图学学报

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2018年第1期目录

2018, 39(1): 0.

摘要 ( 110 )

PDF(203KB) ( 163 )

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基于迭代多尺度引导滤波Retinex 的低照度图像增强

张杰1,2，周浦城1,2，张谦1,2

2018, 39(1): 1-11. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010001

摘要 ( 429 )

PDF(4682KB) ( 571 )

为提高低照度图像的视觉感知，提出了基于迭代多尺度引导滤波Retinex 的低照度
图像增强算法。首先，将图像转换到YCbCr 空间；然后对Y 分量用迭代多尺度引导滤波算法
估计照度图像，以指数形式迭代增加尺度参数与平滑参数，在保持边缘的同时消除各种对比度
细节；接着用照度图像求得反射图像，并进行对比度校正；最后将图像转换到RGB 空间，得
到最终增强后的图像。实验表明，该方法能更好地估计照度图像，从而使增强后的图像视觉效
果获得明显改善。

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面积项能量加强的距离规则水平集演化模型

朱云龙，翁桂荣

2018, 39(1): 12-20. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010012

摘要 ( 181 )

PDF(5691KB) ( 231 )

针对距离规则水平集演化(DRLSE)模型存在易陷入虚假边界、对噪声敏感、收敛
速度慢以及容易从弱边缘处泄露等不稳定问题，提出了面积项能量加强的水平集演化函数对水
平集方法进行改进。首先提出了一个自适应边缘指示函数，其根据图像信息来调整函数参数，
从而控制演化速度以及对噪声敏感度，使水平集演化更加快速稳定。同时结合区域生长方法，
将图像处理成一个二值矩阵，并据此矩阵增加一加强项，使得面积项能量得到加强，令水平集
函数随着距离目标远近而自动调整能量大小，降低计算成本，有效解决对噪声敏感、易陷入虚
假边界等问题。为验证模型的有效性，采用多张实图进行分割实验并与DRLSE 等模型进行对
比，实验结果表明，提出的模型能有效解决存在问题，有更高的计算效率和准确率。

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融合人工蜂群和混沌映射的混合视频水印算法

朱圣烽

2018, 39(1): 21-29. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010021

摘要 ( 109 )

PDF(2387KB) ( 236 )

为了解决运动矢量搜索效率低下、水印信息嵌入单一等问题，融合自适应人工蜂群
和Powell 局部搜索，提出一种基于独立分量分析的运动目标检测方法。首先采用自适应搜索参数
动态调整邻域搜索范围，使人工蜂群算法快速收敛于全局最优，然后将人工蜂群输出的所有蜜源
进行K 均值聚类，克服K 均值聚类结果对初始聚类中心的依赖，再将聚类划分结果进行Powell
局部搜索，加快方法收敛的速度。采用独立分量设计运动目标最优化问题，并利用改进方法求解
最优解，从而提取视频序列中的运动分量。利用Logistic-正弦映射进行混沌加密，对加密后的水
印图像进行Arnold 映射置乱，将最终水印信息嵌入B 帧和P 帧中，在提高视频数据抗攻击的同
时，增强视频数据的真实完整性。仿真结果表明，该混合水印嵌入算法在鲁棒性和脆弱性方面有
良好的表现。

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请求下降邻域叠加选取分布式P2P 视频点播调度

李蕾1，李玲2

2018, 39(1): 30-35. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010030

摘要 ( 102 )

PDF(2737KB) ( 242 )

为实现对等架构的低成本视频流传输和实时播放要求，提出基于请求下降叠加选
取的分布式P2P 视频点播调度算法。首先，基于叠加技术构建P2P 视频点播的技术指标，充分
考虑输入邻域节点、输出邻域节点和媒体服务器负载3 组优化指标，构建叠加架构和分布式算
法流程；其次，利用请求下降策略对发送节点和服务节点选取进行改进，解决可能出现的带宽
低利用率和无效的视频播放问题；最后，通过BitTorrent 视频点播系统对所提算法的有效性进
行了验证。

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基于改进标记分水岭的彩色踏面图像分割

马增强，王永胜，宋子彬，校美玲

2018, 39(1): 36-42. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010036

摘要 ( 110 )

PDF(2335KB) ( 290 )

踏面图像分割是实现踏面区域与背景分离的过程，是联系图像预处理与踏面图像
缺陷检测的纽带。针对传统踏面图像分割方法处理过程中存在的图像信息缺失、区域轮廓分割
精度低和抗干扰能力差的问题，提出了一种基于改进分水岭算法的彩色踏面图像分割方法。首
先使用带色彩恢复的多尺度视网膜增强(MSRCR)调整踏面图像入射分量与反射分量及RGB 3
个颜色通道之间的比例；然后直接计算彩色图像梯度图，通过改进RGB 彩色分量融合运算完
成彩色梯度图像前景与背景的标记后进行分水岭变换得到初始分割结果；最后结合踏面轮廓方
位特点设计图像连通域提取分割算法完成踏面曲面提取。实验结果表明，本方法分割图像边缘
特性好，颜色保真，抗雾霾、光照干扰能力强，可以获得理想的车轮踏面分割结果。

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基于改进球面透视投影的鱼眼图像畸变校正方法

王向军1,2，白皓月1,2，吴凡璐1,2，叶秀玲1

2018, 39(1): 43-49. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010043

摘要 ( 223 )

PDF(4776KB) ( 732 )

针对传统的球面透视投影计算量大、校正过程繁琐的问题，对主视图投影半径进行
改进，以提高校正效率。首先采用Hough 变换圆检测法求得鱼眼图像像主点和半径，并以一条弧
线经过球面透视正向投影后拟合直线的相关系数作为评价指标，求得最优投影球面半径后校正鱼
眼图像主视图；在此基础上提出一种新的2D 校正法——扇区映射法，该方法从主视图边界在鱼
眼图像中的投影轨迹出发，在极坐标中直接对鱼眼图像进行映射，得到校正后的周围视图。两个
实例结果验证了所提方法的有效性与可行性。

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基于球心点互斥的球目标识别方法

李子宽1，廖威2，蓝秋萍1

2018, 39(1): 50-56. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010050

摘要 ( 134 )

PDF(2363KB) ( 226 )

提出了一种基于球心点互斥的球目标识别方法，用于从大场景三维点云中自动识
别未知个数和未知半径的球目标。首先，根据专门设计的球面点响应函数滤除大量非球面点，
并根据法向与曲率将剩余的球面点映射到球心位置；然后，构建用以描述局部密度渐变规律的
球心点互斥树，通过剪枝操作将其分裂成若干子树，其分别对应不同球目标的球心点聚类；最
后，根据球心点局部密度和球面点覆盖率估计值确认真实存在的球目标。实验结果表明：基于
球心点互斥的球目标识别方法能够有效解决大场景三维点云中球目标的识别问题，即使是存在
严重遮挡的情况下，暴露表面不足整个球面6%的球目标也都能够被识别出来。

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基于随机森林方法的小麦叶片病害识别研究

夏永泉，王兵，支俊,黄海鹏，孙静茹

2018, 39(1): 57-62. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010057

摘要 ( 143 )

PDF(638KB) ( 231 )

为了提高小麦叶部病害的识别准确率，采用高斯混合模型结合EM 算法对小麦叶
片进行提取，获得较大目标，使得分割准确率比直接分割病害区域有所提高，同时降低了分割
难度。并结合HSV 主颜色直方图和通过Tamura 纹理特征中的粗糙度、方向度和对比度作为特
征进行筛选，采用随机森林方法对小麦健康叶片、白粉病、叶枯病和叶锈病图像进行了识别，
整体识别准确率可达95%。通过实验验证，该方法是有效可行的，并优于同等条件下的支持向
量机(SVM)方法。

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基于用户满意度的唐仕女俑气质特征提取及应用

王伟伟，张云彦，王毅，魏婷

2018, 39(1): 63-67. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010063

摘要 ( 146 )

PDF(3293KB) ( 240 )

唐代仕女俑体现了中国唐代历史文化的气质与神韵，其造型雍容华贵，被赋予了时
代特有的气息。提取其基于用户满意度的气质特征，进行几何参数化，应用到现代陶瓷产品的设
计中，不仅提升产品的文化内涵，提高市场竞争力，而且有利于对传统文化的传承与创新。首先
选取具有代表性的唐仕女俑，通过感知分析和需求转换理论获得其满足用户期望的气质特征语
义；其次运用几何构成法，对仕女俑的气质特征进行几何参数化；最后应用于陶瓷文化香薰产品
的设计中，验证了研究方法和流程的有效性。

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基于灰色层次分析法的老年人APP 用户体验评价研究

李永锋，侍伟伟，朱丽萍

2018, 39(1): 68-74. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010068

摘要 ( 277 )

PDF(2565KB) ( 550 )

为了提高老年人APP 的用户体验水平，提出一种基于灰色层次分析法(AHP)的老
年人APP 用户体验评价模型。首先，构建用户体验的评价体系；接着，通过AHP 计算评价指
标的权重；最后，采用灰色关联分析法(GRA)将用户体验的评价指标整合为灰色关联度，从而
根据灰色关联度选择最优方案。以移动医疗APP 作为案例，结果表明基于灰色AHP 的APP 用
户体验评价模型可以有效地评价老年人APP 的用户体验水平，为设计决策提供依据。

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复杂机电产品线缆虚实融合装配体系构建及其关键技术

王发麟，郭宇，查珊珊

2018, 39(1): 75-84. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010075

摘要 ( 164 )

PDF(2427KB) ( 322 )

针对传统的基于实物样机的线缆模拟装配实验方法造成的效率低、精确度低、装配
质量和可靠性难以得到保证等问题，提出一种面向复杂机电产品的线缆虚实融合装配方法。首先
在分析了增强现实技术应用于线缆装配的优势基础上，构建了基于增强现实的线缆虚实融合装配
体系；其次，对装配体系中涉及到的关键技术进行了介绍，重点对线缆三维注册技术、线缆虚实
遮挡技术、线缆虚实光照技术以及相机标定与跟踪技术等关键技术进行了阐述；最后介绍了线缆
虚实融合装配研究内容，给出了基于增强现实的线缆虚实融合装配系统运行流程。

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基于AR 技术的跨平台移动终端的辅助学习系统

张海森1，杨光辉2，刘超见1，王继隆1，李继璇1，郎宸1

2018, 39(1): 85-90. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010085

摘要 ( 321 )

PDF(4353KB) ( 440 )

为了解决现行单一的课本教学、课件教学等传统教学方式存在的局限性，将增强现
实技术与现有教学方式相结合，利用3Ds max、Unity、NodeJS、MySQL 等软件和技术，基于Vuforia
增强现实平台以及EasyAR 图像识别系统开发出了一款跨平台移动终端的辅助学习类应用“POU
绘——立体课堂”软件系统，即立足机械制图等课程的教学过程，以多环节、多学科、多领域为
出发点，具有能够自主识别、即时展示立体模型以及动态形成过程，手触控制、多场景选择等功
能的软件系统。

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基于两段排样方式的矩形件优化下料算法

扈少华，武书彦，潘立武

2018, 39(1): 91-96. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010091

摘要 ( 154 )

PDF(359KB) ( 232 )

针对矩形件下料问题，提出一种基于两段排样方式的优化下料算法。首先构造一
种约束排样算法，生成矩形件在板材上的两段排样方式。然后采用列生成算法依据矩形件剩余
需求量迭代调用上述约束排样算法生成一个虚拟下料方案，按照不产生多余矩形件原则选取虚
拟下料方案中的部分排样方式加入到实际下料方案中，更新矩形件剩余需求量；重复上述步骤
直到矩形件剩余需求量为零。采用文献中基准例题将该算法与2 种文献算法进行比较，数值实
验结果表明该算法下料利用率比2 种文献算法分别高1.61%和0.78%。

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三次三角域Bézier 曲面的同次扩展

严兰兰，温荣生，饶智勇

2018, 39(1): 97-103. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010097

摘要 ( 96 )

PDF(417KB) ( 174 )

为了在不提升基函数次数的前提下赋予三次三角域Bézier 曲面形状调整的能力，
构造了一组含一个参数的三次双变量基函数，由之定义了由10 个控制顶点确定的三角域曲面
片。新曲面具有角点插值性，在角点处的切平面为由角点和其所在的两条边上与之相邻的两个
顶点确定的平面。改变参数取值，可以调整曲面形状。为了方便应用，给出了曲面片之间的G1
光滑拼接条件及曲面的几何迭代算法，分析了算法的收敛性以及收敛速度与参数取值之间的关
系。图例显示了所给方法的正确性和有效性。

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车架有限元模型中焊点的快速构建研究与应用

赵文涛1，陈雄文2，张朝贺3

2018, 39(1): 104-108. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010104

摘要 ( 122 )

PDF(3263KB) ( 171 )

桁架类结构广泛应用于桥梁、建筑和各种机架中，其中存在大量相似的焊点，针
对客车车架有限元建模过程中焊点构建效率低和相互之间存在差异的问题，提出了基于点云配
准的方法快速完成焊点的构建。首先分析车架各分总成中型材间的焊接接头结构和类型，在有
限元网格划分完成的基础上，对于数量较多、拓扑结构一致且尺寸相近的接头，提取其网格和
节点信息并构建焊点形成等效接头；然后建立各分总成的等效接头集合；最后使用主成分分析
法和迭代就近点算法将集合内的等效接头点云和车架上相应的接头点云进行配准，使用点云融
合完成焊点的构建，有效地解决了车架焊点构建过程中存在的问题。

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云制造环境下大规模产品定制技术研究

童晓薇1，刘艳斌2

2018, 39(1): 109-115. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010109

摘要 ( 104 )

PDF(549KB) ( 201 )

结合云制造及大规模产品定制的特点，提出了一种云制造环境下大规模产品定
制的组织模式以及相配套的需求转换模型。需求转换模型涵盖了完整的需求分解、重组和再
分配过程，对其中的基于产品结构树的需求分解、基于相似性聚类的制造批次重组都进行了
详细阐述，并构建了需求再分配的非线性规划模型，从而可以利用最优化方法实现制造需求
寻优分配。最后，以轮式装载机产品定制为示例，论述了需求转换的详细过程，验证了方法
的有效性和可行性。

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基于STM32 的五金钳弧面磨削系统设计

王程桂1,2，岳东1,2，葛辉1,2，李根平1

2018, 39(1): 116-122. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010116

摘要 ( 108 )

PDF(1255KB) ( 167 )

以广泛应用的五金钳类工具为加工对象，以STM32F103ZET6 为硬件电路的核心
处理器，设计完成了一套自动化磨削装备人机交互操作系统，并根据该系统设计完成了机械磨
削平台。该系统集成了一套基于嵌入式系统的五金钳类工具磨削加工的自动化装备，同时嵌入
了弧面磨削的动态调节算法，可根据弧面尺寸和形状的不同，动态调节输入参数，自动计算出
插补运动的路径，完成自动化磨削加工。调试结果显示，该系统运行平稳，差补准确。

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建筑运维阶段信息模型的轻量化方法

郭思怡，陈永锋

2018, 39(1): 123-128. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010123

摘要 ( 210 )

PDF(728KB) ( 398 )

BIM 技术引入我国以来，在建设项目中的普及率远低于推广的力度，导致这种现
状的原因之一，是贯穿全生命周期的BIM 模型拥有大量的数据，对计算机的要求过高。通过利
用Revit API 外部功能扩展方式实现二次开发，以及使用网格模型简化算法从内外两方面分别对
建筑运维阶段信息模型进行轻量化处理，降低使用时对硬件的要求，使BIM 全生命周期模型更
加具有普适性，对BIM 在国内的发展具有相当的意义。实验结果证实，该方法能够在不影响运
维阶段使用的情况下，实现建筑信息模型的轻量化。

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基于有限元的低风压导线结构分析

周超1，陈作1，李力2，刘衍平1，宋玉旺1

2018, 39(1): 129-135. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010129

摘要 ( 114 )

PDF(1917KB) ( 236 )

为降低导线表面风压，近年来国内外学者提出了多种截面形状的低风压导线,验证
了其工作机理。然而，鲜见涉及低风压导线结构稳定性、放线跳股问题的研究。为此，利用ANSYS
软件对架空线路中常用的钢芯铝绞线和低风压导线建立有限元模型，并结合导线放线时发生跳
股的判定依据，分析不同工况下，导线放线时的位移云图与结构稳定性，探讨最外层导线根数
与导线结构稳定性的关系。结果表明，低风压导线最外圈导线根数越多，导线结构越稳定。

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画法几何新解

何援军

2018, 39(1): 136-147. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010136

摘要 ( 161 )

PDF(729KB) ( 369 )

从几何学的角度重新认识画法几何，结合计算化需求，梳理画法几何的理论体系。
首先，以新的视角，分析画法几何教材在表述上的一些问题；其次，揭示了投影、2D/3D 对应
和尺规作图以及轴测图、阴影与透视等理论的本质；并讨论上述理论的计算化问题，给出了画
法几何在理论与应用方面进一步发展的设想。

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《墨子》的几何学与图学成就及其科学价值

刘克明

2018, 39(1): 148-158. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010148

摘要 ( 169 )

PDF(3592KB) ( 278 )

《墨子》是我国古代最早论述图学知识、图学思想的科技史著作。《墨子》一书中的论述与记载表明：图形、图样与文字、数字一样，在人类的社会进步和科技发展过程中起着不可替代的作用。对《墨子》的研究，特别是对其图学基本概念与基本理论的探讨及其历史地位；仍是一个有待深入和系统阐明的课题。本文通过考察《墨子》对有关图学理论研究的尝试，探讨中国古代科学技术中的图学实践与图学知识的成果，以及这些图学成果所体现的中国图学传统与科学探索精神。

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冷冲压模具设计课程教学软件开发

胡毕富，王学锐，李卫东

2018, 39(1): 159-163. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010159

摘要 ( 113 )

PDF(948KB) ( 246 )

结合飞行器制造工程专业模具设计课程的教学实际，总结和归纳了零件特点和模具设计流程，提出了一种模具设计流程化方法，并基于 CATIA 平台开发一套用于冷冲压模具设计的教学系统，方便教师在教学过程中能快速展示多套不同参数的模具设计过程，增强学生的知识面，提升教学效果。

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图学竞赛对图学教学改革和创新的推动

陈海波 1，陶冶 1，吴慕春 1，黄文勇 2，张志超 3

2018, 39(1): 164-168. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010164

摘要 ( 135 )

PDF(318KB) ( 264 )

结合华南农业大学实际情况，探讨了“高教杯”图学大赛对图学教学改革和创新的推动。从课程体系、教学资源、教学模式、实验室建设以及教师教学科研能力方面进行了阐述，在课程体系方面构建了基础课程和综合提高课程相结合的工程图学课程体系，在教学资源方面建设和优化了基于“互联网+”的教学资源，在教学模式方面试行了基于渐进式阶段项目教学学习模式，在实验室建设方面加强了硬件现代化及开放式学科竞赛实验室建设，在教师能力方面阐述了大赛对教师教学、科研和教改能力的提升。根据高等学校本科教学质量与教学改革工程的建设精神，以“高教杯”图学竞赛为契机，将课堂学习和课外实践相结合，不断探索有利于创新型人才培养的图学教学改革。

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基于 SPOC 的“计算机辅助产品表现”课程教学模式重构

潘小栋，卢艺舟

2018, 39(1): 169-174. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010169

摘要 ( 85 )

PDF(1026KB) ( 321 )

针对“计算机辅助产品表现”课程传统教学模式中存在的局限与问题，结合对其形成原因的具体剖析，提出融合互联网技术的混合式教学是切实可行的改革方向，并引入小规模限制性在线课程(SPOC)模式对原有的课程内容与授课形式进行重构与创新。通过教学实践对 SPOC 课程的内容建设、教学实施与效果评估等重要环节进行了分析与研究，并通过对测验成绩的数据分析，验证了 SPOC 模式对于该课程教学效果提升所具备的有效性，为今后计算机辅助设计类课程的教学改革做出了有益的探索与尝试。

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增强现实技术在工程图学教学中的应用

于勇，赵罡，李亚初

2018, 39(1): 175-178. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2018010175

摘要 ( 149 )

PDF(3406KB) ( 445 )

教学和科研是两个具有很强互动性的学习范畴，科研为教学提供素材，教学为科研提供创新灵感。针对《工程图学》的教学，探讨了以教研互动增加课堂信息量、激发学生学习兴趣的教学实践方法，通过增强现实技术实现模型虚拟展示的教学案例，说明了“给课堂加点料”不仅使课堂讲授变得生动和饱满，而且拓宽了学生的知识面，激发了学生的科研兴趣。

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