图学学报

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2017年第4期目录

2017, 38(4): 0.

摘要 ( 78 )

PDF(227KB) ( 123 )

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切点可调的带形状参数的二阶三角Bézier 曲线

彭兴璇，潘晶，陈雪娇，蒋新昕

2017, 38(4): 463-468. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040463

摘要 ( 122 )

PDF(393KB) ( 254 )

构造了带参数的二次三角Bézier 基函数，通过引入位置参数，得到切点可调的带
形状参数的二阶三角Bézier 曲线。其既保留了Bézier 曲线的性质，又具有形状和切点可调性，
并且能精确表示椭圆和圆。曲线拼接的条件简单，具有G1 连续。数值例子表明，给出的曲线在
曲线曲面设计中是有效的。

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基于AAG 扩展及痕迹法的相交特征识别

成彬1，任振华2

2017, 38(4): 469-475. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040469

摘要 ( 122 )

PDF(697KB) ( 212 )

为了有效识别相交特征，提高识别效率，提出一种基于AAG 扩展和痕迹法相结
合的识别方法。通过精简AAG，仅需在加工特征面进行识别，确定首选特征面。在其基础上合
理添加虚链接，构建辅助构成面，完成相交特征分离。通过对子图面边属性的扩充，以增强局
部子图差异，提高识别效率和质量。最后利用一个具有相交特征的零件验证了算法可行性。

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基于哈希的二维工程CAD 图拓扑关系认证技术

马晓斌，叶颖，苏智勇

2017, 38(4): 476-482. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040476

摘要 ( 93 )

PDF(535KB) ( 179 )

针对二维工程CAD 图拓扑关系完整性认证问题，提出一种基于哈希的拓扑完整性
认证算法。该算法首先提取图纸的拓扑关系生成拓扑图；其次对图中的组件进行编码，并提出
一种局部拓扑量化模式(LTQP)，实现各组件拓扑特征的量化；然后将组件按照其编码分成5 类，
基于各组件的LTQP 值，利用离散余弦变换生成每类组件的哈希序列；最后将每类组件的哈希
序列进行合并，得到完整的图纸哈希序列。实验结果表明，该算法对旋转、缩放和平移等非恶
意操作具有鲁棒性，同时对恶意拓扑攻击具有脆弱性，采用将组件分类来生成哈希序列的方式，
能够对受到拓扑攻击的组件的种类进行定位。

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基于牙冠与牙根特征的牙齿建模方法

李占利，高天宇，李洪安，武璠菲

2017, 38(4): 483-488. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040483

摘要 ( 119 )

PDF(872KB) ( 257 )

三维扫描技术和基于CT 图像的三维重构是目前主流的牙齿建模方法。由于三维
扫描技术只能得到牙冠部分的三维数据模型，而被牙龈包裹的牙根数据却无法采集。利用CT
图像进行三维重构虽然可以得到完整的牙齿数据模型，但建模耗时长且成本高。针对上述建模
方法的不足，提出一种基于牙冠与牙根特征的牙齿建模方法。此方法基于牙体测量数据，建立
牙冠与牙根数据间的关联规则，根据Cardinal 样条插值和Tangent 权的Laplacian 网格变形算法
进行三维建模。最后将建模结果与原始数据对比，实验证明建模方法高效可行。

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基于高度差求交的点元表面的光线跟踪算法

蔡鹏1,2，师平1,2，范月圆1,2

2017, 38(4): 489-496.

摘要 ( 103 )

PDF(1942KB) ( 166 )

针对点元表面的光线跟踪方法存在轮廓和尖锐部分绘制效果差等缺点，提出基于
高度差求交的点元表面光线跟踪方法。通过融合光线上迭代点与点元面片投影之间距离，计算
迭代点到相应点元表面的高度差函数，并以高度差为步长进行点元表面交点的迭代计算。高度
差函数符合点元表面上点元融合部分的几何特征。算法结果表明，在点元表面轮廓和尖锐部分
光线跟踪产生的图像质量高，且收敛性好、计算成本低。

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雷达数据的多维可视化

王轩1，路明月1,2，郑建琴1,3，刘彬1，毛远翔1

2017, 38(4): 497-503. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040497

摘要 ( 116 )

PDF(4948KB) ( 434 )

针对气象雷达基数据的空间特征，划分其为雷达投影面空间和雷达立体空间，对
这两种雷达空间构建点阵模型，为气象雷达信息的多维表达和分析算法提供模型支撑。结合研
究区域的地表信息，调用可视化开发包（VTK）实现对点阵模型的可视化表达。在模型的支持
下，集成地表信息的多维可视化表达不仅可以实现传统的二维雷达图像表达，还可以利用气象
雷达体扫描数据实现三维表达，有利于气象人员直观地研究和分析雷达回波的结构特征。

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一种有效的兵马俑碎块断裂面分割方法

赵夫群1,2，周明全2,3

2017, 38(4): 504-508. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040504

摘要 ( 88 )

PDF(666KB) ( 185 )

兵马俑碎块是具有一定厚度的刚体，对其断裂面的分割是兵马俑复原工作中的一
个重要步骤。针对兵马俑碎块的三角网格数据模型，提出一种兵马俑碎块断裂面分割方法。首
先，计算该数据模型上各个顶点的体积积分不变量，以提取曲面的边界特征点；然后，通过最
小生成树算法和剪枝策略得到闭合边界线；最后，提取碎块的曲面并识别原始面和断裂面，从
而完成碎块断裂面的分割。实验结果表明，在断裂面较原始面粗糙的情况下，该方法能有效地
完成兵马俑碎块的断裂面分割。因此说，该断裂面分割方法是一种有效的兵马俑碎块断裂面分
割方法。

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重型商用车驾驶室人机工程优化分析

刘森海1,2，李松涛1，曹树魏1，李寰1

2017, 38(4): 509-515. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040509

摘要 ( 117 )

PDF(2220KB) ( 345 )

以某重型商用车驾驶室为研究对象，针对其人机工程特性，进行了专业的人机主
观驾评，通过主观驾评来分析驾驶室人机工程特性，确定优化提升目标。运用CATIA 人机分析
工具进行优化设计分析，提出优化路径和方法，并对优化设计后的驾驶室人机工程特性进行驾
评。与优化前对比分析，驾驶室人机工程性能有了较大地改善和提高，为重型商用车驾驶室的
人机工程分析及优化设计提供了一定的经验和方法。

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基于眼动数据的蜡染纹样个性化偏好研究

施实芳，潘伟杰，吕健，刘丹，刘征宏

2017, 38(4): 516-522. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040516

摘要 ( 95 )

PDF(696KB) ( 211 )

传统的个性化偏好研究仅限于感性分析，获取用户对某一产品的感性偏好。感性
分析具有主观性、不稳定性等特点，造成个性化偏好研究缺乏科学理论基础。为此提出一种利
用眼动数据预测用户个性化偏好的方法。通过对用户眼动数据和设计要素关系的研究，建立眼
动数据和设计要素的多元回归方程，探索用户对蜡染纹样的个性化偏好，并得到不同设计要素
的喜好权重，从而针对不同用户制定不同的个性化方案。

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基于NSST 和改进数学形态学的遥感图像目标边缘提取

吴诗婳1，吴一全1,2,3,4,5,6，周建江1

2017, 38(4): 523-530. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040523

摘要 ( 80 )

PDF(708KB) ( 200 )

为了从遥感图像中提取出更为准确完整的目标边缘，提出一种基于无下采样
Shearlet 模极大值和改进数学形态学的目标边缘提取方法。首先采用无下采样Shearlet 变换
(NSST)将图像分解成边缘细节丰富的高频分量和边缘细节较少的低频分量；然后结合不同分解
程度下边缘像素点处的系数关系，对高频分量的各个子带进行模极大值检测，再经过双层掩膜
筛选后得到高频边缘提取结果；对低频分量采用改进的数学形态学方法，得到低频边缘提取结
果；最后将上述两部分融合，使用区域连通方法去除孤立点，得到最终的目标边缘图像。大量
实验结果表明，与Canny 以及其他4 种同类边缘提取方法相比，本文方法所得边缘定位准确、
完整清晰、细节丰富，且抗噪能力强，为后续遥感图像目标特征提取与识别奠定更好基础。

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DMDVC 中基于可靠性评估的边信息融合算法

熊文诗，卿粼波，吴晓红，陈真真

2017, 38(4): 531-536. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040531

摘要 ( 82 )

PDF(825KB) ( 171 )

边信息质量是影响基于深度图的多视点分布式视频编码(DMDVC)系统压缩效率的
关键因素之一。为了充分利用时域边信息、空域边信息及深度图来提升DMDVC 系统的边信息质
量，提出一种基于可靠性评估的融合算法。首先采用运动补偿时域内插(MCTI)算法生成时域边信
息，然后采用基于深度图的视点绘制(DIBR)技术生成空域边信息。针对场景中物体快速运动会影
响时域边信息质量以及利用DIBR 技术生成空域边信息时会产生空洞等问题，有选择地对时域边
信息的运动剧烈区域或空域边信息的空洞及边缘区域进行修正。实验结果表明，该算法可以有效
地融合时域边信息和空域边信息，较参考文献[4]的融合算法最高可提升5.6 dB。

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基于倒易晶胞特征增强的图像超分辨算法

赵丽玲1,2，孙权森1，张泽林2

2017, 38(4): 537-542. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040537

摘要 ( 75 )

PDF(1258KB) ( 147 )

为提高单幅降质图像的分辨率，利用倒易晶胞模型改进了基于样例学习的超分辨
算法。首先，在Freeman 样例学习超分辨理论框架下，结合倒易晶胞滤波模型增强低分辨率图
像特征；然后，将特征增强的低分辨图像与高分辨率图像进行细节对应关系训练；最后，利用
训练好的对应关系实现低分辨图像的超分辨重建。该算法削弱了样例学习算法训练阶段“一对
多”的病态问题，有效减小了高、低分辨率图像特征空间内在“维度差”。实验结果表明，与双三
次插值、邻域嵌入、样例学习超分辨算法相比，该算法在超分辨重建图像主观视觉质量和峰值
信噪比(PSNR)客观评价指标中均优于比较算法。

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基于改进颜色直方图和灰度共生矩阵的图像检索

吴庆涛1,2，曹再辉1，施进发1

2017, 38(4): 543-548. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040543

摘要 ( 126 )

PDF(2263KB) ( 399 )

针对传统颜色直方图提取的颜色特征维数高、传统灰度共生矩阵忽视纹理方向等
问题，提出一种融合改进的颜色直方图和灰度共生矩阵算法的新图像检索算法。利用K-means
聚类对检测图像进行颜色聚类以降低图像颜色数；在HSV 空间进行矢量化编码，统计图像码字
形成颜色直方图以提取颜色特征；利用灰度共生矩阵提取检测图像的4 个特征值，利用方向测
度引入权值因子，将其与4 个特征值融合，对融合后的各分量进行高斯归一化后形成纹理特征
向量；最后，采用加权平均融合颜色和纹理的特征距离。与其他两种算法相比，仿真实验表明
本算法对一般图像和有纹理倾向的图像有较高的查全率和查准率。

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基于多特征融合的视频火焰检测方法研究

曾思通1，吴海彬2，沈培辉1

2017, 38(4): 549-557. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040549

摘要 ( 135 )

PDF(889KB) ( 290 )

视频火焰检测对消防安全具有重要的实际意义。针对目前视频火焰检测算法检测
率低、误检率高的不足，提出一种综合运动特征检测、颜色特征分析和基于层次分析法的火焰
多种动态特征融合的火焰检测方法。首先利用改进的选择性背景更新模型获取视频图像中运动
前景目标，然后通过火焰颜色检测识别提取出可疑的火焰目标，再分析火焰的频闪特征、尖角
特征、圆形度特征、面积增长特征和整体移动特征，最后提出一种基于层次分析法的火焰多种
动态特征融合的检测识别方法。通过建立的火焰视频库的实验结果表明，提出的检测方法检测
准确率高，具有较好的可靠性和鲁棒性。

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基于八邻域的自适应高阶变分图像修复算法

徐黎明，吴亚娟，张波

2017, 38(4): 558-565. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040558

摘要 ( 78 )

PDF(1792KB) ( 343 )

针对传统的变分偏微分图像修复算法的信息利用不充分、纹理被破坏及人工干预
较强等问题，提出一种基于八邻域的自适应高阶变分图像修复算法。该算法充分利用受损图像
待修复点像素的八邻域信息，将其分为两组四邻域，在每组四邻域中分别采用非线性各向异性
扩散方式进行扩散。通过自适应方法确定每组四邻域中利于修复的最佳p 值，根据中心差分方
法进行离散化后，最后利用加权平均的方式获得受损图像的高斯-雅克比修复迭代式。仿真实验
结果表明，与近几年的一些图像修复算法相比，该算法获得的图像具有良好的评价，PSNR 值
和SA 值最高、修复时间较短、纹理结构与原始图像最接近。

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一种快速消除失真的虚拟视点合成方法

姚莉1,2，李小敏1，韩应栋1

2017, 38(4): 566-576. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040566

摘要 ( 179 )

PDF(12386KB) ( 1452 )

基于深度图的绘制(DIBR)技术是合成虚拟视点图像的有效方法，但是合成的图像
往往存在失真，最主要的问题是包含“伪影”和大小不等的空洞。针对“伪影”问题，先对参考视
点图像进行色彩校正，并综合基于深度的彩色图融合和彩色图直接融合两种方式融合图像，以
减弱“伪影”效应；针对映射后出现的小空洞，采用反向映射到参考图像的方式进行填充；针对
大的空洞，采用图像修复的方式，结合深度图更好地填补空洞，但是图像修复是一个耗时的过
程，为此将图像修复算法并行化，利用统一计算设备架构(CUDA)并行计算，来加速空洞填补过
程。实验结果表明，针对“伪影”问题的处理及基于图像修复的空洞填补可以有效地提高虚拟视
点图像合成质量，同时基于CUDA 实现的并行图像修复算法也大幅降低了空洞填补时间。

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轨道车辆运行的增强现实仿真系统研究

王伟明1，何亚轩1，任彬1，张勇2

2017, 38(4): 577-581. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040577

摘要 ( 95 )

PDF(2620KB) ( 150 )

针对目前轨道车辆运行缺乏低成本、能够实现复杂工况模拟的可视化仿真工具，
提出了一种基于增强现实技术的轨道车辆运行仿真系统。首先介绍了轨道车辆运行增强现实仿
真系统的总体方案，其次利用OpenFrameworks 强大的三维模型显示、系统建模和图像处理功
能构建了基于改进型AR 码的增强现实仿真系统，最后实现了轨道车辆动态运行增强现实场景，
并给出了实验结果。

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BIM 技术在基坑施工中的应用研究

于丽娜1，吴迈1，耿会宣2

2017, 38(4): 582-588. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040582

摘要 ( 268 )

PDF(2351KB) ( 497 )

BIM 可视化模型是BIM 技术实施的核心，在总结BIM 技术优势的基础上，进一步
分析其在基坑工程施工中的具体需求。结合海河三组团基坑工程特点及难点，将BIM 技术引入
到项目施工中，建立BIM 模型，主要针对施工场地优化布置、复杂工艺技术交底、质量检查、
资料收集、进度模拟等施工中较难把控的重要工作开展BIM 技术应用，实践证明取得了良好效果。

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基于IFC 标准的BIM 构件库研究

周洪波1，施平望2，邓雪原1

2017, 38(4): 589-595. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040589

摘要 ( 114 )

PDF(608KB) ( 436 )

BIM 技术已逐渐成为国内外建设领域发展的热点方向，国际上有多种支持BIM 技
术的三维信息化软件，但不同软件采用不同的数据格式，导致建设项目信息不能在软件之间有效
地共享与交换，信息的不准确、不互通造成了巨大的损失。因此，迫切需要规范并统一工程项目
的数据标准。IFC 标准是国际上得到广泛认可的BIM 数据标准，通过对IFC 标准的研究，提出BIM
构件库的建设方案，并研究得到BIM 构件库中构件新增、修改、删除的方法。最后，通过实例验
证基于IFC 标准的BIM 构件库建设方案的可行性，为规范并统一BIM 软件数据标准提供参考。

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基于正弦图的投影旋转中心校正方法

赵雨晴1，丛长虹2，胡春红1，冀东江3，简建波1，秦莉莉1，孙梦燏1

2017, 38(4): 596-602. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040596

摘要 ( 349 )

PDF(1506KB) ( 329 )

：CT 转台受仪器精度等影响会导致投影旋转中心偏移，这将严重影响重建图像的质
量。因此，在CT 重建前，投影旋转中心的精确校正是必不可少的。根据radon 变换推导了平
行束扫描模型投影旋转中心的计算公式，确定了正弦图中0°和180°的样本投影地址均值的一半
就是投影旋转中心的地址。根据上述方法，将sino 图中0°和180°对应的数据各复制N 次得到
图像矩阵A，同时采用“Chan-Vese”对其进行二值化分割，得到0°和180°样本投影地址并计算
投影旋转中心，最后以此为中心对sino 图在水平方向上裁剪进行校正。通过仿真和真实实验，
表明该方法能够高精度地校正投影旋转中心，有效地提高重建图像质量。

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面向三维辅助设计软件SolidWorks 的学生作业防拷贝检测系统开发

王淑侠，荆晓珂，高满屯

2017, 38(4): 603-609. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040603

摘要 ( 217 )

PDF(535KB) ( 232 )

为防止学生对三维CAD 作业的互相拷贝，以SolidWorks 文件防拷贝检测为例，首
先探讨SolidWorks 文件的各种可能拷贝方式，将其分为特征属性改变拷贝与特征属性不变拷贝两
种；然后对其分别提出对应的判断原理；最后，以C++为工具开发了一个针对多种拷贝方式的检
测系统。该检测系统通过读取SolidWorks 文件的特征信息，然后进行相关信息对比检测，筛选出
存在拷贝可能性的文件，最终提供给教师进行人工判断。教学实践证明该方法可有效制止学生之
间的CAD 作业互相拷贝。

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CAD 制图实验互动平台的研究与实现

刘志红

2017, 38(4): 610-614. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040610

摘要 ( 91 )

PDF(908KB) ( 216 )

在CAD 教学领域，已经有很多创新的教学方法和软件能够帮助学生理解抽象、枯
燥的原理、学习复杂的变换过程和运动形式，使学生绘制复杂的工程图变得更容易。但是迄今为
止，学生的CAD 制图练习方法并没有太多突破性的改变。教师没有足够的时间去仔细跟踪每一
位学生绘图的步骤和方法，也就没有可能去纠正其存在的问题，为此研制了一个CAD 制图实验
互动平台。在该互动平台上，一方面通过系统自动存储学生绘图过程中的不同进度，使教师能够
了解学生的练习过程，进而提供建议。另一方面可使学生和教师互动，也可使学生之间分工协作，
共同完成比较复杂的工程图。

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基于运动视差的三维重建技术在自导引小车中的应用

罗昌平1,2，夏海波1，赵琼3

2017, 38(4): 615-622. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040615

摘要 ( 70 )

PDF(14352KB) ( 72 )

通过一定的几何运算阐述基于单目摄像头的条件下如何用运动视差的原理对前方
景象实现三维重建，提出该重建技术在室内自导引小车上进行识障、避障过程的应用。对摄像
头传回的实时图像进行分割从而划分出可行区域的传统方案进行了改进，使运算得到的障碍物
信息更具真实性。试验结果表明，所提方案具有较强的可操作性，增强了室内自导引小车在单
目摄像头条件下的障碍物检测能力，对不同真实场景具有良好的鲁棒性。

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基于激光源的机车轮轨相对横移图像检测

马增强，王永胜，宋子彬

2017, 38(4): 623-628. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017040623

摘要 ( 90 )

PDF(1960KB) ( 213 )

机车轮轨接触点位置的变化能够直观地反映出轮轨的接触状态。针对当前摄像机
检测方法难以全面拍摄到轮轨接触点位置的缺点，设计了一种基于激光源的机车轮轨相对横移
图像检测方法。该方法采用摄像机与激光源相组合的方案，把摄像机与激光源分别安装在转向
架上且与地面保持一定的角度，巧妙地将轮轨相对横移测量转换为激光源在轨道内侧表面光斑
中心点位置的提取。实验结果表明，该方法实现了轮轨相对横移数据实时采集和存储，对高速
机车稳定性和安全性研究具有重要的实际意义。

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