粒子图像测速技术在两相流测量中的应用研究

为实现对两相流中各相速度的同步测量，提出了一种两相流数字粒子图像测速(PIV)方法.该方法选用合适的示踪粒子显示液体的运动，并用高速摄像机采集气液两相流动数字图像.从图像处理着手，根据图像灰度的不连续性和相似性，对采集到的两相流数字粒子图像进行分离，实现液体示踪粒子和气泡的标定.最后采用基于改进了的互相关算法得到液体流场速度分布，同时利用跟踪法得到气泡的速度分布，并对液体速度场中产生误矢量的原因进行了分析，消除了误矢量.经实例研究表明，该测量方法对硬件的依赖性小，测量成本低，可进一步推广至气固两相流的测量.     

基于单曝光激光层析图像的粒子速度测量系统

首先对目前的PIV(Particle Imaging Velocimetry)技术进行了总结．针对该系统设备复杂、价格昂贵的现实，提出了一种利用对单次曝光的流场空间域激光层析图像进行两次傅立叶变换后获得的频域图像求得最大互相关系数的二维速度场测量的新思路．实验表明：利用该方案有可能开发出针对小速度测量范围的实用粒子图像测速仪．     

文档图像汉字检索方法

目的提出一种在文档图像中检索汉字的方法，解决快速检索文本图像问题．方法通过对文档图像的版面分割，找到版面上各个图形、图像和文本子区域．根据版面分割后抽取的子区域特征，采用遗传算法的基本思想，对每个文本图像子区域进行快速搜索．无需提取任何字符图像特征，也无需要遍历整个页面就可找到所需要的内容．结果在使用二值图像表达的文档中，也能够达到搜索字符的目的．结论在数字图书馆技术中，实现了搜索文档图像中符号信息内容，为数字资源的检索开辟了一种新的途径．     

基于起点预测的快速运动估计算法

在研究菱形法等算法的基础上，利用序列图像的相邻块运动矢量的高度相关性和运动矢量的中心偏移特性，提出了一种基于起点预测的快速运动估计算法．该算法设计了菱形和正方形两种模板，在搜索过程中根据图像的内容(运动类型)采用组合模板进行灵活处理，提高了快速块匹配的搜索速度．该算法具有基于内容搜索的特点．实验结果表明，该算法在速度和准确性方面都优于传统的快速运动估计算法．     

微压印中抗蚀剂三维微流场可视化实验研究

为了研究微纳米压印中抗蚀剂的填充行为,采用三维数字离焦微流场测速技术对抗蚀剂内分散的荧光示踪粒子进行粒子离焦图像采集.针对粒子离焦图像的特殊性,提出基于两帧离焦图像的三维粒子跟踪测速(3D-PTV)算法.实现了对粒子三维运动轨迹的追踪,构建示踪粒子三维速度场.基于计算流体动力学（CFD）方法建立微压印抗蚀剂填充行为数值计算模型,将可视化实验结果与数值计算结果进行对比,两者吻合较好,证明三维数字离焦微流场测速技术在构建抗蚀剂填充过程微流场中的有效性.     

激光干涉成像两相流粒径空间分布测量

为了实现两相流粒径空间分布的测量，研究了激光干涉成像测量技术．激光干涉成像测量技术利用片状脉冲激光束照射粒子场，用数码相机拍摄粒子的散射光干涉图像，并从粒子干涉图像中获取粒子空间位置和粒径分布信息．利用激光粒度仪验证激光干涉成像测量技术的粒径测量精度．实验证明，该技术有较高的测量精度．对水喷雾场的不同片状区域进行测量，从而获得两相流的空间粒径分布．结果显示，所测喷雾场平均粒径由中心区域向边缘区域逐渐变小，大粒子基本集中在中心区域，小粒子基本集中在边缘区域．该方法为研究两相流流场特性提供了一种有效的测量手段．     

利用膜粒子群优化的条件随机域特征选择

提出了一种新的基于膜粒子群优化的特征选择方法．该方法利用了膜系统的分层结构和消息传递机制,将粒子群优化算法作为区域子算法部署到各个区域中．不同于传统粒子群优化算法,该方法将粒子群优化的搜索速率分解为局部搜索速率和全局搜索速率．膜系统的所有外层区域采用局部搜索速率,搜索局部最优解;最内层区域采用全局搜索速率,搜索全局最优解．所有外部区域将最优解传递给相邻内部区域,内部区域将最差解传递给相邻外部区域,最内区域向相邻外部区域传递最差解．当各个区域之间的解传递在一段时间内停止时,或者算法迭代次数达到限定次数时,算法收敛,取最内层区域的最优解为最终解．以条件随机域模型的最大似然估计函数为目标函数,利用膜粒子群优化计算各个特征权重系数,最后剔除那些权重系数小于阈值的特征．实验结果表明,在进行生物文本的基因名称识别时,利用该方法对条件随机域的特征进行选择后,可以消除冗余特征的干扰,能获得更高的准确度．     

基于量子粒子群算法的双阈值图像分割方法

为了提高图像分割效率,将量子粒子群算法QPSO应用于图像阈值分割领域,并在QPSO算法基础上提出了一种基于边界控制的量子粒子群阈值分割算法BQPSO.改进算法BQPSO引入了边界控制策略,使得飞越搜索区域的粒子不再聚集到区域的边界,而是回到搜索区域内边界附近的某一位置,保持了群体的多样性,有效地避免了算法陷入局部最优解,增强了算法的全局搜索能力.实验结果表明,与遗传算法GA、粒子群算法PSO和标准量子粒子群算法QPSO的阈值寻优结果相比较,BQPS0算法在运算效率、阈值搜索精度和稳定性以及图像分割效果等方面均具有明显的优势.     

一种电子元器件组装结果检测方法

为了更快更准确地检测印刷电路板(PCB)上的元器件是否存在漏焊、误焊或极性倒置等装配错误,提出了一种基于类电磁机制算法的电子元器件组装结果检测方法．该方法利用类电磁机制算法强大的搜索策略和智能的寻优机制,通过随机均匀抽取目标区域坐标点产生初始种群;以改进的归一化相关函数作为目标函数,把图像的匹配同名点看作带电粒子,通过粒子的移动与更新搜索图像的最佳匹配点;引入非均匀变异算子对移动粒子操作进行了改进;给出了该方法的实现步骤和基本流程．实验结果表明,新的检测方法具有更快的收敛速度和更高的识别率,适用于PCB板的检测．     

图像序列拼接算法的研究

针对利用水平摇动数码相机镜头连续拍摄多幅图像拼接全景图像时需要大量的计算,以及相邻两幅图像亮度不一致,容易造成明显接痕的问题,依据相邻两幅图像之间可以用投影变换表示相对关系的原则,提出了利用Moravec算子提取特征点,对图像进行投影变换,进而拼接两幅图像的算法;同时,算法中还引进了直方图规定化方法,以消除亮度不一致造成的接痕．实验证明,算法避免了迭代计算造成的大量处理时间,有效地去除了重叠区域的接痕,可以无缝平滑地拼接全景图．     

基于灰度差异与自相关的粒子速度测量新方法

基于曝光时间差异对应不同的粒子像点灰度的原理,提出了一种基于灰度差异与自相关的粒子速度测量方法。介绍了实现测量的流程和图像处理软件的算法。通过数值模拟和测量实验,验证了所提出的图像处理过程及算法的可行性,可实现流场中多数示踪粒子各自对应速度量的测量。     

方形卧式分离器的PIV流场试验研究

应用粒子成像测速(particle image velocimetry, PIV)技术对方形卧式分离器的内部流场进行了测量，得到分离器内典型的颗粒运动分布状态.采用灰度互相关法处理试验图像数据，得到分离器内3个不同截面的二维瞬时速度分布，结果表明在分离器内气流为顺时针旋流，中间流速高而边壁流速低，在分离器的右上角存在有角涡.根据试验结果计算了方形卧式分离器中间面的平均二维速度分布，与应用雷诺应力模型(RSM)数值计算模拟得到的分离器内气流速度分布进行了对比，结果表明除了近壁面区域差别较大外，其他区域基本吻合.     

Research and Implementation of Algorithm for Image Enhancement and Unwrapped Distortion Correction for SLVF Panoramic Night Vision Image

Abstract： Based on digital signal processor（DSP） and field programmable gate array（FPGA） techniques, the architecture of super large view field（SLVF） panoramic night vision image processing hardware platform was established. The panoramic unwrapping and correcting algorithm, up to a full 360°, based on coordinate rotation digital computer （CORDIC） and night vision image enhancement algorithm, based on histogram equalization theory and edge detection theory, was presented in this paper, with the purpose of processing night vision dynamic panoramic annular image. The annular image can be unwrapped and corrected to conventional rectangular panorama by the panoramic image processing algorithm, which uses the pipelined CORDIC configuration to realize a trigonometric function generator with high speed and high precision. Histogram equalization algorithm can perfectly enhance the contrast of the night vision image. Edge detection algorithm can be propitious to find and detect small dim dynamic targets in night vision circumstances. After abundant experiment, the al- gorithm for panoramic image processing and night vision image enhancement is successfully implemented in FPGA and DSP. The panoramic night vision image system is a compact device, with no external rotating parts. And the system can reliably and dynamically detect 360＊ SLVF panoramic night vision image.     

基于分水岭和种子生长的彩色图像分割

提出一种基于分水岭和种子区域生长的彩色图像改进分割算法。该算法先对彩色图像进行分割前预处理,使用分水岭算法对图像进行初始分割,然后根据一定的规则从分水岭算法分割形成的区域中自动选取种子区域并进行生长,最后合并相似区域或小区域。以区域作为种子生长单位,使用种子区域一次性生长方法进行生长。实验结果表明,该算法分割结果较好,分割速度较快。     

基于余弦高斯核函数的非局部均值煤尘图像去噪

煤尘是引发煤矿事故的主要诱因,煤尘颗粒的分类测量对煤尘浓度的在线检测至关重要。近几年,颗粒图像分析处理技术的应用越来越广泛,但是煤矿井下环境复杂,煤尘图像在采集和传输的过程中,不可避免的会受到噪声的干扰,对后续的颗粒检测产生影响。因此,煤尘颗粒图像的去噪处理就显得十分重要。非局部均值去噪算法(Non-Local Means,NLM)在图像去噪方面效果显著,但是对于经典NLM,使用指数函数作为核函数会造成图像细节的缺失。为了改进这一缺陷,本文采用余弦加权的高斯核函数对传统的非局部均值算法进行改进,能够更好的保留去噪后图像的细节。通过实验结果表明,该算法的去噪性能明显优于经典NLM算法,能更好地保留煤尘图像中的细节信息。     

Real-time adaptive particle image velocimetry for accurate unsteady flow field measurements

Almost all conventional open-loop particle image velocimetry (PIV) methods employ fixed-interval-time optical imaging technology and the time-consuming cross-correlation-based PIV measurement algorithm to calculate the velocity field. In this study, a novel real-time adaptive particle image velocity (RTA-PIV) method is proposed to accurately measure the instantaneous velocity field of an unsteady flow field. In the proposed closed-loop RTA-PIV method, a new correlation-filter-based PIV measurement algorithm is introduced to calculate the velocity field in real time. Then, a Kalman predictor model is established to predict the velocity of the next time instant and a suitable interval time can be determined. To adaptively adjust the interval time for capturing two particle images, a new high-speed frame-straddling vision system is developed for the proposed RTA-PIV method. To fully analyze the performance of the RTA-PIV method, we conducted a series of numerical experiments on ground-truth image pairs and on real-world image sequences.

     

基于多模板规则的多元映射图象平滑方法研究

基于超越函数和多分辨分析的思想，提出了一种图象空域平滑方法。该算法依据图象多层邻域卷积的一致性，自适应地选择平滑单元。它具有保持图象细节、稳健性较强和运算速度较快等优点；还提出了衡量图象清晰度的局部误差。     

颗粒跳跃的计算机图像预处理方法

在非均匀沙床面上进行颗粒跳跃跟踪电视摄像试验得到一系列序列图像,可据以确定不同水流条件下颗粒跳跃的轨迹及速度,后者在输沙力学中具有重要意义．为获得有关颗粒跳跃的高精度数据,作者对摄像试验图像作了计算机图像处理和识别．首先将真彩色图像转化为灰度级图像,并对有用部分进行预截取．然后对这些图像采用半邻域法滤波和十字形中值滤波等平滑滤波方法进行处理,取得了较好的结果．这些图像的预处理工作为今后对图像作诸如阈值分割、轮廓线抽取和直线检测等的进一步处理奠定了基础．     

基于粒子群算法的Otsu法图像阈值分割

图像分割是由图像处理到图像分析的关键步骤,Otsu法是一种效果较好、实现简单的阈值分割方法.针对传统的Otsu阈值计算方法需要在全灰度范围内搜索一个最佳门限组合,耗时较多,难以实际应用这一问题,采用协同和带压缩因子的粒子群改进算法求解Otsu阈值,通过分别用改进粒子群算法和标准粒子群算法对lena测试图像的实验表明,前者相较于后者有更高的精度.而在计算时间方面,两者都不到传统方法的百分之一,有利于提高图像处理的实时性,也证实了将粒子群算法用于阈值分割是可行的.     

改进多目标粒子群优化算法及在图像融合中的应用

在深入研究图像融合算法的基础上,受多目标粒子群优化算法(MOPSO)的启发,提出了一种改进的MOPSO算法,并将该改进算法用于图像融合方面。这种算法提出了两次调节指数收敛函数,使得寻优速率得到更为平滑地过渡,从而让搜索结果更好的接近Pareto最优解集。实验结果表明,与传统的融合算法比较在客观性能指标上得到提高。