图学学报

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2017年第2期目次

2017, 38(2): 0.

摘要 ( 33 )

PDF(239KB) ( 63 )

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基于解析张量投票的散乱点云特征提取

林洪彬，王伟，邵艳川，雷东

2017, 38(2): 137-143. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020137

摘要 ( 242 )

PDF(1237KB) ( 405 )

针对传统张量投票算法在散乱点云特征提取过程中计算复杂、算法效率低等问题，
提出了基于解析张量投票的散乱点云特征提取。首先，深入分析张量投票理论的基本思想，分析传
统张量投票算法的不足及其根源。其次，设计了一种新的解析棒张量投票机制，实现了解析棒张量
投票的直接求取，在此基础上，利用解析棒张量投票不依赖参考坐标系的特性，设计并求解了解析
板张量投票和解析球张量投票表达式，而传统张量投票理论仅能通过迭代数值进行估算，过程复杂、
效率低、精度与效率存在矛盾。然后，对解析张量投票后的散乱点云张量矩阵进行特征分解，根据
特征显著性值实现特征提取。最后，通过仿真分析和对比实验验证了该算法在精度和计算效率方面
的性能均优于传统张量投票算法，能够实现散乱点云的鲁棒特征提取。

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G1 保形多项式插值曲线

严兰兰1，韩旭里2，李水平1

2017, 38(2): 144-154. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020144

摘要 ( 71 )

PDF(3223KB) ( 186 )

针对构造一种具有保形性的多项式插值曲线。首先证明了文献中一组含参数的3 次
多项式函数为一组全正基，然后借助该全正基定义了一种含两个局部形状参数的分段插值多项式
曲线。该曲线在分段连接点处G1 连续。分别给出了插值曲线保正、保单调、保凸的充分条件。
这些条件制约了两个局部形状参数之间的关系。通过转化，不管插值曲线保持数据点的哪种形状
特征，每一段都依然存在两个独立的形状参数。当数据点既是正的又单调时，只需考虑保单调条
件，就可得到既保单调又保正的插值曲线；当数据点既单调又为凸时，只需考虑保凸条件，就可
得到既保凸又保单调的插值曲线；当数据点既是正的又单调且为凸时，只需考虑保凸条件，就可
得到同时保正、保单调、保凸的插值曲线。证明了插值曲线的有界性并给出了误差估计。

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三维网格模型特征向量水印嵌入

李世群，李桂清，冼楚华

2017, 38(2): 155-161. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020155

摘要 ( 74 )

PDF(916KB) ( 200 )

为了保证在一定鲁棒性的基础上提高三维网格模型水印算法的水印容量，提出一
种基于网格拉普拉斯矩阵特征向量的三维网格模型半盲水印算法。在水印嵌入阶段，计算Tutte
拉普拉斯矩阵，然后对其进行特征值分解进而得到特征向量，扰动拉普拉斯矩阵的特征向量以
实现水印的嵌入。为了使水印引起的模型失真尽可能的小，在水印算法优化阶段，设计了对应
特征向量矩阵的选中矩阵，并启发式地计算出水印嵌入的具体特征向量分量。在水印提取阶段，
用扰动后的特征向量与水印模型的特征向量相减以实现水印信息的提取。对于规模较大的模型，
先用谱聚类算法分割成较小的子网格，然后在每个子网格中逐一嵌入水印。该算法在水印提取
阶段不需要原始网格模型，但需要记录更改后的特征向量，实现了水印算法的半盲检测。实验
结果表明，该算法能抵抗仿射变换、随机噪声、平滑、均匀量化、裁剪等常见攻击，具有较强
的鲁棒性，同时极大提升了水印负载容量。

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2D-3D 转换:由二维线画图生成三维复杂零部件

缪永伟1,2，冯小红2，林海斌2，张旭东2，高飞2

2017, 38(2): 162-169. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020162

摘要 ( 149 )

PDF(1488KB) ( 645 )

在计算机辅助概念设计和计算机图形学领域，利用二维线画图输入可以方便用户
有效地创建新的复杂物体。根据输入的二维特征线画图，提出了一种有效的三维重建方法来生
成包含带状面、内嵌圆柱面和空心多边形面等的三维复杂零部件物体。在假设输入的二维线画
图是三维待重建物体的简单平行投影的前提下，首先引进用户手绘输入二维特征线画图的若干
规则，有助于实现对二维线画图的解释以及对几何物体拓扑结构的有效识别。然后，利用立方
角理论精确计算复杂零部件物体各顶点的三维坐标。最后，根据二维线画图的拓扑结构信息，
高效重建出复杂零部件物体，并以三角网格的形式表示。实验结果表明，该方法能够精确、高
效地生成诸如机械零部件等的三维复杂形状。

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回转曲面的测地线求解方法

马惠仙，郑鹏飞，赵菊娣

2017, 38(2): 170-173. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020170

摘要 ( 57 )

PDF(572KB) ( 160 )

当回转曲面上测地线两端点边界条件一定时，根据Clairant 定理设计一种形、数、
计算机结合的方法求解测地线。避开传统的用偏微分方程组求解的抽象性和复杂性，基于作
图过程建立对应数学模型，最终由计算机绘制测地线。该方法适合于回转曲面，具有形象直
观、精度可控、稳定可靠的优点。

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基于VMD-WPT 和能量算子解调的滚动轴承故障诊断研究

马增强，柳晓云，李延忠，张俊甲

2017, 38(2): 174-179. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020174

摘要 ( 277 )

PDF(992KB) ( 182 )

针对滚动轴承早期故障振动信号具有能量小、易受背景噪声干扰，导致故障特
征提取困难等问题，提出基于变分模态分解(VMD)和小波包变换(WPT)相结合的方法来提取故
障特征。首先将振动信号进行VMD 分解，得到若干本征模态分量(IMF)；其次，通过峭度准
则选取峭度值较大的分量进行重构；最后将重构分量采用WPT 方法进行分解，并计算小波包
的能量、选取能量集中的频段进行能量算子解调，从而提取故障特征信息。将该方法应用到
滚动轴承实测数据中，并与目前最常用的方法EEMD-WPT 对特征信号的提取效果作对比。实
验结果表明该方法可以更精确地提取出的故障特征频率，验证了其有效性。

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基于Protoolkit 的圆柱螺旋齿轮的精确三维参数化建模

肖扬，金凡尧，郑严，张婷婷，王易

2017, 38(2): 180-184. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020180

摘要 ( 94 )

PDF(605KB) ( 174 )

在CAD/CAM/CAE 中，机械产品的三维建模是基础，其精确程度和质量决定着设
计、分析、制造等后续过程的质量。文中讨论了圆柱齿轮中的一类圆柱螺旋齿轮的齿廓曲面的
精确表达，在三维造型软件Pro/Engineer 中的生成方法以及在Pro/Engineer 与C 语言的接口
Protoolkit 中，圆柱螺旋齿轮上的形状结构特征在Pro/Engineer 中的表达、操作、处理函数的功
能和应用开发方法。并以此为例设计了一个圆柱螺旋齿轮的三维参数化设计系统。

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云制造环境下的制造服务标准化建模方法研究

童晓薇1，朱结枝2

2017, 38(2): 185-191. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020185

摘要 ( 82 )

PDF(856KB) ( 170 )

参照产品数据管理中常用的物料清单技术，提出了一种适用于云制造环境的、面
向产品制造全生命周期的制造服务标准化建模框架，详细阐述了其总体结构和动态建模过程。
提出一种改进的Apriori 加权算法用以实现基本制造服务的模块化聚合，使得构建出的标准化制
造服务体系能够兼顾现实的市场需求及制造能力分布情况。最后，以典型机电产品轮式装载机
的主要部件为实例，阐述了云制造服务标准化模型的两阶段构建过程，验证了云制造服务标准
化建模方法的可行性与合理性。

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基于主客观综合赋权的民机客舱舒适性评价

刘敬1,2，余隋怀2，初建杰2

2017, 38(2): 192-197. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020192

摘要 ( 133 )

PDF(639KB) ( 227 )

针对民机客舱舒适性现有评价方法中缺乏数学定量评价的问题，提出了基于主客观
综合赋权的民机客舱舒适性定量评价方法。首先在相关乘客调研基础上，建立了较全面的民机客
舱舒适性评价指标体系。提出一种将主观决策实验室分析方法与客观熵权法相结合的综合权重赋
值方法，既能有效避免赋权过程中人为主观因素的过度影响，又能充分挖掘调研数据中的真实信
息，提高了各级评价指标权重数据的客观性和准确性。最后，针对民机客舱舒适性评价中的模糊
性、主观性，利用模糊数学把舒适性主观评价转化为定量评价，得到了较客观的评价结果。通过
实例验证，该结果可以对设计进行反馈，指导设计调整过程，是一种有效的舒适性评价方法。

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基于相关滤波器的自适应目标跟踪

李宗民1，王国瑞1，刘玉杰1，李华2

2017, 38(2): 198-203. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020198

摘要 ( 103 )

PDF(935KB) ( 230 )

：针对传统核相关滤波器(KCF)跟踪算法在遮挡情况下通常会跟踪失败问题，提出一
种目标边缘增强的自适应核相关滤波器算法。首先通过核相关滤波器找出目标位置，对目标位置
区域进行边缘增强，使目标特征更突出，提高分类器性能，然后通过计算目标位置的响应强度自
适应的改变模板的学习率参数，使检测模板适应外界环境的变化。实验选取15 段公开视频序列
进行测试，与现有几种相关滤波器进行比较，相对于结果最好的KCF 算法的平均中心位置误差
减少了9.6 像素，平均成功率提高了7.55%，平均距离精度提高了21.62%。实验结果表明在目标
被遮挡、旋转及快速运动等复杂情况下，该算法有较强的适应性，具有重要的研究和应用价值。

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基于扩散的图像显著性检测

刘玉杰1，封江力1，李宗民1，李华2

2017, 38(2): 204-210. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020204

摘要 ( 101 )

PDF(1254KB) ( 253 )

显著性扩散方法是众多显著性检测方法中的一种，此过程中关键是如何更好地选择
种子点并进行有效传播。当图像背景比较复杂尤其是图像的前景和背景颜色接近时，种子点的选
择会出现错误，从而影响最终显著图的质量。从显著性图出发提出一种能够准确找到显著性种子
点的方法，并将随机游走方法改进和流形排序方式融合进行显著性扩散。实验结果表明该方法较
之前方法有了很大的改进，得到了更加精细的显著性图。

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主动漂移纠正跟踪算法研究

韩晓微1，鲁正2，杜英魁1

2017, 38(2): 211-216. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020211

摘要 ( 76 )

PDF(950KB) ( 166 )

针对在视频图像目标跟踪应用中易发生模板漂移及算法计算效率低等问题，提出
了一种新的基于主动漂移纠正的跟踪算法。算法中引入了目标跟踪项和漂移纠正项。通过在传
统仿射配准算法中引入漂移纠正项，完善了传统目标跟踪表达式，解决了跟踪过程中经常出现
的模板漂移问题，增加了算法的鲁棒性。实验结果表明，所提出的算法具有更高的计算效率，
且具有更好的鲁棒性。

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基于HSI 色彩空间的低照度图像增强算法

宋瑞霞1，李达1，王小春2

2017, 38(2): 217-223. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020217

摘要 ( 396 )

PDF(1103KB) ( 389 )

为了提高低照度图像的质量，提出了基于HSI 色彩空间的图像增强新算法。首先
将待增强的彩色图像转换到HSI 色彩空间，然后分别针对饱和度分量(S)和亮度分量(I)进行不同
的增强处理。对分量S 提出分段指数变换进行增强，以使图像色彩更适合人眼视觉习惯；对分
量I，引进新的正交多小波V-系统，先进行相应的V-变换，分离出高、低频子带，接着对低频
子带进行Retinex 调整，以减轻光照因素对图像的影响，而对高频子带则使用改进的模糊增强
算法来实现图像的去噪与增强。最后将处理后的分量S、分量I 与分量H 合成为清晰的彩色RGB
图像。实验表明该算法可以明显改善低照度彩色图像的视觉效果，在客观评价指标上也有显著
提高。

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基于权值相位差的虹膜匹配算法

蒋林华1，李晓莉1，林晓1,2,3，刘丛1，段亦逍1，李元臣3

2017, 38(2): 224-229. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020224

摘要 ( 101 )

PDF(796KB) ( 189 )

虹膜识别是最具发展前途的生物识别技术之一，由于虹膜匹配和评价作为虹膜识别
的核心步骤直接影响虹膜识别的准确率，提出一种新的基于权值相位差的虹膜匹配算法。首先对
定位好的虹膜图像重新采样，其次对其进行归一化处理，得到矩形虹膜图像。然后利用频域变换
处理矩形虹膜图像。最后采用新的虹膜匹配算法利用全部相位信息和部分振幅信息来进行虹膜的
匹配。虹膜纹理信息主要集中在虹膜环靠近瞳孔的位置，这部分区域纹理信息密集，本文提出的
基于权重函数的方法能经过实验验证，该算法有效地突出虹膜纹理低频信息部分快速准确，提高
了匹配效率，为虹膜识别的匹配和评价核心步骤提供了一个新的方法。

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胶带输送机智能视频监测与预警方法

李占利，陈佳迎，李洪安，李慧琳，赵文博

2017, 38(2): 230-235. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020230

摘要 ( 114 )

PDF(1032KB) ( 255 )

：针对胶带输送机运动中的跑偏、扭曲等异常问题，提出一种基于视觉计算的胶带
输送机智能监测与预警方法。首先利用高斯滤波建立场景模型，并应用背景减除法提取目标图
像。然后使用Shi-Tomasi 算法检测目标图像中的角点，并利用金字塔LK 光流法跟踪检测到的
角点。最后根据摄像机成像原理将角点坐标从图像坐标系转换至世界坐标系下，计算出角点的
运动速度。根据胶带运输机上角点的速度判断输送机是否正常运行，并在必要时发出预警信息。
实验结果表明该方法能够较为准确、实时地计算出输送机上胶带的运行速度。

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相机标定关键设备对标定精度的影响分析

郑冬梅，宋文爱

2017, 38(2): 236-240. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020236

摘要 ( 287 )

PDF(580KB) ( 245 )

相机和标定板是相机标定过程中的关键设备，针对二者对相机标定精度影响的问
题，进行了一系列分组对比标定实验。首先，制作了棋盘格尺寸大小不等的A2、A3、A4 3 块
平面标定板，选择不同类型的4 款数码相机，分组采集了240 张棋盘格标定板图像；然后，依
据相机针孔模型原理，采用MATLAB 相机标定工具进行了相机的标定实验。研究结果表明：
对于任一相机，使用棋盘格尺寸大小不等的标定板，相机的标定精度差别很大，其中A3 标定
板对分辨率最小的CCD 相机标定精度最优，重投影横纵坐标误差的平均值均小于0.1 像素。实
验结果对计算机视觉研究中相机和标定板的选择具有参考价值。

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一种多路平行同时偏振成像配准方法

杨钒1, 2，钱立志1

2017, 38(2): 241-246. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020241

摘要 ( 95 )

PDF(1150KB) ( 184 )

为解决多路平行同时偏振成像系统由于光轴位置不同带来的成像偏差问题，设计了
一种多源图像融合的光学前端，对3 幅坐标不一的偏振图像进行实时配准研究。在平行光轴的基础
上，通过在系统结构内部安装光楔，计算不同视场图像的成像视差，求得三方向偏振图像各个像素
点对应的仿射变换需要的参数，并将其建立一套像素匹配存储表，通过直接查表的方式，调用仿射
地址和对应的权值完成三方向偏振图像的配准，最后利用配准后的图像求解出偏振度图像。实验结
果表明，该设计能够准确地实现三方向偏振图像的实时配准，避免了由于源图像的偏差产生的伪偏
振现象，使配准后合成的偏振图像能够准确的反映目标的偏振信息并且达到了实时配准的要求。

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基于PCA 和NSCT 变换的遥感图像融合方法

纪峰，李泽仁，常霞，吴之亮

2017, 38(2): 247-252. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020247

摘要 ( 173 )

PDF(1112KB) ( 312 )

为了改善非下采样Contourlet 变换(NSCT)在图像细节信息表达的缺失问题，提出了
一种新的基于主成分分析(PCA)和NSCT 的遥感图像融合方法。首先对低空间分辨率多光谱(MS)
图像进行PCA 变换，提取第一主分量(PC1)；其次，对PC1 和高空间分辨率全色(PAN)图像进行
NSCT 变换，对二者的低频系数采用小波变换的融合规则，高频系数采用基于区域标准差自适应
加权的融合规则；最后，经过PCA 逆变换和NSCT 逆变换得到融合图像。仿真实验结果表明，
该方法不仅有效地融合了源图像的细节信息，而且得到了较好的视觉效果和较优的评价指标。

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一种用于红外侦察图像的无参考质量评价方法

陆文骏，李从利，薛松

2017, 38(2): 253-258. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020253

摘要 ( 83 )

PDF(978KB) ( 186 )

图像质量无参考评价问题目前仍是计算机视觉领域最具挑战性的工作之一，红外
侦察图像由于其成像机理的制约，质量低于可见光图像，将严重制约后续图像处理的效率和其
侦察效能的发挥，因而对于图像质量的准确评价是其中的关键环节。为此，研究并提取了能够
表征红外辐射特性的轮廓、纹理和点特征，构建了基于混合特征和显著性检测的红外图像质量
评价模型，并以实拍红外侦察图像为样本，以主观评测作为度量基准，进行了相关实验验证，
结果证明该方法较经典方法能更好地评价红外侦察图像。

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改善异构文档阅读体验的适配方法

林俊聪，张光裕，高星，廖明宏

2017, 38(2): 259-266. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020259

摘要 ( 71 )

PDF(1531KB) ( 172 )

：人们越来越多的依赖于移动终端设备阅读各种数字内容。这些设备在屏幕分辨率、
长宽比等参数上的差异对数字内容的处理提出了新的挑战，图像适配成了近年的研究热点。各
种内容敏感的方法被提出以解决如何在图像缩放时减少重要物体的严重扭曲。然而，对于以图
像形式存在的、包含不同元素的异构文档，由于其分辨率一般比较高，在小尺寸的移动设备上
只能部分显示以保证可读性，用户不得不频繁地进行缩放、平移以阅读整个文档，极大的影响
了阅读效率。为此提出了一种针对异构文档的适配方法，通过对文档布局的局部分析，自动抽
取得到用户拟阅读的矩形区域，并适配到屏幕上，避免了繁琐的缩放、平移操作，极大地提高
了阅读的效率。

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基于Leap Motion 的三维模型草图检索

钱露1,2，樊亚春1,2，周明全1,2，栾华1,2，任镤1,2

2017, 38(2): 267-277. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020267

摘要 ( 141 )

PDF(1311KB) ( 265 )

对三维模型检索的需求在搜索领域日益增长，而基于草图的三维模型检索也已然成
为最为有效且易用的检索方式。为了更好地提升草图检索的体验，着眼于人机交互的方式并对其
加以改进是必由之路。其中，Leap Motion 系统可高精度实时检测并跟踪手指的位置和手势信息
等，为大屏幕、远距离交互提供了有效途径。文中提出了一种基于Leap Motion 的三维模型草图
检索系统用于三维模型检索。通过Leap Motion 获得的数据将手的运动模拟信息实时地反映到浏
览器上，实现草图的绘制和模型的检索。在草图检索部分，提出了一种改进的流形排序方法用于
对模型间的相似度进行排序，结合模型语义分类信息的排序约束方法，提高了同类模型的排名分
数。实验显示，该方法使得草图检索更加贴近和方便用户，进一步提高了草图检索的易用性以及
三维模型检索的准确性。

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基于虚拟样机技术的平面机构运动精度渐变分析

张瑞秋，张续冲，孙炜

2017, 38(2): 278-282. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020278

摘要 ( 82 )

PDF(1176KB) ( 200 )

运动副间隙不可避免的存在于机械系统中，且随着摩擦磨损其尺寸不断变大，导致
系统运动学和动力学性能的渐变恶化。基于三维建模软件SolidWorks 和虚拟仿真软件ADAMS，
建立含运动副间隙的平面机构模型，进行动力学仿真。并且考虑运动副处的摩擦磨损，对ADAMS
仿真数据进行后处理，通过Matlab 离线计算运动副磨损量，得到时变的运动副间隙尺寸。将磨
损后的运动副尺寸更新到ADAMS 模型仿真，进而得到机构运动精度的渐变过程。结果表明，运
动副磨损区域非均匀分布，机构运动精度及动态性能随运行时间逐渐恶化。

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以学生为主导的工程制图双语教学模式设计与实践

陈平，刘朔頔，许倩

2017, 38(2): 283-288. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020283

摘要 ( 107 )

PDF(601KB) ( 257 )

随着国际化合作的日益增加以及国际竞争的激烈化趋势，教育作为国际化发展的重
要领域有着不可忽视的作用。引入和强化双语教学如今已在全国各高校范围内实施，而为顺应当
今世界工程国际化的走势，双语教学的改革也为现实所迫切需求。为此，建立了以近6 年来在工
程制图双语教学中的学生为主导的新型教学模式，探索并分析了有效的工程制图课双语模式，并
提出了改进意见和建议。

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基于扫掠成形法的等高齿模型建立及实验验证

徐劲力，杨再煜，鲁浩

2017, 38(2): 289-296. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017020289

摘要 ( 73 )

PDF(1304KB) ( 179 )

采用扫掠成形法，针对汽车后桥主减速器中等高齿的主被动齿轮，尝试进行高精
度建模。同时，对得到的主被齿轮模型，采用Adams 软件，分析了齿轮不同中点螺旋角对主减
速器振动的影响，得出了最佳中点螺旋角区间，并实验验证了仿真分析的正确性，进而证明了
扫掠成形法建模的有效性，为等高齿建模及分析提供了参考。

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