要學(xué)生自主來(lái)調(diào)整投影系統(tǒng)。

投影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大體如圖2所示：

投影系統(tǒng)是利用DLP技術(shù)制作的中心光路投影設(shè)備，根據(jù)上位機(jī)的指令可以投射出點(diǎn)光源、線光源、網(wǎng)格狀線光源、任意變化規(guī)律的光柵，輔助。

4　標(biāo)定系統(tǒng)

任何一種機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，都要標(biāo)定攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)和空間變換矩陣。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用了基于平板靶標(biāo)的輔助標(biāo)定。

標(biāo)定的主要方法如圖3所示。

為了實(shí)現(xiàn)多攝像機(jī)的匹配，本文采用了一種帶有圓心定位和方向定位的靶標(biāo)，沒(méi)有使用棋盤(pán)靶標(biāo)。使用靶標(biāo)圖案如

平板靶標(biāo)可以用來(lái)進(jìn)行圓心提取、邊緣提取、閾值分割、圖像二值化、濾波等操作，還可以用來(lái)進(jìn)行雙目及多目中攝像機(jī)的標(biāo)定。

三　教學(xué)課件的搭建

根據(jù)搭建的教學(xué)平臺(tái)可以組成多種教學(xué)課件，根據(jù)我們常用的實(shí)驗(yàn)方式，整個(gè)雙目視覺(jué)系統(tǒng)構(gòu)建按照如下步驟進(jìn)行：

1　平面圖像處理教學(xué)試驗(yàn)。

平面圖像處理的教學(xué)試驗(yàn)主要針對(duì)帶有各種帶有邊界的攝像機(jī)圖像，指導(dǎo)學(xué)生完成攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集、單幅采集、增益和曝光時(shí)間的確定等。

根據(jù)圖像處理的基本算法，本文提供了一些模塊，圖5(a)和圖5(b)是一些學(xué)生作業(yè)對(duì)靶標(biāo)圖像完成的不同處理效果

通過(guò)這種實(shí)際的上機(jī)教學(xué)，學(xué)生對(duì)于枯燥的圖像處理算法普遍產(chǎn)生了興趣，對(duì)圖像的變換如二值化、閾值分割、拉普拉斯變化都有了較為深入的認(rèn)識(shí)。

2　攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)標(biāo)定試驗(yàn)。

任何攝像機(jī)都存在著畸變，主要分為徑向畸變和切向畸變。因此，標(biāo)定實(shí)際的光心畸變參數(shù)是建立正確的三維坐標(biāo)關(guān)系的基礎(chǔ)。

本文的教學(xué)系統(tǒng)中采用圓形靶標(biāo)作為攝像機(jī)畸變的標(biāo)定方法，學(xué)生采用過(guò)移動(dòng)標(biāo)定和旋轉(zhuǎn)標(biāo)定等各種方法，確定攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)。

以下數(shù)據(jù)是一個(gè)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的矩陣，主要包括旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T，還有攝像機(jī)的光心sx和sv，焦距為16mm鏡頭，經(jīng)過(guò)標(biāo)定后的像距為16.55mm。

焦距：16.558882

光心：716.658340 479.982758

旋轉(zhuǎn)矩陣：0，952250，0.076489、-0.295582

0.017592，0.952757，0.303223

0.304811、-0.293944、0.905918

平移矩陣：-60.627362，-18.715668、426.976200

經(jīng)過(guò)對(duì)攝像機(jī)的誤差評(píng)定分析，4個(gè)班級(jí)96名選擇模式識(shí)別和圖像處理的學(xué)生采用了網(wǎng)絡(luò)上搜索到的各種標(biāo)定算法，并進(jìn)行了試驗(yàn)，和標(biāo)準(zhǔn)儀器CPOSmini的結(jié)果對(duì)照，最好的成績(jī)可以誤差在0.04mm。

3　主動(dòng)光源投射練習(xí)

在任何機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，都需要投射主動(dòng)光源，本文采用的多用途投射光源可以給學(xué)生一個(gè)開(kāi)發(fā)的空間。采用多用途投射光源，學(xué)生進(jìn)行了多種光源的模擬，如圖6所示。

四　結(jié)論

通過(guò)對(duì)主動(dòng)光源投射，攝像機(jī)標(biāo)定，靶標(biāo)圖像處理的練習(xí)，學(xué)生們對(duì)機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域和模式識(shí)別有了更直觀的認(rèn)識(shí)。在進(jìn)行的攝像機(jī)標(biāo)定算法試驗(yàn)中，一個(gè)班的學(xué)生查閱了多種公開(kāi)文獻(xiàn)中的算法，并最終得到了比較好的效果。

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不但可應(yīng)用于本科教學(xué)過(guò)程中，也可應(yīng)用到研究生和部分教師的科學(xué)實(shí)驗(yàn)中。

數(shù)字圖像處理論文范文5

關(guān)鍵詞:手寫(xiě)筆體;信息查找;同步掃描;字符分割

中圖分類號(hào):TP311文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1009-3044(2010)22-6282-02

1 圖像分割技術(shù)

圖像分割是圖像處理和前期視覺(jué)中的基本技術(shù),是按照?qǐng)D像的某些特征(灰度級(jí)、頻譜、紋理等)將圖像空間劃分成一些區(qū)域,在這些區(qū)域的內(nèi)部,其特性是相同的或者是均勻的,兩個(gè)相鄰區(qū)域的特性則互不相同。圖像分割是有圖像處理轉(zhuǎn)為圖像分析的關(guān)鍵。一方面,它是目標(biāo)圖像表達(dá)的基礎(chǔ),對(duì)特定測(cè)量有重要影響。另一方面,圖像分割也是圖像的目標(biāo)表達(dá)、特征提取和參數(shù)測(cè)量等分割所用的主要方法。[13-14] 對(duì)于一般復(fù)雜圖像,圖像分割較為復(fù)雜,比如Wang等[17]通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)區(qū)域進(jìn)行分級(jí),識(shí)別出由同一物體組成的整體區(qū)域,從而獲得物體的輪廓,但是可能導(dǎo)致區(qū)域空洞的出現(xiàn),但由于本系統(tǒng)在去除背景、對(duì)字符分割的這一特定條件下,處理過(guò)程相對(duì)較為簡(jiǎn)單。

到目前為止,所有的圖像分割算法均是針對(duì)某具體問(wèn)題而提出的,并沒(méi)有一種可適用于任何圖像的通用分割算法,這也可以從一個(gè)方面說(shuō)明,為什么能研究出上千種方式各異的圖像分割算法,而且每年都是上百種的速度在遞增。盡管存在著數(shù)量龐大的各種圖像分割方法,但均可以將其分割處理的特點(diǎn)歸納為以下幾條:

1)分割產(chǎn)生的所有區(qū)域之和包括了原始圖像中原有的所有像素,即分割把原始圖像的每個(gè)像素都分到某個(gè)區(qū)域。

2)分割后的結(jié)果互不重疊,即原有像素不能同時(shí)分割到兩個(gè)區(qū)域。

3)分割后的各個(gè)區(qū)域有其獨(dú)有的特性,即同區(qū)域的像素具有某種共性。

4)分割后的不同區(qū)域具有不同的特性,分割后同一區(qū)域內(nèi)任兩像素在該區(qū)域內(nèi)相互連通,即分割后的區(qū)域是一個(gè)連通組元。

2 圖像分割途徑

圖像分割有三種不同的途徑。

1)將各像素劃歸到相應(yīng)物體或區(qū)域的像素聚類方法即區(qū)域法;

2)通過(guò)直接確定區(qū)域間的邊界來(lái)實(shí)現(xiàn)分割的邊界方法;

3)首先檢測(cè)邊緣像素再將邊緣像素連接起來(lái)構(gòu)成邊界形成分割。字符分割是為了便于對(duì)單個(gè)字符進(jìn)行進(jìn)一步的單獨(dú)處理。因?yàn)橐话阕址麍D像均能滿足相鄰文字行列間至少有一行或者一列全為背景象素這一條件。系統(tǒng)在讀進(jìn)來(lái)的圖像中一般會(huì)含有多個(gè)字符,識(shí)別的時(shí)候只能根據(jù)每個(gè)字符的特征來(lái)進(jìn)行判斷,所以還要進(jìn)行字符分割的工作。這一步工作就是把圖像中的字符獨(dú)立的分割出來(lái)。[15]

3 手寫(xiě)體字符任意行分割算法設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)提出

本系統(tǒng)提出的“基于個(gè)人手寫(xiě)筆體的信息查找”的概念是一個(gè)全新的概念,它既要求對(duì)于手寫(xiě)體漢字本身結(jié)構(gòu)信息的把握,又對(duì)捕獲單個(gè)字與周邊文字之間相對(duì)位置信息的規(guī)律性提出了要求。而以往人們?cè)凇肮P跡鑒別”等領(lǐng)域所做的工作都是針對(duì)行、列分布較規(guī)范的整段文字或整篇文章進(jìn)行的,對(duì)于如今我們面臨的空間分布極具任意性的個(gè)人手寫(xiě)筆記而言,昔日的經(jīng)典算法僅僅具備一定意義上的參考價(jià)值,謀求一種適用性更強(qiáng)、能夠?qū)€(gè)人手寫(xiě)筆記字符進(jìn)行準(zhǔn)確分割的算法成為了正確查找信息的重要前提。比如圖1這種比較典型的情形,進(jìn)行行、列掃描的嵌套 設(shè)定閾值 將距離小于閾值的相鄰的兩部分進(jìn)行分割,此時(shí)這樣的算法顯然就無(wú)用武之地了。

對(duì)于左右結(jié)構(gòu)或者左中右結(jié)構(gòu)的漢字,分割閾值的設(shè)置與個(gè)人的書(shū)寫(xiě)習(xí)慣是一對(duì)比較難以解決的矛盾,例如《沁園春?長(zhǎng)沙》的“沁”、汕頭的“汕”,前者由于“心”字的左邊一點(diǎn)在垂直投影上與“]”無(wú)重疊部分而恰恰同“シ”有交疊,故而將整字錯(cuò)誤地分割為

而“汕”字則不光是左右被分開(kāi),連三點(diǎn)水最上面的一點(diǎn)也被獨(dú)立劃分為一塊,至于為什么“清”和“澈”就會(huì)被正確地框出呢?實(shí)質(zhì)上是一個(gè)道理,注意用紅色圈出的部分。

由于手寫(xiě)體的隨意性,文字大小不盡相同,這就要對(duì)文字尺寸進(jìn)行歸一化,因此字符分割是非常重要的一步;同時(shí)字符分割又為之后的文字拼接提供了一條簡(jiǎn)單易行的途徑。因此,若我們光從傳統(tǒng)的算法入手,將閾值設(shè)定得較小同時(shí)要求用戶刻意將字間距放大,那顯然這是不人性的設(shè)計(jì)、是治標(biāo)不治本的下策。

3.2 分割算法

綜合考慮漢字結(jié)構(gòu)的分布規(guī)律及書(shū)寫(xiě)的隨意性,本系統(tǒng)采用了如下的字符分割算法:

1)首先對(duì)整幅圖像進(jìn)行掃描,定出上、下、左、右四條邊界線(如圖中箭頭1、2、3、4所示)

2)對(duì)圖像進(jìn)行第二次掃描,此次掃描目的是對(duì)分立的字符進(jìn)行分割。基本思想是認(rèn)為手寫(xiě)的漢字大致是可以被一個(gè)正方形的邊框所包圍的,假設(shè)以列掃描作為外層循環(huán),如圖中3號(hào)箭頭所示,以其掃描到地第一個(gè)像素點(diǎn)的橫坐標(biāo)為“虎”字的左邊界同時(shí)以該像素點(diǎn)的縱坐標(biāo)rectpop.bottom作為列掃描的循環(huán)次數(shù),當(dāng)掃描到如圖5號(hào)箭頭所示位置時(shí),發(fā)現(xiàn)再往右掃一列時(shí)像素點(diǎn)的縱坐標(biāo)便已經(jīng)遠(yuǎn)大于rectpop.bottom,故而馬上進(jìn)行右邊界的分割,之后“虎”字的行掃描繼續(xù),當(dāng)掃描到6號(hào)箭頭所示位置的下一行時(shí),又發(fā)現(xiàn)掃描到的像素點(diǎn)的橫坐標(biāo)遠(yuǎn)大于rectpop.bottom,所以此時(shí)可以將“虎”字的下邊界定出,到此為止,第一個(gè)“虎”字的分割完成,而之后的第二個(gè)“虎”字的分割思想與之如出一轍。至于“威”字的分割,則與之前的兩個(gè)字的分割方法不同,由于掃描在一維上是從單一方向進(jìn)行的,即對(duì)于列地掃描始終定格為從左到右,這就造成了其在空間分布上的獨(dú)立性,換句話說(shuō),對(duì)于該字的掃描就無(wú)法貫徹之前的以具體像素點(diǎn)左邊界的縱坐標(biāo)rectpop.bottom作為列掃描的循環(huán)次數(shù),所以對(duì)于“威”字的掃描實(shí)質(zhì)上是沿襲了整幅大圖像的掃描方式,只不過(guò)該字的右邊界已定(就是整幅圖像的右邊界),而其余三個(gè)邊界則只能老老實(shí)實(shí)地由行列嵌套循環(huán)定出。

又如圖3(i)所示,字與字之間的位置關(guān)系毫無(wú)規(guī)律性可循,系統(tǒng)首先依舊按照設(shè)定的算法進(jìn)行整幅圖像的上、下、左、右四條邊界的確定,將整幅圖拆成如圖(ii)所示的左半部分以及剩余的右半部分,我們發(fā)現(xiàn):(ii)圖的情形與上一例如出一轍,但為什么與(ii)中的“水”字毗鄰的“森”字卻沒(méi)有以它的最底端作為其本身的下邊界而是以2號(hào)箭頭所示位置為其下邊界呢?原因是它的右邊還有字符。

當(dāng)行掃描進(jìn)行到(ii)中的“森”(稱其為森2)字最底端時(shí),掃描線被其右邊的另一個(gè)“森”(稱其為森3)的像素點(diǎn)“擋住去路”,這一信息的反饋使得系統(tǒng)得知行掃描還未結(jié)束,所以確定森2的下邊界就等效為確定森3的下邊界,正如我們所分析的那樣,掃描結(jié)果是森2與森3的下邊界相同且均為整幅圖像的下邊界。

同樣道理,因?yàn)樯?的至高點(diǎn)在森2的最低點(diǎn)上方,而行掃描在劃過(guò)森2的最低點(diǎn)后始終向下尋找森2的下邊界,這就使得森3 的上邊界成為了由前級(jí)附帶確定的因素。所以,整幅圖中,盡管單個(gè)字可以準(zhǔn)確無(wú)誤地分割開(kāi)來(lái),但個(gè)別字邊界的確定卻是不盡如人意的。

圖3字符分割實(shí)例3

4 結(jié)束語(yǔ)

再嚴(yán)密的算法總是在邏輯框架下執(zhí)行一定順序的操作,本算法也同樣如此。我們的本意自然是希望得到如圖(iii)所示的理想結(jié)果,但任何一套算法都是對(duì)規(guī)律的總結(jié),其相對(duì)適用性無(wú)法脫離一般性的約束,而手寫(xiě)體的隨意性恰恰是以特殊性來(lái)考驗(yàn)一般性,所以即使當(dāng)前的算法對(duì)于個(gè)體分割具備了一定程度的正確性,其與我們?cè)O(shè)想的理想狀態(tài)還是有一定距離的。以上兩例充分說(shuō)明本算法中前級(jí)對(duì)后級(jí)有影響,后級(jí)對(duì)前級(jí)同樣有牽制,前后級(jí)字符之間的相互制約構(gòu)成了當(dāng)前分割算法的核心體系。

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數(shù)字圖像處理論文范文6

關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)法；radon變換；輪廓提取

中圖分類號(hào)：TE60 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 選題背景

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展許多行業(yè)需要對(duì)顆粒品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，如糧食、化工。然而，作為檢測(cè)中至關(guān)重要的顆粒邊緣識(shí)別技術(shù)成為了束縛技術(shù)進(jìn)步的瓶頸。本論文提出將市面上廣泛熱議的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)法與radon變換相結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)顆粒邊緣檢測(cè)，達(dá)到了較好的效果。

2 基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)與radon變換的輪廓提取

2.1 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)

數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)是由賽拉（J· Serra）和導(dǎo)師馬瑟榮，在從事鐵礦核的定量巖石學(xué)分析及預(yù)測(cè)其開(kāi)采價(jià)值的研究中提出“擊中/擊不中變換”， 并在理論層面上第一次引入了形態(tài)學(xué)的表達(dá)式，建立了顆粒分析方法。其基本思想是用具有一定形態(tài)的結(jié)構(gòu)元素去量度和提取圖像中的對(duì)應(yīng)形狀以達(dá)到對(duì)圖像分析和識(shí)別的目的。

數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和所用語(yǔ)言是集合論。它是由一組形態(tài)學(xué)的代數(shù)運(yùn)算子組成的，它的基本運(yùn)算有四個(gè)：膨脹（或擴(kuò)張）、腐蝕（或侵蝕）、開(kāi)啟和閉合。

2.2 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的基本運(yùn)算

（1）膨脹：運(yùn)算符為“？茌”，圖像集合A用結(jié)構(gòu)元素B來(lái)膨脹，記作AB。作用是把圖像周圍的背景點(diǎn)合并到物體中，如果兩個(gè)物體之間距離比較近，那么膨脹運(yùn)算可能會(huì)使這兩個(gè)物體連通在一起，膨脹對(duì)填補(bǔ)圖像分割后的空洞很有用。

（2）腐蝕：A用B來(lái)腐蝕，作用是消除物體邊界點(diǎn)，腐蝕可以把小于結(jié)構(gòu)元素的物體去除，這樣選取不同大小的結(jié)構(gòu)元素，就可以去掉不同大小的物體。如果兩個(gè)物體之間有細(xì)小的連通，那么當(dāng)結(jié)構(gòu)元素足夠大時(shí)通過(guò)腐蝕運(yùn)算可以將兩個(gè)物體分開(kāi)。利用該操作，可以消除小且無(wú)意義的物體。

（3）開(kāi)啟：使用同一結(jié)構(gòu)元素對(duì)圖像先進(jìn)行腐蝕然后再進(jìn)行膨脹的運(yùn)算稱為開(kāi)啟。利用該運(yùn)算可以消除小物體，在纖細(xì)點(diǎn)處分離物體，平滑較大物體的邊界，但同時(shí)不明顯改變?cè)瓉?lái)物體的面積。

（4）閉合：使用同一結(jié)構(gòu)元素對(duì)圖像先進(jìn)行膨脹然后再進(jìn)行腐蝕的運(yùn)算稱為閉合。利用該運(yùn)算可以填充物體內(nèi)細(xì)小空洞，連接鄰近物體平滑其邊界，但同時(shí)不明顯改變?cè)瓉?lái)物體的面積。

結(jié)語(yǔ)

顯然，相對(duì)于邊緣檢測(cè)算子法的輪廓提取效果，利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)法與radon變換結(jié)合的方法得到的邊緣檢測(cè)效果要好一些，采用該方法進(jìn)行輪廓提取不但對(duì)斷點(diǎn)輪廓進(jìn)行了較為有效地修復(fù)而且避免了斷點(diǎn)現(xiàn)象，達(dá)到了一定效果。

參考文獻(xiàn)

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