光照不均图像增强方法   高明高空路灯车出租, 高明高空路灯车租赁, 高明高空路灯车价格   光照不均是指场景中部分区域因光照获取不足，使该区域的图像亮度及对比度偏低，但整幅图像的动态范围又比较大，光照不均情况增大了后续图像识别及分割的难度。与模板匹配中小范围光照变化的处理方法及目的不同，光照不均图像增强的重点在于使同质区域具有相同的亮度及对比度。现有的光照不均图像增强方法可分为两类——基于直方图均衡化的方法与基于光照-反射模型的方法。基于直方图均衡化的灰度图像光照不均增强大多通过分块局部均衡化来实现，这样能够保证阴影与高光区域中的细节都得到增强。局部均衡化使用滑动窗口来处理整幅图像，根据滑动方式的不同可分为子块不重叠、子块重叠及子块部分重叠的局部均衡化处理方式，其中子块部分重叠是目前研究最为广泛的一类方法，该方法计算量相对于逐点滑动的子块重叠大幅减小，而与子块不重叠方法相比更容易采用后续滤波来消除块效应。局部均衡化方法的主要缺点是处理后图像的亮度不能得到很好的保持，相关提出了基于均值递归分解的均衡化方法来解决此问题，则利用直方图规定化来约束均衡化后的图像亮度。全局均衡化在灰度图像中不能很好的增强光照不均图像，但梯度域全局直方图均衡化有着较好的处理效果，也是目前较常用的一类方法。梯度域直方图均衡化方法认为图像中阴影与高光部分中被削弱的细节信息对应了梯度域中梯度较小的像素点，通过对梯度域进行直方图均衡化能够增强原图像的细节。梯度域均衡化增强首先在梯度域进行全局直方图均衡化处理，强化其中梯度较小的像素点，这些像素点对应了原图像中不显著的细节信息，然后根据最小二乘原理建立待重建灰度图像的与增强梯度图像的变分函数模型，再利用欧拉-拉格朗日定理得出对应的偏微分方程并进行数值求解得出重建图像，但该方法有一定程度的锐化作用，且数值求解计算量较大。基于光照-反射模型的方法认为图像由光照分量与反射分量两部分的乘积组成，其中光照分量反映了光源条件对成像的影响，在图像中为低频缓变成分，表现为图像的整体明暗变化；而反射分量则由物体自身的反射率决定，是图像中的高频纹理成分。该模型下的光照不均去除方法主要有同态滤波与Retinex理论。同态滤波将图像变换至频域后对低频分量进行抑制并同时增强高频分量，能够压缩图像动态范围并增强局部对比度，关键在于滤波器设计。针对变换域转换耗费时间的缺点，相关中提出了利用核函数卷积的空域同态滤波方法。Retinex理论实质上是对光照条件进行估计与补偿，其研究重点在于光照分量的估计，典型方法是用高斯核函数与原图像进行卷积，将卷积结果作为光照补偿图像与原图像相比来去除光照不均，但是该方法在光照变化剧烈的位置上不能很好的进行补偿，会出现光晕现象，对此90利用meanshift聚类来得到光照估计图像，则使用了各向异性扩散方程估计光照，这些方法减小了光照补偿图像中光照剧烈变化位置的模糊程度，消除了光晕现象。另外，Retinex理论也较多用于光照不均文本图像的二值化处理，由于补偿后的图像会被全局阈值处理，因而光晕现象对文本图像二值化的影响并不大，如对原图像进行多项式平滑来得到光照图像，则分别使用了Sauvola及Niblack全局二值处理结果作为掩膜，结合图像描修方法来得到光照估计图像，其中还对光照补偿后图像进行了全局二值化与局部二值化处理，并利用局部二值化结果来恢复全局二值化结果中丢失的细节。还有一类常见的光照补偿方法称为阈值表面(thresholdsurface)97-100，也用于文本二值化处理，该方法的基本思想是将原图像中梯度较大像素点处的灰度值保留，并根据该点的梯度方向按一定方式进行扩展，像描修的方式，可得到一个灰度连续分布的图像作为阈值表面，将原图像与该阈值表面比较即可得到二值化结果。

       图像分割方法图像分割可认为是对像素点或子图进行类别标号的过程，分割方法大致可分为基于边缘的方法及基于区域的方法，边缘分割方法强调梯度信息，同时也对边缘提取的连续性有一定要求，典型算法如Canny算子101；区域分割方法主要依据了像素点或子图的相似性，而连续性则主要体现为对同质区域中噪点的区分能力，基本方法如阈值化102、分裂合并103、区域生长104、聚类105等。然而，简单的图像分割准则仅利用了底层图像信息，要达到较理想的分割效果往往还需结合更多的上层先验知识。能量函数优化法是一类可有效结合上层先验知识与底层图像数据的分割方法，通过设计目标函数及其最小化过程来达到图像分割的目的，由于目标函数中便于加入边缘、区域及形状等多种先验知识，在合理规划下易于取得较好的分割结果。目前，活动轮廓16模型及图模型是最常用的两类基于能量函数优化的图像分割方法。活动轮廓模型通过闭合曲线的演化达到分割目的，其能量函数中曲线形态项约束了轮廓平滑性，而图像数据则驱使轮廓向目标边缘运动，梯度、区域特征及形状等先验知识均可转化为图像数据项，且模型可利用水平集与变分法来适应目标轮廓的拓扑变化；而图模型是将图像映射为加权图，将像素点作为图的顶点，相邻像素点之间的相似性作为边的权值，利用边的权值及分割准则来设计能量函数，而边的权值可通过图像数据及先验知识来得到。这两类模型的主要区别在于活动轮廓模型依赖于闭合曲线，这样当图像中未出现目标物时就很难有效的进行曲线初始化及演化，而图模型则不存在此问题。对于高空作业图像来说，连续多帧中未包含目标物的情况比较普遍，如高空作业作业初期料堆高度较低使得最初的若干帧中都不包含料堆部分，而其他目标物在图像中出现的位置也不固定，因此基于图模型的方法更适合于高空作业图像分割。

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     基于图模型的图像分割框架由图映射、分割准则设计及目标函数求解三个环节组成，其中图是一种数据结构，如马尔科夫随机场、贝叶斯网络等。图中相邻点间边的权值可由图像像素的值、位置关系或类别等属性来确定，常见分割准则有后验概率准则、割集准则等，而目标函数求解大多属于组合优化或网络优化问题，相应的求解方法包括了模拟退火、动态规划及图论等全局优化方法，以及条件迭代模型等局部优化方法。在这些优化方法中，模拟退火及动态规划方法需要大量时间来获得全局最优解，条件迭代模型处理速度快但分割效果较差，图论则是一类针对特定目标函数进行高效求解的综合方法，系统的包含了目标函数设计及求解算法，图论方法可大致划分为：最小生成树模型，通过产生图的最小生成树对像素进行聚类；最短路径模型，根据顶点间的最短路径集合来定义目标边界；割集准则模型，根据不同的分割准则定义全局目标函数并求解；图割模型，在MRF-MAP框架中通过最大流最小割得到近似最优结果。图论方法有着成熟的数学基础及统一的处理框架，可充分利用图像的整体性与局部性，各模型之间也被证明具有等价性。目前，图模型图像分割中先验知识的获取一方面是通过人工交互方式，如Livewire通过鼠标拖拽将自由点放置在目标边界附近，并沿边界调整自由点位置来完成分割，GrabCut124在图割基础上，使用包围盒来确定目标与背景物，并使用高斯混合模型来描述各类别的特征分布，交互过程与图割相比更为简单，LazySnapping则通过提供对象及边界的若干标记点来简化交互过程；还有一些技术与其他方法相结合来实现完全自动的图像分割，如将最小生成树与区域合17并相结合126、利用SFIT算子获取种子点实现自动分割等。另一方面，为提高分割效率相关研究在能量函数中加入先验约束，如在能量函数中加入先验形状信息或像素标记位置的序约束131等，可有效避免分割结果陷入局部最优值。图模型图像分割方法中的另一主要问题是计算速度，由于图模型分割是对图的顶点及边进行组合优化处理，当图像分辨率较高时图模型的求解规模就会大幅度增加，而影响处理的实时性。针对这一问题，目前的解决思路主要是基于超像素方法来合并图像中局部相似像素来减少图的顶点个数，常用的超像素方法有SLIC132、MeanShift133、QuickShift134、TurboPixels135等。

    本文以沥青混凝土成品混合料高空作业作业为背景，对各领域高空作业作业现状进行了研究，针对传统检测方法在高空作业作业中难以有效测量作业对象状态的缺点，结合作业控制所需信息形式的特点提出了基于机器视觉的高空作业控制系统。论文主要研究内容包括以下几个方面：1. 研究背景及意义，包括高空作业系统发展及研究现状、基于机器视觉的高空作业技术研究现状、高空作业相关视觉理论研究现状；2.基于机器视觉的高空作业系统总体设计，包括系统功能分析、硬件结构及试验平台、高空作业料位的视觉反馈控制过程、相关图像检测算法方案；3.卸料闸门开度和高空作业料堆轮廓的光照鲁棒及实时图像检测算法研究；4.未预先设置车辆移动速度情况下动态连续高空作业料位控制方法研究。对以上内容，论文共分为五章：阐述选题背景及研究意义，介绍了高空作业系统及相关视觉技术与理论的研究现状，对论文研究内容及结构作出安排；  高空作业机器视觉控制系统总体设计。主要讨论高空作业视觉系统的功能设计、硬件结构、试验平台搭建、料位的视觉反馈控制原理以及图像检测算法方案等问题； 结合聚类参数估计的圆投影模板匹配算法研究。在圆投影模板匹配算法基础上提出了结合聚类模型参数的改进方法，对算法实现中光照鲁棒性及实时性问题进行研究，通过试验分析所提算法的定位能力、定位误差及检测速度。基于MRF图像分割模型的料堆轮廓检测算法研究。综合考虑实时性与鲁18棒性要求，对料堆轮廓检测中的图像增强、纹理特征提取及识别等问题进行研究，提出了结合料堆与背景相对位置约束的MRF分割方法，通过试验分析了算法识别率、分割准确率、料堆轮廓检测误差及检测速度。动态连续高空作业料位控制试验研究。针对现有高空作业系统需根据车厢尺寸预先设定车辆移动速度的缺点，在模糊-PID串级控制结构基础上，提出了车辆速度可自动调节的改进连续高空作业控制方法，对作业过程模型、料位控制原理、模糊控制规则设计等问题进行了研究，通过试验平台验证了机器视觉高空作业系统在高空作业料位、车辆移动速度及料门开度等方面的控制效果。结论。总结了本文所做的工作及创新点，并展望了课题后续的研究方向及应注意的问题。

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