基于多尺度梯度域引导滤波的煤矿井下图像增强方法

煤矿井下图像存在较严重的光照不均匀和噪声干扰,现有基于Retinex的方法直接应用于煤矿井下图像增强易出现光晕伪影、边缘模糊、过增强和噪声放大等问题。针对上述问题,提出了一种基于多尺度梯度域引导滤波的煤矿井下图像增强方法。首先,将多尺度思想引入梯度域引导滤波中,实现对非均匀光照的准确估计,有效解决了增强图像时光晕伪影及边缘模糊的问题。然后,利用Retinex模型分离出光照分量和反射分量:对于光照分量,通过自适应伽马校正函数逐像素地修正光照信息,实现对图像暗区域增强的同时,抑制亮区域过增强,并使用限制对比度自适应直方图均衡化方法调整图像对比度;对于反射分量,将梯度域引导滤波与多尺度细节提升相结合,在准确去除噪声后提升纹理细节,避免了增强图像时噪声放大的问题。最后,将处理后的光照分量及反射分量融合,计算图像增益系数,并使用线性色彩恢复方法实现对原始RGB图像的逐像素增强,提升方法处理效率。实验结果表明,从主客观角度与现有方法相比,经所提方法处理后的图像在色彩保持、对比度、噪声抑制、细节保留等方面均取得了较好的增强效果,同时处理效率较高。

结合局部纹理特征滤波的海天线检测方法

针对视频监测下海天线检测图像易出现的海天对比度低、海上物体、海雾、海浪及云层等干扰条件引起的图像模糊和海天线遮挡问题,提出一种基于偏心邻域的灰度共生矩阵对比度滤波的梯度域下海天线检测方法。方法设计使用上下两方向偏心盒状滤波器获取图像的对比度梯度值图,利用滑动窗对分块图像搜索梯度极大值候选位置,根据设计策略通过构建海天线参数的概率统计模型提取拟合直线作为检测结果。仿真实验表明,本文方法能提升视觉图像下含多景物等干扰的复杂场景海天线检测的准确率,与同类方法相比提升7.69%。

基于极限梯度提升和探地雷达时频特征的水泥路面脱空识别

针对探地雷达(GPR)数据解译依赖于人工经验,存在费时费力和主观偏差的问题,提出了基于极限梯度提升(XGBoost)和GPR时频特征的水泥路面脱空识别方法。采用正演模拟、室内试验和现场试验获得了脱空病害数据源,建立含有标签的脱空GPR数据集;通过重采样方法统一GPR数据采样频率,并对预处理后的GPR数据进行时频域特征提取,建立了包含18个时域和12个频域特征的数据集。以时频域特征为输入,是否存在脱空病害为输出,采用XGBoost算法构建脱空识别模型,并与随机森林(RF)和人工神经网络(ANN)算法进行对比。结果表明,模型的识别准确率排序为XGBoost(98.10%)>ANN(95.10%)>RF(93.17%),XGBoost模型识别精度最高,并能在实际路面上准确定位脱空区域。

基于引导滤波分层的宽动态范围红外图像细节增强算法

针对宽动态范围红外图像在视觉效果方面出现的对比度低、细节信息不凸显及整体清晰度较差问题,本文提出了一种基于引导滤波分层的宽动态范围红外图像细节增强算法。该算法采用方差决策加权引导滤波对原图作分层,得到了更接近原图的基础层和更精细的细节层。为提高基础层的对比度,首先改进CLAHE的全局剪切点提升增强效果,然后基于AC视觉显著模型指导全局和改进局部直方图的融合,合理兼顾了图像背景和目标;为有效加强细节信息,基于多尺度加权引导滤波得到了信息更全面的新细节层,接着采用梯度域导向滤波对其消噪,再由Sigmoid函数压缩强边缘并突显细微目标,最后将两层信息融合并输出。实验结果表明,该算法在主观视觉和定量指标上均强于对比算法,且自适应强,鲁棒性好。

基于通用化等效模型的飞机系统辨识算法

针对舰载机等复杂动力学系统的高阶时滞模型拟配难题,提出了一种基于通用化等效模型的系统频域辨识算法。建立系统辨识通用化等效模型,引入自适应学习率梯度下降法对模型进行基于样本的迭代学习训练,使模型的频域参数自动收敛,辨识得到复杂系统的高阶时滞模型。以舰载机横航向荷兰滚等效拟配模型进行验证,与传统算法对比,并分析了系统的频域与时域响应,结果表明:所提算法具有较好的辨识效果,解决了高阶时滞模型的直接拟配难题,并通用于广泛的高阶时滞模型拟配。

A Gradient-Domain Based Geometry Processing Framework for Point Clouds

The use of point clouds is becoming increasingly popular. We present a general framework for performing geometry filtering on point-based surface through applying the meshless local Petrol-Galelkin （MLPG） to obtain the solution of a screened Poisson equation. The enhancement or smoothing of surfaces is controlled by a gradient scale parameter. Anisotropic filtering is supported by the adapted Riemannian metric. Contrary to the other approaches of partial differential equation for point-based surface, the proposed approach neither needs to construct local or global triangular meshes, nor needs global parameterization. It is only based on the local tangent space and local interpolated surfaces. Experiments demonstrate the efficiency of our approach.

一种复合域台风云图增强算法分析

台风云图增强是通过增加图像的对比度和色彩,增加台风的可视化,为后续预测路径和图像分割提供准确的图像。文章提出一种有效的增强台风云图对比度的方法,首先对输入图像进行反相操作和梯度处理,获取梯度域和取反的图像信息,增加台风云图的细节信息;其次,使用一个简单有效改进直方图的模型来生成分布函数,增强图像的对比度;最后,通过对增强后的图像进行融合,得到最终的增强台风云图。与几种增强方法相比,文章提出的方法获得了更好的主观结果和客观评价。

云-边融合的可验证隐私保护跨域联邦学习方案

联邦学习技术的飞速发展促进不同终端用户数据协同训练梯度模型,其显著特征是训练数据集不离开本地设备,只有梯度模型在本地进行更新并共享,使边缘服务器生成全局梯度模型。然而,本地设备间的异构性会影响训练性能,且共享梯度模型更新具有隐私泄密与恶意篡改威胁。提出云-边融合的可验证隐私保护跨域联邦学习方案。在方案中,终端用户利用单掩码盲化技术保护数据隐私,利用基于向量内积的签名算法产生梯度模型的签名,边缘服务器通过盲化技术聚合隐私数据并产生去盲化聚合签名,确保全局梯度模型更新与共享过程的不可篡改性。采用多区域权重转发技术解决异构网络中设备计算资源与通信开销受限的问题。实验结果表明,该方案能够安全高效地部署在异构网络中,并在MNIST、SVHN、CIFAR-10和CIFAR-1004个基准数据集上进行系统实验仿真,与经典联邦学习方案相比,在精度相当的情况下,本文方案梯度模型收敛速度平均提高了21.6%。

基于近似解析离散化算子的频率域弹性波全波形反演方法

全波形反演是一种利用地震波传播的动力学特征来获取地下介质物性参数的反演方法,可为揭示地下精细结构提供重要依据。本文以弹性波方程作为数学模型来模拟地震波传播规律并进行相应的反演方法研究。为提高计算效率与反演结果的准确性,可将近似解析离散化(NAD)算子用于频率域弹性波方程的正演模拟。本文在频率域NAD离散的基础上推导阻抗矩阵的稀疏分块结构与反演目标函数对模型参数的梯度计算公式,由此建立基于NAD算子的频率域弹性波全波形反演方法。为验证该方法的有效性,文中通过数值实验对多种典型介质模型进行反演计算,均得到了理想的反演结果。

基于频率域峭度谱迭代阈值的多尺度形态学轴承故障诊断方法

在复杂恶劣的环境中,存在滚动轴承故障信息难以准确提取的问题。因此,引用多尺度数学形态学对滚动轴承故障诊断开展研究。由于小尺度形态学滤波能较好的保存信号的细节特征,大尺度形态学滤波能有效抑制噪声,因此为了能更好的兼顾噪声抑制和故障特征信息保存,采用迭代阈值的方法选取尺度范围,运用频率域峭度谱方法计算出阈值,然后通过迭代自适应获取最佳尺度区间。多尺度形态学信号重构加权方法引用加权多尺度形态梯度算法,该方法能保证小尺度具有较小的权重,大尺度具有大权重。通过仿真和实验表明:多尺度形态学有效检测出滚动轴承故障信号,深度挖掘滚动轴承故障特征信息。

基于多权重融合策略的Retinex矿井图像增强算法

受粉尘、湿度、照度等环境因素的影响,煤矿井下监控视频易出现光照不均、对比度低和细节模糊等问题,影响视觉伺服系统和视频分析系统的应用效果。传统图像增强算法存在亮区域增强过度、暗区域细节增强不足等问题,易产生不自然的光晕伪影和颜色失真。针对这一问题,提出一种基于多权重融合策略的Retinex矿井图像增强算法。算法基于HSV颜色空间,保持色调分量不变,仅对亮度分量和饱和度分量进行增强。首先,采用多尺度梯度域引导滤波算子从亮度分量中估计光照分量,并结合井下图像曝光过度和曝光不足共存的特性,应用自适应伽马函数对光照分量进行校正,实现照度均衡;同时,采用限制对比度自适应直方图均衡算法对反射分量进行对比度增强;然后,将亮度校正后的光照分量和对比度增强后的反射分量进行多权重融合,所采用的规范化权重由局部对比度权重、亮度权重和清晰度权重组合而成;针对色彩偏移问题提出新的映射函数对饱和度分量进行非线性拉伸;最后将图像由HSV空间变换回RGB空间,完成图像增强。实验结果表明,相较于MSRCR、NPE、SRIE、BIME算法,本算法在平均梯度、信息熵、标准差等图像指标方面均有不同程度的提升,可有效提高矿井图像的对比度、清晰度、色彩准确度,并减少光晕伪影。

基于多尺度梯度域引导滤波的弱光照图像增强技术

光照较弱会导致图像出现颜色失真以及部分图像细节消失等问题,提出了基于多尺度梯度域引导滤波的弱光照图像增强方法。对弱光照图像进行多尺度梯度域引导滤波图像增强和Gamma校正,将BIQME作为目标函数,将主观图像增强问题转换为最优解问题,采用改进鸡群算法对目标函数优化求解,获取图像增强所需要的最优多尺度梯度域引导滤波参数和色调平衡参数,最终达到弱光照图像增强的目的。实验测试结果表明,所提方法可以增强弱光照图像的同时,改善弱光照图像质量和提升图像处理速度,图像处理速度控制在0.85 s以内。

空间—波数域二维强磁场及其梯度张量数值模拟研究

基于磁位泊松方程提出了一种空间—波数混合域二维数值模拟方法。该方法将二维强磁性体磁位满足的偏微分方程通过一维傅里叶变换转化为不同波数之间相互独立的常微分方程,即将二维数值模拟问题转换为一维数值模拟问题,并利用一维有限元法进行求解,可大大降低存储需求和计算量。对求得的强磁场利用紧算子进行迭代以获得高精度近似解。算法中保留垂向为空间域,可根据需求对网格进行灵活剖分,有利于复杂条件下的模拟。另外,不同波数之间常微分方程相互独立,具有较好的并行性。算法充分利用了傅里叶变换的快速性和迭代算法的稳定性,实现了强磁场及其梯度张量的二维数值模拟。设计三个模型(水平地形下的圆柱体模型、棱柱体模型及起伏地形模型)进行计算,对文中方法数值解与解析解、COMSOL软件所得的数值解进行对比,结果表明该算法计算速度快、精度高,适用于起伏地形条件下的数值计算。

小波梯度域重建融合法应用于龋齿太赫兹成像

龋病是发病率最高的口腔疾病,也是全世界最流行的疾病之一。太赫兹光谱成像技术因具有宽频带光谱分析能力强、空间分辨率高、电离辐射低等优势,有望成为龋病诊断的新技术手段。本文以含牙本质龋的牙齿切片为研究对象,进行反射式太赫兹光谱扫描,以频域幅值为参数对样品的光谱数据做二维重构成像,获得多幅不同频率下的龋齿太赫兹光谱图像。为了解决单一参数所得的龋齿太赫兹图像动态范围小、对比度低,边缘和细节位置模糊不清的问题,采用小波梯度域重建的融合方法,将多幅图像中梯度幅值较大的部分集中于一幅图像上,得到了一幅细节特征更加清晰完整的新图像。实验结果表明,融合后的图像相较于融合前的图像在信息熵、平均梯度以及对比度上均有所提高,不同组织之间的区分效果更加显著。

类中梯装置的大功率三维激电法在甘肃花牛山金矿勘查中的应用

时间域激发极化法是应用于金矿勘查的一种重要地球物理勘探手段,以往主要采用中梯扫面和激电测深组合的方法获取激电异常。中梯扫面受限于单一固定供电极距,仅能反映某一深度的激电异常分布;常规对称四极激电测深由于需要对固定测点布设不同极距的供电电极,工作效率较低,并且不适合三维探测。近些年随着大功率、阵列观测技术发展起来的类中梯激电装置可在观测区布设多组不同极距的供电电极,兼顾了激电测深与激电剖面二者的特点,为常年干旱的戈壁滩地区金属矿深部勘查提供了一种可能的探测手段。本文基于类中梯装置大功率三维激电测量技术在甘肃花牛山金矿区开展时间域激发极化法实验工作。实验结果表明:类中梯装置大功率三维激电观测能快捷高效获得研究区不同深度的激电异常;采用与类中梯装置相适应的三维反演方法对激电数据进行三维反演,可获取研究区地下三维精细电性结构;基于矿区的三维电性结构并结合相关地质资料构建的三维地质-地球物理模型,与矿区已知金矿点位置吻合,并发现了三处潜在成矿点。类中梯装置大功率三维激电测量技术在供电困难的戈壁滩地区金属矿勘查中应用效果明显。

一种基于改进共轭梯度法的弹性波全波形反演速度分层建模方法

陆上地震资料由于低频信息缺失、波场复杂等问题,加剧了反演的非线性。基于改进共轭梯度法的时间域多尺度分层反演方法有效重建了纵、横波速度场。研究结果表明:(1)利用时窗筛选早至波信息,使用小炮检距早至波数据自低频至高频多尺度重建浅层速度场,可以减少中深层反射波及噪声的强非线性影响;固定浅层速度,采用全波场的全偏移距数据可重建中深层速度场。(2)整个反演过程均利用基于移动加权平均的改进共轭梯度法进行速度场的迭代更新。改进的共轭梯度法可增强反演的稳定性,提高深层速度建模质量,同时反演收敛更快;分层反演策略可兼顾浅层低速和深层高速,采用大小不同的有限差分网格,保证波场模拟精度的同时减少了计算量,提高了反演计算效率;改进共轭梯度法的多尺度分层反演策略可有效降低陆上实际资料带来的非线性影响,使共成像点道集拉平程度更好,纵、横波速度场均得到有效恢复。

基于LSCG法和波数补偿的频率域二维地震正演模拟方法

在地震勘探中,地震正演模拟是非常重要的技术。与时间域正演相比,频率域正演速度快,计算效率高。如何高效准确地完成频率域正演计算是目前该领域的一个重要问题。数值频散问题和如何提高计算效率降低求解分解阻抗内存占用量一直是频率域正演所需要解决的问题。与传统的直接法求解阻抗矩阵的频率域正演方法不同,本文采用最小二乘共轭梯度法(LSCG法)求解阻抗矩阵进行频率域正演,并提出了一种波数补偿的表达式来压制数值频散现象。经过简单模型和复杂模型的数值测试,采用最小二乘共轭梯度法(LSCG法)求解阻抗矩阵进行频率域正演能够有效降低计算时间,且采用波数补偿的频率域正演方法能够有效压制数值频散现象,提高波场模拟精度。

重力位三阶梯度张量异常的波数域转换计算及其DEXP定量解释方法

现在的仪器测量技术还不能直接测量重力位三阶梯度张量,本文提供了一种基于重力异常及重力梯度张量数据的重力位三阶梯度张量波数域转换计算方法。为验证计算方法的正确性,文中计算了三维模型重力位三阶梯度张量异常,并将重力位三阶梯度张量波数域转换结果和模型正演结果进行对比,结果表明所采用的波数域转换方法是可行的,并且相对于重力异常数据,基于重力梯度张量数据的波数域转换结果精度更高,其均方根误差不超过1 pMKS。此外,基于Vinton盐丘区实测数据利用波数域转换方法得到该地区的重力三阶梯度张量数据,并将其用于DEXP方法的数据解释中,所得的深度以及边界结果与前人的研究结果相符合。

基于联合双边滤波的深度图像增强算法

主动光设备是目前获取深度图的主要方法,被广泛应用于导航、人机交互、增强现实等领域。但主动光设备存在分辨率低、空洞、边缘不匹配等问题。为此,提出一种基于联合双边滤波的深度图像增强算法。采用基于深度的前景分割方法,找出深度图与彩色图边缘不匹配像素集合,利用基于联合双边滤波的插值算法对空洞进行填充。为更好保持边缘细节,增加引导深度相似项与梯度域项的方法进行插值。实验结果表明,该算法比已有方法的最小均方误差平均减少约13%,具有更好的保持边缘效果。

“直方图”均衡化图像增强技术研究综述

均衡化即等可能分布,以均衡化指导思想的图像增强方法内涵丰富,意义深远,应用广泛。直方图均衡化(Histogram Equalization,HE)算法在图像增强中具有很强的代表性,近几年研究人员在此基础上又进一步拓展了均衡化思想在图像增强领域的应用。不过,目前缺乏针对直方图均衡化技术较为全面的综述评论性文章,以均衡化思想为主线,对于相关改进工作,分为五类技术,并分析了各类技术的典型算法,最后指出了今后可能的研究方向。