图像识别技术的基本原理

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图像识别技术的基本原理范文第1篇

关键词：自动报靶系统；机器视觉；图像识别；图像配准；图像增强

中图分类号：TP212.12文献标识码：A文章编号：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

在专业与非专业军事训练中，实弹射击是最基本的训练项目。传统的实弹射击采用人工报靶。传统人工报靶主要有四个方面的不足：1）依赖于报靶者的判靶经验，效率比较低。2）当靶板上弹着点多时，报靶员很难识别新旧弹孔，报靶误差极大，直接影响射击训练质量。3）射击未完全结束时，补靶员现身靶壕外或在补靶员察看靶板报靶和补靶时，射击位管理者若稍有疏忽，就易出现枪支走火，造成人员伤亡，安全隐患极大。4）容易出现弄虚作假的现象。为了克服传统人工报靶有不足和满足军事训练现代化需求，提高部队射击水平，自动报靶的研究和应用对推进军队现代化将具有普遍意义。本文介绍基于机器视觉的自动报靶系统的基本原理和关键技术，该系统使用图像识别，图像配准和图像增强等技术，在实际的训练和考核中能够发挥较好的作用，有良好的应用前景。

2 图像与图像处理的概念

图像（Image）就是采用各种观测系统获得的，能够为人类视觉系统所感觉的实体。图像的范围非常广泛，包括：各类图片（Picture），如照片、X光片；各类光学图像，如电影、电视画面；人们的有形想像以及外部描述，绘画、绘图；等等。图像处理技术可分为两大类，即模拟图像处理和数字图像处理。

图1 通用的数字图像处理系统框图

数字图像处理是指，使用数字计算机对图像进行加工与处理。传统的数字图像处理技术主要集中在图像的获取、变换、增加、恢复（还原）、压缩编码、分割与边缘提取等方面；随着计算机与信息技术的发展，图像特征分析、图像配准、图像融合、图像分类、图像识别、基于内容的图像检索与图像数字水印等领域取得进展，这些图像处理技术具有智能化功能，因而称之为智能图像处理技术。

数字图像处理方法大致可分为两大类，即空域法和变换域法。1）空域法是把图像看作是平面中各个像素组成的集合，然后直接对这个二维函数进行相应的处理。2）变换域法是首先对图像进行正交变换，得到变换域系数矩阵，然后再进行各种处理，处理后再将其反变换到空间域，得到处理结果。

3 基于机器视觉的自动报靶系统

此类产品是以计算机为图像识别和处理理论为基础，它没有在靶体上安装任何光电传感设备。在实弹射击过程中，它使用摄像头对常规的标准靶画面进行采集，根据采集来的靶图像的特点和变化，利用计算机图像识别(Image Recognition)和处理技术找出靶图像中的真实弹点，使用这种自动报靶系统就好像是使用了一个“电子眼”，它会代替报靶人员的眼睛，在整个实弹射击过程中不间断的对靶画面进行观测。对不同靶位上的每一次射击都采用相同的算法、规则和精度来判定，不存在受主观因素影响的问题。比手工报靶更客观，更公正，有较高的可用性。

实现此系统的软件核心技术主要是数字图像处理技术中的计算机图像识别、图像配准以及图像增加等技术。在观测过程中，采用图像灰度配准与增强技术以及图像的几何配准技术来解决由于光照变化、大风等干扰因素对识别精度的影响。在此过程中，还要由其他优秀算法来配合，提高性能与精度，例如小波变换等。

3.1 基于机器视觉的自动报靶系统的实现原理

机器视觉的概念是利用CCD摄像机等设备代替人眼，结合计算机视觉、数字图像处理、和计算机控制技术实现对摄像机所摄取的图像的分析过程。

其核心原理是：在整个实弹射击的过程中，利用CCD摄像机不间断地对靶面进行观测，根据采集的靶面图像的特点和变化，利用计算机图像识别技术检测靶面图像中的真实弹点，然后通过弹点在靶面图中的位置来对着弹点区域进行编码。在观测过程中，采用图像灰度配准与增强技术以及图像的几何配准技术来解决由于光照变化、大风等干扰因素对识别精度的影响。在此过程中，还要由其他优秀算法来配合，提高性能与精度，例如小波变换等。

通过以上论述可见，本系统由图像采集设备、图形采集卡、图形处理软件、计算机及显示部分组成。具体的配置如下：购买一个CCD摄像头、一块图形采集卡、一台普通计算机及编写相应的软件，其中图形采集卡可选择大恒公司或杭州海康威视数字技术有限公司生产的。为完成本系统的功能与性能指标，主要工作集中在软件的编程与实现上。

3.2 基于机器视觉的自动报靶系统的核心技术

实现本系统的软件核心技术主要是数字图像处理技术中的计算机图像识别、图像配准以及图像增加等技术。

3.2.1 图像识别技术

图像识别是对图像进行预处理后，再经分割和描述，提取有效的特征，进而加以判决分类的图像处理技术。

一个图像识别系统可分为三个主要部分，第一部分是图像信息的获取，对图像识别来说就是把图片、底片、文字图形等用采集设备变换为电信号。第二部分是信息的特征提取，它的作用在于把调查了解到的数据材料进行加工、整理、分析、归纳以去伪存真，抽出能反映事物本质的特征。第三部分是判决，做出结论的过程，与判决的方式密切相关。

图2 图像识别系统框图

在图像识别的发展过程中，出现了四类有代表性的理论和方法。即统计图像识别方法、句法（或结构）图像识别方法、模糊图像识别方法和神经网络图像识别方法。

3.2.2 图像配准技术

图像配准是指同一目标的两幅（或两幅以上）图像在空间位置上的对准。图像配准的技术过程称为图像匹配（Image matching）或图像相关（Image correlation）。图像配准可分为半自动配准和全自动配准。

全自动配准是直接利用计算机完成图像配准工作，大致可分为基于灰度与基于特征两类。基于灰度的方法有：空间相关法、不变矩阵、频域相关法。此方法具有精度高的优点，但计算复杂度高。基于特征的方法有两个重要环节：特征提取和特征匹配。本方法与小波变换等结合，进一步提高了图像配准的精度与运算速度。

3.2.3 图像增加技术

图像增加的目的有两个：一是改善图像的视觉效果，提高图像成分的清晰度；二是使图像变的更有利于计算机处理。

图像增加的方法一般分为空间域和变换域两大类。空间域方法直接对图像像素的灰度进行处理。变换域方法在图像的某个变换域中对变换系统进行处理，然后通过逆变换获得增加图像。常用的图像增加方法有：空间域单点增加、图像平滑、图像锐化、图像滤波与图像增加。

4 总结与展望

运用数字图像处理技术的自动报靶系统，在国内、外都有相应的研究，但实际系统的功能需要与性能指标各有差异，所应用的原理和方法手段不近相同，所以可从另外方面进行开发，拓展数字图像处理的领域，满足不同系统的不同需要。

在本系统中，力求将其它优秀的算法，嫁接到图像处理中，以提高图像处理的性能与精度，在我军某坦克基地的实际应用中，达到了预期的目标。由于本系统是一室外项目，光照变化、大风等干扰因素会对识别精度造成一定影响，还需通过一些方法或算法来弥补这些不足。本系统所要研究报靶系统所采用的方法不仅有着精度高的优点，而且完全满足部队实弹射击需求，稍作改动之后还可用于运动类报靶，具有广阔的应用前景和研究价值。

参考文献：

[1] 张军,颜树华,徐琰.自动报靶系统的研究进展[J].激光与红外,2006,36(12):1152- 1154.

[2] 杨子宁.光电自动报靶系统的设计与实现[J].科学技术与工程, 2007,7(1):102-104.

[3] 陈海峰.基于图像处理技术的自动报靶系统研究[D].南京航空航天大学,2005.

图像识别技术的基本原理范文第2篇

（一）增强现实技术的原理和特点

1.增强现实技术的基本原理增强现实技术的基本原理是通过摄像装置摄取使用者提供的识别卡片，捕捉卡片提供的信息、卡片的位置和活动情况，对捕捉的信息进行相应的技术处理，把摄取的真实图像信息和卡片识别信息经过技术处理后生成的虚拟3D图像一并通过显示设备呈现出来，通过使用者对卡片的触碰等，控制行为产生不同的效果，最终呈现出现实场景和虚拟影像的实时互动叠加（如图1所示）。增强现实技术的出现依赖于包括图像识别、空间定位、虚拟现实、计算机图像在内的各类计算机相关技术的发展。其中，图像识别技术识别使用者提供的各类真实信息，供计算机进一步处理；空间定位技术能够准确捕捉并识别卡片转动或移动的信息，为在投影平面中的映射位置添加虚拟信息提供依据；虚拟现实技术为建立一种同时包括虚拟世界和真实世界两种要素的环境提供了可能；而计算机图像技术则能够给使用者提供更加逼真的视觉效果。正是有了多种相关技术的融合使用，增强现实技术才能将计算机所生成的虚拟物体、虚拟场景或相关信息叠加到真实世界情境当中，将用户所感知的当前现实情境进行“增强”与“扩张”，按照用户的要求将计算机产生的虚拟内容实时叠加到视频流，将三维虚拟物体放进用户的环境中。随着计算机视觉技术的发展，系统模型更具灵活性和真实感。用户通过增强现实置身于虚实难辨的情境中，自身与真实世界的联系仍存在，这种交互方式增加了用户的沉浸感。2.增强现实技术的主要特点增强现实技术主要包括以下三个特点：第一，现实和虚拟的自然融合。将显示器扩展到真实环境，使计算机窗口与图标叠映于现实对象；让三维物体在用户的全景视野中根据当前任务或需要交互地改变其形状和外观；对于现实目标通过叠加虚拟景象产生类似于X光透视的增强效果。第二，虚拟图像以三维形式呈现。通过对识别卡片信息的技术处理，利用计算机产生三维空间图像，用户对虚拟图像的可操作程度最大限度地接近真实和自然，为虚拟与现实的融合提供有利条件。第三，现实和虚拟的实时交互。使交互从精确的位置扩展到整个环境，从简单的人机屏幕交流发展到将自身融合于周围环境中。交互性不再局限于具体明确的位置，而是扩展到整个环境，可以根据使用者的真实活动调整计算机产生的增强信息。

（二）增强现实多媒体教学环境的架构

1.传统多媒体教学环境的不足随着信息化的发展，多媒体技术在教学活动中得到了广泛的运用。现有多媒体教学环境普遍存在以下几个问题：第一，不能满足微格教学的需要。为了解决在教学过程中存在的问题，改进教学方法，教学活动往往需要被实况录制下来。传统的多媒体录制设备，只能单纯地录制视频和音频，无法多维度地录制教学活动的全过程。第二，不能实现优质精品视频课程的制作与传播。对于优秀教师的讲课实例，通常都需要拍摄成精品课程以进行评比或资源共享，现在教学过程中经常运到多种多媒体设备，传统的拍摄手段已经无法完美地诠释课堂教学的精华。第三，不能满足多媒体教学资源的广泛利用。受教学场地的限制，现有多媒体教学系统只能满足少数学习者的学习需求，如何更经济、更有效地扩大受众面积，最大限度地发挥优质教学资源的效果，也是一个很重要的问题。第四，不能实现学习者对复杂抽象实验内容的学习要求。现有的多媒体技术不能实现学习者与学习内容的真正交互，较为复杂抽象的理化生实验教学内容难以被学习者直观地感受和理解。而基于增强现实的多媒体教学环境可以有效地解决上述问题。2.增强现实多媒体教学环境的设计针对传统多媒体教学环境在示范性、共享性和演示性等方面的缺陷，基于增强现实的多媒体教学环境通过配合使用电子白板和自动视音频录制设备，解决教学示范性问题；通过以云存储资源服务器为中心的网络通讯技术，解决教学资源共享性问题；利用增强现实技术，解决教学演示问题。解决示范性和共享性问题的工作模块包括：①使用电子白板为核心的多媒体设备完成基本的教学活动；②利用自动捕捉设备对教学活动进行实时监控和录制；③教学资源通过互联网实时广播，与远程学习者互动交流；④对录制的教学活动进行编辑、加工，制作成精品视频课程，并通过互联网实时。解决多媒体教学环境中的示范性、共享性和演示性问题，不是单一技术设备的叠加运用，而是根据需要，结合教学内容，加以综合设计与运用。例如，有些教学内容强调对学习者感知能力的培养，重视示范和演示；有些教学内容则强调学习者的互动交流和共享。3.增强现实多媒体教学环境的使用使用增强现实的多媒体教学环境，首先要进行前端需求分析。分析的内容主要包括两个方面：教学内容和教学过程，即根据教学目标选择适当的教学内容，并确定教学过程的基本流程。分析教学内容，选择适当的多媒体教学材料（识别卡片）。根据所确定的教学过程，有针对性地选择偏重示范演示或偏重协同操作的识别卡片。识别卡片的选择直接影响着后续信息的采集、处理、呈现以及互动等教学过程的展开。同时，依据教学过程的不同，选择适当的多媒体设备，支持教学活动的实施。根据需求分析的结果选择识别卡片和多媒体设备，随后是教学活动的具体实施过程。传统课程的教学实施偏重示范演示，实验类课程的教学实施则偏重互动操作，强调动手能力的培养，教师根据教学内容对识别卡片实施不同的操作，以呈现不同的效果。对教学效果的测评，也主要通过教学内容和教学过程两个方面。教学内容方面主要考核识别卡片的选择和功能是否得当、有效；教学过程方面主要考核在增强现实多媒体教学环境中整个教学过程的实施情况。通过考核，可以丰富教学材料，完善教学过程，不断提升整个教学环境的利用效果。图2显示了增强现实多媒体教学环境的具体使用流程。教学演示问题是多媒体教学环境设计的核心，需要通过增强现实技术来实现。具体的流程包括：①视频设备采集识别卡片上的信息，通过增强现实软件系统地处理信息，将真实的图像和生成的三维物体图像呈现在显示设备上；②教师讲解的同时，配合变换识别卡片的角度和触碰卡片上的标记，显示设备上就会呈现出三维物体的不同角度，可以与三维物体进行互动；③通过多媒体设备，将整个增强现实教学环境下开展的学习活动录制下来并进行编辑制作、网络直播互动和后期点评。增强现实教学环境的主体如图3所示。通过视频采集设备获取教师手中识别卡片的信息，通过增强现实软件系统对信息进行处理后，将多媒体教室中的现实环境和教师的真实影像信息与经过处理后生成的虚拟三维图像一并呈现在多媒体显示设备上，教师通过现场讲解，加以对识别卡片的触碰等控制行为，在显示设备上产生虚实结合的三维效果，最终呈现真实场景和虚拟影像的实时互动叠加，为学习者呈现实时、互动、虚实结合的立体教学环境。也可以将整个教学活动的资料进行多媒体编辑，利用互联网设置为教学云资源，以实现点播或直播的功能。远程学习者也可以参与到整个教学活动中，实现远程学习者与教学现场及其他远程学习者之间的三方互动交流，最大限度地共享多媒体教学环境和学习资源。

二、增强现实多媒体教学环境的应用和意义

（一）增强现实多媒体教学环境的应用

基于增强现实的多媒体教学环境，最大程度地提供了对复杂抽象甚至涉及危险的实验内容的教学支持。比如，物理实验中涉及很多宏观的、抽象的实验教学内容，生物实验中则涉及很多微观层面的教学内容，化学实验中更是涉及不少危险的教学实验内容。增强现实技术具有现实和虚拟自然融合、虚拟信息三维动态呈现以及现实和虚拟实时交互的特点，恰好弥补了现有多媒体技术的不足，将复杂抽象的实验内容通过技术处理，制作成相应的识别卡片（如图4所示）。在进行这些实验内容教学时，可以利用相应的识别卡片，通过使用增强现实多媒体教学环境，为学习者呈现更加贴切的学习资源，实现学习者与抽象学习内容的真实交互，获得更好的学习效果。基于增强现实的多媒体教学环境在笔者所处的物理与电子工程学院得到了初步展示和使用，主要应用涉及基础物理和电子电路实验两个课程。本文结合设计的应用框架对两门课程进行了尝试性的实验。学生普遍感觉新颖、生动、有吸引力，直观教学效果良好，更深层次的效果有待进一步观察。通过对两门课程的教学实验，笔者认为，根据教学内容的不同，教学环境支持的侧重点也不同。针对传统课程的教学活动主要解决示范性和演示性问题。例如，在基础天体物理学的教学过程中，涉及对天体温度、密度、光度、化学成分的分析以及天体间彼此运动现象规律的分析，乃至黑洞相关知识的讲解，与较为直观的化学、生物知识不同，此类教学内容呈现虚拟、抽象的特点，是教学的难点。传统课堂教学活动中以说教为主，缺乏示范演示，即使引入多媒体教学设备，也很难实现较好的呈现效果。增强现实多媒体教学环境恰能发挥其优势，弥补教学不足。针对实验类的教学活动，则主要解决演示性和操作性问题。例如，在电子电路实验教学中，涉及电路设计、电子仪器的操作以及电子电路的分析设计等，不但需要大量的动手操作和学习者的相互配合，还涉及部分危险的实验项目和其他难以开展的实验课程。增强现实多媒体教学环境的使用，不但消除了操作的危险性，节约了设备资源，同时提升了学生的学习兴趣，强化了学习动机，增强了学习注意力的持久性。目前，基于增强现实的多媒体教学环境初露锋芒，正在迅速发展。笔者认为，增强现实多媒体教学环境的使用，是在整体教学设计的指导下，加以现代化多媒体设备的配合，发挥增强现实技术优势，最大限度地弥补教学过程中示范性、共享性和演示性的不足，是辅助教学活动的环境保障和技术支持。

（二）增强现实多媒体教学环境的意义

第一，创设了新型情境教学环境。情境教学的理论基础要求创设现实世界的真实场景与个体的交互环境，学习要在真实的学习情境中展开，如果创设的学习环境脱离现实世界，情境教学就毫无意义，不可能达到理想的教学效果。情境学习认为在特定情境中获得的知识比所谓的一般知识更有用，要求知识在真实的环境下呈现[14]。也就是说，情境教学环境注重知识构造的情境性和真实性，注重强调学习者在现实环境中获取知识的效果，因此，情境教学环境的关键在于创设真实的教学情境。而增强现实多媒体教学环境为创设真实的教学情境提供了技术条件，它能够快速定制复杂、逼真的情境，较少受物理条件、经济条件等的束缚，能够通过叠加扩增内容的方式适时提供支撑，是辅助开展情境学习的理想工具[15]。第二，解决了复杂抽象实验教学的困境。在理化生实验教学过程中，教具昂贵且易老化、实验本身具有危险性等问题成为实验教学的最大限制，而单一的多媒体课件，则有体验感不够、难以调动学生的积极性等问题。将虚拟现实发展到实景体验的增强现实技术，为复杂抽象的实验教学提供了新途径，使复杂抽象的理化生实验内容不再是课件上的简单图片，而是可以实时互动的三维模型。增强现实为揭示一个模糊的现象、演示一个复杂的规律、解释一个抽象的科学原理提供可能。另外，抽象数学问题的可视化模拟等也具备与增强现实技术有机融合的条件。第三，提供了互动协作的学习条件。教学环境应该为学习者提供互动协作的条件。利用现代化多媒体设备对教学过程进行辅助支持，对教学资源进行后期处理，不但为现场学习者提供互动协作的机会，也为远程学习者提供了实时互动的可能。增强现实技术构建的虚拟物体储存在计算机中，呈现于计算机的输出设备，具有虚实融合、信息三维动态呈现以及现实和虚拟实时交互的特性，使学习者具有极大的自由度，便于学习者进行实时交互交流和深度沉浸，同时也有助于学习者之间的情感交流。

三、小结

图像识别技术的基本原理范文第3篇

当前现有车辆管理系统中，在车辆管理的介质上，有传统的接触式介质（如磁卡、条码卡等），也有新型的非接触式管理介质，如RFID技术和车牌图像识别技术等。目前国内在车辆识别技术里面，主要有所列的三种主流识别技术：（1）卡识别技术。接触式IC卡通过触点与读写器联接以获取能量并进行数据交换，它在功能、信息保密性与存储容量方面具有优势，适合在人流密集的公共场所，可以有车辆进出、门禁、考勤、消费等多领域的应用。但是用户需要每次进出时，都要停车、刷卡，所以效率比较低。而且IC卡存在使用寿命短，易折损等缺点。（2）射频识别技术。通过发射无线射频信号进行非接触双向数据通信，系统包括射频卡，读卡器和数据处理终端三大部分。用户可以不停车、不摇窗的快速通过实现识别。在各种恶劣环境下也可以正常工作，提高车辆通行效率，降低人工管理费用。但该技术所需射频基站和射频卡费用较高，不能实现核对车、卡是否一致，会出现漏收、误收等现象。（3）车牌识别技术。利用车辆的动态视频或静态图像，能够检测到受监控路面的车辆并自动提取车辆牌照信息（含汉字字符、英文字母、阿拉伯数字及牌照颜色）进行处理的技术。车牌自动识别技术具有自动化程度高，人工干预少，通行效率高，灵活性好，系统稳定性好等优势。此外，用户能够实现自定义车辆进出权限，收费标准等内容，实现车辆的智能管理、集中管理和监控。而且车辆在进出时都会抓拍图像并存档，这样，不仅杜绝“一卡多车”的行为，也记录了车辆的运行轨迹，更加安全可靠。但是，由于受自然条件影响，识别率一般为97％左右，车牌识别不出来的车辆，需要人为干预进出。

2车牌识别技术的基本原理

车牌自动识别以数字图像处理、模式识别、计算机视觉等技术为基础，对摄像机所拍摄的车辆图像或者视频序列进行图像采集分析，从而确定牌照在图像中的位置，并进一步提取和识别出文本字符，在显示屏直观地给出识别结果，可实现车辆进出的智能管理。其硬件基础一般包括触发设备（监测车辆是否进入视野）、摄像设备、照明设备、图像采集设备、识别车牌号码的处理机（如计算机）等，其软件核心包括车牌定位算法、车牌字符分割算法和光学字符识别算法等。车牌识别过程包括车辆检测、图像采集、车牌定位、字符分割、字符识别、结果输出等几部分。车牌识别通过对图像的采集和处理，来完成车牌自动识别功能。当车辆检测部分检测到车辆到达时触发图像采集单元，采集当前的视频图像。车牌识别单元对图像进行处理，定位出牌照位置，再将牌照中的字符分割出来进行识别，然后将车牌识别的结果输出。

3系统设计方案

3.1功能需求

针对大连理工大学校园进出车辆管理的功能需求，决定采用车牌识别技术的车辆智能管理系统。此系统实现校园车道入口及出口管理设备自动控制，通过计算机的图象处理和自动识别，对车辆进出的安全和管理等进行全方位监控，可有效地控制学校外闲杂人员进入，更好地维护校园的教学科研环境。设计功能包括：（1）基于车牌识别技术进行车辆进出管理，实现对车辆管理中的各种控制参数的设置、并可以进行分类查询和打印统计报表；（2）具有收费管理功能，具有按时、按次、分时段、分时、不收费等多种计费标准，并具备出口收费模式、中央收费模式、自助缴费管理；（3）所有车辆进出时间、状态等详细信息，均形成系统日志记录，便于进行统计分析、问题查证；（4）支持异常处理，支持脱网运行，断电处于常开状态；（5）支持电子语音和LED显示。

3.2硬件系统

在硬件系统设计方面，主体采用TCP/IP以太网技术组网结构。系统包括数据中心服务器、远距离读卡器、车辆检测器（地感线圈）、自动道闸、出入口控制机、高清摄像机、LED显示屏、B/S终端管理计算机、LED显示屏信息提示等设备。其中数据中心服务器主要安装车辆管理软件，覆盖师生的基本信息及车辆信息，并和公共数据库进行数据同步，自动更新师生变更信息。校园车辆管理的需求示意图如图3所示，师生驾车靠近位于校园大门出入口处的区域时，当车辆经过地感线圈后，高速摄像机启动图像抓拍，对车牌进行自动分析识别，并与数据库中登记的学校教师车辆车牌数据比对，若属于内部有效车牌，LED显示屏提示进场车辆的车牌信息，道闸自动抬起放行车辆，系统记录入场时间、地点、状态；若使用权限过期时，LED显示屏显示过期车辆提示，道闸处于禁行状态，系统记录入场时间、地点、状态，由岗亭管理人员开闸放行；若不是内部有效车牌时，LED显示屏提示外来车辆，道闸处于禁行状态，系统记录入场时间、地点、状态，再由岗亭管理人员开闸放行。如需收费管理，出口处的摄像机会自动提取车牌，按照设定的计费规则自动计费，进行费用收取。

3.3软件系统

系统采用B/S架构，系统的结构设计如图4所示，主要包括车辆进出控制模块、数据同步接口、用户车辆管理模块、后台权限管理模块、决策辅助支持模块。其中，车辆进出控制模块通过车牌识别技术来设置摄像机、车牌识别设备、栏杆控制设备的相关参数，通过摄像机识别结果来控制开关阀进而对车辆进行出入控制。同时，岗亭管理人员还通过终端管理计算机可以手动控制车辆进出和查询车辆信息。LED显示控制可以将摄像机识别到的车牌和通过服务器查询到的车辆信息发送到LED屏幕进行显示。数据同步接口：与公共数据库进行数据同步，公共数据库提供师生的基本信息给车辆管理系统，车辆管理系统将车辆牌照号码、出入时间等进出记录提供给公共数据库。用户车辆管理系统：主要包括用户车辆信息数据维护，由于系统已经和公共数据库进行同步，师生的基本信息已经获得，所以只需要维护师生的车辆信息和单位用车及临时用车信息即可。后台权限管理模块：主要包括定义校门出入口的基本信息，配置车辆管理信息，备份和管理数据库和设置操作员权限，其中操作员权限包括操作员系统管理权限、岗亭操作员终端权限等。系统的权限分配支持分级授权，这样，即可以给不同的管理人员管理不同的进出入口的权限，已经获得权限的管理人员还可以分配给其他人员不高于自己的权限。决策辅助模块：可以查询车辆进入的记录，查询师生的用车信息，统计分析校园师生车辆的进出情况、外来车辆进出情况等。根据车辆进出提供的大量数据分析，可以为车辆的管理部门提供辅助决策支持。

4结语

图像识别技术的基本原理范文第4篇

关键词：在线检测；红外热成像；自动识别；故障分析

中图分类号：TN215 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）23-0101-02

1 概 述

输变电设备不但是电力系统中重要组成部分，而且其安全稳定运行也是确保供电可靠性的一个重要因素[1]。长期户外运行着的输变电设备，不仅处于强电磁场和高温多湿等环境中，还偶有不可预估的恶劣天气出现，这都会导致输变电设备本身的绝缘能力降低[2]，从而故障出现的频率亦随之急剧增加。电气设备通常发生各种故障的表现形式为整体或者局部异常发热，比如设备绝缘性能的劣化或者绝缘故障所导致的介质损耗的增大而引起了发热、接头的接触不良引起局部过热以及设备的漏电漏磁引起发热现象等[3-4]。为了能降低设备故障的发生概率，提高设备运行稳定性，一种有效、安全、可靠的带电监测系统是目前电力系统运行着的输变电设备所最为急迫地需要着的[5]。

基于红外热成像原理的电气设备监控技术在电力行业中被越来越多的电力工作人员接受并应用了起来，其不仅可以对正运行中的电气设备进行不停电的检测，还可以对其缺陷和隐患及时发现。并且该红外热成像技术是对设备的内部辐射红外光线所进行的非接触、远距离的热成像检测，不受电场干扰，目前大多数都是以人工的方式在对变电设备红外图像进行着分析以及热故障的诊断，但此方法的效率较低，而且其自动化程度不高，需要花费较多的时间和精力，还容易出错。

2 国内外红外诊断技术

红外热成像技术在电力系统中的应用要追溯都上世纪50年代，当时瑞典电网使用红外热成像技术对输电线路的设备接头进行检测，由于技术不成熟，设备落后，导致无法准确测到设备接头的温度；英国、比利时、巴西等国家也在电力系统中相继应用了红外诊断技术。

我国将红外诊断技术运用于检测输变电设备始于1970年，当时利用国内生产的红外测温仪对室外电气设备接头进行测量；近十年，研究人员对设备的近端电流回路和设备的绝缘性能进行模拟实验，再通过以往处理各种发热故障事故的经验，建立了一套针对不同发热故障对应的红外热图像系统。但这一系统仅仅是从定性上进行了诊断，而不能对电气设备的运行状况进行定量的分析。因此，本文提出了基于相对温差法的红外热成像故障分析系统。

3 输变电设备红外检测的基本原理

红外热成像技术是综合了红外诊断技术和导热反问题，用以对输变电高压设备的内部绝缘能力采取的定量分析诊断。其主要内容是通过红外热像仪测量设备表面的温度数据，然后求解出导热反问题的一个必要性边界条件，最后对逆问题进行计算就可检测出设备内部是否有缺陷。

3.1 红外辐射

所谓红外辐射是自然界中所有物体都存在的一种红外电磁波辐射现象，伴随着电磁波的辐射，有一定量的红外热能损耗，这部分辐射的红外热的大小能可以利用物体表面的温度来度量。

相对温差是指两个测量点的温度之差和两个点中重较热一个点的温升之比的百分数：

ε=■×100%=■×100%

=■×100%（1）

其中，T1和δ1分别为温度（K）和发热点的温升（K）；

T2和δ2分别为温度（K）和正常时候相对应点温升（K）；

T0表示环境参照体温度；

τ表示相对温差。

引入相对温差这个参量是可以在电流大小相同时，通过比较设备的相对温差值变化，就可分析设备发热状况。

3.2 红外辐射定律

在研究红外热辐射与红外线波长的关系中常利用四个热定律：普朗克黑体辐射定律、维恩位移定律、斯蒂芬-玻尔兹曼定律和朗伯余弦定律。由于输变电设备所处的变电站中，强电磁场和各种信号电磁波分布比较复杂，因此将选定与电磁场辐射无关的普朗克辐射定律：

黑体的绝对温度T（K），其单位表面积向外辐射的功率Mλb（λ，T）与温度T、波长λ满足下列关系：

Mλb（λ，T）=C1λ-5[exp（C2/λT）-1]-1（2）

式中，C1是第一辐射常数；

C2是第二辐射常数。

从上式可知，把不同的温度值代入式（2）中就可以得到各种温度下物体对外辐射的红外热能。

3.3 实际物体的红外热辐射

根据普朗克辐射定律可知物体对外辐射红外热的强弱，只与物体的温度和波长有关系，针对实际物体，由于能量的损失，所有物体在对外辐射或者吸收能量的值都低于同等情况下黑体的辐射量，辐射值不仅由温度和波长决定，而且与此物体的材料及其形状有关。为了更准确的描述实际物体的对外辐射强弱，定义了一个参量为辐射系数，也可称为比辐射率，此系数仅与波长、温度有关。

4 红外热成像故障诊断方法与系统

4.1 相对温差法判断方法

在对输变电设备进行红外成像识别及故障诊断过程中，由于设备常常处在各种不同的复杂环境中，并且负荷电流对不同设备发热部位的影响不尽相同。

因此，为提高红外热成像识别和故障诊断的精度，针对不同情况，有六种判断方法：表面温度判断法、相间互比判别法、同相比较判别法、相对温差判断法、档案分析法和热像特征（特征图谱）判别法。

本文重点研究由电流过大而致热的设备红外热成像技术，因此将采用温差判断法来对电流致热型设备进行分析，采用此方法的优点是可减少由小负荷自身缺陷引起的漏判。

相对温差法是通过检测两台设备的两个对应观测点之间的温度差与两者中较热点的温升之比的百分数。测到异常点的发热温度T1、正常相对应点的温度T2、以及环境温度参照体的温度T0，即可计算出该异常点的相对温差，从而通过相对温差值，并结合发热点温度，以此为依据诊断电流致热型设备的缺陷，并进一步查找出该输变电设备的所存在的缺陷问题。

4.2 OpenCV平台

为了能准确、快速、可靠的判断出输变电设备有无因发热引起的故障，设计了一个基于开源发行的跨平台数据库（OpenCV）。OpenCV数据库中有非常全面的红外热图像处理库，可以为多种程序语言如C、C++、Matlab等，提供图像处理和计算机通用算法的交互[15]。

除了在语言交互方面，OpenCV还为Intel的Integrated performance primitives（IPP）提供了相应的连接点，也就是如果当要为特定处理器进行优化的IPP库时， OpenCV将在运行时自动加载这些库。

4.3 软件设计

利用OpenCV平台对系统软件进行设计开发。设计的系统具有直观、操作简便、灵活、方便等优势。设计的系统分为六大功能模块，图像管理模块，功能是进行图像数据的读取、保存、拷贝和退出等；人机界面模块，主要是电力工作人员与计算机的交互界面，其界面具有友好，操作简便等优点；图像预处理模块，该处理模块将进行被测设备的图像的滤波、灰度处理、图像分辨率增强和边缘修整；图像识别模块，将对设备的类型，型号进行分析，使方位拍摄图像能自动识别，进而进行下一步工作；故障诊断模块，根据图像前期处理结果与专家系统库中进行比对，获得故障类型；帮助文件模块，此模块主要是软件系统的介绍、软件的使用帮助、图像处理操作帮助等帮助理论。

该系统对输变电设备热故障的影响及其受损程度进行分类，可分为一般热故障、严重热故障和危险热故障三个等级，根据电力故障应急措施对这三种等级的事故采取对应的处理办法。对设备采取热故障诊断的根据是基于OpenCV平台的红外热成像故障系统判断被测设备有无发生故障，当判断发生故障时，确定其故障等级，如是一般热故障，系统就发出告警信号，引起电力工作人员的注意，并寻机处理；当判断为严重热故障时，系统将加强监视力度，并安排电力人员及时处理；当判断为危险热故障时，系统给出相应的处理方案。

5 结 语

针对现目前利用红外热成像技术进行输变电设备的故障分析诊断的缺陷和不足，本文首先对红外热成像技术的国内外研究现状进行了总结；再对红外热辐射的基本原理和实际物体的红外热辐射进行了定量阐述，确定了以相对温差法判断法为主体的研究办法，并设计了基于OpenCV平台的故障分析系统，通过该系统不仅解决了现目前红外热成像技术的问题，还大大提高了测量的精度。

参考文献：

[1] 陈衡，侯善敬.输变电设备故障红外诊断[M].北京：中国电力出版社，

1999.

[2] 林晋，基于红外测温技术的设备缺陷诊断方法研究[D].保定：华北电力 大学，2010.

[3] DL/T664-2008，带电设备红外诊断技术应用导则[S].

[4] 瞿子明.红外热成像技术在检测输变电设备内部缺陷中的应用[J].上 海电力，2005，（2）：182-184.

[5] 吴继平，李跃年.红外成像仪应用于输变电设备故障诊断[J].输变电设 备，2006，7（9）：38-41.

图像识别技术的基本原理范文第5篇

关键词：多媒体；虚拟展示；影像互动；互动投影

展示设计是一种信息的传播活动，它促使了人与物之间的对话。如今数字科技的发展，使得人们的娱乐、通讯、交通、工作等生活模式发生了巨大的变化。这种变化不仅引发了制造市场的变革，也带动了营销方式的技术革新。而与之息息相关的展示设计行业也受到了前所未有的挑战，迫使其向多样化、多元化，数字化、科技化，并与艺术相结合的新模式发展。

科学技术的迅猛发展，审美观念的不断提升，传播媒介的日益更新，使得传统的实物陈列、图文阐述、模型模拟等静态展示方式己不能满足于当代展览展示的复杂需求，而融入信息交互、虚拟现实的多媒体展示方式给了展示空间设计的新的视角和切入点。在这个科学技术日新月异的社会，信息技术的应用与普及促使人类社会进入信息时代，新型媒介的产生深刻的改变着人类历史的进程，影响现代化的未来走向，同时也使得展示的手段多样化，例如，在各类展示设计中出现的数码媒介、影像媒介、光电综合媒介等都大大的丰富了展示的技术手段，从而提高展示的艺术性，做到了其技术与艺术的和谐统一。

一、多媒体虚拟展示技术和设备

随着计算机技术与数字化技术的飞速发展，多媒体虚拟展示技术也得到了迅猛发展。我国早在《老子.第十一章》中就有文“有之以为利，无之以为用”阐述了“有”与“无”辩证关系，老子认为有无是相根、相生、相资、相用的关系，两者并行并重，而不能有所偏倚。如今现代的虚拟展示技术对于虚、实手法的运用也同样有着类似的奥妙――虚与实相互作用、相辅相成。多媒体虚拟展示技术能够使得受众更好地融入创作的作品中去。

2010年在中国上海举办的世博会，首次开办了网上世博会，其是对传统展览模式的创新促进了“虚拟会展”行业的发展。网上世博会是利用网络技术和数字虚拟技术，通过网络平台虚拟出展示空间，让参观者足不出户就可以观看世博，极大的满足了世界各国人民对了解世博、了解中国的渴求。

现在可用于展示活动中的技术有：

1.360度幻影成像技术

360度幻影成像技术将三维画面悬浮在实景的半空中成像，营造出一种亦幻亦真的氛围，具有强烈的纵深感，观看者无需佩戴眼镜便可以看到3D显示效果。

2.幻影成像技术

幻影成像技术是利用了光学错觉原理，将拍摄的影像投射到立体实物场景中，借用声音、灯光、气味、 烟雾等技术，还原历史事件的发展过程。由于其逼真的视觉效果，常常被博物馆、名人故居等用以展示本国或者本地域的民俗风情、历史文化等，通过原景再现，让游客仿佛能置身于现实之中。

2013年在北京举行的第九届中国国际园林博览会的主展馆中设置了一个《卢沟运筏图》全景数字影像体验厅。本展厅就充分利用微缩实景搭建与幻影成像技术相结合的独特艺术表现方式， 以元代著名画作《卢沟运筏图》为核心，凝练“河”、“城”、“桥”、“月”四大元素，通过“人在河中、人在桥头、人在城中、人在画里”的视角变化，穿越历史时空，诠释北京传统艺术文化精髓，展现丰特的地缘文化与魅力。

二、多媒体影像互动技术

随着设计理论界越来越关注人的情感，设计的人性化需求也越来越高。展品的陈列已经不是简单的物体程序，也需考虑到参观者的情感需求。多媒体影像互动技术就是为了充分满足人的情感需求，人为创造出一个可以使人与人、人与物、人与环境的合理交流空间，来满足参观者的精神需求。在2010年的上海世博会中，多媒体影像互动技术的应用使得参观者在接受更为丰富的视觉刺激的同时，身体的其他感官也得到满足，在娱乐中实现了人与展品的互动，在互动中加深了对展示内容和涵义深入理解。

现在可应用于展示活动中技术有：

1.全息交互屏幕技术

全息交互屏幕技术是利用一块外观像透明玻璃一样的屏幕作为背投屏，向参观者提供图像的空中动态展示。由于其屏幕的透明性能，使得观看者在观看屏幕图像的同时还能看出图像后面的事物，增加了展示的神秘性和趣味性，是一项极具创新性的技术。

2.地面互动技术

地面互动技术是采用顶部悬挂的投影设备，然后再把影像效果投射到地面，利用图像识别技术，捕捉参观者的行为，与其互动。当参观者走至投影区域时，可以直接使用双脚或动作与投影幕上的虚拟场景进行交互，进而产生不同的互动效果。由于其产生的奇幻互动体验，在展示活动中会获得较高的参与度。

3.电子翻书技术

电子翻书技术是在参观者面前以投影机投影成像方式呈现一本虚拟书或等离子电视的方式，参观者只站在展台前方然后用手在空中挥动做出相应的动作，电子书就会随着动作进行前后翻页、信息查询、视频点播、图像缩放等功能。其中书籍翻页的动作完全模仿我们在现实中的页面翻动的效果，给参观者带来一种人性化的阅读体验。

三、互动投影系列技术

互动投影系统技术是将虚拟现实技术与动感捕捉技术的进一步融合与发展，参观者在操控虚拟影像的同时也能参与其中并与之互动，具有参观者参与性强、展示内容丰富，形式新颖等特点。常用的技术有地面互动投影、立面互动投影、台面互动投影和球面互动投影等，其基本原理都是利用投影仪将图像、影像投射到不同的背景上，通过视觉识别系统和感应设备识别参观者的行为，并与画面中的内容进行互动。（作者单位：中国环境管理干部学院）

参考文献：