图学学报

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2020年第6期目次

2020, 41(6): 0.

摘要 ( 48 )

PDF(225KB) ( 68 )

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图像去雾算法的综述及分析

王道累, 张天宇

2020, 41(6): 861-870. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020060861

摘要 ( 900 )

PDF(6604KB) ( 579 )

图像去雾是以满足特定条件下应用需求为目的，通过对有雾图像进行分析和预处理，突出图像中的细节信息使之更加适合人机识别的一种图像预处理方法。在雾天条件下拍摄到的图像因为雾霾的影响导致图像可能会存在细节丢失、对比度低的情况，将会影响图像后续的分析识别工作。经归纳总结目前图像去雾算法的研究现状，主要包括基于图像增强、图像复原以及卷积神经网络 3 类去雾方法及其改进算法，对其中的一些算法进行了实验、评价及优缺点分析，并对未来的发展进行了展望，对算法中的难易点提出了一些参考的建议，促进了图像去雾算法的进一步发展。

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机器视觉技术研究进展及展望

朱云, 凌志刚, 张雨强

2020, 41(6): 871-890. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020060871

摘要 ( 3360 )

PDF(914KB) ( 1757 )

摘要：机器视觉是建立在计算机视觉理论工程化基础上的一门学科，涉及到光学成像、视觉信息处理、人工智能以及机电一体化等相关技术。随着我国制造业的转型升级与相关研究的不断深入，机器视觉技术凭借其精度高、实时性强、自动化与智能化程度高等优点，成为了提升机器人智能化的重要驱动力之一，并被广泛应用于工业生产、农业以及军事等各个领域。在广泛查阅相关文献之后，针对近十多年来机器视觉相关技术的发展与应用进行分析与总结，旨在为研究学者与工程应用人员提供参考。首先，总结了机器视觉技术的发展历程、国内外的机器视觉发展现状；其次，重点分析了机器视觉系统的核心组成部件、常用视觉处理算法以及当前主流的机器视觉工业软件；然后，介绍了机器视觉技术在产品瑕疵检测、智能视频监控分析、自动驾驶与辅助驾驶与医疗影像诊断等 4 个典型领域的应用；最后分析了当前机器视觉技术所面临的挑战，并对其未来的发展趋势进行了展望，为机器视觉技术的发展和应用推广发挥积极作用。

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遮挡对于目标检测的影响分析

张胜虎, 马惠敏

2020, 41(6): 891-896. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020060891

摘要 ( 290 )

PDF(1335KB) ( 179 )

摘要：当前目标检测任务中遮挡问题是一项具有挑战性的工作，由于存在遮挡导致物体的整体特征结构遭到破坏，在检测过程中容易发生漏检、误检等问题。常见遮挡处理方法在很大程度上提高了遮挡检测效果，然而对遮挡构成因素和不同遮挡比例对于检测性能的影响情况，目前并没有具体量化分析。对此，从数据驱动方法出发，通过仿真方式构建生成大量均匀分布的遮挡数据集(MOCOD)，在此数据集上分析不同遮挡比例下的检测性能，量化分析了不同遮挡对于检测性能的影响情况，在分析的基础上，通过按遮挡比例引入衰减权重方式来筛选高质量的正样本参与模型训练，有效提升了遮挡情况下的检测性能。

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基于 DenseNet-Attention 模型的高光谱图像分类

张永鹏, 张春梅, 白静

2020, 41(6): 897-904. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020060897

摘要 ( 226 )

PDF(1769KB) ( 253 )

摘要：针对高光谱图像标记样本量少，提取特征不充分以及提取到的特征不区分贡献度的问题，提出一个新型的 DenseNet-Attention 网络模型(DANet)。首先，该模型利用三维卷积核同步提取联合光谱空间特征，同时密集连接网络(DenseNet)的稠密连接块除了能够充分提取更加鲁棒的特征外，还减少了大量参数；其次，自注意力(self-attention)机制作为一个模块加入到稠密连接块中，可以使上层提取到的特征在进入下一层网络之前，经过该模块对其进行权重分配，使具有丰富的物类别信息的特征得到加强，进而区分特征的贡献度。网络模型以原始高光谱图像邻域块作为输入，无需任何预处理，是一个端对端学习的深度神经网络。在印第安松树林和帕维亚大学数据集上进行对比试验，网络模型的分类精度分别能够达到 99.43%和 99.99%，有效提高了高光谱图像分类精度。

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结合目标局部和全局特征的 CV遥感图像分割模型

李晓慧, 汪西莉

2020, 41(6): 905-916. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020060905

摘要 ( 64 )

PDF(1354KB) ( 49 )

摘要：随着遥感卫星技术的发展，高分辨率遥感影像不断涌现。从含有较多信息、背景复杂的遥感影像中自动提取目标成为一个亟待解决的难题。传统的图像分割方法主要依赖图像光谱、纹理等底层特征，容易受到图像中遮挡和阴影等的干扰。为此，针对特定的目标类型，提出结合目标局部和全局特征的 CV (Chan Vest)遥感图像目标分割模型，首先，采用深度学习生成模型——卷积受限玻尔兹曼机建模表征目标全局形状特征，以及重建目标形状；其次，利用 Canny 算子提取目标边缘信息，经过符号距离变换得到综合了局部边缘和全局形状信息的约束项；最终，以 CV 模型为图像目标分割模型，增加新的约束项得到结合目标局部和全局特征的 CV 遥感图像分割模型。在遥感小数据集 Levir-oil drum、Levir-ship 和 Levir-airplane 上的实验结果表明：该模型不仅可以克服 CV 模型对噪声敏感的缺点，且在训练数据有限、目标尺寸较小、遮挡及背景复杂的情况下依然能完整、精确地分割出目标。

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基于超混沌系统的明文关联图像加密算法

芮杰, 杭后俊

2020, 41(6): 917-921. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020060917

摘要 ( 122 )

PDF(772KB) ( 111 )

摘要：随着计算机网络与多媒体技术的快速发展，数字图像传输的安全性问题显得越发突出。为此，提出了一种基于超混沌的明文关联图像加密算法，利用动力学更为复杂的超混沌系统作为混沌序列发生器扩大了密钥空间，采用扩散–置乱–扩散的加密框架对图像进行 3 阶段处理。其中深度扩散使用了更少的迭代次数，提高了效率，置乱算法通过扰乱图像中像素点的位置实现消除原图像中相邻像素点间的相关性。实验对密钥空间大小、算法效率、防明文攻击能力进行了分析和对比，仿真结果表明，该算法不仅具有更大的密钥空间，较高的运行效率，而且明文敏感性强，能够有效抵抗差分攻击，有很大的安全通信应用潜力。

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特征融合网络：多通道信息融合的光场深度估计

何也, 张旭东, 吴迪

2020, 41(6): 922-929. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020060922

摘要 ( 75 )

PDF(2630KB) ( 97 )

摘要：光场相机可以仅在一次拍摄中记录场景的空间和角度信息，所生成的图像与传统二维图像相比包含了更多的信息，在深度估计任务方面更具有优势。为了利用光场图像获取高质量的场景深度，基于其多视角的表征方式，提出了一种具有多通道信息高效融合结构的特征融合网络。在人为选择特定视角的基础上，使用不同尺寸卷积核来应对不同的基线变化；同时针对光场数据的多路输入特点搭建了特征融合模块，并利用双通道的网络结构整合神经网络的前后层信息，提升网络的学习效率并减少信息损失。在 new HCI 数据集上的实验结果显示，该网络在训练集上的收敛速度较快，可以在非朗伯场景中实现精确的深度估计，并且在 MSE 指标的平均值表现上要优于所对比的其他先进的方法。

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基于光谱降维与 Hu 矩的壁画颜料层脱落区域提取方法

曹鹏辉 , 吕书强 , 汪万福 , 高振华 , 侯妙乐 ,

2020, 41(6): 930-938. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020060930

摘要 ( 82 )

PDF(7291KB) ( 77 )

摘要：颜料层脱落区域的提取是壁画现状调查的重要环节，由于其光谱特征与壁画白色图案较为相似，仅利用光谱特征提取的精度较低。因此，提出了一种兼顾光谱特征和 Hu 矩形状特征的颜料层脱落区域提取方法。首先，利用壁画高光谱图像的光谱信息，经光谱降维，采用支持向量机监督分类法提取颜料层脱落区域与白色图案。然后，对颜料层脱落区域与白色图案分类结果分别进行连通，将连通后的图斑视为最小识别对象，利用 Hu 矩计算每一个对象的形状特征，采用支持向量机二分类再次区分对象图斑，实现颜料层脱落区域的半自动提取。最后，以青海省瞿昙寺壁画高光谱图像进行了提取。结果表明，该方法能提高颜料层脱落区域的提取精度，为壁画的现状调查提供支撑。

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实例分割和边缘优化算法的研究与实现

梁正兴 , 王先兵 , 何涛 , 吴中鼎 , 张嘉

2020, 41(6): 939-936. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020060939

摘要 ( 155 )

PDF(2414KB) ( 121 )

摘要：近年来，实例分割技术正受到越来越多的关注。Mask R-CNN 实例分割方法是实例分割领域中的重要方法，但是用 Mask R-CNN 方法得到的结果中，每个分割出的实例的边缘往往不够理想，无法与真正的边缘完全吻合。针对此问题，提出了一种用显著性目标提取方法得到的结果与 Mask R-CNN 实例分割结果相结合的方法，从而得到更好的实例分割边缘。首先，利用 Mask R-CNN 对图片进行识别，得到实例分割的结果。然后用 PoolNet 对待检测图片进行处理，得到图片中的显著物体信息。最后用 PoolNet 的结果对实例分割的掩码图边缘进行优化，从而得到边缘更好的实例分割结果。经过测试，该方法可以对绝大多数待检测目标较为显著的图片在一些重要指标上得到比 Mask R-CNN 更好的分割结果。

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低复杂度的 fMRI 脑激活区定位的盲分离算法

陈安莹, 吴海锋, 李栋

2020, 41(6): 947-953. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020060947

摘要 ( 46 )

PDF(1251KB) ( 146 )

摘要：功能磁共振成像(FMRI)是一种医学影像技术，由于具有非侵入性和较高的时空分辨率等优点现已被广泛应用于脑区定位。然而传统的 FMRI 信号分离算法复杂度太高，运行时间长，不利于 FMRI 技术更有效地应用于脑功能的研究。针对传统 FMRI 脑区分离算法的计算复杂度问题，提出了一种基于二阶哈达码变换的盲分离算法。先计算 fMRI 数据中血氧水平依赖(BOLD)信号的相关函数，然后对其进行特征值分解得到解混矩阵，以此实现激活脑区定位。由于哈达码只由 1 或1 构成，因此可减少 BOLD 信号相关矩阵计算的复杂度。仿真结果表明，相比高阶统计量的独立分量分析(ICA)和二阶统计量的傅里叶变换盲分离算法，该算法的计算时间分别只有其 25%和 50%，而定位误差却较为接近。

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基于快速凸无穷范数极小化的大量子空间的子空间分割

唐科威, 穆梦娇, 李缙红, 张杰, 姜伟, 彭兴璇

2020, 41(6): 954-961. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020060954

摘要 ( 55 )

PDF(479KB) ( 53 )

摘要：子空间分割是计算机视觉和机器学习中的一个基本问题。由于实际问题中的数据往往类数较多，使得大量子空间的子空间分割问题显得尤为重要。近年来基于谱聚类的方法在子空间分割领域得到了越来越多的关注，但是在相关工作的实验中，子空间的个数却往往不超过 10 个。无穷范数极小化是近年来提出的一个专门针对大量子空间的子空间分割问题的方法，其通过降低表示系数矩阵的差异性能有效地处理该问题，但是仍有一定的局限，例如计算速度仍不够快，缺乏针对独立子空间问题的理论保证。为此，提出快速凸无穷范数极小化，该个方法不仅能够降低表示系数矩阵的差异性，而且能够对独立子空间情况提供理论保障且计算速度更快，大量的实验证明了该方法的有效性。

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基于改进 L-K 光流的 WebAR 信息可视分析方法

裴云强, 吴亚东, 王赋攀, 张晓蓉, 蒋宏宇, 许世健, 唐文生

2020, 41(6): 962-969. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020060962

摘要 ( 76 )

PDF(1931KB) ( 66 )

摘要：信息可视化技术结合移动增强现实(MAR)技术在目标跟踪领域仍然存在设备计算负载过大的问题。若仍坚持采用同跟踪平面图像特征点的方案来跟踪立体对象各角度的特征点，则目标跟踪过程所需要获取的多角度特征点数据无疑会加重跟踪过程的计算压力，进而导致移动设备负载过大，最终影响模型渲染，所渲染的模型常出现剧烈抖动、卡顿或运动滞后于目标物的现象。针对上述问题，提出了一种基于改进的 L-K (Lucas-Kanade)光流跟踪算法的 WebAR (基于 Web 端的 MAR 技术)解决方案，将特征点的跟踪问题转化为光流估计问题以及一种优化的三维信息可视化交互策略。实验结果表明，该方法能够提高 MAR 在跟踪目标时的计算效率和稳定性，丰富信息可视化的呈现效果和交互方式。

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修正压力与表面张力计算的两相流自由界面运动模拟

朱晓临, 周韵若, 何红虹

2020, 41(6): 970-979. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020060970

摘要 ( 77 )

PDF(2168KB) ( 58 )

摘要：在利用光滑粒子流体幼力学(SPH)方法进行多相流的模拟中，多相流在交界面处由于密度不连续、粒子界面的压力计算出现误差，出现界面处压力振荡，界面破碎的问题。针对上述问题，提出了新的压力梯度近似公式和改进的界面处人工斥力公式，使交界面更加清晰、光滑、无穿透、模拟效果更好。此外，通过给出基于密度权重的色函数计算公式，对大密度比多相流界面处的表面张力计算公式进行了改进，使得多相流交界面密度过渡更加光滑，模拟效果更好。最后，通过溃坝、Rayleigh-Taylor 界面不稳定性，非 Boussinesq 锁定交换问题 3 个仿真实验，得到了不同时刻界面粒子分布图、界面锋面距离等。结果验证了新的压力梯度近似公式以及界面处人工斥力公式的合理性；通过空气中液滴形成仿真实验，得到了圆形液滴形成的粒子变化图，结果验证了该改进的表面张力计算方法的有效性。

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基于逆 Loop 细分的半正则网格简化算法

栾婉娜, 刘成明

2020, 41(6): 980-986. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020060980

摘要 ( 84 )

PDF(980KB) ( 75 )

摘要：三维网格简化是在保留目标物体几何形状信息的前提下尽量减小精细化三维模型中的点数和面数的一种操作，对提高三维网格数据的存取和网络传输速度、编辑和渲染效率具有十分重要的作用。针对大多网格简化算法在简化过程中未考虑网格拓扑结构与视觉质量的问题，提出了一种基于逆 Loop 细分的半正则网格简化算法。首先根据邻域质心偏移量进行特征点检测，随后随机选取种子三角形，以边扩展方式获取正则区域并执行逆 Loop 细分进行简化。最后，以向内分割方式进行边缘拼接，获取最终的简化模型。与经典算法在公开数据集上进行实验对比，结果表明，该算法能够在简化的同时有效地保持网格特征，尽可能保留与原始网格一致的规则的拓扑结构，并且在视觉质量上优于边折叠以及聚类简化算法。

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飞机结构件槽腔内面间最短距离计算算法

胡宝莹, 张天阳, 郑国磊, 周敏

2020, 41(6): 987-992. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020060987

摘要 ( 51 )

PDF(619KB) ( 58 )

摘要：在飞机结构件数控加工自动编程系统的开发过程中，由于零件的特征层面的工艺性缺陷，特别是槽腔内面间的最短距离过小，容易导致零件加工复杂、成本过高甚至无法加工。目前针对该模型问题主要采用人工检查的方式，不仅效率低且易出错。针对具有复杂形状，并且包含开闭角、内陷等复杂特征的飞机结构件槽腔，其侧壁面间最短距离无法直接获取的问题，提出飞机结构件槽腔内面间最短距离计算算法。首先给出槽腔以及与距离相关的术语定义，接着在特征几何参数提取的基础上，将侧壁面间最短距离计算转化为线线间最短距离计算，并根据槽特征的几何特性提出线线距离有效性判断准则以简化计算，求得槽特征内侧壁面间最短距离。最后，以某飞机结构件模型为例，验证了该算法的可行性和有效性。

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基于运动轨迹图形拟合的辅助人体侧翻机构设计研究

苏鹏, 卢达, 伦庆龙, 李剑, 徐晓钟, 樊瑜波,

2020, 41(6): 993-1000. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020060993

摘要 ( 63 )

PDF(3928KB) ( 245 )

摘要：仰卧位侧翻是长期卧床患者有效预防压力性损伤病症的有效措施之一，研究人体运动机理并进行辅助人体仰卧位侧翻机构的拟人化设计具有重要意义。人体肩部和臀部是辅助仰卧位侧翻较为关键的施力位置，基于人体解剖学分析肩部和臀部骨骼的空间运动，建立运动标记模型，并进行人体仰卧位侧翻运动捕捉实验，得到肩部和臀部的运动轨迹图形与连杆模型特征信息。通过分析连杆长度和角度的变化过程进行图形几何分析与连杆机构简化，基于运动轨迹图形拟合的辅助人体侧翻机构构型，并对机构进行运动学仿真分析，运动仿真结果和实验图形的拟合误差较小，验证了所提出的辅助人体侧翻机构拟人化设计方法的合理性，相关研究结果可为人-机运动协同性辅助侧翻康复辅具的设计提供理论依据。

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基于开源技术的城市地理信息平台构建方法研究

冷烁, 李孙伟, 胡振中,

2020, 41(6): 1001-1011. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020061001

摘要 ( 87 )

PDF(2502KB) ( 93 )

摘要：针对城市地理信息平台构建过程中存在的数据获取困难、研发成本较高等问题，引入开源技术，对基于开源数据、开源开发平台与开源工具的城市地理信息平台构建技术进行研究。所提出的城市地理信息平台由数据模块与可视化模块 2 部分组成。为构建数据模块，由开源地理信息项目(OSM)获取了建筑与区划数据，并设计了建筑合并算法以提升数据质量。建筑数据随之基于行政区划分级存储，通过由 ASP. NET 构建的数据接口提供给具体应用。可视化模块则基于开源地理信息系统(GIS)项目 Cesium 实现，并设计了完善的用户界面。以北京市为例，完成了原型系统的开发与测试，证实了该技术体系的可行性，通过开源技术降低平台研发成本，推进城市地理信息平台的研究与应用。

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基于自动化接受度模型的车外交互研究

张碧含, 由芳

2020, 41(6): 1012-1017. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020061012

摘要 ( 97 )

PDF(1173KB) ( 91 )

摘要：随着科技的不断进步，新技术不断进入人们的生活，自动驾驶驾驶技术也得到了快速的发展。但单纯的技术提高并不能带来人们接受度的随之增加。为了提高人们对无人驾驶技术的接受度，对自动化接受度模型进行研究，探究如何从认知接受度提升的角度改善自动驾驶座舱的人机交互，并从接受度模型的核心影响因素的角度分析车外人机交互用户体验问题。通过分析半封闭场景下车外交互的使用场景及行人与无人车交互时的用户行为，归纳出行人行为特征模型，再结合自动化接受度模型的相关研究，从信任度、协作性的角度提升车外交互的有效性和认知接受度。基于自动化接受度 AAM 模型提出了符合行人行为特征和认知的车外人机交互策略，从而提高沟通效率和接受度。

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计算机辅助青铜器纹饰特征线识别方法研究

宗立成, 王娜娜

2020, 41(6): 1018-1023. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020061018

摘要 ( 98 )

PDF(805KB) ( 93 )

摘要：针对青铜器纹饰特征轮廓线识别关键算法和技术，分析了当下纹饰数字化设计的基本现状。基于计算机辅助技术和三角网格基础理论，结合图像聚类和阈值方法，提出特征轮廓线识别关键技术由轮廓角点、特征曲线段、分段轮廓线匹配和空间曲线匹配 4 个环节构成。构建了纹饰目标特征识别算法和流程，采用曲率最大值识别轮廓角点，通过特征曲线段对轮廓曲线进行表述和投影，采用曲线弦长法对特征曲线进行匹配与拼接。建立了青铜器纹饰特征识别方法，基于计算机辅助技术，从纹饰特征识别到空间曲线的匹配与拼接完整流程。计算机辅助设计技术的青铜器纹饰特征识别方法具有数字化、智能化和高效化特征。根据实验结果，该方法在目标对象纹饰识别和提取方面具有广阔的应用前景。

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文创类图形中的相似意象设计因子可拓重构方法

王伟伟 , 宋贞贞 , 李培

2020, 41(6): 1024-1030. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020061024

摘要 ( 121 )

PDF(3910KB) ( 201 )

摘要：目前中国文化创意产业的繁荣发展，极大的推动了中国传统文化的继承与弘扬。为了实现以用户期望意象风格为导向的文创产品设计方案，减少依赖设计师的设计主观意识，探索传统文化设计因子向现代创新型设计因子的转变途径。首先利用 Illustrator 软件提取传统文化元素设计因子样本，通过采用 SD 法、实验法、统计学理论对样本库中的单位设计因子收集意象形容词并进行意象值评价，确定相似意象与单位设计因子主副意象。其次通过意象与设计因子的关系建立基于关系数据库管理系统(RDBMS)的检索数据库并进行用户期望相似意象设计因子索引，将相似意象设计因子运用可拓学理论与菱形思维模型进行可拓变换重构设计。最后结合故宫文化元素设计因子的重构过程与设计应用验证了研究方法和研究流程的可行性。

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OBE 理念下项目驱动的数字图像处理教学研究

崔文超, 邹俊杰, 汪方毅, 唐庭龙, 夏平

2020, 41(6): 1031-1038. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020061031

摘要 ( 173 )

PDF(756KB) ( 117 )

摘要：传统数字图像处理教学强调经典方法讲解而忽略文献新方法拓展，强调单个算法实现而忽略算法项目化开发，强调个人能力锻炼而忽略团队精神培养。为克服这些问题，以工程教育专业认证的成果导向教育(OBE)理念，探索了一种新的基于项目驱动的教学方式。其教学目标由电子信息类专业毕业要求分解的指标点确定。教学过程采用 CDIO 的项目教学法，分为项目调研、项目设计、项目实现和项目运行反馈 4 个阶段，并以图像阈值分割专题为例，详细阐述学生在不同阶段所需完成的相关工作以及由此而培养和锻炼的相关能力和素质，践行将能力培养与素质教育贯穿于整个项目驱动教学过程之中。最后利用教学质量评价和反馈，持续改进教学过程中的学生能力培养短板问题。通过 4 年的教学实践表明，基于 OBE 理念的项目驱动教学方式不仅有效克服了传统教学方式存在的弊端，而且提升了学生的综合能力，培养了学生的综合素质。

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融合式教学模式在机械制图课程中的应用研究

周荣安, 符纯明

2020, 41(6): 1039-1043. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020061039

摘要 ( 146 )

PDF(4017KB) ( 133 )

摘要：针对传统机械制图课程教学中学生空间想象能力差、学习主动性弱、大班授课时师生互动困难的现状，借鉴美国高校“主动学习与协作学习”融合式教学模式的改革经验。在教学过程中采用课堂实时互动环节和课外“线上+线下”模式培养学生主动学习能力为主，同时采用以创新设计项目为牵引的协同学习，培养学生团队协作和创新精神。以南华大学某教学班为研究对象，实践结果表明该教学方案强化了教学效果，提升了教学质量。

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2020年总目次

2020, 41(6): 1044-1044.

摘要 ( 55 )

PDF(351KB) ( 53 )

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2020年第6期电子数据

2020, 41(6): 1044-1044.

摘要 ( 17 )

PDF(44280KB) ( 36 )

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