液力偶合器三维涡识别方法及流场时空演化

精细刻画液力偶合器内部非定常多尺度三维涡结构对于揭示液力偶合器流场时空演化规律与能量损耗机理具有重要意义。该研究基于计算流体动力学理论,采用应力混合涡湍流模型多尺度解析模拟制动工况下液力偶合器三维旋涡流场。通过3种不同的涡识别方法提取涡轮内部多尺度涡系结构,从空间重构效果、阈值选择范围及敏感性角度分析不同涡识别方法的适用性。依托粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)流场试验验证数值模拟及涡结构辨识结果的准确性与可靠性。围绕三维涡结构特征解析结果和二维流场图谱信息,分析并揭示流道内部湍流的时空演化规律及能量损耗机理。结果表明：Q准则方法的阈值选择盲目性大,难以同时识别强涡与弱涡结构,丢失很多涡结构细节特征,无法准确预测三维涡空间连续性运动趋势;?方法能够在阈值范围为0.51～0.59内辨识弱涡结构,但涡系空间重构后涡的运动趋势感不强;?_L方法对阈值不敏感,在阈值范围为0.51～0.67内该方法空间涡系重构效果最好,强涡、弱涡结构特征识别度高。制动工况下涡轮内部整体流动为逆时针大尺度环流,并伴有小尺度涡流等局部流动现象,与主流涡运...     

基于YOLOv5的工厂化养殖虾目标检测方法研究

为解决传统人工计数存在效率低、成本高、对虾有损伤等问题,提出一种基于YOLOv5框架的养殖虾目标检测方法。利用高清摄像机采集高分辨率虾的图像数据样本,并针对高分辨率图像训练集设计自适应图片裁切预处理算法,通过将训练集进行自适应裁切,扩增训练数据量,减少原始图像训练过程中细节特征损失,提升目标检测准确度。结果表明：研究所提方法可以实现少量高分辨率图像下养殖虾的准确识别与计数,采用该算法对图像样本进行预处理,相比于原始数据集训练所得检测模型,在相同运算硬件条件下,具有更高的检测准确率,识别准确率为92.55%,召回率为98.78%,平均精度均值为97.5%。     

基于序列信息的土壤CT图像超分辨率重建

受部分容积效应影响,土壤计算机断层扫描（Computed Tomography,CT）图像存在孔隙边界模糊现象,影响土壤孔隙结构研究的准确性。针对该问题,该研究提出基于序列信息的生成式对抗网络（Sequence information Generative Adversarial Network,SeqGAN）,实现土壤CT图像的超分辨率重建。针对土壤CT序列图像具有较高相似性的特点,SeqGAN法引入序列卷积块挖掘前后图像的序列信息,并将多重特征增强融合于目标图像中;利用多层残差块提取图像特征,构建残差块输入和输出的直接连接,以减少模型退化;利用对抗网络实现损失间接反馈,提高模型的特征学习能力。在序列相似性较高的土壤图像数据集验证了该方法性能。结果表明,SeqGAN法均方误差比次优方法GAN降低25%,峰值信噪比提升1.4 dB,结构相似性提升0.2%。重建的土壤图像具有较高准确率和清晰度,可为后续土壤物理学研究提供准确的数据基础。     

智能手机RGB图像检测植物叶片叶绿素含量的通用方法

为提高RGB（Red, Green, Blue）图像方法在检测植物叶片叶绿素含量的预测精度、普适性和实用性,该研究提出了一种智能手机结合辅助拍照装置获取植物叶片RGB图像并即时检测叶绿素含量的低成本方法。设计了一种内置主动光源的低成本便携式拍照装置,用以降低环境光及拍照角度等因素对成像质量的影响;并采用了基于24色Macbeth标准色卡的二阶多项式回归法构建色差校正矩阵以减小不同手机所获取图像的色差;最后开发了基于微信小程序的远程诊断系统以实现植物叶片叶绿素含量的原地、实时及无损检测。以甘蔗叶片为例,采用了3款不同品牌的手机进行了试验,首先分析了叶片39种颜色特征与其叶绿素含量的相关性及色差校正方法对其的影响。结果表明,该方法获取的叶片颜色特征与叶绿素含量大多具有较强的相关性（相关系数>0.8）,同时,色差校正可明显提升多手机混合数据集的颜色特征与叶绿素含量的相关系数,其中RGB色彩空间下三个颜色通道亮度值R、G、B的代数运算特征(B-G-R)/(B+G)的提升最明显,达到了0.842 4,比校正前提高了89%。进一步结合主成分分析构建了色差校正前与色差校正后的叶绿素含量多元线性回归（Multivariate Linear Regression,MLR）和支持向量机回归（Support Vector Regression,SVR）预测模型。针对多手机混合数据集的通用预测模型中,色差校正后的SVR通用预测模型精度和稳定性最高,相比校正前的SVR通用预测模型,五折交叉验证的R2均值达到了0.721 4,提高了14.6%,RMSE均值为0.328 8 mg/g,降低了13.3%;同时,该模型五折交叉验证的R2标准差仅为0.004 2,具有更高的稳定性。该研究为不同手机准确预测植物叶片叶绿素含量提供了一种通用方法。     

基于粒子图像测速的坡面流水动力学特性

粒子图像测速(Particle Image Velocimetry, PIV)技术具有多点同时测量、对水流无干扰的优点,该研究利用高分辨率PIV(分辨率为64 pixels/mm),测量了7组坡面流(水深范围为0.5～1.1 cm,雷诺数范围为1 000～3 000),并测量1组深水明渠紊流作为对照,研究了流速轮廓线和修正系数、紊动强度和雷诺应力、偏态系数和峰度系数的变化规律。结果表明:1)PIV能够有效观测坡面流床面至水面的流速分布。当坡面流流态为过渡流时,流速修正系数随着雷诺数的增加呈对数增加,均值为0.77;2)对比深水明渠紊流的紊动强度,坡面流的流向紊动强度较大,而垂向紊动强度较小,且随着水深及雷诺数的增加,坡面流紊动强度逐渐与深水明渠紊流的特征吻合。深水明渠紊流中受雷诺应力影响的流体占比约80%,而坡面流中受雷诺应力影响的流体占比小于80%,随着雷诺数的增加坡面流中受雷诺应力影响的流体占比变大;3)对比深水明渠紊流的峰度系数,坡面流的峰度系数大部分大于3,表明坡面流较深水明渠紊流出现极端流速事件的概率小。PIV技术有利于实验室研究坡面水力侵蚀的力学机理机制问题。     

肉异物识别中肉厚度激光补偿试验系统的研制

农产品形状的不规则性严重影响用X射线成像方法检测农产品的内部品质的检测质量。针对这个问题,该文以肉为研究对象,建立了基于激光的肉厚度补偿试验系统,补偿X射线图像因厚度不同对肉产生的影响。该系统包括X射线图像采集系统、激光图像采集系统,机械传输部分、控制系统及图像处理系统等。用最小二乘法求取肉厚度补偿模型,建立激光图像与厚度补偿图像映射关系,用激光厚度补偿图像与X射线肉图像融合,基于OTSU算法(最大类间方差,automatically perform histogram shape-based image thresholding)提取出融合后的肉X射线图像中的异物。试验结果表明,这种方法能够消除厚度的变化对图像的影响,该研究为支撑为肉异物提取提供了一种准确高效的方法。     

应用纹理分析方法在线监测苹果冻干含水率

在果蔬真空冷冻干燥过程中对果蔬物料含水率进行实时监测,可为冻干过程监控和优化提供依据。该文研究以冻干果蔬物料含水分图像纹理分析为技术手段,实现连续表达干燥过程中物料的含水率。试材选用苹果,采用环形光源和高速CCD组件,在冻干仓窗外分别采集原始苹果样本MA和经CuSO4溶液染色的苹果样本MB在一个完整冻干周期中表面含水纹理变化的动态图像,运用主成分分析法对图像均值等6个含水纹理特征指标进行统计分析,并对原始样本纹理特征的第一主分量与其含水率W1、染色样本含水纹理特征的第一主分量与其含水率W2、W1和W2分别进行非线性回归分析。结果表明,模型的决定系数达到0.9376、0.9289和0.9930,且显著性检验概率均<0.0001,模型检验极显著。同时,模型相对误差基本<3%。因此,由果蔬物料含水图像的纹理特征可实现含水率的在线监测。该方法不但为真空冷冻干燥加工过程控制探索一种利用水分图像处理方法进行水分在线监测的新方法,而且也可在其他干燥加工水分监测及过程控制中应用。     

不同光照条件下农作物图像Contourlet域融合方法

为了更好地实现不同光照条件下的农作物图像融合,在Contourlet变换(contourlet transform,CT)的基础上采用了适合农作物图像的融合规则进行了融合处理。首先,采用Contourlet变换对源图像进行多尺度、多方向分解,得到低频子带系数和带通方向子带系数。然后,针对低频子带系数的选择,采用了一种改进的线性加权融合方法,以期减小噪声对融合结果的影响;针对带通方向子带系数的选择,结合人眼视觉特性,采用了一种基于梯度最大化规则的系数选择方案,得到待融合图像的系数。最后,经过Contourlet逆变换得到融合图像。与小波变换方法(wavelet transform,WT)进行了融合结果的比较,结果表明,与WT方法相比,该文方法在互信息量(mutual information,MI)、空间频率(spatial frequency,SF)、均方差(mean square error,MSE)、信息熵(entropy,Ent)、相关系数(correlation coefficient,CC)、平均梯度(average gradient,G’)和峰值信噪比(peak signal to noise ratio,PSNR)指标上均有了较大提升,表明利用该方法可以取得优于WT的融合效果;在此基础上,利用CT常见融合规则与文中融合规则进行了比较,同样表明CT方法可以有效提高图像融合的效果。研究表明,将文中所采用的融合规则应用于不同光照条件下的农作物图像融合是有效的、可行的。该研究可为变光照条件下的作物图像融合技术提供参考。     

基于电阻抗成像的植物单根断层图像重建

为了实现植物根系结构形态的原位检测,植物根系单根的断层图像重建研究非常必要。该文应用动态电阻抗成像技术对土壤-树根模拟系统进行了图像重建,对重建图像进行二值化处理并求出树根在该系统中的位置坐标、面积和形状,并以树根的位置坐标、面积及形状的相对偏差为指标,分析了图像重建算法、土壤含水率2个因素对成像质量的影响。结果表明：电阻抗成像技术能够实现树木单根断层图像重建;将重建图像进行二值化处理,所得图像更加直观,便于定量评价成像质量;基于Newton单步残差正则化的一步牛顿误差重构（Newton's one-step error reconsruction,NOSER）算法,比基于全变差正则化的主双-内点模式（primal dual-interior point method,PD-IPM）算法的成像质量好;土壤含水率越高成像质量越好。该研究为基于电阻抗成像技术的植物根系结构形态的图像重建提供参考。     

基于改进的粒子群多阈值算法的白色异性纤维检测

为了提高皮棉中白色异性纤维的识别精度,该文提出了一种基于改进混沌粒子群的白色异性纤维检测算法,该算法将图像的像素点按灰度值分为多类,把所有相邻类间方差看做一个粒子种群,以最大类间方差组作为种群适应度评价函数。通过滑动窗口技术判断算法是否陷入局部最优。有效克服了标准粒子群算法容易陷入局部最优的缺陷。通过试验验证,该文提出的算法对白色异性纤维的识别准确率达到98.6%。通过与标准二维Otsu算法的对比分割试验发现在分割较细小的白色异性纤维以及白色纤维与皮棉发生重叠的情况时,该算法的分割结果比标准二维Otsu算法更准确,噪声点更少。为皮棉异性纤维检测与剔除工艺的改善提供了技术依据。