基于图像分形维数估计的最小盒计数法的研究

通过对估计图像分维数的差分盒计数法的深入研究,发现差分盒计数法估计覆盖分形曲面的盒子数可能出现“空盒子”被计数,从而导致盒子数偏多而生产冗余,使得差分盒计数法估计数字图像的分维数不具有普遍适用性,特别是对那些曲面变化较剧烈的分形图像更为突出。为此,提出了具有普适性的有效估计图像分维数的最小盒计数法和采用逐段搜索法寻找分形无标度区的方法,并通过对XLPE电力电缆局部放电灰度图像和Brodatz纹理图像分维数估计的实例分析进行了验证,验证表明,基于分维估计的最小盒计数法可以用来对电力电缆局部放电信号灰度图像进行模式识别。

基于GIS和盒计数法的景观类型分形研究

为探索景观分类研究的技术和方法,本研究以福建省永泰县为研究区,建立了突出人为干扰强度的三级景观分类系统,并在RS和GIS技术支持下完成数字景观类型图编制;继而在ArcGIS平台上采用盒计数法对该区域的景观要素边界征兆信息进行分形研究.研究结果表明,各景观类型边界形态的复杂性(分维值D)构成排序:水域景观>自然景观>农业景观>半自然景观>廊道景观>人工建筑景观,此排序恰与人为干扰强度呈负相关;人类活动对景观过程及景观格局的影响在不同的景观类型上产生了诸多不同的响应.

一种抗噪分形维计算方法及其在声纳图像识别中的应用

用于计算图像分形维的差分盒计数法(DBC)和鲁棒差分盒计数法(RDBC)都对脉冲噪声和斑点噪声较敏感,为此本文提出一种抗噪差分盒计数法(NRDBC),利用剪切局部标准差(TLSD)来计算图像分形维,由于TLSD可有效滤除脉冲噪声和斑点噪声、且对高斯噪声敏感性小,因此NRDBC能对有噪图像进行可靠的分形维估计。利用多分辨率的DBC、RDBC和NRDBC对混有高斯噪声、脉冲噪声和斑点噪声的7种Brodatz纹理以及3种海底的侧扫声纳图像进行了分类实验,结果表明,本文提出的NRDBC可获得更高的识别率和更好的抗噪性。

基于分形理论的闪络放电痕迹分析方法研究

绝缘子连续闪络会导致绝缘子表面出现碳化痕迹,导致绝缘劣化。对绝缘子表面碳迹的研究有助于解绝缘子长期运行时的闪络特性。文中通过对绝缘子进行直流闪络实验,获取连续放电后的碳化痕迹图像。基于分形理论,采用改进的差分盒计数法(improved differential box-counting method,IDBCM)对这些图像进行分析,对于边缘被切割尺寸框覆盖的矩形图像,在计数过程中提出加权项,所提出的方法可以估计绝缘子表面的放电传播特性和劣化特性。由于考虑了碳化痕迹图像的颜色深度,IDBCM在图像预处理和评估绝缘子劣化性能方面表现出了比传统盒计数方法更大的优势。该图像分析方法在处理碳化痕迹时具有通用性,可为闪络电压提供附加信息,包括闪络时间、电压大小、工况等。为今后研究放电机理及相应的绝缘子劣化问题提供了一种方法。

分形维数基于DLA模型的算法改进

现阶段的分形动力学生长模型多采用DLA模型,而维数的计算多依赖于盒计数法。但是由于盒计数法研究对象的数学局限性及计算的复杂、烦琐,使得其应用具有局限性,动力学机理不明确。为此,通过改进盒计数法得到了DLA模型的点维数di,并与盒计数法的结果相对比,验证了本方法在DLA模型图形维数计算方面的适用性、可靠性以及简单可操作性,并证明了点维数具有分形动力学特性,为以后利用盒计数法实现盒子转化点,点转化线长,直至构建出基于线和动力学关系的分形维数公式作理论探讨和准备。

基于分形维数的火焰特征提取方法

利用分形维数具有可以表示曲线复杂程度的特性进行图像轮廓特征的提取,具有计算简单、物理意义明确、抗干扰能力强的特点。实验证明该方法对火焰图像的形状描述是有效的,为进一步进行火焰图像的识别奠定了基础。

基于分形维数的火焰特征提取方法

本文运用分形维数可以表示曲线的复杂程度的特性来提取图像轮廓特征,它具有计算简单、物理意义明确、抗干扰能力强的特点。实验证明该方法计算简单,处理速度快,为进一步进行火焰图像的识别奠定了基础。

起点个数对道路网计盒维数值影响的探讨

以四种不同样式的道路网(香港、重庆、纽约、成都)和两种理论分形体(Koch雪花、Sierpinski地毯)为研究对象,分析起点个数对计盒维数计算值的影响。结果表明,不同样式的道路网在计算计盒维数时都会受到起点个数的影响。当起点个数小于10个时,分维值波动较大,即起点对分维值计算影响严重;当起点个数取20个以上,分维值基本保持稳定,受到起点的影响较小。若要获得较为准确和可靠的计盒维数值,建议至少取10个不同等效位置的起点,若有条件,20个以上为最佳。

一种基于MAD的鲁棒性分形维数计算方法及图像识别应用

传统鲁棒差分盒计数法(RDBC)已成功用于高斯噪声图像的分形维估计,但由于对椒盐噪声较敏感,因此不再适用于椒盐噪声图像的分形维估计和图像分类。本文提出一种基于中值绝对偏差(MAD)的分形维数计算方法(MAD-DBC)。该方法利用MAD进行差分盒计数,对椒盐噪声具有很好的鲁棒性特点。实验结果表明,利用小波多分辨率的DBC、RDBC和MAD-DBC对椒盐噪声的16种Brodatz纹理图像进行分类,MAD-DBC具有更高的识别率和更好的噪声鲁棒性。

定量评估脑电源成分的通道选择方法

脑电信号的通道选择技术对于可穿戴设备的实现有着重要意义,根据脑电信号由多个源成分叠加而成的产生机理,提出一种基于定量评估脑电源成分的通道选择方法。依据脑电源成分时频图的分形维数,对各时频图的分形值进行排序、筛选,寻找与情感变化关系密切的源成分,并对包含信息量较多的脑电源成分进行反投影实现通道选择。使用提出的方法筛选DEAP数据集中的少量通道采集的脑电信号进行情感识别,可达到与使用全通道的脑电信号相当的情感识别准确度,且计算复杂度大为降低,由于通道数的减少为可穿戴脑电情感识别系统的实现提供了便利。

一种用于MEMS动态测量的最优盒计数分形维数算法

在微机电系统(micro electromechanical system,MEMS)的动态测量中,利用分形插值法可以提高MEMS器件面内位移测量的精度,利用图像边缘的分形特征,还可以实现离面位移和旋转角度的测试。而分形维数(fractal di-mension)的计算又是这些方法的关键。在研究目前最常用的分形维数计算方法-差分盒计数法(difference box counting,DBC)的基础上,提出了一种对"空盒子"不予计数的最优盒计数分形维数算法,克服了差分盒计数法存在"空盒子"被计数的缺陷。理论分析和实验结果表明,该算法获得的分形维数更接近于理论维数。

钢渣细骨料泡沫混凝土制备及抗压强度计算

为实现钢渣资源化利用,以钢渣作为细骨料,采用不同钢渣粒径、钢渣取代量和水胶比制备了钢渣泡沫混凝土试块,通过7 d无侧限抗压强度确定出最优配合比为1.18 mm钢渣粒径、20%(与水泥质量比,下同)钢渣取代量、0.45水胶比。根据分形理论建立了最优配合比下钢渣泡沫混凝土抗压强度与孔隙率的关系式,试样的分形维数D可由盒计数法算出。此分形模型计算的抗压强度预测值与试验值吻合度较高。通过对比其他文献中泡沫混凝土抗压强度的实测值,证明了分形计算模型能够准确预测出泡沫混凝土的抗压强度,具有良好的应用前景。

微细铣削加工表面形貌的分形特征

微细铣削加工表面形貌特征的评价与表征对微细切削加工表面的形成机理、加工表面的形成与工艺参数之间的关系等的研究有重要意义。应用分形几何理论,采用盒计数法对微细铣削加工表面形貌进行研究。结果表明:微细铣削表面具有明显的分形特征,其盒计数维数在1.32～1.42之间,说明其加工表面形貌比较复杂,同时证明加工表面轮廓的分形维数D与表面粗糙度Ra没有相关性,进而可以从分形维数D与表面粗糙度Ra两方面对微细铣削加工表面形貌特征进行综合评价。

基于数字图像处理的平原城镇河网分形特征研究

城镇河网分形特征反映了城镇水系分布密集度、城镇河网水面率与水系连通程度,对预测城镇水文趋势、旱涝抵御能力、水系及地貌演变等具有指导意义。本文以苏州吴江桃源镇河网为研究对象,基于数字图像处理技术,采用盒计数法和Sandbox法对桃源镇河网的分形特征进行定量分析。结果表明:盒计数法和Sandbox法均较好地揭示了该地区河网分形特性,分维值分别为1.4085和1.7442。盒计数法12个标度下的栅格边长和非空盒数关系曲线呈外凸状,揭示了该地区分形规律随标度减小而减弱的特征;以5个随机点和形心为控制点,采用Sandbox法对河网骨架分形进行计算,揭示了不同点控制区域分形维数的差异性。Sandbox法分维较盒计数法精确,原因为盒计数法受到最小标度、分形体不规则性和边界效应的影响,因此可采用盒计数法的定性判别与Sandbox法的定量计算对城镇河网分维综合评价。桃源镇河网分形特征说明了该区域地貌平缓且土地被河网分割严重,其河网分维受制于河道离散、土地破碎与城镇化发展的矛盾。

基于EMD与分形理论的闪电电场信号识别研究

基于经验模态分解(EMD)和分形理论对闪电电场信号的不同放电类型进行了识别研究.对闪电信号进行EMD分解后,用相关系数选取其优势分量并计算出相应的盒分形维数,将这些优势分量的盒维数、闪电信号的多重分形谱参数以及优势分量盒维数与多重分形谱参数的融合分别作为闪电信号的有效特征值,采用支持向量机对云、地闪不同放电类型的闪电信号进行识别研究.结果表明,单一分形特征与多重分形谱参数的融合特征,能够更精确地表征闪电信号的鉴别性特征,会获得更高的识别率,研究成果对闪电类型的识别有一定的参考价值.

一类确定性耦合复杂网络特征分析

针对当前国内外复杂网络的研究热点,依据社会系统的增长和择优选择机制,结合分形生成规则,构建了一类确定性耦合复杂网络。对该网络的3个主要参数:度分布、集聚系数和直径进行计算,利用网络的自相似性及分形理论中盒计数法得到了网络的分形维数,证明了该网络具有小世界效应和分形特征,可有效应用于现实社会系统。

基于流域边界剖面线的陕北小流域分形特征（英文）

陕北黄土高原因其独特的地貌特征而成为重要的地貌研究区域.本文基于先进星载热辐射和反射辐射计(ASTER) 30 m空间分辨率的数字高程模型(DEM)数据提取的流域边界剖面线(CBP),评价了陕北黄土高原小流域的分形特征.通过对比盒计数法(BCM)、Higuchi法(HIG)和Hurst法(HUR) 3个分形维数估算模型发现,分维值计算结果略有不同.其中,BMC和HIG法计算结果更为接近.当HIG法在某些地方的分维数估值过高时,合计数法表现出更好的一致性和稳定性,适合于陕北黄土高原的分维值估算.研究发现分维值的大小与流域边界剖面线的复杂程度和谐波效应紧密相关,说明分维值对地貌特征变化敏感性与观测尺度无关.本文得到的陕北地貌分形特征与前人通过其他方法得到的结果一致,进一步证明了流域边界剖面线在地貌特征分析中的意义.该结果有望为区域土地利用规划、应用分形特征进行气候相关研究建模提供参考.

苜蓿草粉对金属材料磨损表面的分形维数计算

基于分形理论和扫描电镜分析,采用差分计数盒法(DBC)计算了苜蓿草粉对金属材料磨损表面的三维分形维数。结果表明:基于DBC法和磨损表面SEM照片计算所得的分形维数,可以表征苜蓿草粉对金属材料磨损表面的形貌特征;相同加工条件下的金属加工表面具有相近的分形维数,但不能通过分形维数区分材料;苜蓿草粉磨损后的磨损表面分形维数与磨损体积损失有着密切的关系,体积磨损量越大,分形维数也越大。

多孔介质材料表面孔隙特性对吸水性能影响分析研究

建筑材料处于高湿环境中,即在有液态水环境下,如地下建筑,被雨水冲刷的外围护结构等,材料的吸水性能及干燥能力的研究对控制和解决建筑热湿引起耐久性,保温性和与湿相关问题有至关重要的作用,而材料的吸水性能及干燥能力均与材料表面孔隙大小,面积百分数和分形维数相关。本文将采用盒计数维数法及德莱塞理论分析采用进行图像处理后的灰泥SEM图。结果表明灰泥样品不同位置的表面孔隙大小分布,面积百分数及分形维数均不同。其中表面微孔较多且分形维数较大一侧接触水的灰泥样品的吸水系数为0.10107 kg/(m2.s0.5),表面微孔较少且分形维数较小一侧接触水的灰泥样品的吸水系数为0.04652 kg/(m2.s0.5),即对于多孔材料-灰泥其吸水表面微孔越多,分形维数越大,其吸水系数相对越大,吸水能力越强。

煤岩类型的多重分形奇异性指数特征分析

运用多重分形理论中的盒计数法计算出若干煤岩薄片的奇异性指数,再进行统计分析得到奇异性指数与煤岩类别之间的关系,为煤岩分类提供了重要依据。