图像增强中分数阶阶次自适应模型的构造

为了解决分数阶微分算子在图像增强中需要人工寻找最佳阶次,缺乏阶次自适应的问题,构造了分数阶微分阶次自适应数学模型。该模型以反正切函数为原型,以图像的梯度信息、局部信息熵、亮度和对比度为自变量,建立了微分阶次与图像局部信息之间的关系,从而可以根据图像的局部信息特征自动计算图像中各个像素点的最佳阶次,并将该模型应用在分数阶微分Tiansi算子的图像增强中。为了验证该模型的有效性,选用标准图像库中的多幅纹理图像进行实验,对实验结果进行了定性和定量分析,在定量分析中采用图像信息熵、平均梯度、清晰度和对比度四个评价指标衡量图像增强的效果,并与二阶微分Laplacian算子、Tiansi算子进行比较。理论分析和实验结果均表明建立该模型的有效性,对灰度图像可以得到连续变化的增强效果,接近于最佳分数阶微分增强效果,符合人们的视觉感受。     

结合分数阶微分和图像局部信息的CV模型

目的 由于CV模型仅利用了图像的全局信息,其对灰度不均匀图像的分割效果不理想,同时在分割弱边缘和弱纹理图像时,优化易陷入局部最优从而导致分割效率低下,且对初始位置的选择较为敏感。针对这些问题,提出一种结合分数阶微分和图像局部信息的CV模型。方法 首先将分数阶梯度信息融入图像的局部信息中,用来替代CV模型的整数阶全局信息,并建立自适应计算分数阶最佳阶次的数学模型,然后在模型中加入符号距离的约束项。结果 一方面,用局部信息代替全局信息,可以在一定程度上解决CV模型对灰度不均匀图像分割效果不理想的问题。另一方面,将Grünwald-Letnikov分数阶梯度信息融合到局部信息中,当分数阶阶次0 < α < 1时,增加了图像灰度不均匀、弱边缘、弱纹理区域的梯度信息,从而增加了演化驱动力避免演化曲线陷入局部最优,有效地解决了图像因灰度变化不大导致演化曲线驱动力小的问题,在一定程度上解决了模型对初始轮廓位置选择和对噪声敏感的问题。同时为了解决人工选取最佳分数阶阶次费时费力的问题,根据图像的梯度模值和信息熵建立计算分数阶最佳阶次的数学模型,将此自适应分数阶模型应用到算法之中,以自适应确定最佳分数阶阶次。此外,为了避免模型的重新初始化,在模型中加入符号距离的约束项,从而提高了曲线的演化效率。结论 理论分析和实验结果均表明,该算法能够较好地分割灰度不均匀、弱边缘和弱纹理区域的图像,并能根据图像特征自适应确定最佳分数阶阶次,提高了分割精度和分割效率,且对初始轮廓位置选择及噪声均具有一定的鲁棒性。     

基于线性滤波的树结构动态规划立体匹配算法

传统的动态规划立体匹配算法能有效保证匹配精度的同时提高运行速度, 但得到的视差深度图会出现明显的条纹现象,同时在图像弱纹理区域以及边缘存在较高的误匹配. 针对该问题,提出了一种新的基于线性滤波的树形结构动态规划立体匹配算法. 算法首先运用改进的结合颜色和梯度信息参数可调的自适应测度函数构建左右图像的匹配代价, 然后以左图像为引导图对构建的匹配代价进行滤波; 再运用行列双向树形结构的动态规划算法进行视差全局优化, 最后进行视差求精得到最终的视差图.理论分析和实验结果都表明, 本文的算法能有效地改善动态规划算法的条纹现象以及弱纹理区域和边缘存在的误匹配.     

域自适应城市场景语义分割

目的 域自适应分割网（AdaptSegNet）在城市场景语义分割中可获得较好的效果,但是该方法直接采用存在较大域差异（domain gap）的源域数据集GTA（grand theft auto）5与目标域数据集Cityscapes进行对抗训练,并且在网络的不同特征层间的对抗学习中使用固定的学习率,所以分割精度仍有待提高。针对上述问题,提出了一种新的域自适应的城市场景语义分割方法。方法 采用SG-GAN（semantic-aware grad-generative adversarial network（GAN））方法对虚拟数据集GTA5进行预处理,生成新的数据集SG-GTA5,其在灰度、结构以及边缘等信息上都更加接近现实场景Cityscapes,并用新生成的数据集代替原来的GTA5数据集作为网络的输入。针对AdaptSegNet加入的固定学习率问题,在网络的不同特征层引入自适应的学习率进行对抗学习,通过该学习率自适应地调整不同特征层的损失值,达到动态更新网络参数的目标。同时,在对抗网络的判别器中增加一层卷积层,以增强网络的判别能力。结果 在真实场景数据集Cityscapes上进行验证,并与相关的域自适应分割模型进行对比,结果表明：提出的网络模型能更好地分割出城市交通场景中较复杂的物体,对于sidewalk、wall、pole、car、sky的平均交并比（mean intersection over union, mIoU）分别提高了9.6%、5.9%、4.9%、5.5%、4.8%。结论 提出方法降低了源域和目标域数据集之间的域差异,减少了训练过程中的对抗损失值,规避了网络在反向传播训练过程中出现的梯度爆炸问题,从而有效地提高了网络模型的分割精度;同时提出基于该自适应的学习率进一步提升模型的分割性能;在模型的判别器网络中新添加一个卷积层,能学习到图像的更多高层语义信息,有效地缓解了类漂移的问题。     

融合密集残差块和GAN变体的医学图像非刚性配准

目的 现有的医学图像配准算法在处理较大非刚性形变的医学图像时,存在配准精度低和泛化能力不足的问题。针对该问题,提出结合密集残差块和生成对抗网络（generative adversarial network,GAN）的图像配准方法,用于多模态医学图像的非刚性配准。方法 将密集残差块引入到生成器,提取待配准图像对的更多高层特征,从而提高配准精度;在GAN中采用最小二乘损失代替逻辑回归构造的交叉熵损失,由于最小二乘损失的收敛条件更严格,同时能缓解梯度消失和过拟合,从而提高配准模型的稳定性;在判别器网络中引入相对平均GAN（relative average GAN,RaGAN）,即在标准判别器的基础上增加一项梯度惩罚因子,降低判别器的判别误差,从而相对减少配准模型的配准误差,有助于稳定配准精度。结果 在DRIVE（digital retinal images for vessel extraction）数据集上进行训练和验证,在Sunybrook Cardiac数据集和Brain MRI数据集上进行泛化性能测试,并与几种主流医学图像非刚性配准算法进行对比实验,表明,本文配准模型在精度和泛化能力上均有一定程度的提升,相比其他方法,视网膜图像、心脏图像和脑部图像的配准Dice值分别提升了3.3%、3.0%、1.5%。结论 提出的配准方法能够获取更多高层特征信息,从而提升配准精度;同时基于最小二乘法构建损失函数并对判别器进行加强,能够使得配准模型在训练阶段快速收敛,提高了配准模型的稳定性和泛化能力,适合存在较大非刚性形变的医学图像的配准。     

基于路径轮廓的三维目标识别

骨架能更有效地反映出目标的拓扑结构和细节变化, 因而在三维目标识别中得到广泛应用, 但存在的基于骨架的识别方法均要求骨架端点位于轮廓曲线上, 并且识别精度受骨架端点排序的影响。针对该问题, 提出了一种新的基于路径轮廓的三维目标识别算法。该算法首先定义了一种新的特征点——骨切点, 并根据骨切点在轮廓曲线上的顺序关系, 对骨架端点进行排序; 然后利用路径轮廓对目标轮廓进行分割; 再构造一种新的局部不变特征, 并结合hash表以识别三维目标。实验结果表明, 该算法对存在部分遮挡或缺损的三维目标仍有较好的识别效果。     

一种分步的融合时空信息的背景建模

自然场景中的光照突变和树枝、水面等不规则运动是背景建模的主要困难. 针对该问题,提出一种分步的融合时域信息和空域信息的背景建模方法. 在时域,采用具有光照不变性的颜色空间表征时域信息,并提出对噪声和光照突变具有较好适应性的码字聚类准则和自适应背景更新策略,构造了对噪声和光照突变具有较好适应性的时域信息背景模型. 在空域,通过采样将测试序列图像分成两幅子图,而后利用时域模型检测其中一幅子图,并将检测结果作为另一幅子图的先验信息,同时采用马尔科夫随机场（Markov random field,MRF）对其加以约束,最终检测其状态. 在多个测试视频序列上的实验结果表明,本文背景模型对于自然场景中的光照突变和不规则运动具有较好的适应性.     

基于格式塔心理学和Euler spiral的轮廓修复算法

现有的轮廓修复方法假设已知遮挡发生的位置, 且未考虑人类认知特性。针对该问题, 提出一种结构较完整的轮廓修复方法。算法首先检测T型节点确定遮挡发生的位置; 根据格式塔心理学的完形法则提出组合约束条件, 据此将T型节点进行组合。对平滑轮廓遮挡, 基于Euler spiral, 并以曲率变化最小作为能量最小化准则, 修复局部缺失的轮廓; 对角点轮廓遮挡, 利用过角点的两条曲线的可见部分构造两条Euler spiral, 根据Euler spiral的扩展性对构造的两条Euler spiral进行延拓并求交, 从而修复角点遮挡轮廓。方法能自动确定遮挡发生的位置, 能够对T型节点进行正确组合, 使轮廓修复更符合人类视觉感知; 对角点轮廓遮挡采用Euler spiral的扩展性进行修复, 能克服角点轮廓修复仅适合于修复轮廓为直线或圆弧的规则物体。应用模拟图像和真实图像验证了方法的有效性。     

一种仿射不变的直线描述子与直线匹配

从图像中提取的直线常出现不完整、端点位置不准确等问题,针对这些问题造成的直线匹配难点,本文提出了一种仿射不变的直线描述子.首先将待匹配直线离散为对应点的集合,将直线描述转化为点的描述,避免了直线不完整造成的支撑区域大小不一致的问题;然后结合直线的方向和长度,定义点描述子的主方向和尺度,通过统计离散点集的局部邻域的梯度信息使描述子具有仿射不变性.为了提高直线匹配速度,在进行直线描述之前,本文采用了极线约束精简了待匹配直线集合,再利用最近邻距离比准则对直线精确匹配.实验结果表明本文提出的直线描述子在仿射、亮度、视点、遮挡等变化条件下具有精确的匹配性能.     

粉末天然橡胶的性能研究

研究粉末天然橡胶(PNR)的性能,并与酸凝天然橡胶(NR)进行对比。结果表明:与酸凝NR相比,PNR的灰分质量分数、氮质量分数、挥发分质量分数、塑性初值和塑性保持率较高,杂质质量分数、丙酮溶物质量分数和门尼粘度较低;PNR混炼胶的流动性较好,ML稍低,MH稍高,ts1和ts2较小,t10、t50和t90较大,硫化速率较慢;PNR硫化胶的拉伸强度、300%和500%定伸应力较大,拉断伸长率较小。隔离剂的用量宜为2~3份。