一种新的水平集进化模型

针对目前图像分割领域许多水平集进化模型需要不断重新初始化水平集函数,或需要图像的梯度信息来约束进化的问题,提出了一种带距离约束项的基于亮度信息的水平集进化模型IMDC(intensity-based model with distance constraint).该模型引入一个距离约束项作为内部能量来保证水平集函数始终不偏离符号距离函数(SDF),避免了进化过程中对水平集函数的不断初始化.同时,借鉴C-v模型的基本思想,采用图像的亮度信息而非梯度来构造模型的外部能量项,确保了零水平集曲线稳定地收敛于期望的图像特征点(如目标轮廓点).实验结果表明,本文提出的模型不仅有效地克服了传统模型需重新初始化或无法应对弱边缘特征这两大问题,而且具备全局最优分割的能力和较强的抗噪性能.     

基于约束函数法的热-力耦合分析

对高速问题中存在的热-力耦合现象建立热-力耦合模型,提出系统的动力学平衡方程和热力学平衡方程.对系统中物体间的接触条件进行分析,得到物体间接触条件的数学表达式,在此基础上,用约束函数表示接触约束条件.应用变分原理对约束函数进行变分,与系统平衡方程组成非线性方程组进行求解.文中最后给出一个应用约束函数法解决热-力耦合问题的实例.结果表明该方法收敛性好,算法稳定,计算结果与实际相符.     

工程约束优化的自适应罚函数混合离散差分进化算法

将离散约束优化问题转化为非负整数约束规划问题,开发求解该问题的离散差分进化算法。该算法采用基于混沌映射的种群初始化、双版本变异和带随机扰动项的取整运算等新策略。针对非线性约束条件,给出惩罚基数的计算方法和连续映射基函数的表达式,在此基础上设计处理非线性约束的自适应惩罚因子。提出一种刻画种群多样性的新测度——种群二次平均基因距离及基于新测度的依概率混沌移民算子。将自适应罚函数法、依概率混沌移民操作与离散差分进化算法有机融合,构造面向工程约束优化的混合离散差分进化算法。对3个离散约束优化实例进行验证,结果表明,混合算法具有良好的鲁棒性且优于离散粒子群算法。应用混合算法求解斜齿圆柱齿轮传动优化设计问题,结果优于遗传算法及其改进算法、离散粒子群算法,目标函数值较遗传算法及其改进算法分别下降41%和10%。     

基于Level Set方法的点云建模技术研究

描述一种利用偏微分方程(PDE)和变分法进行点采样几何模型重建算法.把符号距离函数与任意函数的度量函数作为内部能量,根据能量约束最小化条件,通过Level Set方法求解曲面的梯度流.使初始曲面随时间产生演化变形,直至逼近目标模型,完全消除重新初始化过程.实验表明,通过Level set方法能够把初始曲面快速自动演化变形到目标模型,对任意拓扑结构和带噪声的点云具有很强的适应能力.     

结合概率密度函数和主动轮廓模型的磁共振图像分割

为了提高大脑磁共振图像的分割精度,提出了一种新的图像分割算法。首先,分析了常用于大脑磁共振图像分割的高斯混合模型和主动轮廓模型的优缺点,联合高斯混合模型的概率密度函数和主动轮廓模型的能量函数构造了一个新的能量函数。然后,利用遗传算法和最大期望算法获取概率密度函数的参数值。最后,利用水平集方法和梯度下降流法,对获得的能量函数进行最小化,从而得到最终的分割结果。与传统方法相比,本文算法对脑组织中的白质和灰质的分割精度分别提高了6.73%和14.07%。该算法利用像素点的区域信息和概率值驱动主动轮廓曲线的演化,能有效区分具有相近灰度值的不同区域,从而提高了大脑磁共振图像的分割精度。     

基于多尺度水平集的MR图像海马区分割方法

针对MR图像中海马区存在灰度不均匀性,基于区域动态轮廓的C-V模型只利用区域信息无法获得准确的海马区分割问题,结合多尺度边缘约束的演化思想和图像区域的全局信息,提出了一种结合边缘和区域信息的多尺度水平集MR(magnetic resonance)图像海马区分割方法.首先,在C-V模型的基础上采用内部约束能量项,消除水平集的重初始化,提高分割速度;其次,改进水平集函数中外部能量项的图像区域全局信息,解决由于灰度不均匀所引起的分割不准确问题;最后,在水平集函数的外部能量项中加入基于多尺度图像边缘的梯度信息,作为边缘约束停止项,使分割效果达到优化.实验结果表明,该算法对存在灰度不均匀性的图像海马区分割速度快、准确率高.     

一种新的用于MR脑图像分割的主动轮廓模型

主动轮廓模型是一种有效的基于边缘的分割方法,然而,在MR脑图像的应用中,它却遇到了许多问题,例如背景复杂,同一解剖结构的灰度分布不一致以及边界不连续等.这里提出了一种新的用于MR脑图像分割的主动轮廓模型.该模型不仅利用关于目标轮廓的先验知识对切片的边缘吸引力场进行边缘约束,减少相邻结构对曲线收敛的影响,还对进行边缘约束之后得到的边缘吸引力场进行正则化处理,增强模型对凹边缘的搜索能力和对断裂边缘正确提取的能力.实验证明,该模型可以克服传统主动轮廓模型在MR脑图像遇到的难题,从而快速有效地在MR脑图像中提取目标轮廓.     

一种新的GVF Snake模型自动初始化轮廓方法

Snake模型已被广泛地应用于数字图像分析和计算机视觉领域.在应用该模型时,初始轮廓不易实现自动化.因此,提出一种改进分水岭算法确定GVF Snake模型初始轮廓的方法.该方法先采用改进的分水岭算法对图像进行预分割,再将得到的边缘作为GVF Snake模型的初始边缘轮廓.实验结果证明:该方法极大地减少了GVF迭代次数,提高了轮廓收敛的速度,并保留了GVF Snake模型的所有优点,为Snake模型自动初始化轮廓提供了一种有效的方法.     

改进的粒子群算法在圆锥滚子轴承优化设计中的应用

给出了基于改进粒子群算法的圆锥滚子轴承优化设计方法.该算法通过对每一次进化计算后记忆中的最优粒子进行随机摄动操作来提高解的精度和算法的搜索效率,同时对种群中的最差粒子重新进行初始化来保持种群的多样性以避免陷入局部最优解;并采用惩罚函数法来处理约束,取得了较好的效果.计算实例表明该方法高效可行, 优化结果可直接作为工程设计的参考.     

基于约束主导混合粒子群算法的风力机叶片优化方法研究

为提高叶片在额定风况和低速风况下的功率系数,研究叶片各叶素处的气动外形参数分布。针对风力机通常运行在低风速风况下,而叶片的优化模型很少考虑该因素的影响,建立基于叶素动量理论和Wilson理论的带低风速功率系数的非线性约束优化模型。由于在处理约束条件的惩罚函数法中罚因子难以确定,而导致算法过早陷入局部解的早熟现象,提出一种结合可行性约束主导处理方法的混合粒子群算法。该算法基于粒子群优化和模拟退火理论,采用可行性约束主导在退火概率突跳下对不可行约束解进行随机生存选择,使种群保持多样性,从而朝更优方向进化,解决了非线性约束条件难以处理和种群易陷入局部解的问题。以1.5 MW风力机叶片为研究对象,建立非线性约束优化模型,对该算法进行了验证。研究成果表明该方法可以有效地处理优化模型的非线性约束,避免优化过程陷入早熟,提高了叶片在额定风速和低风速区域的功率系数。为非线性约束处理方法的研究提供了一种很好的理论分析途径。     

取值为模糊数的连续模糊随机需求报童问题

将取值为模糊数的随机需求引入报童问题,建立了模糊随机利润模型;给出其模糊期望模型。利用模糊数的符号距离反模糊化方法给出了其模糊期望利润的符号距离函数形式;证明了该函数的凹性,进而获得了订货量的最优性条件。     

基于活动轮廓模型和Contourlet多分辨率分析分割血管内超声图像

血管内超声斑块图像的分割对动脉粥样硬化疾病的诊断有重要价值。针对传统分割方法初始化和鲁棒性两个问题,提出一种基于活动轮廓模型和Contourlet多分辨率分析分割血管内超声斑块图像的新方法。该方法运用Contourlet变换将原图像分解为多分辨率低通分量和多分辨率带通分量方向性子带。对低通分量进行模板匹配,确定血管内腔边界和中外膜边界的初始轮廓;对带通分量方向性子带进行扩散滤波,抑制噪声的同时尽可能保留有用边缘,并结合边界矢量场使轮廓演化得到最终分割结果,从而提高了分割算法的鲁棒性。对100幅仿真图像和120幅实际图像的分割结果表明,该方法能自动、精确地提取血管的两条边界。相对于传统活动轮廓模型法,该方法分割实际图像的平均距离误差提高了3.04像素,面积差异百分比提高了6.30%。     

夹具定位分析的双边二次方法

传统的夹具定位分析方法都是基于点模型描述的,而不考虑工件和定位元的曲率影响,即使CARLSON提出的二次方法也只是考虑了工件局部曲率的影响,但是当定位元的局部曲率和工件的局部曲率相当时,定位元的局部曲率对夹具定位精度的影响很大。基于此,定义面—面有向距离函数,分析面—面有向距离函数的微分性质,由此推导出面—面有向距离函数的二阶泰勒展开式。在此基础上,给出夹具定位的二次敏感度方程,提出一种双边二次的夹具定位分析方法。该方法不仅考虑了工件局部曲率对定位精度的影响,还考虑了定位元局部曲率对定位精度的影响。仿真试验表明,该方法比线性方法、CARLSON的二次方法的分析精度高。     

FREE-FORM SURFACE RECON-STRUCTION BASED ON NURBS TO SERIAL CROSS-SECTIONS

A new method for recovering shape from cross-sectional contours with complex branchingstructures is presented. First, each branching problem by providing an intermediate contour using dis-tance function and image processing technology is solved. Then, all contours are divided into severalgroups of simple contours. For each group, a NURBS curve is fitted to contour points in each sectionwithin a given accuracy on a common knot vector.Finally, the NURBS surface skinning of these con-tours is performed for providing a smooth geometric model. The method is suitable to reproduce theobject by NC machining or rapid prototyping. Some results demonstrate its usefulness and feasibility.     

Conicity error evaluation using sequential quadratic programming algorithm

Form error evaluation plays an important role in processing quality evaluation. Conicity error is evaluated as a typical example in this paper based on sequential quadratic programming (SQP) algorithm. The evaluation is carried out in three stages. Signed distance function from the measured points to conical surface is defined and the cone is located roughly by the method of traditional least-squares (LS) firstly; the fitted cone and the measured point coordinates are transformed to simplify the optimal mathematical model of conicity error evaluation secondly; and then optimization problem on conicity error evaluation satisfying the minimum zone criterion is solved by means of SQP algorithm and kinematic geometry, where approximate linear differential movement model of signed distance function is deduced in order to reduce the computational complexity. Experimental results show that the conicity error evaluation algorithm is more accurate, and has good robustness and high efficiency. The obtained conicity error is effective.     

基于协方差矩阵的点云孔洞边界检测

逆向工程中点云模型孔洞边界的检测是孔洞修补的前提,完美的孔洞轮廓线有利于提高孔洞修补的质量。参照二维图像中边界的定义,给出了三维模型中点云孔洞边界的定义,并且提出了一种简单的孔洞轮廓线生成算法。首先,通过分析邻域点协方差矩阵特征值之间的关系,提出了一种边界点检测算子,用于初步提取孔洞特征点;然后,综合考虑邻域点最大特征向量方向、距离以及边界检测值(边界检测算子)三者之间的关系生成孔洞轮廓线。试验结果表明,所提边界点检测算子能够有效检测模型中的孔洞点,并且有较好的抗噪声性能,生成的孔洞轮廓线比仅以距离为参数的轮廓线生成算法的精度高。     

基于主动轮廓线模型的棒材自动计数方法的实现

针对棒材集捆后的特点,提出了一种基于主动轮廓线模型及数字图像处理的计数方法。首先利用主动轮廓线模型将棒材从背景中分离出来,然后利用图像分割、边缘提取及数学形态学来实现棒材的计数。     

基于CAE技术的凸轮轮廓曲线设计

针对目前国内企业在间歇运动机构凸轮轮廓曲线设计中所遇到的困难,采用共轭曲线的设计思想和运动模拟仿真的设计思路,并通过案例,介绍了凸轮轮廓曲线的设计方法.通过实体模型验证可知:用此方法得到轮廓曲线的凸轮作为主动件,其从动件的运动状态与初始设定的运动参数相吻合,这一结果给国内企业在解决间歇运动机构凸轮轮廓曲线设计时提供了一种新的思路.     

一种快速计算空间点到STL模型距离的方法

针对如何快速求取空间点到STL模型表面有符号距离这一问题，提出一种基于线性八叉树的参考球方法。通过线性八又树的分割将STL模型的三角面片集划分到线性八叉树内的不同节点中，把三角面片与线性八叉树的终端节点联系起来，通过参考球进一步缩小三角面片的范围，从而较快地求取空间点到STL模型的距离。实验结果表明，此方法能够较快地求取点到STL模型表面的距离。     

金刚石工具表面磨粒的轮廓提取

为了实现金刚石工具的机器视觉检测,本文先对金刚石工具表面的磨粒在显微镜下进行图像采集,通过聚焦融合方法生成金刚石颗粒的融合图像与其高度矩阵,然后应用动态轮廓模型(Snake)对金刚石的融合图像进行了分割,结合其高度索引图像生成了适合分割的新的图像能量函数,并采用在多分辨率下用遗传算法进行动态轮廓模型的演化,最终得到分割图像。