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圖像識(shí)別技術(shù)的基本原理范文第1篇

關(guān)鍵詞：自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)；機(jī)器視覺；圖像識(shí)別；圖像配準(zhǔn)；圖像增強(qiáng)

中圖分類號(hào)：TP212.12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)33-1500-02

Summary on Automatic Target-scoring System

HUANG Ming, Wang Hao-hua, LIANG Xu

(School of Software Technology, Dalian Jiaotong University, Dalian 116028, China)

Abstract: An automatic target-scoring system is proposed, which based on machine vision. CCD camera was used to observe targets’ surface continuously. According to the feature and change of the images of targets’ surface observed by CCD, the technology of computer pattern recognition was used to detect the position of real shell in the target surface. Then the position was described in digital by coding target surface.In the process of observation, the technology on enhancement and matching of gray-scale, image matching technology in geometry, and wavelet transform algorithms were used to solve the effect on the accuracy of the identification due to changes in light, wind, and other factors. In practice, the system can achieve ideal accuracy, reduce the misstatements and omissions greatly. It was also high-precision, low-cost，and reliable system, can be used in military drill and shooting competitions. It will be meaningful and have good prospect.

Key words: automatic target-scoring system; machine vision; imagine recognition; imagine matching; imagine enhancement

1 引言

在專業(yè)與非專業(yè)軍事訓(xùn)練中，實(shí)彈射擊是最基本的訓(xùn)練項(xiàng)目。傳統(tǒng)的實(shí)彈射擊采用人工報(bào)靶。傳統(tǒng)人工報(bào)靶主要有四個(gè)方面的不足：1）依賴于報(bào)靶者的判靶經(jīng)驗(yàn)，效率比較低。2）當(dāng)靶板上彈著點(diǎn)多時(shí)，報(bào)靶員很難識(shí)別新舊彈孔，報(bào)靶誤差極大，直接影響射擊訓(xùn)練質(zhì)量。3）射擊未完全結(jié)束時(shí)，補(bǔ)靶員現(xiàn)身靶壕外或在補(bǔ)靶員察看靶板報(bào)靶和補(bǔ)靶時(shí)，射擊位管理者若稍有疏忽，就易出現(xiàn)槍支走火，造成人員傷亡，安全隱患極大。4）容易出現(xiàn)弄虛作假的現(xiàn)象。為了克服傳統(tǒng)人工報(bào)靶有不足和滿足軍事訓(xùn)練現(xiàn)代化需求，提高部隊(duì)射擊水平，自動(dòng)報(bào)靶的研究和應(yīng)用對(duì)推進(jìn)軍隊(duì)現(xiàn)代化將具有普遍意義。本文介紹基于機(jī)器視覺的自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)，該系統(tǒng)使用圖像識(shí)別，圖像配準(zhǔn)和圖像增強(qiáng)等技術(shù)，在實(shí)際的訓(xùn)練和考核中能夠發(fā)揮較好的作用，有良好的應(yīng)用前景。

2 圖像與圖像處理的概念

圖像（Image）就是采用各種觀測(cè)系統(tǒng)獲得的，能夠?yàn)槿祟愐曈X系統(tǒng)所感覺的實(shí)體。圖像的范圍非常廣泛，包括：各類圖片（Picture），如照片、X光片；各類光學(xué)圖像，如電影、電視畫面；人們的有形想像以及外部描述，繪畫、繪圖；等等。圖像處理技術(shù)可分為兩大類，即模擬圖像處理和數(shù)字圖像處理。

圖1 通用的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)框圖

數(shù)字圖像處理是指，使用數(shù)字計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行加工與處理。傳統(tǒng)的數(shù)字圖像處理技術(shù)主要集中在圖像的獲取、變換、增加、恢復(fù)（還原）、壓縮編碼、分割與邊緣提取等方面；隨著計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)的發(fā)展，圖像特征分析、圖像配準(zhǔn)、圖像融合、圖像分類、圖像識(shí)別、基于內(nèi)容的圖像檢索與圖像數(shù)字水印等領(lǐng)域取得進(jìn)展，這些圖像處理技術(shù)具有智能化功能，因而稱之為智能圖像處理技術(shù)。

數(shù)字圖像處理方法大致可分為兩大類，即空域法和變換域法。1）空域法是把圖像看作是平面中各個(gè)像素組成的集合，然后直接對(duì)這個(gè)二維函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。2）變換域法是首先對(duì)圖像進(jìn)行正交變換，得到變換域系數(shù)矩陣，然后再進(jìn)行各種處理，處理后再將其反變換到空間域，得到處理結(jié)果。

3 基于機(jī)器視覺的自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)

此類產(chǎn)品是以計(jì)算機(jī)為圖像識(shí)別和處理理論為基礎(chǔ)，它沒有在靶體上安裝任何光電傳感設(shè)備。在實(shí)彈射擊過程中，它使用攝像頭對(duì)常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)靶畫面進(jìn)行采集，根據(jù)采集來的靶圖像的特點(diǎn)和變化，利用計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別(Image Recognition)和處理技術(shù)找出靶圖像中的真實(shí)彈點(diǎn)，使用這種自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)就好像是使用了一個(gè)“電子眼”，它會(huì)代替報(bào)靶人員的眼睛，在整個(gè)實(shí)彈射擊過程中不間斷的對(duì)靶畫面進(jìn)行觀測(cè)。對(duì)不同靶位上的每一次射擊都采用相同的算法、規(guī)則和精度來判定，不存在受主觀因素影響的問題。比手工報(bào)靶更客觀，更公正，有較高的可用性。

實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)的軟件核心技術(shù)主要是數(shù)字圖像處理技術(shù)中的計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別、圖像配準(zhǔn)以及圖像增加等技術(shù)。在觀測(cè)過程中，采用圖像灰度配準(zhǔn)與增強(qiáng)技術(shù)以及圖像的幾何配準(zhǔn)技術(shù)來解決由于光照變化、大風(fēng)等干擾因素對(duì)識(shí)別精度的影響。在此過程中，還要由其他優(yōu)秀算法來配合，提高性能與精度，例如小波變換等。

3.1 基于機(jī)器視覺的自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理

機(jī)器視覺的概念是利用CCD攝像機(jī)等設(shè)備代替人眼，結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺、數(shù)字圖像處理、和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像機(jī)所攝取的圖像的分析過程。

其核心原理是：在整個(gè)實(shí)彈射擊的過程中，利用CCD攝像機(jī)不間斷地對(duì)靶面進(jìn)行觀測(cè)，根據(jù)采集的靶面圖像的特點(diǎn)和變化，利用計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別技術(shù)檢測(cè)靶面圖像中的真實(shí)彈點(diǎn)，然后通過彈點(diǎn)在靶面圖中的位置來對(duì)著彈點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行編碼。在觀測(cè)過程中，采用圖像灰度配準(zhǔn)與增強(qiáng)技術(shù)以及圖像的幾何配準(zhǔn)技術(shù)來解決由于光照變化、大風(fēng)等干擾因素對(duì)識(shí)別精度的影響。在此過程中，還要由其他優(yōu)秀算法來配合，提高性能與精度，例如小波變換等。

通過以上論述可見，本系統(tǒng)由圖像采集設(shè)備、圖形采集卡、圖形處理軟件、計(jì)算機(jī)及顯示部分組成。具體的配置如下：購(gòu)買一個(gè)CCD攝像頭、一塊圖形采集卡、一臺(tái)普通計(jì)算機(jī)及編寫相應(yīng)的軟件，其中圖形采集卡可選擇大恒公司或杭州?？低晹?shù)字技術(shù)有限公司生產(chǎn)的。為完成本系統(tǒng)的功能與性能指標(biāo)，主要工作集中在軟件的編程與實(shí)現(xiàn)上。

3.2 基于機(jī)器視覺的自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)的核心技術(shù)

實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的軟件核心技術(shù)主要是數(shù)字圖像處理技術(shù)中的計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別、圖像配準(zhǔn)以及圖像增加等技術(shù)。

3.2.1 圖像識(shí)別技術(shù)

圖像識(shí)別是對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理后，再經(jīng)分割和描述，提取有效的特征，進(jìn)而加以判決分類的圖像處理技術(shù)。

一個(gè)圖像識(shí)別系統(tǒng)可分為三個(gè)主要部分，第一部分是圖像信息的獲取，對(duì)圖像識(shí)別來說就是把圖片、底片、文字圖形等用采集設(shè)備變換為電信號(hào)。第二部分是信息的特征提取，它的作用在于把調(diào)查了解到的數(shù)據(jù)材料進(jìn)行加工、整理、分析、歸納以去偽存真，抽出能反映事物本質(zhì)的特征。第三部分是判決，做出結(jié)論的過程，與判決的方式密切相關(guān)。

圖2 圖像識(shí)別系統(tǒng)框圖

在圖像識(shí)別的發(fā)展過程中，出現(xiàn)了四類有代表性的理論和方法。即統(tǒng)計(jì)圖像識(shí)別方法、句法（或結(jié)構(gòu)）圖像識(shí)別方法、模糊圖像識(shí)別方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖像識(shí)別方法。

3.2.2 圖像配準(zhǔn)技術(shù)

圖像配準(zhǔn)是指同一目標(biāo)的兩幅（或兩幅以上）圖像在空間位置上的對(duì)準(zhǔn)。圖像配準(zhǔn)的技術(shù)過程稱為圖像匹配（Image matching）或圖像相關(guān)（Image correlation）。圖像配準(zhǔn)可分為半自動(dòng)配準(zhǔn)和全自動(dòng)配準(zhǔn)。

全自動(dòng)配準(zhǔn)是直接利用計(jì)算機(jī)完成圖像配準(zhǔn)工作，大致可分為基于灰度與基于特征兩類?；诨叶鹊姆椒ㄓ校嚎臻g相關(guān)法、不變矩陣、頻域相關(guān)法。此方法具有精度高的優(yōu)點(diǎn)，但計(jì)算復(fù)雜度高?；谔卣鞯姆椒ㄓ袃蓚€(gè)重要環(huán)節(jié)：特征提取和特征匹配。本方法與小波變換等結(jié)合，進(jìn)一步提高了圖像配準(zhǔn)的精度與運(yùn)算速度。

3.2.3 圖像增加技術(shù)

圖像增加的目的有兩個(gè)：一是改善圖像的視覺效果，提高圖像成分的清晰度；二是使圖像變的更有利于計(jì)算機(jī)處理。

圖像增加的方法一般分為空間域和變換域兩大類?？臻g域方法直接對(duì)圖像像素的灰度進(jìn)行處理。變換域方法在圖像的某個(gè)變換域中對(duì)變換系統(tǒng)進(jìn)行處理，然后通過逆變換獲得增加圖像。常用的圖像增加方法有：空間域單點(diǎn)增加、圖像平滑、圖像銳化、圖像濾波與圖像增加。

4 總結(jié)與展望

運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)的自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)、外都有相應(yīng)的研究，但實(shí)際系統(tǒng)的功能需要與性能指標(biāo)各有差異，所應(yīng)用的原理和方法手段不近相同，所以可從另外方面進(jìn)行開發(fā)，拓展數(shù)字圖像處理的領(lǐng)域，滿足不同系統(tǒng)的不同需要。

在本系統(tǒng)中，力求將其它優(yōu)秀的算法，嫁接到圖像處理中，以提高圖像處理的性能與精度，在我軍某坦克基地的實(shí)際應(yīng)用中，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。由于本系統(tǒng)是一室外項(xiàng)目，光照變化、大風(fēng)等干擾因素會(huì)對(duì)識(shí)別精度造成一定影響，還需通過一些方法或算法來彌補(bǔ)這些不足。本系統(tǒng)所要研究報(bào)靶系統(tǒng)所采用的方法不僅有著精度高的優(yōu)點(diǎn)，而且完全滿足部隊(duì)實(shí)彈射擊需求，稍作改動(dòng)之后還可用于運(yùn)動(dòng)類報(bào)靶，具有廣闊的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值。

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圖像識(shí)別技術(shù)的基本原理范文第2篇

（一）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的原理和特點(diǎn)

1.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本原理增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本原理是通過攝像裝置攝取使用者提供的識(shí)別卡片，捕捉卡片提供的信息、卡片的位置和活動(dòng)情況，對(duì)捕捉的信息進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)處理，把攝取的真實(shí)圖像信息和卡片識(shí)別信息經(jīng)過技術(shù)處理后生成的虛擬3D圖像一并通過顯示設(shè)備呈現(xiàn)出來，通過使用者對(duì)卡片的觸碰等，控制行為產(chǎn)生不同的效果，最終呈現(xiàn)出現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景和虛擬影像的實(shí)時(shí)互動(dòng)疊加（如圖1所示）。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)依賴于包括圖像識(shí)別、空間定位、虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)圖像在內(nèi)的各類計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。其中，圖像識(shí)別技術(shù)識(shí)別使用者提供的各類真實(shí)信息，供計(jì)算機(jī)進(jìn)一步處理；空間定位技術(shù)能夠準(zhǔn)確捕捉并識(shí)別卡片轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)的信息，為在投影平面中的映射位置添加虛擬信息提供依據(jù)；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為建立一種同時(shí)包括虛擬世界和真實(shí)世界兩種要素的環(huán)境提供了可能；而計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)則能夠給使用者提供更加逼真的視覺效果。正是有了多種相關(guān)技術(shù)的融合使用，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)才能將計(jì)算機(jī)所生成的虛擬物體、虛擬場(chǎng)景或相關(guān)信息疊加到真實(shí)世界情境當(dāng)中，將用戶所感知的當(dāng)前現(xiàn)實(shí)情境進(jìn)行“增強(qiáng)”與“擴(kuò)張”，按照用戶的要求將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬內(nèi)容實(shí)時(shí)疊加到視頻流，將三維虛擬物體放進(jìn)用戶的環(huán)境中。隨著計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)模型更具靈活性和真實(shí)感。用戶通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)置身于虛實(shí)難辨的情境中，自身與真實(shí)世界的聯(lián)系仍存在，這種交互方式增加了用戶的沉浸感。2.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要特點(diǎn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要包括以下三個(gè)特點(diǎn)：第一，現(xiàn)實(shí)和虛擬的自然融合。將顯示器擴(kuò)展到真實(shí)環(huán)境，使計(jì)算機(jī)窗口與圖標(biāo)疊映于現(xiàn)實(shí)對(duì)象；讓三維物體在用戶的全景視野中根據(jù)當(dāng)前任務(wù)或需要交互地改變其形狀和外觀；對(duì)于現(xiàn)實(shí)目標(biāo)通過疊加虛擬景象產(chǎn)生類似于X光透視的增強(qiáng)效果。第二，虛擬圖像以三維形式呈現(xiàn)。通過對(duì)識(shí)別卡片信息的技術(shù)處理，利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生三維空間圖像，用戶對(duì)虛擬圖像的可操作程度最大限度地接近真實(shí)和自然，為虛擬與現(xiàn)實(shí)的融合提供有利條件。第三，現(xiàn)實(shí)和虛擬的實(shí)時(shí)交互。使交互從精確的位置擴(kuò)展到整個(gè)環(huán)境，從簡(jiǎn)單的人機(jī)屏幕交流發(fā)展到將自身融合于周圍環(huán)境中。交互性不再局限于具體明確的位置，而是擴(kuò)展到整個(gè)環(huán)境，可以根據(jù)使用者的真實(shí)活動(dòng)調(diào)整計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的增強(qiáng)信息。

（二）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)多媒體教學(xué)環(huán)境的架構(gòu)

1.傳統(tǒng)多媒體教學(xué)環(huán)境的不足隨著信息化的發(fā)展，多媒體技術(shù)在教學(xué)活動(dòng)中得到了廣泛的運(yùn)用。現(xiàn)有多媒體教學(xué)環(huán)境普遍存在以下幾個(gè)問題：第一，不能滿足微格教學(xué)的需要。為了解決在教學(xué)過程中存在的問題，改進(jìn)教學(xué)方法，教學(xué)活動(dòng)往往需要被實(shí)況錄制下來。傳統(tǒng)的多媒體錄制設(shè)備，只能單純地錄制視頻和音頻，無法多維度地錄制教學(xué)活動(dòng)的全過程。第二，不能實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)精品視頻課程的制作與傳播。對(duì)于優(yōu)秀教師的講課實(shí)例，通常都需要拍攝成精品課程以進(jìn)行評(píng)比或資源共享，現(xiàn)在教學(xué)過程中經(jīng)常運(yùn)到多種多媒體設(shè)備，傳統(tǒng)的拍攝手段已經(jīng)無法完美地詮釋課堂教學(xué)的精華。第三，不能滿足多媒體教學(xué)資源的廣泛利用。受教學(xué)場(chǎng)地的限制，現(xiàn)有多媒體教學(xué)系統(tǒng)只能滿足少數(shù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求，如何更經(jīng)濟(jì)、更有效地?cái)U(kuò)大受眾面積，最大限度地發(fā)揮優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的效果，也是一個(gè)很重要的問題。第四，不能實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者對(duì)復(fù)雜抽象實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)要求?，F(xiàn)有的多媒體技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)內(nèi)容的真正交互，較為復(fù)雜抽象的理化生實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容難以被學(xué)習(xí)者直觀地感受和理解。而基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的多媒體教學(xué)環(huán)境可以有效地解決上述問題。2.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)多媒體教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)針對(duì)傳統(tǒng)多媒體教學(xué)環(huán)境在示范性、共享性和演示性等方面的缺陷，基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的多媒體教學(xué)環(huán)境通過配合使用電子白板和自動(dòng)視音頻錄制設(shè)備，解決教學(xué)示范性問題；通過以云存儲(chǔ)資源服務(wù)器為中心的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，解決教學(xué)資源共享性問題；利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，解決教學(xué)演示問題。解決示范性和共享性問題的工作模塊包括：①使用電子白板為核心的多媒體設(shè)備完成基本的教學(xué)活動(dòng)；②利用自動(dòng)捕捉設(shè)備對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和錄制；③教學(xué)資源通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)廣播，與遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者互動(dòng)交流；④對(duì)錄制的教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行編輯、加工，制作成精品視頻課程，并通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)。解決多媒體教學(xué)環(huán)境中的示范性、共享性和演示性問題，不是單一技術(shù)設(shè)備的疊加運(yùn)用，而是根據(jù)需要，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，加以綜合設(shè)計(jì)與運(yùn)用。例如，有些教學(xué)內(nèi)容強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)習(xí)者感知能力的培養(yǎng)，重視示范和演示；有些教學(xué)內(nèi)容則強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的互動(dòng)交流和共享。3.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)多媒體教學(xué)環(huán)境的使用使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的多媒體教學(xué)環(huán)境，首先要進(jìn)行前端需求分析。分析的內(nèi)容主要包括兩個(gè)方面：教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程，即根據(jù)教學(xué)目標(biāo)選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容，并確定教學(xué)過程的基本流程。分析教學(xué)內(nèi)容，選擇適當(dāng)?shù)亩嗝襟w教學(xué)材料（識(shí)別卡片）。根據(jù)所確定的教學(xué)過程，有針對(duì)性地選擇偏重示范演示或偏重協(xié)同操作的識(shí)別卡片。識(shí)別卡片的選擇直接影響著后續(xù)信息的采集、處理、呈現(xiàn)以及互動(dòng)等教學(xué)過程的展開。同時(shí)，依據(jù)教學(xué)過程的不同，選擇適當(dāng)?shù)亩嗝襟w設(shè)備，支持教學(xué)活動(dòng)的實(shí)施。根據(jù)需求分析的結(jié)果選擇識(shí)別卡片和多媒體設(shè)備，隨后是教學(xué)活動(dòng)的具體實(shí)施過程。傳統(tǒng)課程的教學(xué)實(shí)施偏重示范演示，實(shí)驗(yàn)類課程的教學(xué)實(shí)施則偏重互動(dòng)操作，強(qiáng)調(diào)動(dòng)手能力的培養(yǎng)，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容對(duì)識(shí)別卡片實(shí)施不同的操作，以呈現(xiàn)不同的效果。對(duì)教學(xué)效果的測(cè)評(píng)，也主要通過教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程兩個(gè)方面。教學(xué)內(nèi)容方面主要考核識(shí)別卡片的選擇和功能是否得當(dāng)、有效；教學(xué)過程方面主要考核在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)多媒體教學(xué)環(huán)境中整個(gè)教學(xué)過程的實(shí)施情況。通過考核，可以豐富教學(xué)材料，完善教學(xué)過程，不斷提升整個(gè)教學(xué)環(huán)境的利用效果。圖2顯示了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)多媒體教學(xué)環(huán)境的具體使用流程。教學(xué)演示問題是多媒體教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)的核心，需要通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。具體的流程包括：①視頻設(shè)備采集識(shí)別卡片上的信息，通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)軟件系統(tǒng)地處理信息，將真實(shí)的圖像和生成的三維物體圖像呈現(xiàn)在顯示設(shè)備上；②教師講解的同時(shí)，配合變換識(shí)別卡片的角度和觸碰卡片上的標(biāo)記，顯示設(shè)備上就會(huì)呈現(xiàn)出三維物體的不同角度，可以與三維物體進(jìn)行互動(dòng)；③通過多媒體設(shè)備，將整個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教學(xué)環(huán)境下開展的學(xué)習(xí)活動(dòng)錄制下來并進(jìn)行編輯制作、網(wǎng)絡(luò)直播互動(dòng)和后期點(diǎn)評(píng)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教學(xué)環(huán)境的主體如圖3所示。通過視頻采集設(shè)備獲取教師手中識(shí)別卡片的信息，通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)軟件系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行處理后，將多媒體教室中的現(xiàn)實(shí)環(huán)境和教師的真實(shí)影像信息與經(jīng)過處理后生成的虛擬三維圖像一并呈現(xiàn)在多媒體顯示設(shè)備上，教師通過現(xiàn)場(chǎng)講解，加以對(duì)識(shí)別卡片的觸碰等控制行為，在顯示設(shè)備上產(chǎn)生虛實(shí)結(jié)合的三維效果，最終呈現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景和虛擬影像的實(shí)時(shí)互動(dòng)疊加，為學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)實(shí)時(shí)、互動(dòng)、虛實(shí)結(jié)合的立體教學(xué)環(huán)境。也可以將整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的資料進(jìn)行多媒體編輯，利用互聯(lián)網(wǎng)設(shè)置為教學(xué)云資源，以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)播或直播的功能。遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者也可以參與到整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者與教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)及其他遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者之間的三方互動(dòng)交流，最大限度地共享多媒體教學(xué)環(huán)境和學(xué)習(xí)資源。

二、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)多媒體教學(xué)環(huán)境的應(yīng)用和意義

（一）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)多媒體教學(xué)環(huán)境的應(yīng)用

基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的多媒體教學(xué)環(huán)境，最大程度地提供了對(duì)復(fù)雜抽象甚至涉及危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的教學(xué)支持。比如，物理實(shí)驗(yàn)中涉及很多宏觀的、抽象的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，生物實(shí)驗(yàn)中則涉及很多微觀層面的教學(xué)內(nèi)容，化學(xué)實(shí)驗(yàn)中更是涉及不少危險(xiǎn)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有現(xiàn)實(shí)和虛擬自然融合、虛擬信息三維動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)以及現(xiàn)實(shí)和虛擬實(shí)時(shí)交互的特點(diǎn)，恰好彌補(bǔ)了現(xiàn)有多媒體技術(shù)的不足，將復(fù)雜抽象的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過技術(shù)處理，制作成相應(yīng)的識(shí)別卡片（如圖4所示）。在進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容教學(xué)時(shí)，可以利用相應(yīng)的識(shí)別卡片，通過使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)多媒體教學(xué)環(huán)境，為學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)更加貼切的學(xué)習(xí)資源，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者與抽象學(xué)習(xí)內(nèi)容的真實(shí)交互，獲得更好的學(xué)習(xí)效果。基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的多媒體教學(xué)環(huán)境在筆者所處的物理與電子工程學(xué)院得到了初步展示和使用，主要應(yīng)用涉及基礎(chǔ)物理和電子電路實(shí)驗(yàn)兩個(gè)課程。本文結(jié)合設(shè)計(jì)的應(yīng)用框架對(duì)兩門課程進(jìn)行了嘗試性的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生普遍感覺新穎、生動(dòng)、有吸引力，直觀教學(xué)效果良好，更深層次的效果有待進(jìn)一步觀察。通過對(duì)兩門課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，筆者認(rèn)為，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同，教學(xué)環(huán)境支持的側(cè)重點(diǎn)也不同。針對(duì)傳統(tǒng)課程的教學(xué)活動(dòng)主要解決示范性和演示性問題。例如，在基礎(chǔ)天體物理學(xué)的教學(xué)過程中，涉及對(duì)天體溫度、密度、光度、化學(xué)成分的分析以及天體間彼此運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象規(guī)律的分析，乃至黑洞相關(guān)知識(shí)的講解，與較為直觀的化學(xué)、生物知識(shí)不同，此類教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)虛擬、抽象的特點(diǎn)，是教學(xué)的難點(diǎn)。傳統(tǒng)課堂教學(xué)活動(dòng)中以說教為主，缺乏示范演示，即使引入多媒體教學(xué)設(shè)備，也很難實(shí)現(xiàn)較好的呈現(xiàn)效果。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)多媒體教學(xué)環(huán)境恰能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)教學(xué)不足。針對(duì)實(shí)驗(yàn)類的教學(xué)活動(dòng)，則主要解決演示性和操作性問題。例如，在電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，涉及電路設(shè)計(jì)、電子儀器的操作以及電子電路的分析設(shè)計(jì)等，不但需要大量的動(dòng)手操作和學(xué)習(xí)者的相互配合，還涉及部分危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和其他難以開展的實(shí)驗(yàn)課程。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)多媒體教學(xué)環(huán)境的使用，不但消除了操作的危險(xiǎn)性，節(jié)約了設(shè)備資源，同時(shí)提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化了學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)注意力的持久性。目前，基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的多媒體教學(xué)環(huán)境初露鋒芒，正在迅速發(fā)展。筆者認(rèn)為，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)多媒體教學(xué)環(huán)境的使用，是在整體教學(xué)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下，加以現(xiàn)代化多媒體設(shè)備的配合，發(fā)揮增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，最大限度地彌補(bǔ)教學(xué)過程中示范性、共享性和演示性的不足，是輔助教學(xué)活動(dòng)的環(huán)境保障和技術(shù)支持。

（二）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)多媒體教學(xué)環(huán)境的意義

第一，創(chuàng)設(shè)了新型情境教學(xué)環(huán)境。情境教學(xué)的理論基礎(chǔ)要求創(chuàng)設(shè)現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)場(chǎng)景與個(gè)體的交互環(huán)境，學(xué)習(xí)要在真實(shí)的學(xué)習(xí)情境中展開，如果創(chuàng)設(shè)的學(xué)習(xí)環(huán)境脫離現(xiàn)實(shí)世界，情境教學(xué)就毫無意義，不可能達(dá)到理想的教學(xué)效果。情境學(xué)習(xí)認(rèn)為在特定情境中獲得的知識(shí)比所謂的一般知識(shí)更有用，要求知識(shí)在真實(shí)的環(huán)境下呈現(xiàn)[14]。也就是說，情境教學(xué)環(huán)境注重知識(shí)構(gòu)造的情境性和真實(shí)性，注重強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中獲取知識(shí)的效果，因此，情境教學(xué)環(huán)境的關(guān)鍵在于創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)情境。而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)多媒體教學(xué)環(huán)境為創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)情境提供了技術(shù)條件，它能夠快速定制復(fù)雜、逼真的情境，較少受物理?xiàng)l件、經(jīng)濟(jì)條件等的束縛，能夠通過疊加擴(kuò)增內(nèi)容的方式適時(shí)提供支撐，是輔助開展情境學(xué)習(xí)的理想工具[15]。第二，解決了復(fù)雜抽象實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困境。在理化生實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教具昂貴且易老化、實(shí)驗(yàn)本身具有危險(xiǎn)性等問題成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最大限制，而單一的多媒體課件，則有體驗(yàn)感不夠、難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性等問題。將虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展到實(shí)景體驗(yàn)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為復(fù)雜抽象的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了新途徑，使復(fù)雜抽象的理化生實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不再是課件上的簡(jiǎn)單圖片，而是可以實(shí)時(shí)互動(dòng)的三維模型。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)為揭示一個(gè)模糊的現(xiàn)象、演示一個(gè)復(fù)雜的規(guī)律、解釋一個(gè)抽象的科學(xué)原理提供可能。另外，抽象數(shù)學(xué)問題的可視化模擬等也具備與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)有機(jī)融合的條件。第三，提供了互動(dòng)協(xié)作的學(xué)習(xí)條件。教學(xué)環(huán)境應(yīng)該為學(xué)習(xí)者提供互動(dòng)協(xié)作的條件。利用現(xiàn)代化多媒體設(shè)備對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行輔助支持，對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行后期處理，不但為現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)者提供互動(dòng)協(xié)作的機(jī)會(huì)，也為遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者提供了實(shí)時(shí)互動(dòng)的可能。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的虛擬物體儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中，呈現(xiàn)于計(jì)算機(jī)的輸出設(shè)備，具有虛實(shí)融合、信息三維動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)以及現(xiàn)實(shí)和虛擬實(shí)時(shí)交互的特性，使學(xué)習(xí)者具有極大的自由度，便于學(xué)習(xí)者進(jìn)行實(shí)時(shí)交互交流和深度沉浸，同時(shí)也有助于學(xué)習(xí)者之間的情感交流。

三、小結(jié)

圖像識(shí)別技術(shù)的基本原理范文第3篇

當(dāng)前現(xiàn)有車輛管理系統(tǒng)中，在車輛管理的介質(zhì)上，有傳統(tǒng)的接觸式介質(zhì)（如磁卡、條碼卡等），也有新型的非接觸式管理介質(zhì)，如RFID技術(shù)和車牌圖像識(shí)別技術(shù)等。目前國(guó)內(nèi)在車輛識(shí)別技術(shù)里面，主要有所列的三種主流識(shí)別技術(shù)：（1）卡識(shí)別技術(shù)。接觸式IC卡通過觸點(diǎn)與讀寫器聯(lián)接以獲取能量并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，它在功能、信息保密性與存儲(chǔ)容量方面具有優(yōu)勢(shì)，適合在人流密集的公共場(chǎng)所，可以有車輛進(jìn)出、門禁、考勤、消費(fèi)等多領(lǐng)域的應(yīng)用。但是用戶需要每次進(jìn)出時(shí)，都要停車、刷卡，所以效率比較低。而且IC卡存在使用壽命短，易折損等缺點(diǎn)。（2）射頻識(shí)別技術(shù)。通過發(fā)射無線射頻信號(hào)進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，系統(tǒng)包括射頻卡，讀卡器和數(shù)據(jù)處理終端三大部分。用戶可以不停車、不搖窗的快速通過實(shí)現(xiàn)識(shí)別。在各種惡劣環(huán)境下也可以正常工作，提高車輛通行效率，降低人工管理費(fèi)用。但該技術(shù)所需射頻基站和射頻卡費(fèi)用較高，不能實(shí)現(xiàn)核對(duì)車、卡是否一致，會(huì)出現(xiàn)漏收、誤收等現(xiàn)象。（3）車牌識(shí)別技術(shù)。利用車輛的動(dòng)態(tài)視頻或靜態(tài)圖像，能夠檢測(cè)到受監(jiān)控路面的車輛并自動(dòng)提取車輛牌照信息（含漢字字符、英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字及牌照顏色）進(jìn)行處理的技術(shù)。車牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)具有自動(dòng)化程度高，人工干預(yù)少，通行效率高，靈活性好，系統(tǒng)穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)。此外，用戶能夠?qū)崿F(xiàn)自定義車輛進(jìn)出權(quán)限，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)車輛的智能管理、集中管理和監(jiān)控。而且車輛在進(jìn)出時(shí)都會(huì)抓拍圖像并存檔，這樣，不僅杜絕“一卡多車”的行為，也記錄了車輛的運(yùn)行軌跡，更加安全可靠。但是，由于受自然條件影響，識(shí)別率一般為97％左右，車牌識(shí)別不出來的車輛，需要人為干預(yù)進(jìn)出。

2車牌識(shí)別技術(shù)的基本原理

車牌自動(dòng)識(shí)別以數(shù)字圖像處理、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺等技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)攝像機(jī)所拍攝的車輛圖像或者視頻序列進(jìn)行圖像采集分析，從而確定牌照在圖像中的位置，并進(jìn)一步提取和識(shí)別出文本字符，在顯示屏直觀地給出識(shí)別結(jié)果，可實(shí)現(xiàn)車輛進(jìn)出的智能管理。其硬件基礎(chǔ)一般包括觸發(fā)設(shè)備（監(jiān)測(cè)車輛是否進(jìn)入視野）、攝像設(shè)備、照明設(shè)備、圖像采集設(shè)備、識(shí)別車牌號(hào)碼的處理機(jī)（如計(jì)算機(jī)）等，其軟件核心包括車牌定位算法、車牌字符分割算法和光學(xué)字符識(shí)別算法等。車牌識(shí)別過程包括車輛檢測(cè)、圖像采集、車牌定位、字符分割、字符識(shí)別、結(jié)果輸出等幾部分。車牌識(shí)別通過對(duì)圖像的采集和處理，來完成車牌自動(dòng)識(shí)別功能。當(dāng)車輛檢測(cè)部分檢測(cè)到車輛到達(dá)時(shí)觸發(fā)圖像采集單元，采集當(dāng)前的視頻圖像。車牌識(shí)別單元對(duì)圖像進(jìn)行處理，定位出牌照位置，再將牌照中的字符分割出來進(jìn)行識(shí)別，然后將車牌識(shí)別的結(jié)果輸出。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1功能需求

針對(duì)大連理工大學(xué)校園進(jìn)出車輛管理的功能需求，決定采用車牌識(shí)別技術(shù)的車輛智能管理系統(tǒng)。此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)校園車道入口及出口管理設(shè)備自動(dòng)控制，通過計(jì)算機(jī)的圖象處理和自動(dòng)識(shí)別，對(duì)車輛進(jìn)出的安全和管理等進(jìn)行全方位監(jiān)控，可有效地控制學(xué)校外閑雜人員進(jìn)入，更好地維護(hù)校園的教學(xué)科研環(huán)境。設(shè)計(jì)功能包括：（1）基于車牌識(shí)別技術(shù)進(jìn)行車輛進(jìn)出管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛管理中的各種控制參數(shù)的設(shè)置、并可以進(jìn)行分類查詢和打印統(tǒng)計(jì)報(bào)表；（2）具有收費(fèi)管理功能，具有按時(shí)、按次、分時(shí)段、分時(shí)、不收費(fèi)等多種計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，并具備出口收費(fèi)模式、中央收費(fèi)模式、自助繳費(fèi)管理；（3）所有車輛進(jìn)出時(shí)間、狀態(tài)等詳細(xì)信息，均形成系統(tǒng)日志記錄，便于進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、問題查證；（4）支持異常處理，支持脫網(wǎng)運(yùn)行，斷電處于常開狀態(tài)；（5）支持電子語音和LED顯示。

3.2硬件系統(tǒng)

在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，主體采用TCP/IP以太網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、遠(yuǎn)距離讀卡器、車輛檢測(cè)器（地感線圈）、自動(dòng)道閘、出入口控制機(jī)、高清攝像機(jī)、LED顯示屏、B/S終端管理計(jì)算機(jī)、LED顯示屏信息提示等設(shè)備。其中數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主要安裝車輛管理軟件，覆蓋師生的基本信息及車輛信息，并和公共數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，自動(dòng)更新師生變更信息。校園車輛管理的需求示意圖如圖3所示，師生駕車靠近位于校園大門出入口處的區(qū)域時(shí)，當(dāng)車輛經(jīng)過地感線圈后，高速攝像機(jī)啟動(dòng)圖像抓拍，對(duì)車牌進(jìn)行自動(dòng)分析識(shí)別，并與數(shù)據(jù)庫(kù)中登記的學(xué)校教師車輛車牌數(shù)據(jù)比對(duì)，若屬于內(nèi)部有效車牌，LED顯示屏提示進(jìn)場(chǎng)車輛的車牌信息，道閘自動(dòng)抬起放行車輛，系統(tǒng)記錄入場(chǎng)時(shí)間、地點(diǎn)、狀態(tài)；若使用權(quán)限過期時(shí)，LED顯示屏顯示過期車輛提示，道閘處于禁行狀態(tài)，系統(tǒng)記錄入場(chǎng)時(shí)間、地點(diǎn)、狀態(tài)，由崗?fù)す芾砣藛T開閘放行；若不是內(nèi)部有效車牌時(shí)，LED顯示屏提示外來車輛，道閘處于禁行狀態(tài)，系統(tǒng)記錄入場(chǎng)時(shí)間、地點(diǎn)、狀態(tài)，再由崗?fù)す芾砣藛T開閘放行。如需收費(fèi)管理，出口處的攝像機(jī)會(huì)自動(dòng)提取車牌，按照設(shè)定的計(jì)費(fèi)規(guī)則自動(dòng)計(jì)費(fèi)，進(jìn)行費(fèi)用收取。

3.3軟件系統(tǒng)

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示，主要包括車輛進(jìn)出控制模塊、數(shù)據(jù)同步接口、用戶車輛管理模塊、后臺(tái)權(quán)限管理模塊、決策輔助支持模塊。其中，車輛進(jìn)出控制模塊通過車牌識(shí)別技術(shù)來設(shè)置攝像機(jī)、車牌識(shí)別設(shè)備、欄桿控制設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，通過攝像機(jī)識(shí)別結(jié)果來控制開關(guān)閥進(jìn)而對(duì)車輛進(jìn)行出入控制。同時(shí)，崗?fù)す芾砣藛T還通過終端管理計(jì)算機(jī)可以手動(dòng)控制車輛進(jìn)出和查詢車輛信息。LED顯示控制可以將攝像機(jī)識(shí)別到的車牌和通過服務(wù)器查詢到的車輛信息發(fā)送到LED屏幕進(jìn)行顯示。數(shù)據(jù)同步接口：與公共數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，公共數(shù)據(jù)庫(kù)提供師生的基本信息給車輛管理系統(tǒng)，車輛管理系統(tǒng)將車輛牌照號(hào)碼、出入時(shí)間等進(jìn)出記錄提供給公共數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶車輛管理系統(tǒng)：主要包括用戶車輛信息數(shù)據(jù)維護(hù)，由于系統(tǒng)已經(jīng)和公共數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行同步，師生的基本信息已經(jīng)獲得，所以只需要維護(hù)師生的車輛信息和單位用車及臨時(shí)用車信息即可。后臺(tái)權(quán)限管理模塊：主要包括定義校門出入口的基本信息，配置車輛管理信息，備份和管理數(shù)據(jù)庫(kù)和設(shè)置操作員權(quán)限，其中操作員權(quán)限包括操作員系統(tǒng)管理權(quán)限、崗?fù)げ僮鲉T終端權(quán)限等。系統(tǒng)的權(quán)限分配支持分級(jí)授權(quán)，這樣，即可以給不同的管理人員管理不同的進(jìn)出入口的權(quán)限，已經(jīng)獲得權(quán)限的管理人員還可以分配給其他人員不高于自己的權(quán)限。決策輔助模塊：可以查詢車輛進(jìn)入的記錄，查詢師生的用車信息，統(tǒng)計(jì)分析校園師生車輛的進(jìn)出情況、外來車輛進(jìn)出情況等。根據(jù)車輛進(jìn)出提供的大量數(shù)據(jù)分析，可以為車輛的管理部門提供輔助決策支持。

4結(jié)語

圖像識(shí)別技術(shù)的基本原理范文第4篇

關(guān)鍵詞：在線檢測(cè)；紅外熱成像；自動(dòng)識(shí)別；故障分析

中圖分類號(hào)：TN215 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）23-0101-02

1 概 述

輸變電設(shè)備不但是電力系統(tǒng)中重要組成部分，而且其安全穩(wěn)定運(yùn)行也是確保供電可靠性的一個(gè)重要因素[1]。長(zhǎng)期戶外運(yùn)行著的輸變電設(shè)備，不僅處于強(qiáng)電磁場(chǎng)和高溫多濕等環(huán)境中，還偶有不可預(yù)估的惡劣天氣出現(xiàn)，這都會(huì)導(dǎo)致輸變電設(shè)備本身的絕緣能力降低[2]，從而故障出現(xiàn)的頻率亦隨之急劇增加。電氣設(shè)備通常發(fā)生各種故障的表現(xiàn)形式為整體或者局部異常發(fā)熱，比如設(shè)備絕緣性能的劣化或者絕緣故障所導(dǎo)致的介質(zhì)損耗的增大而引起了發(fā)熱、接頭的接觸不良引起局部過熱以及設(shè)備的漏電漏磁引起發(fā)熱現(xiàn)象等[3-4]。為了能降低設(shè)備故障的發(fā)生概率，提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，一種有效、安全、可靠的帶電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是目前電力系統(tǒng)運(yùn)行著的輸變電設(shè)備所最為急迫地需要著的[5]。

基于紅外熱成像原理的電氣設(shè)備監(jiān)控技術(shù)在電力行業(yè)中被越來越多的電力工作人員接受并應(yīng)用了起來，其不僅可以對(duì)正運(yùn)行中的電氣設(shè)備進(jìn)行不停電的檢測(cè)，還可以對(duì)其缺陷和隱患及時(shí)發(fā)現(xiàn)。并且該紅外熱成像技術(shù)是對(duì)設(shè)備的內(nèi)部輻射紅外光線所進(jìn)行的非接觸、遠(yuǎn)距離的熱成像檢測(cè)，不受電場(chǎng)干擾，目前大多數(shù)都是以人工的方式在對(duì)變電設(shè)備紅外圖像進(jìn)行著分析以及熱故障的診斷，但此方法的效率較低，而且其自動(dòng)化程度不高，需要花費(fèi)較多的時(shí)間和精力，還容易出錯(cuò)。

2 國(guó)內(nèi)外紅外診斷技術(shù)

紅外熱成像技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用要追溯都上世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)瑞典電網(wǎng)使用紅外熱成像技術(shù)對(duì)輸電線路的設(shè)備接頭進(jìn)行檢測(cè)，由于技術(shù)不成熟，設(shè)備落后，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確測(cè)到設(shè)備接頭的溫度；英國(guó)、比利時(shí)、巴西等國(guó)家也在電力系統(tǒng)中相繼應(yīng)用了紅外診斷技術(shù)。

我國(guó)將紅外診斷技術(shù)運(yùn)用于檢測(cè)輸變電設(shè)備始于1970年，當(dāng)時(shí)利用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的紅外測(cè)溫儀對(duì)室外電氣設(shè)備接頭進(jìn)行測(cè)量；近十年，研究人員對(duì)設(shè)備的近端電流回路和設(shè)備的絕緣性能進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，再通過以往處理各種發(fā)熱故障事故的經(jīng)驗(yàn)，建立了一套針對(duì)不同發(fā)熱故障對(duì)應(yīng)的紅外熱圖像系統(tǒng)。但這一系統(tǒng)僅僅是從定性上進(jìn)行了診斷，而不能對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行定量的分析。因此，本文提出了基于相對(duì)溫差法的紅外熱成像故障分析系統(tǒng)。

3 輸變電設(shè)備紅外檢測(cè)的基本原理

紅外熱成像技術(shù)是綜合了紅外診斷技術(shù)和導(dǎo)熱反問題，用以對(duì)輸變電高壓設(shè)備的內(nèi)部絕緣能力采取的定量分析診斷。其主要內(nèi)容是通過紅外熱像儀測(cè)量設(shè)備表面的溫度數(shù)據(jù)，然后求解出導(dǎo)熱反問題的一個(gè)必要性邊界條件，最后對(duì)逆問題進(jìn)行計(jì)算就可檢測(cè)出設(shè)備內(nèi)部是否有缺陷。

3.1 紅外輻射

所謂紅外輻射是自然界中所有物體都存在的一種紅外電磁波輻射現(xiàn)象，伴隨著電磁波的輻射，有一定量的紅外熱能損耗，這部分輻射的紅外熱的大小能可以利用物體表面的溫度來度量。

相對(duì)溫差是指兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的溫度之差和兩個(gè)點(diǎn)中重較熱一個(gè)點(diǎn)的溫升之比的百分?jǐn)?shù)：

ε=■×100%=■×100%

=■×100%（1）

其中，T1和δ1分別為溫度（K）和發(fā)熱點(diǎn)的溫升（K）；

T2和δ2分別為溫度（K）和正常時(shí)候相對(duì)應(yīng)點(diǎn)溫升（K）；

T0表示環(huán)境參照體溫度；

τ表示相對(duì)溫差。

引入相對(duì)溫差這個(gè)參量是可以在電流大小相同時(shí)，通過比較設(shè)備的相對(duì)溫差值變化，就可分析設(shè)備發(fā)熱狀況。

3.2 紅外輻射定律

在研究紅外熱輻射與紅外線波長(zhǎng)的關(guān)系中常利用四個(gè)熱定律：普朗克黑體輻射定律、維恩位移定律、斯蒂芬-玻爾茲曼定律和朗伯余弦定律。由于輸變電設(shè)備所處的變電站中，強(qiáng)電磁場(chǎng)和各種信號(hào)電磁波分布比較復(fù)雜，因此將選定與電磁場(chǎng)輻射無關(guān)的普朗克輻射定律：

黑體的絕對(duì)溫度T（K），其單位表面積向外輻射的功率Mλb（λ，T）與溫度T、波長(zhǎng)λ滿足下列關(guān)系：

Mλb（λ，T）=C1λ-5[exp（C2/λT）-1]-1（2）

式中，C1是第一輻射常數(shù)；

C2是第二輻射常數(shù)。

從上式可知，把不同的溫度值代入式（2）中就可以得到各種溫度下物體對(duì)外輻射的紅外熱能。

3.3 實(shí)際物體的紅外熱輻射

根據(jù)普朗克輻射定律可知物體對(duì)外輻射紅外熱的強(qiáng)弱，只與物體的溫度和波長(zhǎng)有關(guān)系，針對(duì)實(shí)際物體，由于能量的損失，所有物體在對(duì)外輻射或者吸收能量的值都低于同等情況下黑體的輻射量，輻射值不僅由溫度和波長(zhǎng)決定，而且與此物體的材料及其形狀有關(guān)。為了更準(zhǔn)確的描述實(shí)際物體的對(duì)外輻射強(qiáng)弱，定義了一個(gè)參量為輻射系數(shù)，也可稱為比輻射率，此系數(shù)僅與波長(zhǎng)、溫度有關(guān)。

4 紅外熱成像故障診斷方法與系統(tǒng)

4.1 相對(duì)溫差法判斷方法

在對(duì)輸變電設(shè)備進(jìn)行紅外成像識(shí)別及故障診斷過程中，由于設(shè)備常常處在各種不同的復(fù)雜環(huán)境中，并且負(fù)荷電流對(duì)不同設(shè)備發(fā)熱部位的影響不盡相同。

因此，為提高紅外熱成像識(shí)別和故障診斷的精度，針對(duì)不同情況，有六種判斷方法：表面溫度判斷法、相間互比判別法、同相比較判別法、相對(duì)溫差判斷法、檔案分析法和熱像特征（特征圖譜）判別法。

本文重點(diǎn)研究由電流過大而致熱的設(shè)備紅外熱成像技術(shù)，因此將采用溫差判斷法來對(duì)電流致熱型設(shè)備進(jìn)行分析，采用此方法的優(yōu)點(diǎn)是可減少由小負(fù)荷自身缺陷引起的漏判。

相對(duì)溫差法是通過檢測(cè)兩臺(tái)設(shè)備的兩個(gè)對(duì)應(yīng)觀測(cè)點(diǎn)之間的溫度差與兩者中較熱點(diǎn)的溫升之比的百分?jǐn)?shù)。測(cè)到異常點(diǎn)的發(fā)熱溫度T1、正常相對(duì)應(yīng)點(diǎn)的溫度T2、以及環(huán)境溫度參照體的溫度T0，即可計(jì)算出該異常點(diǎn)的相對(duì)溫差，從而通過相對(duì)溫差值，并結(jié)合發(fā)熱點(diǎn)溫度，以此為依據(jù)診斷電流致熱型設(shè)備的缺陷，并進(jìn)一步查找出該輸變電設(shè)備的所存在的缺陷問題。

4.2 OpenCV平臺(tái)

為了能準(zhǔn)確、快速、可靠的判斷出輸變電設(shè)備有無因發(fā)熱引起的故障，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于開源發(fā)行的跨平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)（OpenCV）。OpenCV數(shù)據(jù)庫(kù)中有非常全面的紅外熱圖像處理庫(kù)，可以為多種程序語言如C、C++、Matlab等，提供圖像處理和計(jì)算機(jī)通用算法的交互[15]。

除了在語言交互方面，OpenCV還為Intel的Integrated performance primitives（IPP）提供了相應(yīng)的連接點(diǎn)，也就是如果當(dāng)要為特定處理器進(jìn)行優(yōu)化的IPP庫(kù)時(shí)， OpenCV將在運(yùn)行時(shí)自動(dòng)加載這些庫(kù)。

4.3 軟件設(shè)計(jì)

利用OpenCV平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有直觀、操作簡(jiǎn)便、靈活、方便等優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)分為六大功能模塊，圖像管理模塊，功能是進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的讀取、保存、拷貝和退出等；人機(jī)界面模塊，主要是電力工作人員與計(jì)算機(jī)的交互界面，其界面具有友好，操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)；圖像預(yù)處理模塊，該處理模塊將進(jìn)行被測(cè)設(shè)備的圖像的濾波、灰度處理、圖像分辨率增強(qiáng)和邊緣修整；圖像識(shí)別模塊，將對(duì)設(shè)備的類型，型號(hào)進(jìn)行分析，使方位拍攝圖像能自動(dòng)識(shí)別，進(jìn)而進(jìn)行下一步工作；故障診斷模塊，根據(jù)圖像前期處理結(jié)果與專家系統(tǒng)庫(kù)中進(jìn)行比對(duì)，獲得故障類型；幫助文件模塊，此模塊主要是軟件系統(tǒng)的介紹、軟件的使用幫助、圖像處理操作幫助等幫助理論。

該系統(tǒng)對(duì)輸變電設(shè)備熱故障的影響及其受損程度進(jìn)行分類，可分為一般熱故障、嚴(yán)重?zé)峁收虾臀ｋU(xiǎn)熱故障三個(gè)等級(jí)，根據(jù)電力故障應(yīng)急措施對(duì)這三種等級(jí)的事故采取對(duì)應(yīng)的處理辦法。對(duì)設(shè)備采取熱故障診斷的根據(jù)是基于OpenCV平臺(tái)的紅外熱成像故障系統(tǒng)判斷被測(cè)設(shè)備有無發(fā)生故障，當(dāng)判斷發(fā)生故障時(shí)，確定其故障等級(jí)，如是一般熱故障，系統(tǒng)就發(fā)出告警信號(hào)，引起電力工作人員的注意，并尋機(jī)處理；當(dāng)判斷為嚴(yán)重?zé)峁收蠒r(shí)，系統(tǒng)將加強(qiáng)監(jiān)視力度，并安排電力人員及時(shí)處理；當(dāng)判斷為危險(xiǎn)熱故障時(shí)，系統(tǒng)給出相應(yīng)的處理方案。

5 結(jié) 語

針對(duì)現(xiàn)目前利用紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行輸變電設(shè)備的故障分析診斷的缺陷和不足，本文首先對(duì)紅外熱成像技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)；再對(duì)紅外熱輻射的基本原理和實(shí)際物體的紅外熱輻射進(jìn)行了定量闡述，確定了以相對(duì)溫差法判斷法為主體的研究辦法，并設(shè)計(jì)了基于OpenCV平臺(tái)的故障分析系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)不僅解決了現(xiàn)目前紅外熱成像技術(shù)的問題，還大大提高了測(cè)量的精度。

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圖像識(shí)別技術(shù)的基本原理范文第5篇

關(guān)鍵詞：多媒體；虛擬展示；影像互動(dòng)；互動(dòng)投影

展示設(shè)計(jì)是一種信息的傳播活動(dòng)，它促使了人與物之間的對(duì)話。如今數(shù)字科技的發(fā)展，使得人們的娛樂、通訊、交通、工作等生活模式發(fā)生了巨大的變化。這種變化不僅引發(fā)了制造市場(chǎng)的變革，也帶動(dòng)了營(yíng)銷方式的技術(shù)革新。而與之息息相關(guān)的展示設(shè)計(jì)行業(yè)也受到了前所未有的挑戰(zhàn)，迫使其向多樣化、多元化，數(shù)字化、科技化，并與藝術(shù)相結(jié)合的新模式發(fā)展。

科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，審美觀念的不斷提升，傳播媒介的日益更新，使得傳統(tǒng)的實(shí)物陳列、圖文闡述、模型模擬等靜態(tài)展示方式己不能滿足于當(dāng)代展覽展示的復(fù)雜需求，而融入信息交互、虛擬現(xiàn)實(shí)的多媒體展示方式給了展示空間設(shè)計(jì)的新的視角和切入點(diǎn)。在這個(gè)科學(xué)技術(shù)日新月異的社會(huì)，信息技術(shù)的應(yīng)用與普及促使人類社會(huì)進(jìn)入信息時(shí)代，新型媒介的產(chǎn)生深刻的改變著人類歷史的進(jìn)程，影響現(xiàn)代化的未來走向，同時(shí)也使得展示的手段多樣化，例如，在各類展示設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的數(shù)碼媒介、影像媒介、光電綜合媒介等都大大的豐富了展示的技術(shù)手段，從而提高展示的藝術(shù)性，做到了其技術(shù)與藝術(shù)的和諧統(tǒng)一。

一、多媒體虛擬展示技術(shù)和設(shè)備

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)的飛速發(fā)展，多媒體虛擬展示技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展。我國(guó)早在《老子.第十一章》中就有文“有之以為利，無之以為用”闡述了“有”與“無”辯證關(guān)系，老子認(rèn)為有無是相根、相生、相資、相用的關(guān)系，兩者并行并重，而不能有所偏倚。如今現(xiàn)代的虛擬展示技術(shù)對(duì)于虛、實(shí)手法的運(yùn)用也同樣有著類似的奧妙――虛與實(shí)相互作用、相輔相成。多媒體虛擬展示技術(shù)能夠使得受眾更好地融入創(chuàng)作的作品中去。

2010年在中國(guó)上海舉辦的世博會(huì)，首次開辦了網(wǎng)上世博會(huì)，其是對(duì)傳統(tǒng)展覽模式的創(chuàng)新促進(jìn)了“虛擬會(huì)展”行業(yè)的發(fā)展。網(wǎng)上世博會(huì)是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字虛擬技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)虛擬出展示空間，讓參觀者足不出戶就可以觀看世博，極大的滿足了世界各國(guó)人民對(duì)了解世博、了解中國(guó)的渴求。

現(xiàn)在可用于展示活動(dòng)中的技術(shù)有：

1.360度幻影成像技術(shù)

360度幻影成像技術(shù)將三維畫面懸浮在實(shí)景的半空中成像，營(yíng)造出一種亦幻亦真的氛圍，具有強(qiáng)烈的縱深感，觀看者無需佩戴眼鏡便可以看到3D顯示效果。

2.幻影成像技術(shù)

幻影成像技術(shù)是利用了光學(xué)錯(cuò)覺原理，將拍攝的影像投射到立體實(shí)物場(chǎng)景中，借用聲音、燈光、氣味、 煙霧等技術(shù)，還原歷史事件的發(fā)展過程。由于其逼真的視覺效果，常常被博物館、名人故居等用以展示本國(guó)或者本地域的民俗風(fēng)情、歷史文化等，通過原景再現(xiàn)，讓游客仿佛能置身于現(xiàn)實(shí)之中。

2013年在北京舉行的第九屆中國(guó)國(guó)際園林博覽會(huì)的主展館中設(shè)置了一個(gè)《盧溝運(yùn)筏圖》全景數(shù)字影像體驗(yàn)廳。本展廳就充分利用微縮實(shí)景搭建與幻影成像技術(shù)相結(jié)合的獨(dú)特藝術(shù)表現(xiàn)方式， 以元代著名畫作《盧溝運(yùn)筏圖》為核心，凝練“河”、“城”、“橋”、“月”四大元素，通過“人在河中、人在橋頭、人在城中、人在畫里”的視角變化，穿越歷史時(shí)空，詮釋北京傳統(tǒng)藝術(shù)文化精髓，展現(xiàn)豐特的地緣文化與魅力。

二、多媒體影像互動(dòng)技術(shù)

隨著設(shè)計(jì)理論界越來越關(guān)注人的情感，設(shè)計(jì)的人性化需求也越來越高。展品的陳列已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的物體程序，也需考慮到參觀者的情感需求。多媒體影像互動(dòng)技術(shù)就是為了充分滿足人的情感需求，人為創(chuàng)造出一個(gè)可以使人與人、人與物、人與環(huán)境的合理交流空間，來滿足參觀者的精神需求。在2010年的上海世博會(huì)中，多媒體影像互動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用使得參觀者在接受更為豐富的視覺刺激的同時(shí)，身體的其他感官也得到滿足，在娛樂中實(shí)現(xiàn)了人與展品的互動(dòng)，在互動(dòng)中加深了對(duì)展示內(nèi)容和涵義深入理解。

現(xiàn)在可應(yīng)用于展示活動(dòng)中技術(shù)有：

1.全息交互屏幕技術(shù)

全息交互屏幕技術(shù)是利用一塊外觀像透明玻璃一樣的屏幕作為背投屏，向參觀者提供圖像的空中動(dòng)態(tài)展示。由于其屏幕的透明性能，使得觀看者在觀看屏幕圖像的同時(shí)還能看出圖像后面的事物，增加了展示的神秘性和趣味性，是一項(xiàng)極具創(chuàng)新性的技術(shù)。

2.地面互動(dòng)技術(shù)

地面互動(dòng)技術(shù)是采用頂部懸掛的投影設(shè)備，然后再把影像效果投射到地面，利用圖像識(shí)別技術(shù)，捕捉參觀者的行為，與其互動(dòng)。當(dāng)參觀者走至投影區(qū)域時(shí)，可以直接使用雙腳或動(dòng)作與投影幕上的虛擬場(chǎng)景進(jìn)行交互，進(jìn)而產(chǎn)生不同的互動(dòng)效果。由于其產(chǎn)生的奇幻互動(dòng)體驗(yàn)，在展示活動(dòng)中會(huì)獲得較高的參與度。

3.電子翻書技術(shù)

電子翻書技術(shù)是在參觀者面前以投影機(jī)投影成像方式呈現(xiàn)一本虛擬書或等離子電視的方式，參觀者只站在展臺(tái)前方然后用手在空中揮動(dòng)做出相應(yīng)的動(dòng)作，電子書就會(huì)隨著動(dòng)作進(jìn)行前后翻頁(yè)、信息查詢、視頻點(diǎn)播、圖像縮放等功能。其中書籍翻頁(yè)的動(dòng)作完全模仿我們?cè)诂F(xiàn)實(shí)中的頁(yè)面翻動(dòng)的效果，給參觀者帶來一種人性化的閱讀體驗(yàn)。

三、互動(dòng)投影系列技術(shù)

互動(dòng)投影系統(tǒng)技術(shù)是將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與動(dòng)感捕捉技術(shù)的進(jìn)一步融合與發(fā)展，參觀者在操控虛擬影像的同時(shí)也能參與其中并與之互動(dòng)，具有參觀者參與性強(qiáng)、展示內(nèi)容豐富，形式新穎等特點(diǎn)。常用的技術(shù)有地面互動(dòng)投影、立面互動(dòng)投影、臺(tái)面互動(dòng)投影和球面互動(dòng)投影等，其基本原理都是利用投影儀將圖像、影像投射到不同的背景上，通過視覺識(shí)別系統(tǒng)和感應(yīng)設(shè)備識(shí)別參觀者的行為，并與畫面中的內(nèi)容進(jìn)行互動(dòng)。（作者單位：中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院）

參考文獻(xiàn)：