基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法研究

动车组变压器是保障高速铁路稳定运行的核心设备,频率响应法是目前检测变压器绕组状态的有效方法。为提升车载变压器绕组状态诊断的准确性,结合暂态信号与频率响应法提出基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法。搭建试验车载变压器绕组故障模拟平台,获取不同故障类型和故障位置的频响曲线,利用类Gram矩阵结合幅频和相频曲线信息,再利用密度分层法转换为伪彩色图,提取对应的灰度共生矩阵和灰度差分矩阵特征值,根据鹈鹕优化支持向量机方法对绕组故障进行诊断。试验结果表明:车载变压器绕组故障发生时,伪彩色图能够反映出故障信息,有利于图像分析和特征提取,采用基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法能够识别车载变压器绕组的典型故障类型和位置。

基于X射线双光谱的物质识别方法研究

针对工业生产、材料科学和安检等领域对于物质的检测需求,开展了基于X射线双光谱的物质识别方法研究。提出了针对不同物质的双光谱识别算法模型,模型引入边界物质界定与伪彩色算法,实现了对物质种类的识别。搭建X射线双光谱透射实验系统,实测了复杂背景、多种物体的X射线双光谱图像,研究了物质界定算法与伪彩色算法对于物质种类识别的影响。基于此优化了算法模型,实现了灵活、快速地对物质种类的识别,对于工业生产物质分类和安检快速筛查具有重要意义。

不同类型花生浸种过程物理特性变化及内部水分迁移规律

探究高油酸、高蛋白和普通花生在不同温度(25℃和31℃)和浸泡时间(0、3、6、9、12 h)下的浸种特性,利用低场核磁共振成像技术动态监测种子水分相态和迁移,明确不同类型花生种子浸种过程的物理特性变化和吸水动态,旨在探寻不同类型花生适宜的浸种时间和温度,降低花生萌发时种皮破损率。结果表明,不同温度和浸泡时间处理下,3种类型花生种子的质量增加率、体积增加率、含水率增加率及总信号幅值等与花生浸泡时间和温度呈显著正相关(P<0.05)。高蛋白花生YH9326的蛋白质与高蛋白标准比值(P/P标)最高(1.37),在25℃浸种12 h后质量增加率最高(58.91%),与31℃处理无显著差异;25℃下浸种3、6 h含水率增加率较31℃分别下降22%、6%;2种温度下非结合水信号幅值增加率在浸种12 h显著高于浸种9 h,显示出种子持续吸水状态;与31℃浸种相比,25℃下浸种3 h总水和结合水信号幅值增加率分别提高42%和10.0倍。普通花生HY38的油酸与亚油酸比值(OA/LA)最低(1.30),31℃浸种3、6、9 h后,其体积增加率显著提高,分别较25℃浸种时提高8%、17%、25%;浸种9 h后含水率增加率比25℃提高20%;浸种3、6 h,其结合水信号幅值增加率较25℃分别下降35%和29%,但非结合水信号幅值增加率显著提高99%和55%;在31℃浸种6、9 h,非结合水信号幅值增加率无显著差异。高油酸花生YH37的油酸与亚油酸比值(OA/LA)最高(11.1),在25℃下浸种3 h体积增加率(46.13%)高于YH9326和HY38,相较于31℃浸种3、6 h后,其非结合水信号幅值增加率分别降低13%、9%,结合水信号幅值增加率显著提高3.5倍和1.3倍。在25℃浸种,高油酸花生YH37和高蛋白花生YH9326的非结合水信号幅值增加率虽表现持续吸水到浸种12 h,但在浸种6、9 h无显著差异。高蛋白花生YH9326及高油酸花生YH37适宜在25℃浸种6 h,可完成初始快速吸胀吸水;普通花生种子HY38适宜31℃浸种6 h,基本完成初始快速吸胀吸水。

基于YOLOv8和伪彩色处理的玉米去雄机导航线提取算法

抽雄期玉米的去雄打顶是提高玉米产量的重要任务,但该时期玉米的叶片、雄穗和土壤色彩难以分割,这给玉米去雄机的行间导航任务造成了困难。考虑到导航线提取的关键是在农业机械行驶区域内进行作物特征点的检测,故本文通过YOLOv8神经网络自主提取玉米雄穗感兴趣区域(ROI),并在ROI内采用Jet映射和Otsu算法分割雄穗、绿叶和土壤,然后采用FAST角点检测方法提取雄穗特征点并根据导航区域划分特征点集,最后采用最小二乘法拟合作物行检测线。实验结果表明,该算法实现了精确的、快速的玉米抽雄期导航线提取,处理单帧图像(600 pix×700 pix)平均耗时56.7 ms,平均偏差角为1.03°,能够满足玉米去雄机田间导航行驶的需求。

微波光子SAR最优子带融合的全分辨伪彩图生成方法

微波光子(MWP)雷达是一种通过光子器件对传统微波雷达硬件架构进行改进的新型雷达系统。借助光子器件卓越的物理特性,MWP雷达能够发射超宽带、高线性度的高质量线性调频信号,从而实现对目标的超高分辨率探测与成像。在目标成像与探测过程中,不同结构和特性的目标区域对不同频率信号的响应存在差异。因此,微波光子雷达具备通过散射差异生成伪彩图像的潜力,从而进一步提升微波光子合成孔径雷达(MWP-SAR)的信息获取能力。传统的遥感技术生成的伪彩图像分辨率较低,无法达到厘米级的分辨。因此,该文提出了一种在保证MWP-SAR高分辨率的前提下合成伪彩图像的方法。该算法首先建立了最优子带回波搜索模型,随后采用最优子带搜索算法对超宽带回波进行处理,以获取散射特性相差最大的子带回波通道。再对多子带差异图像进行色彩合成,通过这一处理步骤,能够生成对目标散射特性最佳描述的伪彩图像。同时,为了确保MWP-SAR的分辨率不受到损失,建立了一个融合模型,将全分辨率的SAR图像与多子带图像相融合,以维持伪彩图像的高分辨率。最终,通过实测的机载MWP-SAR数据成功地合成了全分辨率的伪彩色图像,从而验证了该算法的有效性。该算法可以使得MWP-SAR在成像时获取更多的目标信息,为成像雷达微波视觉的实现提供辅助。

基于视觉特性的无参考图像质量评价算法

针对传统无参考图像质量评价算法特征单一、需主观评价结果参与训练和对比度失真图像性能差等问题,提出一种结合颜色和纹理特征及视觉特性的改进算法。首先,为待评价图像构造一幅伪参考图像;其次,依据视觉特性将二者划分为主要与次要感兴趣区域,进一步将区域细化为更小的块并提取其中不同的颜色特征与纹理特征以建立多元高斯模型;最后,计算二者主要感兴趣区域之间、次要感兴趣区域之间的模型参数距离,作为质量分数评价图像的好坏。在公开数据集SPAQ和CSIQ上与传统算法QAC、NIQE、IL-NIQE等进行比较,计算线性皮尔森系数、斯皮尔曼秩相关系数、均方根误差等质量评价指标,实验结果表明所提算法优于传统算法。

基于Swin Transformer的疟疾细胞图像识别研究

为了协助医务人员更准确、更快速地诊断疟疾,提出一种基于Swin Transformer(SwinT)的疟疾细胞图像识别方案。方案采用伪彩色图像增强算法对血片图像进行预处理,以突出图像的颜色对比度,并引入SwinT模型作为主干网络,解决下采样固定和全局信息无法交互的问题,同时引入卷积层对图像进行线性变换,构建残差网络解决梯度消失和梯度爆炸问题。实验表明,与图像量化等其他图像增强方法相比,本文方法增强了疟疾细胞图像的色彩对比度,改进后方案的准确率达到99.7%,高于现有文献方法,可以对疟疾的辅助治疗带来更有价值的支持。

基于BEMD与DCT的彩色图像多重水印鲁棒算法

为解决现有彩色图像水印算法容错性低及宿主图像与水印图像在嵌入时尺寸匹配问题,并提高算法抵御各种攻击的鲁棒性,提出一种基于二维经验模态分解(BEMD)和离散余弦变换(DCT)的彩色图像多重水印鲁棒算法。使用Arnold变换对3幅二值水印图像进行置乱,分别对彩色宿主图像的三通道进行BEMD,得到各通道的内蕴模态函数(IMF)和余量信息,选择各通道的第1个IMF(记作IMF_(1))作为水印嵌入层,对每个通道的IMF_(1)分割成不重叠子块后进行DCT;再将置乱后的二值水印图像依次重复嵌入在各通道子块经过之字形(Zigzag)扫描后的中频系数中,使用逆Zigzag扫描和逆DCT得到各通道嵌入水印信息后的IMF_(1),并与每个通道其余的IMF及余量重建得到嵌入水印后的彩色图像。水印提取为嵌入过程的逆过程,算法可以实现彩色图像嵌入水印的盲提取。在水印提取过程中对重复嵌入提取到的水印图像使用投票策略,增强了算法的容错性。大量实验结果表明:嵌入水印后的图像峰值信噪比(PSNR)在34 dB以上,水印信息具有较高的不可见性;对嵌入多重水印后的宿主图像进行大尺寸剪切、椒盐噪声等攻击实验,提取到的水印图像与原始图像的归一化系数均在0.96以上,且可达到1,水印信息提取完整清晰可辨。与现有大量彩色图像水印算法相比,所提算法具有较强抵御各种攻击的能力,同时嵌入水印后图像具有较高的不可见性。

改进注意力机制的滚动轴承故障诊断方法研究

针对滚动轴承在实际工作环境中噪声较大和负载变化的问题,提出一种基于双注意卷积机制的残差神经网络(DACM_ResNet,double attention convolution mechanism ResNet)轴承故障诊断方法;首先,对滚动轴承振动信号进行短时傅里叶变换(STFT,short-time fourier transform)并使用伪彩色处理得到三通道图像数据;然后,对残差神经网络在轴承故障诊断上进行研究,在残差单元的卷积层之后,使用DACM模块,将残差特征在通道和空间维度上进行进一步提取,最后,在凯斯西储大学(CWRU)数据集上进行试验验证,试验结果表明所提出的方法在噪声环境下及负载变化时,平均诊断准确率达到了98%以上,说明所提出的模型有较好的鲁棒性。

紫外遥感光谱仪地检系统的设计与实现

为了给紫外遥感光谱仪的研制提供测试环境,充分测试紫外遥感光谱仪的功能和性能,基于光谱仪的实际测试需求设计了紫外遥感光谱仪地检系统;紫外遥感光谱仪地检系统由一块通讯数传板卡、一台高性能计算机和两个地检软件组成,适用于光谱仪单机、整机、整星等多种研制状态;硬件方面,通讯数传板卡选用的FPGA芯片是spartan-6系列的XC6SLX25;软件方面,两个地检软件分别是异步422控制软件和同步422快视软件,均在QT平台,使用C语言,采用多线程的编程思想实现;异步422控制软件不仅可以控制光谱仪执行功能还可以实时监视光谱仪状态;同步422快视软件除提供基础的数据储存解析和显示功能外,还具有比特位移除判别遥感包、图像伪彩色、时变线、光谱曲线高斯拟合等数据处理功能;经过多次试验验证,紫外遥感光谱仪地检系统运行稳定功能齐全,提高了仪器装调、定标和测试效率。

基于IBM Qiskit的量子图像伪彩色增强方法

针对量子图像增强问题,提出一种基于彩虹编码的量子图像伪彩色增强方法。首先,使用NEQR(Novel Enhanced Quantum Representation)模型表示灰度图像,接着设计和优化RGB三通道颜色转换模块的量子线路,最后用QRMW(Quantum Representation of Multi Wavelength Images)模型表示伪彩色图像。为了验证所提方法的有效性,在IBM量子计算框架Qiskit上制备2×2大小与32×32大小的NEQR灰度图像,通过对量子线路测量坍缩后生成对应大小的QRMW伪彩色图像。实验结果表明,与经典和已有的量子图像伪彩色增强方法相比,该方法在处理大小为2n×2n、色深为2q的图像时,所需的量子基本门个数为958,时间复杂度仅为常数级O(1),空间复杂度为O(2n+2q+3),显著降低了量子成本,并且处理后图像的信息熵和清晰度指标良好。

红外图像伪彩色编码和处理

利用红外热成像系统可将物体的热分布转化为可视图像,并在监视器上以灰度级或伪彩色显示出来,从而得到被测目标的温度分布场。根据热成像测温原理以及红外图像的特点,在对室温热成像系统研究的基础上,对红外图像伪彩色编码进行了研究,提出一种新的伪彩色编码方法,即自动阈值法。利用自动阈值法可以在室温环境下,对目标的温度及其分布进行测量。在TM S320C 6202和FPGA室温热成像系统中对提出的方法进行了验证。实验结果表明,该方法可使红外图像层次分明,容易分辨出不同的温度区域。

基于CT图像的冻结岩石冰含量及损伤特性分析

冻结岩石中冰含量对其热力学及损伤特性有重要影响,研究岩石冻结过程中冰含量随温度的变化规律可以为冻结岩石工程的安全稳定性评价提供科学依据。运用CT识别技术,进行不同温度梯度下冻结岩石的CT扫描实验,获得20℃、-2℃、-5℃、-10℃、-20℃、-30℃下岩石的CT扫描图像,实现了冻结岩石CT图像的伪彩色增强和直方图分析,完成了冻结岩石冰含量及损伤信息的数字表述,对冰含量随温度的变化规律进行定量分析。依据损伤力学理论,定义以冰含量表示的冻结损伤变量,探讨了未冻水含量和温度梯度对冻结岩石损伤特性的影响规律。研究结果表明:(-2℃,-5℃)是水冰剧烈相变的温度区间,冻结损伤演化起始和急剧增大阶段;(-5℃,-10℃)是冻结损伤发展阶段;(-20℃,-30℃)是冻结损伤趋于稳定的温度区间。所定义的冻结损伤变量能够描述温度降低过程中岩石损伤的演化过程,基于冻结岩石CT图像伪彩色增强的冻结岩石损伤演化的定量分析为冻结岩石工程的稳定性研究提供了新的思路和方法。

利用低场核磁共振及其成像技术分析水稻浸种过程水分传递

为研究水稻种子浸种过程中内部水分流动情况,可视化内部水分传递过程,利用低场核磁共振及其成像技术,监测沈农9816号、七山占及秀子糯3个品种水稻种子48 h浸种过程。每6 h时间间隔利用自旋回波(spin echo,SE)脉冲序列获取样品的质子密度加权像,利用硬脉冲自旋回波(carr-purcell-meiboomgill sequence,CPMG)序列获取样品的横向弛豫时间T2反演谱,从而分析浸种过程对水稻种子内部水分分布的影响。试验结果表明:核磁共振是一种有效的水分检测技术,可以实现浸种过程中种子内部水分的快速、准确、无损的检测。利用水稻种子的质子密度加权像,能够直观检测到种子内部水分分布情况,动态的监测到种子内部水分流动过程,分析发现水分最初是从胚进入种子内部,继而通过种皮的渗透,最后到达胚乳部分。根据T2反演谱信号幅值计算得到的水稻种子吸水率,发现3个品种在相同浸种时间的各个监测点均反映出秀子糯吸水率最高,沈农9816号吸水率最低,试验结果验证了支链淀粉的吸水性优于直链淀粉。研究结果可以为水稻种子浸种过程中水分传递的理论模型构建提供数据支持。

声纳图像伪彩色处理的调色板连续色编码方法

伪彩色处理是声纳图像增强和显示的一种常用方法。调色板的编码技术是声纳图像伪彩色显示的关键。当前,声纳图像伪彩色处理工程中采用的调色板编码方式大都是依据经验或者采用简单的线性生成的方式。分别给出了在RGB颜色空间和HSV颜色空间实现的两种连续色编码方法。试验结果表明,给出的方法简单易行,具有很好的实用性。

激光能量密度分布的测量方法

提出一种用于激光能量密度分布测量与分析的方法,首先采用图像处理方法对激光光斑图像进行检测处理,再对激光光斑波面进行拟合,并采用伪彩色对激光能量分布进行三维显示.采用Zernike多项式对波前进行拟合和重构,讨论了拟合采样点的布设方法,并用激光能量密度测试精度平均误差较小的同心放射状采样点布局方案.采用伪彩色算法对二维光斑图像进行三维模型显示,反映光斑不同区域能量分布的相对大小和位置.实验结果表明,该方法基本满足激光能量密度分布检测的要求.

冻融环境下黄土体结构损伤的尺度效应

尺度效应在水土科学定义中原是指土壤特征(水分和盐分)的变化对采样网格尺度大小的依赖,某一种采样尺度只能揭示相应的变化规律,某一种空间结构特征只能在一定采样尺度下才能表现出来。指的是在不同的观测尺度(微观、细观、宏观)下黄土体结构损伤的演化规律。冻融循环作用是季节性冻土地区工程发生病害的关键因素,为探究冻融环境下黄土体结构损伤的尺度效应,取延安市黄陵县黄土为研究对象,以初始含水率及冻融循环次数为变量,通过扫描电镜、CT扫描、表观结构试验,探究黄土体在不同初始含水率、不同冻融循环次数下结构损伤微观、细观及宏观表现特征。基于Leica Qwin、Canny算子边缘检测、分形维数、彩虹码伪彩色增强技术、显著性理论对试验结果进行分析,试验表明:随着冻融循环次数的增加试样微结构单元发生了明显变化,具体表现为颗粒尺寸均一化,骨架连接方式发生转变,由面-面接触转变为点-面、点-点接触,粒间连接减弱,细观表现为试样高密度区不断减小、中低密度区不断增多,冻胀力、迁移力不断显现,使得黄土体完整性降低,迁移通道不断发育,造成宏观析冰量不断增大;随着冻融循环次数的增加面孔隙度、分形维数不断增大,冻融循环10次后趋于稳定,试样在冻融环境下内部微、小孔隙不断向中、大孔隙转化;伪彩色增强技术显著提升了CT图像辨识率;造成黄土体结构损伤的因素不只有初始含水率、冻融循环次数,它们之间的交互(耦合)作用也会对土体损伤产生显著性影响。

新型耳穴检测系统的研制

耳廓上分布着的耳穴与人体的内脏器官在形态上往往呈现"投影"的相似对应关系。当人体器官出现病症或在患病早期时,可导致与患病器官相对应的特定耳穴上呈现电阻降低等病理性阳性反应。目前存在的耳穴检测仪功能单一,缺乏对耳穴电阻值的定量测量、统计分析和对耳穴电阻值地形图的伪彩色图像的直接表征;而且,缺乏对解剖分区和神经分区内的穴位点电阻值的统计处理和穴位所对应的器官及神经功能的综合分析诊断。设计研发了新型耳穴检测系统,实现了用3种不同功能对人体耳穴阻值的定量检测;对解剖分区和神经分区的耳穴阻值分别进行统计计算和分析;另外,利用伪彩色图像的方法表征出了耳穴等阻值区间的分布图,为临床的定量、直观检测提供了方便。

IKONOS数据在土地利用动态监测中的应用方法研究

对高分辨率 (1m)的多光谱 IKONOS影像在土地利用变化动态监测中的应用方法进行了研究试验。通过对结果的分析和与其他常规方法结果的对比分析 ,提出了将多光谱 IKONOS影像和全色 SPOT影像叠加作主分量变换 ,然后选取适宜的特征分量进行假彩色合成的方法 ,来生成光谱特征变异影像以突出变化信息。该组合方法不仅能保持原有影像的丰富信息 ,而且可突出变化信息 ,充分展示了 IKONOS影像的巨大应用潜力。