核徑跡圖像的處理與識別

劉蕓杉，高遠(yuǎn)貴，李 涪

(1.成都理工大學(xué)，成都，610081；2.四川省水利科學(xué)研究院，成都，610072)

計算機(jī)應(yīng)用

核徑跡圖像的處理與識別

劉蕓杉1，高遠(yuǎn)貴2，李 涪2

(1.成都理工大學(xué)，成都，610081；2.四川省水利科學(xué)研究院，成都，610072)

采用以matlab軟件平臺，對所獲取的核徑跡圖像進(jìn)行預(yù)處理、識別分析、邊緣檢測及銳化，并且在這些操作之后進(jìn)行圖像分割和圖像形態(tài)處理。在圖像處理、識別的過程中，進(jìn)行灰度處理，并且以直方圖為依據(jù)對圖像進(jìn)行均衡化及去噪處理，為后期的分割及形態(tài)處理提供了良好的基礎(chǔ)。

數(shù)字圖像處理 核徑跡 圖像采集 識別

1 概述

伴隨時代的變遷，信息化、自動化、智能化離我們的生活越來越近，各種各樣的數(shù)字設(shè)備接踵而至。其中，必須用到的一項便是數(shù)字圖像處理，通過對數(shù)字圖像識別及處理展示給大家。但是用計算機(jī)進(jìn)行圖像處理的前提，是圖像必須以數(shù)字格式存儲，以數(shù)字格式存放才行。如照片、圖片等模擬圖像，要將其數(shù)字化后生成數(shù)字圖像，需要利用數(shù)字設(shè)備。目前，將模擬圖像數(shù)字化的主要設(shè)備是掃描儀，將視頻畫面數(shù)字化的設(shè)備則是圖像采集卡等，當(dāng)然也可以利用數(shù)碼照相機(jī)直接拍攝以數(shù)字格式存放的數(shù)字圖像。

數(shù)字圖像處理是通過計算機(jī)對圖像進(jìn)行去除噪聲、增強(qiáng)、復(fù)原、分割、提取特征等。隨著計算機(jī)和數(shù)學(xué)(特別是離散數(shù)學(xué)理論的創(chuàng)立和完善)的發(fā)展，在農(nóng)牧業(yè)、林業(yè)、環(huán)境、軍事、工業(yè)和醫(yī)學(xué)等方面也越來越需要數(shù)字圖像處理。最早可以追溯到20世紀(jì)20年代，圖像處理首次應(yīng)用于改善倫敦和紐約之間海底電纜發(fā)送的圖片質(zhì)量。之后的一段時間，伴隨著數(shù)字計算機(jī)的發(fā)展，數(shù)字圖像處理才真正引起人們的注意。20世紀(jì)70年代，數(shù)字圖像處理技術(shù)在理論和方法上都得到了進(jìn)一步完善，并且應(yīng)用范圍也更加廣泛。在這一時期，圖像處理主要和模式識別及圖像理解系統(tǒng)的研究相聯(lián)系，如文字識別、醫(yī)學(xué)圖像處理、遙感圖像處理等。

對于數(shù)字圖像處理，特別是在景物理解和計算機(jī)視覺(即機(jī)器視覺)方面，已經(jīng)從之前的二維處理發(fā)展到了三維理解或解釋。近幾年，計算機(jī)在各個領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用，因此數(shù)字圖像處理也從一個專門的研究領(lǐng)域變成了科學(xué)研究和人機(jī)界面中普遍應(yīng)用的一種工具。

當(dāng)然，近幾年固體核徑跡研究也在發(fā)展的道路上取得了很不錯的成就，包括徑跡形成機(jī)制和探測方法研究;固體核徑跡在核物理、高能和相對論重離子核反應(yīng)、原子物理、空間科學(xué)、宇宙射線探測、地學(xué)、測氛和核孔膜等領(lǐng)域的應(yīng)用。其中，固體核徑跡研究在徑跡形成機(jī)制、探測方法及具體應(yīng)用等方面取得了巨大進(jìn)展，現(xiàn)在很多國家都接踵而至召開了關(guān)于固體核徑跡探測器和核孔膜的國際研討會，與之相關(guān)的徑跡觀測技術(shù)的發(fā)展，都有力推動了固體核徑跡技術(shù)的發(fā)展。目前已可以在光學(xué)顯微鏡下對徑跡進(jìn)行觀察、識別、分類和計數(shù)，而傳統(tǒng)的觀測方法則是人工判讀。由于人工對規(guī)則的理解不同會產(chǎn)生測量誤差，其工作效率很低，特別是觀測大批量樣品時就更難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。因此，計算機(jī)數(shù)字圖像處理計數(shù)實現(xiàn)計算機(jī)自動控制顯微鏡聚焦系統(tǒng)，并確定聚焦點的位置，能很好地克服人工判讀的缺點，對于核徑跡圖像的自動測量識別很有必要。

2 主要內(nèi)容及解決方案

2.1 主要內(nèi)容

關(guān)于形成核徑跡的機(jī)制，目前認(rèn)為離子爆炸脈沖機(jī)制是比較成功的，它能較好地解釋無機(jī)晶體和有機(jī)聚合物中輻射損傷徑跡的形成。而核徑跡圖像的處理在計算機(jī)圖像處理中，主要包括下列幾種：核徑跡圖像的增強(qiáng)技術(shù)，核徑跡圖像的變換技術(shù)，核徑跡圖像的分析與識別技術(shù)。一般情況核徑跡圖像的視覺效果不強(qiáng)，清晰度也不高，容易導(dǎo)致在人工識別的過程中出現(xiàn)誤差。還有就是有時候核徑跡周邊的畫面模糊，導(dǎo)致整體或者具體特征不明顯，這樣也會出現(xiàn)誤處理。因此，如何讓核徑跡圖像清晰展現(xiàn)，并且突出核徑跡圖像的整體和局部特征，是我們計算機(jī)數(shù)字圖像處理應(yīng)解決的主要問題。

2.2 解決方案

對于核徑跡圖像進(jìn)行畫面增強(qiáng)，可以改善核徑跡圖像的視覺效果，提高圖像成分的清晰度，除此之外，還能使計算機(jī)更加方便地對核徑跡圖像進(jìn)行處理。對于針對給定的圖像及其應(yīng)用目的，突出核徑跡圖像的整體或局部特征，從而提高核徑跡圖像的視覺效果和識別特征。

2.2.1 灰度變換?；叶茸儞Q是一種最簡單、有效的對比度增強(qiáng)方法，它是將原圖像的灰度經(jīng)過一個變換函數(shù)轉(zhuǎn)換成一個新的灰度?；叶茸儞Q可使圖像灰度動態(tài)范圍加大，圖像對比度得到擴(kuò)展，圖像清晰，特征更加明顯。

2.2.2 直方圖修正。直方圖修正是以直方圖作為變換依據(jù)，使變換后的圖像直方圖成為期望的形態(tài)。數(shù)字圖像的直方圖是一個離散函數(shù)，它表示數(shù)字圖像中每一個灰度與其出現(xiàn)概率間的統(tǒng)計關(guān)系，并能給出圖像的概貌，作為全局特征使用。直方圖主要指標(biāo)，為灰度范圍、每個灰度級的頻數(shù)、灰度分布。

2.2.3 彩色增強(qiáng)。彩色增強(qiáng)主要是把黑白的灰度圖像或者多波段圖像變換成彩色圖像。按照形成圖像彩色的物理意義不同，可分為偽彩色增強(qiáng)和假彩色增強(qiáng)。

2.2.4 噪聲濾除。由于在圖像中噪聲會使圖像的質(zhì)量變差，從而影響識別及準(zhǔn)確度。因此抑制噪聲，應(yīng)以保持原核徑跡圖像的特征和細(xì)節(jié)為原則。噪聲濾除方法可分為兩大類：一是全局處理；二是局部算子。此類方法效率高，效果較為理想。3 核徑跡圖像的識別

在核徑跡圖像的識別系統(tǒng)中，主要是在已建立的類別對象中，對未知類別的核徑跡圖像在經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆治鎏幚砘A(chǔ)上，將其進(jìn)行識別分類并且加以理解，并提取核徑跡圖像反映出來的相關(guān)信息。核徑跡圖像可以采用匹配技術(shù)進(jìn)行分類。匹配通常采用的方法有模板匹配和關(guān)系結(jié)構(gòu)匹配，模板匹配是原圖像與模板之間點到點或區(qū)域的相關(guān)測量，關(guān)系結(jié)構(gòu)匹配是利用圖論文法進(jìn)行匹配。對于圖像識別，一般分為五個步驟:核徑跡檢測器設(shè)計，特征選擇，分類器設(shè)計，分類器訓(xùn)練和性能評估。

4 結(jié)語

根據(jù)文獻(xiàn)的研究總結(jié)，在數(shù)字圖像識別中，能夠適當(dāng)?shù)貙D像的特征進(jìn)行選擇是非常必要的。作為一種識別對象的依據(jù)，較高的準(zhǔn)確性是對圖像識別分析的首要要求。目前我們通過Matlab對核徑跡圖像進(jìn)行處理。先進(jìn)行平滑處理，其次對不同焦距的圖像進(jìn)行直方圖處理，對頻譜特征及邊緣特征進(jìn)行分析處理。這樣，能夠最終確定Robert算子作為對核徑跡圖像邊緣檢測的最好算子，從而也可以得到較為清晰準(zhǔn)確的分析識別。

〔1〕過惠平,李 瑾.對傳統(tǒng)固體核徑跡探測器的改進(jìn)[J].中國核科技報告,2009,(01)∶123～132.

〔2〕趙 慧.基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的圖像邊緣檢測方法研究[D].大連：大連理工大學(xué)出版社,2010.

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〔6〕郭士倫.固體核徑跡研究進(jìn)展[J].核技術(shù),1996,(10)∶581～584.

〔7〕阿不來提·玉素甫,扎克·司馬義.Matlab在圖像處理中的應(yīng)用[J].計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用,2012,(09)∶72～73

〔8〕高 成.Matlab圖像處理與應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社.2007.

劉蕓杉(1993.02-)，女，四川樂山人，現(xiàn)就讀于成都理工大學(xué)；

高遠(yuǎn)貴(1963-)，男，成都人,工程師,大學(xué),從事水利水電工程質(zhì)量檢測工作和相關(guān)技術(shù)推廣應(yīng)用及項目管理工作。

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