数字图像多功能水印综述

数字图像多功能水印技术通过将多种类型的水印嵌入到同一图像,以实现2种及以上的图像保护功能(版权保护、内容认证、篡改恢复等).当前,数字图像多功能水印算法仍面临着性能和应用场景等方面的挑战.为促进图像多功能水印的进一步发展,首先系统地梳理了数字图像水印技术,包括其系统特性、常见分类、关键技术与成果,以及其可实现的功能与应用场景;在此基础上,对近10年来不同类别的多功能水印嵌入模型(融合水印嵌入、零水印嵌入、水印串行嵌入、水印并行嵌入)的相关工作进行归纳与分析;最后,总结了当前数字图像多功能水印技术的不足,展望了后续研究与发展趋势.综合分析发现,多水印的嵌入难免对水印综合性能造成损失,且多功能水印在真实应用场景中的效果仍待改善.人工智能等新技术在数字图像多功能水印中的应用有望提升算法性能.

科研转化教学--融入课程思政的数字图像处理案例化建设研究

全面推进新工科建设的大背景对高校人才培养提出了更高的要求。该文在分析数字图像处理课程现有教学模式弊端的基础上,精心构建典型工程案例辅助理论教学,探讨将最新的科研技术和方法融入课堂教学,并在教学过程中融入思政教育。介绍部分工程案例的具体内容、涉及的知识点、课程思政元素,并以其中的砗磲荧光图像预处理案例为例,详细说明案例的具体构建过程及呈现形式。教学实践结果显示,引入案例化教学后学生的学习兴趣明显提高,学生的科研素养、创新能力、动手能力和综合应用能力也得到显著提升,结合案例实际的课程思政设计有利于“全方位育人”的目标达成。

面向新工科建设的仪器类专业数字图像处理课程思政教学案例设计与探索

该文面向新工科建设的“复旦共识”“北京指南”“天大行动”,围绕“新工科建设”和“课程思政育人”两大目标,推进仪器类专业课程思政建设,把思想政治教育贯穿到人才培养体系的全过程,引导学生自尊、自信、自立和自强,强化学生“仪器报国、仪器强国”的使命担当,厚植家国情怀,培养担当民族复兴大任的时代新人。同时探讨结合学校的办学定位、专业特色、人才培养要求,探索课程思政教学与知识教学的有机统一。针对面向仪器类本科生开设的数字图像处理课程,从教学大纲、教案、教材等方面整理补充和仪器仪表行业相关的思政教育元素,设计题材新颖、具有时代特色的仪器类思政教学案例,实现具有“专业知识-思政育人-空天报国-敢为人先”特色的课程思政育人目标,进一步落实课程思政“立德树人成效”根本标准的具体化和可操作化。

基于数字图像相关的地聚物混凝土轨枕的力学性能分析

随着混凝土轨枕在我国的广泛应用,混凝土的生产带来大量的能源消耗和碳排放。地聚物作为一种新型低碳材料,能在节能减碳的同时消耗矿渣和粉煤灰等固废。目前,针对地聚物应用于铁路轨枕的相关研究,如混合使用水泥与粉煤灰、矿渣的地聚物混凝土轨枕及其裂缝扩展特性的研究还比较有限。本文设计2种配合比的地聚物混凝土并制造成轨枕,使用数字图像相关(Digital Image Correlation)技术,在轨下截面的三点弯曲实验下分析2种配合比下轨枕挠度、裂缝扩展特性及裂缝宽度发展规律。研究结果表明,2种配合比地聚物混凝土轨枕的抗弯承载力均高于普通混凝土轨枕。相比于普通混凝土轨枕,地聚物混凝土轨枕在较低的静荷载作用下挠度较大,但随着荷载的增加轨枕挠度的增长速度较慢,刚度损失较小,弹性阶段延续的荷载区间更长,这种特征在配合比为Geo50的地聚物混凝土轨枕上更为显著。2种配合比的轨枕微裂纹萌生的荷载相近,分别为130 kN和120 kN。在较低荷载下2种轨枕裂缝扩展相差不大,在较高荷载下配合比为Geo100的地聚物轨枕的裂缝发展加快,裂缝宽度值和增长速度都大于Geo50。配合比为Geo100的地聚物混凝土轨枕主要表现为受弯正截面破坏,配合比为Geo50的地聚物混凝土轨枕主要表现为受剪斜拉破坏。掺入部分水泥代替矿渣和粉煤灰的地聚物能使所制成轨枕在较高的荷载下保持更高刚度和更缓慢的裂缝扩展速度,该方案有助于推动地聚物应用于混凝土轨枕,促进铁路双碳战略贯彻与实施。

图像分割技术在数字图像处理课程中的教学应用研究

在现代工程教育理念下,虽然数字图像处理课程已经被广泛开设,但是关于图像分割技术的教学资源和案例仍然相对匮乏。很多教材和教学资料并没有涵盖图像分割技术或者只是简单地提及,缺乏具体的实践案例和项目指导,这给学生的学习和实践带来了一定的困难。为此,需要进一步完善和丰富数字图像处理教育资源,特别是针对图像分割技术的教学资源。需要充分运用线上网络教学平台,运用开源软件和编程语言来实现图像分割算法,结合实践基础来合理设定考核内容。实践表明,图像分割技术在数字图像处理课程中具有广泛的教学应用潜力。通过引入图像分割技术,能够更好地发掘学生的个人能力。

新工科背景下数字图像处理课程改革与探索

在新工科建设背景下,以培养高水平复合型工程科技人才为目标,对当前数字图像处理课程教学中存在的问题进行分析,提出了建立多层级课程教学目标、开展线上线下混合式教学、增加新技术教学内容和构建多元化考核评价方式四个改革思路。教学实践表明,本次教学改革能够有效克服原有教学模式的弊端,对激发学生学习的内驱力,培养学生的动手实践能力、工程应用能力及创新创业能力,提高教学质量具有积极作用。

基于Lagrange插值的数字图像相关亚像素位移测量算法

本文旨在通过改进经典Newton-Raphson算法中的插值方法来优化数字图像相关(DIC)亚像素位移测量的计算效率。针对经典Newton-Raphson算法在数字图像相关亚像素位移测量中应用的双三次样条插值算法,特别是在需要计算边界点灰度梯度(即灰度值的一阶导数)时,存在计算量大的问题,本文提出一种基于Lagrange插值的改进算法作为解决方案。Lagrange插值算法在未增加计算节点数的情况下,成功避免了边界点灰度梯度的计算,使插值效率可提高近1/3。应用数值模拟实验和真实刚体平移实验对本文算法的性能进行验证。结果表明,本文算法在保持求解精度的同时,计算测量效率较传统Newton-Raphson算法有了明显提升。单点插值效率平均提升近30%;单点测量效率平均提升近20%。本文首次将Lagrange插值算法应用于数字图像相关的亚像素位移测量中,解决了双三次样条插值算法计算量大的问题,为相关领域提供了一种更为优化的变形测量方法。该研究为DIC亚像素位移测量技术的进一步发展和应用提供了新的思路和参考,有望在实际工程中得到广泛应用,促进相关领域的进步与发展。

基于包装材料数字图像的RGB颜色空间色差评价方法研究

目的解决包装材料复杂颜色区域色差评价,目测检验方法存在判定标准复杂、结果一致性差等问题。方法提出一种基于包装材料高清数字图像的RGB颜色空间色差评价方法。通过搭建高清数字图像采集装置,获取包装材料标准样(上限、中限、下限)的全幅数字图像。通过采用RGB颜色空间降维的方法,对标准样测试区域的颜色空间进行离散边界拟合,构建标准样品测试区域的三限样RGB色差模型,与测试样对应测试区域的颜色空间进行对比;根据颜色空间模型的一致性判定测试样色差是否合格。结果对比多种离散边界拟合模型,采用滚球法边缘拟合模型的包含率和多出率分别达到100%、78.9%,模型拟合效果最佳。通过对包装材料色差缺陷样验证测试,采用上述色差评价方法准确率达到100%。结论本文提出的滚球法颜色空间边缘拟合模型和色差评价方法,可实现对包装材料复杂颜色区域的色差合格性判定,有利于提高企业生产的智能化检测水平。

多方位本科生综合思政育人体系构建及探索——以“数字图像处理”课程为例

围绕课程思政和思政育人两大目标,针对目前课程教学中存在的重专业教学、轻思政育人的现象,立足于在人才培养中将育人和育才相统一,在本科生培养过程中探索多方位的本科生综合思政育人举措。在“数字图像处理”课程教学中,充分挖掘教学内容中蕴含的思政元素,通过在教材、教案、课件中融入更多的思政案例,实现思政教学与专业课教学的有机统一,并探索建立科学的课程思政育人考核和教师评教机制。在课程思政教学的基础上,拓展思政育人的范围,探索在本科生导师制、“冯如杯”和“仪器光电杯”等科技竞赛和本科毕业设计中融入更多的思政教育环节。以“数字图像处理”课程思政为核心,进行多方位的本科生综合思政育人体系构建,目的在于强化“专业知识—思政育人—空天报国—敢为人先”的全方位人才培养目标。

南京农业大学工科类课程耕读文化建设——以数字图像处理课程为例

加强和改进涉农高校耕读教育是南京农业大学工科类专业课程和耕读文化结合与实践融合建设的新理念,也是新时代党和国家对涉农高校课程建设的新要求。为促进耕读教育落地落实,南京农业大学有效开展耕读教育,注重教育引领,加强教师队伍建设,营造耕读文化氛围,完善相关条件保障,着力培养有思想、爱劳动、能创新的高素质劳动者。该文以数字图像处理课程为例,介绍农业院校工科类专业课程与耕读教育的结合与实践,使耕读文化贯穿于教学的各个环节,实现专业课知识体系和耕读文化的有机统一。

立德树人视域下多介质新形态教学资源建设——以数字图像处理技术课程为例

立德树人是高等教育改革的终极目标,而教学资源建设是系列教改的基础。在分析新工科教育与传统工科教育差异基础上,揭示多介质新形态教学资源建设需求,提出立德树人视域下的多介质新形态教学资源建设方法,包括以先进的学习理论为指导安排教材结构、体例;以立体化教材、公众号、小程序和抖音等新形态介质传递教学内容;以新知识新技术为牵引促进创新创业能力;以不同领域新应用实例夯实跨界综合能力;以文化自信、忧患意识等为牵引强化课程思政,实现多介质新形态教学资源建设。

线黏弹性材料数字图像相关实验教学探索

线黏弹性理论是固体力学原理课程的重要内容,目前实验教学一般采用电子万能试验机对线黏弹性材料进行单轴拉伸实验,实验结果不够直观。数字图像相关方法是一种高精度全场应变测量方法,近年来在实验力学领域应用广泛。本文以固体推进剂这种线黏弹性材料为例,采用数字图像相关方法设计了线黏弹性材料单轴拉伸实验,实现了全场变形测量并且实验结果可视化更直观,有助于调动学生积极性。实验发现,数字图像相关方法与国标规定的固体推进剂单向拉伸法测量的材料应变有明显差异,针对该问题设计了实验教学研讨环节,引导学生深入分析,有助于加深对线黏弹性理论的理解。

数字图像混沌序列抽样加权强置乱算法仿真

数字图像置乱关系到个人隐私和信息安全问题,为了保护图像中的敏感信息,提出一种基于位交换和混沌优化的数字图像置乱算法。使用散列函数获得数字图像明文的密钥流,采用与明文相关的子密钥推导像素初始值,通过非线性交叉生成位交换算子,增强明文信息敏感性;运用Logistic方程得到混沌序列,引入抽样加权方法提高图像置乱强度,采用混合蛙跳方法按照族群划分实施信息传输,将混沌序列内的实数从小到大排列,初始混沌抽样后构成的混沌序列用于图像中,显著提升图像置乱强度,完成数字图像置乱。仿真结果表明,上述方法拥有极高的安全性和优秀的加密性能,可以为数字图像在各领域的安全使用提供可靠借鉴。

基于数字图像的秘密共享实验教学设计

传统密码学课程的秘密共享教学侧重于理论基础,对实际应用的关注却相对较少,导致教学效果并不理想。为解决这一问题,设计了一种激发学生兴趣并提升科研能力的综合性实验。该实验将数字图像处理技术与秘密共享进行研究与结合,采用性能评价指标对该算法进行性能评价。实验结果表明,该实验采用理论与实践结合的方式,激发学生的学习兴趣,有助于学生深入了解秘密共享的原理和技术。

基于松鼠搜索算法优化Logistic-Ushiki混沌融合的数字图像加密研究

针对Logistic混沌图像加密存在结构简单、参数少、密钥空间小等缺点,本文提出基于松鼠搜索算法的Logistic-Ushiki混沌加密方法。首先提出Logistic和Ushiki融合的混沌映射模型Logistic-Ushiki,其次针对混沌参数缺乏最优的问题,从捕食者概率优化和个体筛选等方面对算法进行优化,最后将改进的松鼠搜索算法对Logis⁃tic-Ushik参数进行优化,并阐述了该模型用于图像加密的过程。仿真实验中,本文算法在统计分析、相邻元素相关性、信息熵和抵抗攻击方面明显优于对比算法的性能。结果表明:该算法在图像加密方面具有较好的效果和安全性。

面向科教融合的《数字图像通信》研究生教学研究与探索

为适应新时代下研究生教学的要求及图像通信技术的发展,本研究对研究生课程《数字图像通信》教学模式所存在的不足进行分析,基于“科教融合,学术育人”的教学理念提出针对性的课程教学改革措施,并结合教学效果进行总结,对后期教学的进一步优化完善进行思考。结果表明,本次教学改革充分发挥了学生的主观能动性,培养并提升了学生的实践能力和科研能力,对于培养专业型、应用型、创新型人才具有重要意义。

基于数字图像相关方法的煤岩表面应变场及裂纹演化特征

基于数字图像相关方法,开展了煤岩体试样单轴压缩破坏的裂纹演化特征及破坏过程研究,分析了试样破坏过程的表面应变场、变形局部化带的拉伸位移演化和错动位移演化特征,精细化分析煤岩体变形破坏过程。研究结果表明:(1)根据试样的应力-应变曲线特征,将试样分为缓慢破坏型和瞬间破坏型。缓慢破坏型试样的破坏过程较为平稳,裂纹宽度较小。瞬间破坏型试样破坏过程较为剧烈,表面裂纹宽度增加,表现出明显的岩爆现象。(2)加载过程中,缓慢破坏型试样先产生应变集中后,裂纹沿变形局部化带扩展延伸并逐渐贯通;瞬间破坏型试样在应力峰值后试样表面瞬间产生宏观裂纹。(3)试样表面应变演化特征与加载过程中应力变化特征对应,反映了裂纹扩展规律。缓慢破坏型试样在加载过程中表面应变变化过程较为缓慢,并在后期呈现波动状态;瞬间破坏型试样在应力峰值点处,拉伸应变瞬间突增达到峰值,导致试样破坏。

基于数字图像技术的致密砂岩纯剪裂缝断裂过程实验

纯剪应力状态下致密砂岩断裂过程是理解致密砂岩破坏失效机理的关键,然而在纯剪应力状态下,初始裂缝是发育扩展为I型裂缝或II型裂缝却一直有所争议。本文基于新型光学测量技术数字图像相关法和双切边压缩实验理论方法,开展了双切边压缩实验并通过数字图像相关法得到了位移和应变场。实验结果表明:双边开槽压缩实验能在槽尖(预制裂缝尖端)产生纯剪应力状态;致密砂岩试件起裂过程包含2个阶段的I型裂缝,第一阶段裂缝从槽尖起裂,第二阶段裂缝从试件中心两槽尖相连区域起裂。本文研究成果为数字图像技术应用在岩石断裂力学领域提供了新思路,对分析水力压裂中致密砂岩纯剪裂缝的演化规律有一定参考价值。

基于深度SR模型的加密数字图像压缩与重构

针对图像压缩后降低存储空间的同时也降低图像分辨率的问题,提出一种基于深度超分辨率(SR)模型的加密数字图像压缩与重构方法。先对加密数字图像进行分割,然后针对分割后的图像子块进行编码压缩处理,并将经典的SR重构方法(稀疏编码法)与深度学习(卷积神经网络)进行结合,构建一种深度SR模型,并利用模型对图像进行压缩和解压,最后对解密后的数字图像进行重构。结果表明:图像压缩后较压缩前占据存储空间降低,压缩效果有所改善,经过深度SR模型重构后的数字图像分辨率相对更高,且峰值信噪比更高。

遥感专业《数字图像处理》教材建设有效途径分析

数字图像处理教材存在理多实少、难点解析不足等种种问题。针对这些问题,提出一种混合式立体改进方法,从内容、形式和实践方面提出了多项举措,以实现够用学会、讲练透彻的学习目标。通过分析遥感专业课程内容,提炼出相关知识点进行教材编写,得到理实一体的简明化教材。教学实践证明,这种教材建设方法丰富了教学资源,有利于学生对重难点知识理解,大幅提高学习效率和质量,不失为一种有效的逆向教材建设创新方法。