图学学报

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2019年第5期目录

2019, 40(5): 1-1.

摘要 ( 69 )

PDF(152KB) ( 184 )

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基于卡尔曼滤波的 SAR 图像边缘检测方法

李占利，刘宇琦，孙瑜，李洪安，张蕴

2019, 40(5): 823-828. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050823

摘要 ( 171 )

PDF(1131KB) ( 288 )

针对传统 Canny 边缘检测算法对合成孔径雷达(SAR)图像的相干斑噪声抑制程度太高，导致大量边缘的真实信息丢失问题，提出一种新型 Canny 算子边缘检测算法。首先建立合适的非对称半平面区域(NSHP)图像模型，将空间模型转换成卡尔曼滤波可适用的系统状态方程；然后用“预测+反馈”的方式对图像去噪；最后通过双阈值算法提取图像的边缘。仿真实验表明，该方法可以有效地抑制 SAR 图像中的相干斑噪声，同时能较好地保留图像的边缘信息，相对于传统的 Canny 算法有较好的检测效果。

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基于特征相似性的 RGBD 点云配准

盛敏 1,2，彭玉升 3，苏本跃 2,4，王广军 2,4

2019, 40(5): 829-834. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050829

摘要 ( 162 )

PDF(1250KB) ( 235 )

三维点云数据的配准是计算机视觉领域的重要研究课题，也是三维重建的关键步骤。针对 RGBD 点云数据的配准问题，提出一种基于特征相似性的初始配准方法。首先需要计算待配准的 RGBD 点云模型的曲率和颜色特征度(CFD)，并对 CFD 进行统计分析，若模型颜色特征足够丰富优先采用颜色相似性策略，反之尝试曲率相似性策略。通过特征点提取精简点云模型，利用确定的对应点选择策略选择候选对应点对。在候选对应点对上采用优化样本一致性算法获得初始配准变换矩阵，实现两片点云的初始配准。针对不同颜色纹理的 RGBD 点云模型，本文方法可以自适应选择合适的特征点选择策略，实现点云间良好的初始配准。实验结果表明，对于几何特征不明显的 RGBD 模型，本文方法能够自适应选择颜色相似性策略来较好地完成初始配准。对于不同类型的模型配准结果较好，算法效率更高。

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基于矩阵模式的林火图像半监督学习算法

杨绪兵 1，葛彦齐 1，张福全 1，范习健 1，姚宏亮 2

2019, 40(5): 835-842. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050835

摘要 ( 104 )

PDF(4527KB) ( 130 )

森林火灾图像识别是森林防火监测系统的核心。目前的主要研究多在图像的向量模式表示上展开。由于向量模式的样本数由图像分辨率决定，易导致模型训练的负担过重。样本类别标记的准确性，直接影响后续的模型训练和目标识别。而目前的类别标定工作多采用手工或图像预处理方法完成，任务繁琐且容易出错。此外，由于像素位置在图像向量化过程中被调整，不可避免地会损失图像原有的结构信息。鉴于此，提出了基于矩阵分块的半监督学习算法 Semi-MHKS，优势在于：①矩阵分块形式的样本数远低于向量模式，可有效缩短训练和识别时间；②只需标记分块类别，更有利于准确标定样本类别；③采用双线性判别函数，设计了针对林火问题的半监督学习算法；④证明了算法的收敛性。与支持向量机(SVM)、MHKS 和半监督的 LapMatLSSVM 方法相比，在林火图像和视频上的实验验证了 Semi-MHKS 的具有较高的识别率和较低的训练时间。

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城市交通事故的局部相关性可视分析方法

刘新月 1，谢文军 1，尹成胜 2，陈金光 2，刘璐 1，罗月童 1

2019, 40(5): 843-851. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050843

摘要 ( 98 )

PDF(3392KB) ( 143 )

交通事故数据蕴含有交通事故规律，如交通事故与天气、时间、道路等因素的关联规律，值得深入挖掘。虽然天气、时间、道路等因素对交通事故均有影响，但对不同区域交通事故的影响不尽相同，即具有局部相关性。挖掘局部相关性能更好地揭示这些因素与交通事故之间的相关性。为此提出一套分析挖掘交通事故数据中所蕴含的局部相关性的方法。首先基于交通事故数据提取事故多发路段，每个事故多发路段包含有位置、时间以及相关的交通事故信息；然后提出一套聚类支持的局部相关性可视分析方法分析事故多发路段：①以待分析因素直方图(如天气直方图、时间直方图)刻画事故多发路段；②基于直方图相似性对事故多发路段进行聚类分析；③在多关联视图支持的交互环境中进一步观察、分析聚类结果以挖掘待分析因素与交通事故之间的局部相关性。通过分析安徽省合肥市 2015—2018 年交通事故接警数据，取得了一些有意义的分析结果，验证了该方法的有效性。

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基于 Spark 的分布式机器人强化学习训练框架

方伟 1,2，黄增强 3，徐建斌 4，黄羿 1,5，马新强 1,5

2019, 40(5): 852-857. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050852

摘要 ( 111 )

PDF(953KB) ( 114 )

强化学习能够通过自主学习的方式对机器人难以利用控制方法实现的各种任务进行训练完成，有效避免了系统设计人员对系统建模或制定规则。然而，强化学习在机器人开发应用领域中训练成本高昂，需要花费大量时间成本、硬件成本实现学习训练，虽然基于仿真可以一定程度减少硬件成本，但对类似 Gazebo 这样的复杂机器人训练平台，仿真过程工作效率低，数据采样耗时长。为了有效解决这些问题，针对机器人仿真过程的平台易用性、兼容性等方面进行优化，提出一种基于 Spark 的分布式强化学习框架，为强化学习的训练与机器人仿真采样提供分布式支持，具有高兼容性、健壮性的特性。通过实验数据分析对比，表明本系统框架不仅可有效提高机器人的强化学习模型训练速度，缩短训练时间花费，且有助于节约硬件成本。

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支持动态编辑的交通路网语义建模方法

王华，何晓宇

2019, 40(5): 858-865. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050858

摘要 ( 78 )

PDF(621KB) ( 91 )

针对现有交通路网语义建模方法不支持新增道路、道路加宽/变窄、潮汐车道设置、道路连通性设置等路网交通属性动态编辑修改的问题，提出了一种支持动态编辑的交通路网语义建模方法。通过分析路网内正常路段和交叉路口之间的耦合关系，给出了由传统 Lane、路口 Lane，Link，Connection，Intersection 以及 Road 等组成的具有层次耦合关系的路网语义数据。只需输入道路中轴线数据，上述语义数据即可全部自动生成。路网交通属性动态编辑修改后，只需对相应路段和相连路口语义进行解耦重新计算即可完成路网语义数据的动态更新。实验结果表明，只需要输入道路中轴线矢量数据和道路宽度数据，该方法即可准确、高效地完成交通路网语义建模，并且支持路网交通属性的动态编辑且可以实现交通相位的自动生成。

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面向不同体型特征的服装款式迁移方法

石敏 1，魏育坤 1，王俊铮 1，毛天露 2

2019, 40(5): 866-871. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050866

摘要 ( 90 )

PDF(2106KB) ( 204 )

大部分成衣的设计以标准比例的人模作为参照，而对于非标准体型的顾客，标码服装的大小尺寸则很难与之进行有效匹配。基于此，提出了一种面向不同体型特征的服装款式迁移方法。首先，对于一批不同款式的服装，通过物理模拟的方式穿着到标模及非标模人体之上，形成标模试穿的服装实例及非标模试穿的服装实例；其次，使用仿射变换表示同款服装在标模及非标模下服装实例间的变形映射，并借助主成分分析法求解服装变形，在保留因体型特征导致的服装形变的基础上，剔除由服装款式信息引起的服装形变；最后，将服装变形用于标模到非标模的服装款式迁移，并使用平均离散曲率衡量迁移前后服装款式的改变程度。实验结果表明，迁移后的服装携带了标模服装的款式信息，并保留了非标模服装的体型特征。

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基于深度学习中间层卷积特征的图像标注

于宁 1，宋海玉 1，孙东洋 2，王鹏杰 1，姚金鑫 1

2019, 40(5): 872-877. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050872

摘要 ( 70 )

PDF(257KB) ( 113 )

针对基于深度特征的图像标注模型训练复杂、时空开销大的不足，提出一种由深度学习中间层特征表示图像视觉特征、由正例样本均值向量表示语义概念的图像标注方法。首先，通过预训练深度学习模型的中间层直接输出卷积结果作为低层视觉特征，并采用稀疏编码方式表示图像；然后，采用正例均值向量法为每个文本词汇构造视觉特征向量，从而构造出文本词汇的视觉特征向量库；最后，计算测试图像与所有文本词汇的视觉特征向量相似度，并取相似度最大的若干词汇作为标注词。多个数据集上的实验证明了所提出方法的有效性，就 F1 值而言，该方法在 IAPR TC-12 数据集上的标注性能比采用端到端深度特征的 2PKNN 和 JEC 分别提高 32%和 60%。

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基于生成式对抗神经网络的手写文字图像补全

李农勤 1，杨维信 2,3

2019, 40(5): 878-884. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050878

摘要 ( 89 )

PDF(1733KB) ( 209 )

手写文字图像补全是图像补全问题中一个重要研究分支，其难点在于图片中具有无约束书写风格的文字的结构关系补全。为了模拟实际中复杂和困难的应用情景，在图像补全研究工作的启发下，针对大类别、小样本、多风格、未知语种等复杂情况下进行手写象形文字图像补全。采用全局和局部一致性保持的生成式对抗神经网络(GLC-GAN)。在大类别多风格的手写文字图像补全中，补全图片往往因可能的补全候选很丰富而导致补全区域模糊不清。为此，提出两级补全系统：第一级粗补全模块考虑文字结构的完整性，第二级细补全模块实现文字的清晰化、细致化。通过在大类别手写汉字数据库 CASIA-HWDB1.1 上的实验，验证了该两级系统的有效性，同时分析系统在不同书写风格和不同缺失区域情况下的补全效果。

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基于改进 DRLSE 水平集模型的图像分割

魏晨晨，羿旭明

2019, 40(5): 885-891. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050885

摘要 ( 101 )

PDF(1060KB) ( 101 )

针对 DRLSE 水平集模型对噪声敏感、依赖初始轮廓位置以及演化速度缓慢等不足，利用小波变换和小波阈值去噪的方法，构造对噪声不敏感的边缘信息刻画矩阵，定义基于图像信息的边缘停止函数和自适应权重系数，获得了改进的 DRLSE 水平集图像分割模型。利用有限差分法对模型求解，并采用 Jaccard 相似度作为评价模型的定量分析方法，数值结果显示改进的模型及算法对图像分割的有效性，克服了 DRLSE 水平集模型分割含噪图像以及定义初始轮廓位置的局限性，提高了 DRLSE 水平集模型的计算效率和图像分割精度。

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基于多关联特征的屏幕阅读坐姿健康性判别

邹芳园 1，闵卫东 2，崔浩 1，韩清 1

2019, 40(5): 892-899. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050892

摘要 ( 65 )

PDF(13749KB) ( 54 )

长期坐姿不正确将会严重危害人体健康。现有的基于计算机视觉的坐姿检测方法主要是通过检测人体本身来判别坐姿的健康性，没有综合地考虑人体与屏幕之间的交互关系，使得对多种不健康坐姿无法准确检测，对此提出了一种基于多关联特征的屏幕阅读坐姿健康性判别方法。从人体自身的约束关系和人与屏幕间的约束关系这 2 个方面考虑，先检测出人体和屏幕，再根据目标的空间方位关系综合地提取与坐姿健康关联性强的坐姿特征。接着将坐姿特征序列输入到卷积神经网络中进行学习和分类，从而实现坐姿的健康性判别。实验结果表明，该方法可以有效地识别出屏幕阅读时存在的多种不健康坐姿行为。与其他方法相比，具有较好地识别结果及应用价值。

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一种答题卡客观题识别算法

要曙丽 1，王少荣 1,2，盖孟 2,3，王震 4

2019, 40(5): 900-907. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050900

摘要 ( 125 )

PDF(1673KB) ( 164 )

在保证阅卷质量的前提下，网上阅卷系统不仅极大地减少了教师的工作量，而且降低了对试卷纸张质量的要求，节约能源。但是，网上阅卷系统中的客观题识别效果对答题卡图像质量和排版有很强的依赖。为此，提出一种鲁棒的客观题识别算法。首先，考虑到用户填涂时可能偏离填涂区域，或者用户图像和模板图像位置匹配出现的误差，提出了滑动窗口策略重新定位实际的填涂区域，消除相关的偏差。然后，通过分析各选项的直方图，并引入加权平均灰度消除单个选项中填涂不均匀的影响。对同一题下的每个选项进行比较，使得识别算法有很强的局部适应性，克服使用全局识别策略带来的参数选择困难。实验结果表明，该算法兼容性好，可以适用于不同排版类型的答题卡客观题识别，鲁棒性强，识别精度高，适用于各种扫描质量和不同填涂质量的答题卡。

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一种水下运动物体三维轨迹视觉测量方法

刘涛 1，王宁宁 1，张熠 1，艾尚茂 2

2019, 40(5): 908-914. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050908

摘要 ( 94 )

PDF(1074KB) ( 96 )

针对海洋工程中采用的设备深海悬垂法安装过程，采用多摄像头视频运动分析方法计算水下三维运动轨迹可用于指导海洋工程的结构安装和分析设备水下运动特征。水下视频和图像的处理获取面临着诸多挑战，首先由于水下环境悬浮物和颗粒较多，光在水下发生了散射，使水下图像发生了退化；其次水下视频运动分析遇到的一个主要障碍是光线的折射引起的图像误差。由于光在水、玻璃、空气不同介质间发生折射，光路发生弯曲，陆地上的摄像机成像模型在水中不再适用，需要提出新的水下摄像机成像模型。本文引入带光线折射的水下摄像机成像模型，研究水下摄像机的内参数和外参数标定方法，利用固定布置的 3 个水下摄像机拍摄的目标水下运动视频来计算水下目标的轨迹。该方法适用于水池环境下水下物体大范围运动，可以得到较为精确的轨迹，并得到了实验验证。

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基于改进 LSD 和 AP 聚类的路径边缘识别策略

刘璧钺，赵章焰

2019, 40(5): 915-924. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050915

摘要 ( 67 )

PDF(7342KB) ( 166 )

起重机金属结构攀爬机器人的路径边缘识别策略分为 3 个步骤。①图像预处理，利用改进的过颜色算子进行灰度化；②使用基于支持向量机(SVM)最优分类线的方法确定梯度阈值，并增设主方向角约束，改进线段分割检测(LSD)算法，得到直线段检测图像；③对直线段进行特征提取，构建聚类数据集，基于数据集动态变化的特点，将基于先验信息的判别模型与近邻传播(AP)聚类算法相结合，改进 AP 聚类算法，对直线段进行聚类，筛选出构成路径边缘的直线段，并拟合得到最终的路径边缘线。实验结果表明，相较 AP 聚类和其他聚类算法，改进 AP 聚类算法的筛选准确率最高；基于改进 LSD 和 AP 聚类的路径边缘识别策略的识别成功率为 96%，且满足精度和实时性要求。

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基于生成模型的古壁画非规则破损部分修复方法

温利龙，徐丹，张熹，钱文华

2019, 40(5): 925-931. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050925

摘要 ( 114 )

PDF(9487KB) ( 109 )

为了更好地保存和修复珍贵的古代壁画艺术，在现有的人工修复技术之上，结合数字虚拟修复方法，使用深度学习中生成网络的方法自动生成壁画缺失部分，可以有效地提高修复效率，降低修复成本。用于修复的网络整体上是一个自编码器结构，编码器将待处理壁画图像和破损部分对应的掩膜作为输入，进行特征提取。解码器将编码器得到的特征图通过反卷积的方法恢复到原来尺寸，完成修复，自动将破损区域进行补全。同时，通过对待修复壁画进行分块修复再拼接的方法实现了对任意尺寸壁画的修复。与其他数字壁画修复方法相比，该方法更加通用，不受壁画种类和破损情况的限制。在一般破损的壁画上可以得到超过目前先进水平的修复效果，并且在人眼无法辨识有效信息的大面积破损的壁画上，仍可以恢复得到有完整语义的图像。

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基于多因素融合的健身器材人机界面评价方法研究

赵彩云 1，李娟莉 1，任家骏 1，薛安虎 2

2019, 40(5): 932-935. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050932

摘要 ( 80 )

PDF(798KB) ( 137 )

为了优化健身器材界面操作的人机体验，加强界面造型与企业文化的融合度，提出了多因素融合的健身器材人机界面评价方法，首先运用语义差异法，美度评价公式，征集用户试验 3 种方法，对样本的产品意象风格、布局美度评价、人机绩效测评 3 个指标进行综合评价；然后运用模糊层次分析法实现多目标意向下方案的最优决策；最终以某企业健身车界面设计为例，验证了该方法在多目标决策中的可行性。实验表明该方法在优化用户体验的同时提高了产品的品牌识别度，为设计师提供了可靠的科学依据。

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感性工学中的参数化设计方法关键技术研究现状与展望

林丽 1,2，张云鹍 1

2019, 40(5): 936-944. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050936

摘要 ( 151 )

PDF(342KB) ( 172 )

感性工学(KE)是将消费者感性体验融入设计中的常用方法。过去十余年间，国内外学者对 KE 展开了研究并取得了一定成果。通过对国内外 KE 中的参数化设计方法关键技术研究成果进行梳理，首先总结了 KE 中常用的感性意象与产品特征参数化方法；随后重点介绍了 3 种 KE 模型构建问题上的常用方法及其特点，并将现有研究进行了对比；最后讨论了 KE 现存问题并对未来可能的研究趋势进行了展望。

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基于汉字字体结构认知计算的多意象预测模型

欧阳晋焱，盛浩涵，周爱民，苏建宁，张书涛

2019, 40(5): 945-952. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050945

摘要 ( 64 )

PDF(833KB) ( 92 )

为了揭示汉字字体与受众的情感意象之间的内在关系，从认知计算的角度出发，探索构建一种“设计特征-结构指标-意象”的灰箱关联模型，以其预测汉字字体的多个意象。首先依据认知计算的原理将字体结构规则抽象为知识，运用产生式规则将字体结构知识进行定量描述，提出字重、重心、字面、字怀 4 个字体结构指标的认知计算公式，将无序的形态信息转化为结构化的有序信息。然后基于汉字字体意象认知系统的非线性耦合的特点，发展出一种运用多输出最小二乘支持向量回归机(MLS-SVR)进行汉字字体多意象预测的方法。将该方法对汉字字体的 3 个意象进行预测，实验结果表明其具有良好的预测效果和精度。该模型可作为字体智能设计系统的适应度函数，为发展字体智能设计提供有益的参考。

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基于满意度分析的皮影文化因子提取及设计应用

陈香，柳月

2019, 40(5): 953-960. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050953

摘要 ( 110 )

PDF(4667KB) ( 136 )

传统皮影艺术博大精深，其形象气质、装饰、色彩、纹样等特点是中国传统艺术中的经典，因其表演方式、传播形式等无法适应现代社会的审美和需求，导致其传承濒危。目前关于皮影文化的传播和应用主要集中在动画制作、舞台效果、服装设计、平面设计、雕塑以及数字化保护等方面，但究其文化元素的应用上还存有，只停留在对皮影原始元素的直接应用，缺少从用户视角进行符号的提炼并应用于产品设计上的方法。通过采样分析选取具有代表性的皮影样本，利用感性工学和统计学的方法得出皮影特征因子，在此基础上根据满意度分析得出用户对皮影旦角期望的特征语义，再基于眼动实验对皮影纹样特征进行提取以及对色彩进行感性评价，并将其分析结果进行纹路提取和设计演变，最终应用于灯具类文化创意产品的设计中，以证实该方法和设计流程的可行性。

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基于足部数字化模型的拇外翻矫形器定制设计

张芳兰，陈瑞营

2019, 40(5): 961-967. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050961

摘要 ( 80 )

PDF(8201KB) ( 102 )

为了提高矫形器快速定制的精准性与匹配性，建立了一种基于足部数字化模型的拇外翻矫形器定制设计与评价模型以及具体方法流程。利用人机工程学用户需求三维分类与访谈法获取拇外翻患者用户需求，通过层次分析法确立用户需求优先度；利用 TRIZ 冲突解决理论获取矫形器创新设计方向；借助 3D 扫描技术得到足部点云模型，通过三阶段式数据处理与偏差分析确保足部数字化模型的精准性。构建基于足部数字化模型的拇外翻矫形器基础模型，并结合创新设计方向产生矫形器设计方案；通过偏差平均值与标准差评价设计方案匹配度，结合方案可视化评价，确保最终设计方案的精准性。最后，通过拇外翻矫形器定制设计实例论证了所建立模型与具体方法流程的可行性。

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基于复杂装配体特征抑制的轻量化方法

董健 1，董玉德 1，刘福 1，王帅 1，时晓蕾 2，陶高周 2

2019, 40(5): 968-975. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050968

摘要 ( 56 )

PDF(801KB) ( 101 )

针对大型复杂三维模型加载速度慢，装配体在装配时由于零部件众多导致装配效率低的问题，提出一种基于装配体特征抑制的轻量化方法。在充分分析装配体组织结构的基础上，给出装配约束父子关系以及特征路径提取思路，以保留装配接口为前提，首先采用无关零部件抑制、按体积抑制比抑制、微小特征抑制等方法，实现复杂装配体的轻量化表示；然后提出特征恢复技术，实现轻量化模型的特征还原；最后以 Creo 2.0 为二次开发平台，结合 MFC 对话框技术开发出一套装配体轻量化系统，并应用于企业产品模型测试。实验结果表明，利用该系统得到的轻量化模型简化效果明显，模型数据量大大减小，不仅加快了模型加载速度，而且提高了装配效率。

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基于“工程制图”云教材的云班课建设与应用

丁乔 1，孙轶红 1，鲁宇明 2

2019, 40(5): 976-982. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019050976

摘要 ( 132 )

PDF(4770KB) ( 144 )

随着信息技术与教育教学的深度融合，集在线教学与实体课堂教学为一体的混合式教学模式越来越被广大教师所接受。为此，介绍了面向认知规律和自主学习的“工程制图”云教材在内容和表现形式上的创新之处及在此基础上进行的云班课线上资源建设，并利用云平台开展了课前知识传递、课内精讲重、难点和知识的实际运用、课后知识拓展等丰富的教学活动。通过对学生学习轨迹的全程记录和跟踪，为过程性多元化评价提供了数据，有效促进了学生自主学习，使教与学的互动性更强，取得了较好的效果，为普通高校开展“以学生为中心”的教学提供了借鉴和参考。

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