图学学报

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2017年第5期目录

2017, 38(5): 0.

摘要 ( 71 )

PDF(194KB) ( 112 )

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视频图像去雨技术研究进展

周浦城

2017, 38(5): 629-646. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050629

摘要 ( 313 )

PDF(6659KB) ( 1366 )

视频图像去雨是数字图像处理和计算机视觉领域共同关注的重要问题，在视频监
控、智能交通乃至军事侦察等领域有着广泛的应用。为了使国内外同行对视频图像去雨技术的
发展历程和研究现状有一个较为全面的了解，对其进行系统综述。在广泛文献调研的基础上，
对各种视频图像去雨技术的原理、特点以及处理效果进行归纳总结和分类比较。根据处理方式
和实现途径，将视频图像去雨技术区分为基于成像参数的去雨方法、基于时域的去雨方法、基
于频域的去雨方法和基于稀疏域的去雨方法四大类。重点介绍了这些方法的基本思想和基本原
理，分析比较了各自的优点与不足。随着计算机硬件性能提高以及对雨滴特性研究的不断深入，
视频图像去雨技术在方法研究和应用条件上都取得了很大的进展，但由于雨天的动态复杂性
以及环境中复杂背景的干扰，导致视频图像去雨技术研究还不完善，仍然存在很多亟待解决
的问题。

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航海模拟器视景系统中的混合浪绘制

陈丽宁，邱文钦

2017, 38(5): 647-653. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050647

摘要 ( 62 )

PDF(2000KB) ( 197 )

使用快速傅里叶逆变换(IFFT) Gerstner 波模型描述海浪运动，在航海模拟器视景系
统中实现了混合浪实时绘制。利用六参数谱构造混合浪的波数谱，将该波数谱应用于海面高程和
choppy 波的傅里叶系数中，通过 IFFT 获得海面质点的位置，实现混合浪的实时绘制。绘制的混
合浪受低频长峰波影响，波形较为平坦光滑，与绘制的风浪有一定的差别，但与真实的海浪更为
接近。该方法在航海模拟器视景系统中的使用，表明帧率可以达到实时。

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可活动关节 3D 打印模型生成方法研究

高鹏1,李琳 1,储晓丽 1,谭剑波 1,2

2017, 38(5): 654-662. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050654

摘要 ( 174 )

PDF(4927KB) ( 392 )

3D 模型资源一般是静止封闭的网格，无法为 3D 打印提供可活动的输入结构。针
对非专业用户创建可打印的活动模型，进行了活动关节共性参数化设计与参数求解研究，通过
实验得到了影响可活动性的共性阈值参数极限。在此基础上，提出一种易于使用的为静止模型
添加活动关节的方法，生成了若干可活动四肢的玩偶模型与功能化的生活用品模型。最终 3D
打印结果说明该方法所设计的关节丰富有效，产生活动模型灵活快速，用户认可度高。

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基于改进 EEMD 和谱峭度的滚动轴承故障诊断

马增强，张俊甲，王梦奇，阮婉莹

2017, 38(5): 663-669. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050663

摘要 ( 67 )

PDF(926KB) ( 174 )

针对滚动轴承早期故障振动信号受噪声影响、总体经验模态分解(EEMD)参数不易
获取的问题，提出了基于改进 EEMD 和谱峭度的滚动轴承故障诊断方法。首先提取信号高频成
分及设置期望分解误差确定 EEMD 参数，利用 EEMD 将信号分解为若干个本征模态分量(IMF)，
依据峭度准则选取相应分量进行重构以突出故障信息、提高信噪比；然后利用快速谱峭度图来
选取带通滤波器的参数；最后对滤波信号进行能量算子解调分析。该方法应用到实测数据中的
结果表明，其不仅能够自适应确定 EEMD 参数，降低了噪声的影响，还能清晰、准确地提取出
故障特征频率，实现了滚动轴承故障的精确诊断。

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四足机器人步态分析及仿真实现

张奔

2017, 38(5): 670-674. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050670

摘要 ( 88 )

PDF(759KB) ( 196 )

为实现一种液压驱动的四足机器人稳定行走，根据机器人稳定裕量原则，针对
JQRI00 四足机器人进行了步态规划。根据前期对四足机器人的结构设计，建立了 JQRI00 四足
机器人的虚拟样机；针对其结构特点，分别设计了四足机器人在进行直线行走和转弯时的步态
规划，应用 ADAMS 对虚拟样机进行了直线步态仿真。仿真结果准确、合理，表明所研究的步
态规划正确、可行，能够实现四足机器人稳定行走，为机器人后期进行驱动控制奠定了基础。

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基于用户导向粗糙集算法的旅行箱设计规则研究

王汉友

2017, 38(5): 675-682. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050675

摘要 ( 60 )

PDF(373KB) ( 218 )

运用粗糙集算法改善用户满意度调查的效果和效率，通过问卷调查原始数据挖掘，
识别影响产品销售的各条件属性，提取属性组合的决策规则，开辟用户导向的设计方法和市场
开拓研究新路径。利用知名企业问卷调查产品对象数据，完成条件属性组合以及约简和核计算，
进行决策规则归纳和筛选，以及属性重要性计算，提取旅行箱设计规则。研究发现：仅有 6 项
关键条件属性有效影响了产品市场绩效，应根据设计规则属性水平和市场表现的依存关系科学
统筹研发设计和营销策略。旅行箱的设计应该回归本源，注重产品整体效果，外观差异化和新
颖性，精选优质面料，而不应把过多精力放在华而不实的功能创新以及局部细节雕饰上。

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基于心理与生理测量的苗族服饰纹样美感研究

闫龙华，林丽，肖华亮，时雷

2017, 38(5): 683-688. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050683

摘要 ( 73 )

PDF(1338KB) ( 216 )

为将苗族服饰纹样更好地运用于现代设计，提供有效的参考依据，使得这一非物
质文化遗产更好地得到保护传承及开发利用，以苗族服饰纹样为研究对象，20 名设计专业背景
的研究生为被试者，应用心理测量结合生理测量的综合研究手段，深入探讨了被试者对不同纹
样的眼动特征及相应美感，得出了线条动感、构图丰富、视觉形象新颖的苗族服饰纹样具有较
高美感。并通过量化研究的方式提高了苗族服饰纹样美感研究结果的准确性，亦为视觉识别类
的非物质文化遗产保护传承以及开发利用提供了可借鉴的研究手段。

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基于用户需求细分的产品形态群化设计

贺雪梅1,曹廷蕾 1,宋宁 1,吉晓民 2

2017, 38(5): 689-694. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050689

摘要 ( 103 )

PDF(887KB) ( 260 )

面向特定产品形态原型的多样化设计目标，提出用户需求细分表及产品形态群化
的概念，并对两个概念进行定义和表达。以用户需求细分表为模板获取用户需求细分信息，以
KANO 模型为依据判定用户需求细分信息类型及相应权重，并在此基础上完成用户需求细分信
息群组化，即基本型需求群组、期望型需求群组和兴奋型需求群组。依据用户需求细分信息群
组，定义产品形态群化的 3 种概念模型，并给出产品形态群化的流程模型。最后以电热水壶为
例验证方法和流程的可行性。

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维度跃升·情感内化 ——汉字元素在产品设计中的应用研究

侯士江，陈昱志

2017, 38(5): 695-699. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050695

摘要 ( 69 )

PDF(509KB) ( 213 )

文字是实现信息传递和情感表达的必要工具之一，在众多的文字种类中，汉字具
有独特的文化魅力和美学价值。经过五千年的传承和发展，其具备了特殊的比例和形态。汉字
元素除了可以被应用于视觉传达领域，也可以被应用到产品设计中，借以表达思想与情感。在
分析汉字形态特征的基础上，指出了汉字情感表达的形式以及原则，阐述了将汉字元素应用于
产品设计中的具体方法；并实例验证了将汉字形态、符号特征及思想内涵应用于产品设计，是
一种使用户产生情感共鸣的重要设计手段。

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颜色风格自适应的图像克隆算法

程皓楠1,王凯 1,刘世光 1,2

2017, 38(5): 700-705. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050700

摘要 ( 66 )

PDF(4130KB) ( 332 )

图像克隆即将源图像中的克隆选区与目标图像无缝拼合，生成一幅真实自然的合成
图像。针对现有图像克隆技术中存在的染色问题，提出了一种颜色风格自适应的图像克隆算法。
首先，算法通过颜色不变量模型(GN)对目标图像颜色风格进行预判断，并得到光照判断参数。然
后，依据光照判断参数在色域空间中对克隆选区进行自适应的颜色匹配，从而对克隆结果进行颜
色控制。最后，将颜色距离与空间距离作为限制条件，对平移后的克隆选区边界进行优化，实现
合成图像背景的无缝融合。本算法可以自适应地对不同颜色风格图片进行颜色控制，避免了以往
算法手动调整参数的过程，多种实验结果验证了本方法的有效性。

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基于字典学习的 HDR 照片风格转移方法

谢志峰1,杜胜 1,郭雨辰 1,黄东晋 1,马利庄 2

2017, 38(5): 706-714. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050706

摘要 ( 98 )

PDF(11938KB) ( 218 )

HDR 照片风格，包括自然、浮雕、绘画、油画等，能够展现丰富的艺术特质，具
有风格显著、细节丰富、颜色饱满等特点。但是，传统的 HDR 风格生成方法交互繁琐、费时费
力，并且生成的 HDR 效果稳定性差。因此，为了简化交互、提升效果，提出了一种 HDR 照片风
格转移方法，通过给定一张 HDR 参考照片，借助颜色转移和字典学习技术，将 HDR 风格特征转
移到源照片上，从而自动生成 HDR 照片效果。首先，借助梯度保持的颜色转移技术，将 HDR 参
考照片的颜色特征转移到源照片上；然后，对 HDR 参考照片提取细节特征，利用 K_SVD 算法
进行字典训练，形成细节的过完备字典集；接着，利用细节字典集对源照片进行稀疏重建，生成
与参考照片特征一致的细节；最后，将颜色转移结果和细节重建结果合并，生成 HDR 风格的新
照片。实验表明该方法应用到多种 HDR 风格，都可以获得跟参考照片风格一致的视觉效果。

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增量式鉴别非负矩阵分解算法及其在人脸识别中的应用

蔡竞1,2,3,王万良 1,郑建炜 1,李吉明 3

2017, 38(5): 715-721. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050715

摘要 ( 72 )

PDF(525KB) ( 241 )

针对在线学习的人脸识别效率问题，提出了一种增量式鉴别非负矩阵分解算法。
在以往无监督学习模式下的增量式非负矩阵分解算法基础上，利用初始训练样本数据和新增训
练样本的类别信息，将同类别训练样本对应的系数向量均值作为初始迭代值，并在类内欧氏距
离最小的约束下建立目标泛函，从而获得更具鉴别性的特征并使优化求解时所需迭代次数明显
减少。通过在 ORL 和 PIE 人脸数据库上的实验验证了该算法收敛速度快、分类精度高，且较批
量式算法有更高的效率优势。

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基于多分类器的 C5.0 决策树植被分类方法

刘丹1,杨风暴 1,卫红 2,李大威 1,韩晓峰 1

2017, 38(5): 722-728. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.201705072

摘要 ( 76 )

PDF(926KB) ( 174 )

针对光谱角制图(SAM)和最大似然(MLC)分类器对 AVIRIS 高光谱遥感图像进行植
被分类精度均不高的问题，提出了一种基于多分类器的 C5.0 决策树植被分类方法。首先，利用
支持向量机(SVM)，进行核函数以及核函数参数选择，提取出 AVIRIS 高光谱图像中的植被信息。
其次，利用 C5.0 算法将光谱角制图和最大似然分类器组合，作为决策树的特征属性，学习样本
训练并生成分类规则；根据 C5.0 算法计算植被样本中对应分类器的信息增益率，选择信息增益
率最大的属性去分类样本；当叶样本的分类结果满足停止生长的阈值，输出样本分类的结果，
否则，回到开始，递归调用以上方法继续分类叶样本，直到所有子集仅包含一个植被类别的样
本完成决策。实验结果表明，与光谱角制图和最大似然分类器相比，本文提出的方法整体精度
分别提高了 6.04%、2.92%，不仅证实了多分类器组合的可行性和有效性，而且更加适用于
AVIRIS 高光谱图像中的植被调查。

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基于彩色人脸图像的亲子关系验证研究

吴晓婷1,冯晓毅 1,孙凯 2,彭进业 3,HADID Abdenour 1,4

2017, 38(5): 729-735. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050729

摘要 ( 178 )

PDF(2115KB) ( 379 )

人脸亲子关系验证是近几年新兴的并具有较大挑战性的研究方向，其通过分析两幅
人脸图像的面部特征判断是否具有亲子关系。针对现有亲子关系验证方法大都基于灰度人脸图像
展开，而忽略彩色图像色度信息的问题，通过提取颜色纹理特征，研究了色度信息在亲子关系验
证方面的影响，对比彩色空间与灰度空间实验结果，并分析了不同颜色空间对亲子关系验证的影
响。实验进一步研究了基于不同颜色空间融合的特征提取方法在亲子关系验证上的应用。
KinFaceW 和 TSKinFace 数据集上的实验结果表明，彩色图像可以取得较灰度图像更好的实验结
果，并且 HSV 颜色空间识别准确率最高。此外，融合 HSV 颜色空间和 YCbCr 颜色空间的特征
提取算法可以进一步提高识别效果。

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基于力学原理的主动轮廓模型诠释

李立鸣，唐克伦，文华斌

2017, 38(5): 736-744. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050736

摘要 ( 78 )

PDF(420KB) ( 167 )

主动轮廓模型(snake 模型)融合了图像底层信息与外部高层信息，在目标跟踪边缘检
测图像分割和逆向工程中得到了广泛应用，是目前计算机视觉领域活跃度较高的研究方向。传统
snake 模型和部分改进的主动轮廓模型都具有明确的力学意义。首先对传统 snake 模型以及采用 B
样条参数化表示的 B-snake 模型的力学原理进行了阐述，然后针对传统 snake 模型的缺陷，从力
学角度介绍了几种改进的主动轮廓，并且基于拉格朗日动力学原理对 snake 模型的驱动过程以及
惯性力主动轮廓进行了介绍，最后进行了总结及未来研究工作的展望。

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基于高阶马尔科夫随机场的单幅图像去雾算法

冷建伟

2017, 38(5): 745-753. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050745

摘要 ( 101 )

PDF(1592KB) ( 418 )

针对基于暗通道先验的图像去雾算法先验信息不足和在天空等大面积白色物体区
域失效的问题，提出了一种基于高阶马尔科夫随机场(MRF)的单幅图像去雾算法。首先根据雾
天景物成像特点将雾霾图像分割为亮区域和暗区域；然后根据区域不同改进和衰减暗通道，并
通过暗通道先验获取传输图；最后利用高阶 MRF 对传输图进行优化，解决其先验信息不足的
问题。实验结果表明，本文算法可有效改善暗通道先验失效导致的去雾图像部分失真现象，同
时恢复的图像清晰度更高、细节更丰富。

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基于卷积神经网络的中国水墨画风格提取

王晨琛1,王业琳 2,葛中芹 1,储开岳 3,蔡晶 3,金建华3,陈颖 1,葛云 1

2017, 38(5): 754-759. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050754

摘要 ( 109 )

PDF(3317KB) ( 461 )

针对使用卷积神经网络对中国水墨画风格进行学习的过程进行了探讨。首先，分
析了 VGG19 神经网络模型的框架结构，并探讨了如何使用 VGG19 模型提取艺术风格，并和普
通风景图像融合的过程；然后，在理论的基础上，依据中国水墨画的实际特点，通过实验分析
寻找合适的卷积层处理内容图像，以及寻找最优的叠加组合对水墨画特征进行提取，并提出了
评价图像质量的可视化准则；最后，通过调整内容图像和风格图像的比例系数，得到了符合预
期目标的图像，验证了理论的可行性，提出了新的中国水墨画风格图像的风格提取方法。

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基于 IFC 标准的施工图注释自动生成方法研究

黄静菲，赖华辉，邓雪原

2017, 38(5): 760-766. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050760

摘要 ( 174 )

PDF(1288KB) ( 343 )

BIM 作为一种新的理念和技术，正逐步改变工程设计行业的工作习惯。目前 BIM
应用中普遍采用“先出图，后建模”的工作模式，模型制作过程是脱离和滞后的，并未真正优化设
计质量和提升工作效率。引入 IFC 标准对施工图自动生成方法进行研究，通过分析施工图的技术
特点，总结基于 IFC 标准的三维对象和二维注释的表达方法，结合实际制图需求，提出基于 IFC
标准的施工图注释自动生成方法，为本地化协同设计平台的开发提供参考。

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美国普渡大学印第安纳波利斯分校工程图学系列课程的深度观察

朱科钤1,ACHESON Douglas 2,袁惠新 1,刘善淑 1,丁建宁 1,3,袁宁一 3,4

2017, 38(5): 767-771. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050767

摘要 ( 83 )

PDF(3242KB) ( 206 )

介绍了美国普渡大学印第安纳波利斯分校工程图学系列课程的教学现状，分析了
课程的教学特色和对学生素质能力的培养方法，探讨了美国大学的图学教学模式及对我国工程
图学教育工作者的借鉴和启示。

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基于“互联网+”的《工程制图》课程 CAD 上机实验教学研究与实践

穆浩志1,王晓菲 1,蔡兵 2,牛兴华 1

2017, 38(5): 772-778. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050772

摘要 ( 79 )

PDF(1488KB) ( 275 )

以“互联网+”技术应用为基础，对《工程制图》课程的 CAD 上机实验教学模式，
提出利用信息通信技术及互联网平台开展教学活动的改革思路。按教育教学理论方法和学生学
习认知规律，建设与组织网络开放课程平台的教学模块，通过二维码技术将网络开放课程、教
材和实体教学课程实验有机融合，以二维码教材为媒介对学生的实验过程进行即时在线帮助。
实践表明，改革激发了学生自主学习热情，提高了教学和学生学习效率。

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以学生为中心构建工程制图 SPOC 课程平台

娄晖

2017, 38(5): 779-784. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050779

摘要 ( 68 )

PDF(1125KB) ( 216 )

在多年网络辅助教学的基础上，使用校园网络综合教学平台，构建了工程制图的
SPOC 课程平台，进行线下与线上相结合的混合教学。课程平台的建设与使用中，基于“以学生
为中心”理念，把学生及其需要作为关注重点，把学生视为教育改革主要参与者，提供支持学生
自主学习的资源，设计持续吸引学生参与的学习活动，采取鞭策学生线上学习的激励措施，倾
听学生心声并采纳学生意见。实践证明以学生为中心的 SPOC 课程平台对学生线上学习积极性
的促进和学习成绩的提高起到了积极作用。

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“混合式”工程图学课程研究

史艳红，刘华洲

2017, 38(5): 785-788. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050785

摘要 ( 87 )

PDF(261KB) ( 211 )

分析了引入三维建模、二维计算机绘图的工程图学课程特点，比较了国内各高校所
采用的 3 种教学模式的优点和不足，提出了“混合式”工程图学课程的实施原则，并制定了具体的
实施方案。着重从平面图形、基本体、组合体、零件图和装配图等几个方面对三维建模与工程图
学融合的切入点和教学设计进行了论述，并以 120 学时为例，介绍了融入三维建模的工程制图的
教学内容和教学安排。

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基于 Kinect 的虚拟健身跑锻炼系统

黄东晋1,2,姚院秋 1,丁友东 1,2,WEN Tang 3

2017, 38(5): 789-795. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017050789

摘要 ( 73 )

PDF(6976KB) ( 148 )

健身跑是体育运动中最常用的锻炼方式，不恰当的跑步方式，不仅达不到理想的健
身效果，而且很容易对身体特别是膝盖造成伤害。针对目前跑步系统缺乏科学指导和全程监测，
本文提出了一个基于 Kinect 的虚拟健身跑锻炼系统。在动作识别方面，通过角度特征和关节点相
对位置对 Kinect 采集的跑步动作信息进行降维，并分割出跑步动作元，利用动作元的曲线特征和
分类模型匹配，进行跑步动作识别，同时对跑步姿态进行科学指导。在运动建模方面，分析用户
心率和跑步强度的关系，构建用户的健身跑运动模型，并建立个性化科学跑步运动方案，使心率
始终处在安全有效的心率区间内。实验结果表明，该系统具有较强的实用性和可行性，能够为用
户进行安全、有效地健身跑锻炼提供科学的技术支持。

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