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关键词:计算机视觉;三维测量;结构光;时间编码;相位解包裹
基于计算机视觉的非接触三维测量技术,以图形、图像为基础来恢复三维形状,具有高速高效、高度自动化、成本低廉等优点。在要求自动、在线、快速的现代工业三维测量技术中,计算机视觉三维测量技术是最为重要的发展方向。
近年来,结构光三维测量技术有了了长足的进步,取得了较多的研究成果。按照光投射图案的不同,可以分为点、线和编码结构光法。其中,点、线结构光法存在测量效率低的缺点;而编码结构光法极大地提高了测量效率,是计算机视觉三维测量技术的发展方向,但其测量准确度和分辨力有所降低。
结构光编码法分为空间编码和时间编码,空间编码具有投射图案幅数少的优点,适用于动态测量,其缺点是解码困难,测量误差增大,存在分辨率较低。时间编码方法将多个不同的编码图案按时序投射,将对应的编码图像序列组合起来进行解码,具有采样密度高、测量准确度高的优点,成为最具实用性的计算机视觉三维测量方法,但其不适用于动态测量。本文将对时间编码技术的国内外研究现状和发展趋势进行总结分析。
1 系统结构
基于计算机视觉的结构光三维测量系统,包括投影单元、图像获取单元以及数据处理分析单元。具体测量过程为:a.计算机1产生编码图案(通常是正弦条纹图案)并控制投影仪依次将编码图案投射到被测物表面上;b.计算机2控制数码相机采集由于被测物表面调制而改变形状的编码图像;c.通过分析编码图案计算包裹相位;d.采用一种适当的相位解包裹方法得到连续相位分布,这种连续相位是与被测物表面的高度变化成正比的;e. 根据数码相机和投影仪之间的位置姿态参数通过标定方法获得被测物表面的三维信息。基于计算机视觉的结构光三维测量系统的工作流程如图1所示。
2 时间编码方法
2.1 数字码
2.1.1 二进制码
二进制码是较早采用的时间编码方法,投射m幅编码图案形成2m个编码值,可将被测空间划分为2m个区域。该方法要求测量过程中测量系统和被测物位置不能有相对变化。Posdamer和Altschuler首先利用2m个简单的二进制条纹进行编码,编码图案如图2所示。
为了提高二进制编码结构光法的抗干扰能力,Minou在原来基础上发展了分时平行条纹编码技术,利用二进制码和海明纠错码结合编码,该编码具有25条编码条纹,二进制编码长度和纠错码长度分别为5和9,主要应用于深度抗噪检测系统。为减小二进制编码结构光法三维测量系统的测量误差,Trobina提出了二进制编码结构光三维测量系统的误差模型,并论证了图像中条纹的准确定位是降低误差的关键,同时也提出了两种利用亚像素技术来准确定位黑白条纹边缘的检测方法。Valkenburg和Mclvor进一步研究了二进制码条纹准确定位的方法。每幅采集的强度图像被分成17 17像素的区域,并用一个二元三次多项式对每个区域进行插值,实验结果表明,该方法对提高条纹定位准确度有所帮助。为减小被测表面反射率不一致、曲率不一致、颜色不一致以及环境光对二进制编码结构光法三维测量系统的影响,Skocaj和Leonardis提出通过增加不同照度的投射图案来克服上述局限。
准确度有很大的影响,该方法只适用于表面颜色单一的物体的测量。
2.1.2 多值码
在二进制码的基础上,通过增加灰度级数量的方法进行编码可减少投射图案数量,提高编码效率。关于多值码较有代表性的研究是Horn和Kiryati提出的一种灰度多值编码方法,用Hillbert或Peano空间填充曲线来进行编码,在特定噪声条件下找到一组灰度级最少的编码方案。实验表明该方法在较少的投射图案数量下获得了较高的准确度。相对于格雷码,多值码具有类似于二进制码缺点,即解码时若码值误判存在于高位则带来较大的解码误差。
2.2 相移法
相移法是基于物体深度变化对入射光波相位调制的一种三维测量方法。相移法测量作为一种高精度测量技术,被广泛应用于许多科学研究和工程领域的精密测量中,其突出的优点是能够测量被测表面不规则的物体。相移法发展非常迅速,在三维测量中具有一定的优势。
Grevenkamp提出了一种简单的三步相移方法来进行三维测量,投射图案是三幅相移120°的正弦条纹。该方法的优点是采样密度高,分辨率高,测量精度高,由于该方法在相位计算阶段涉及到一个耗时的反正切函数,所以处理速度比较慢。Song Zhang, Shing-Tung Yau还开发出基于2+1相移方法的可以测量动态对象的实时、三维测量系统,该方法是基于三步正弦相移方法,为了减少由运动引起的错误,把第三幅图像换成相移为90°的图像。该方法的特点是处理速度快,准确度高。Jiahui Pan等提出一种彩色相移方法,三幅正弦条纹图案分别包含在RGB颜色通道中从而形成一幅彩色条纹图案。该方法能够在一幅编码图案中承载更多的信息量,与传统三步正弦相移相比具有编码图案数量少、测量效率高的优点,但其不适用于测量表面颜色丰富的被测物,而且颜色通道之间的颜色耦合问题也会导致测量结果出现较大误差,测量准确度较低。
上述条纹测量方法在实际测量过程中存在一个共性问题,那就是获取的条纹图像是非正弦的(当使用正弦相移法时)或者不是线性分布的(当使用梯形相移法或者三角形相移法时),条纹图像中存在谐波,这将导致不可忽略的测量误差。这主要是由投影仪的伽马非线性和CCD照相机的非线性引起的,目前该问题已经引起了许多国内外研究人员的重视。
关键词:农业机械;新技术;发展
1.农业机械新技术的应用和发展的重要性
我国是一个农业大国,农业是我国国民经济的基础,农业机械新技术的应用和发展具有重要的意义。
第一,提高机械的运作效率。目前在农业机械的使用方面,有的机械在使用过程中不能清晰地识别农作物的位置,比如,在收割小麦的过程中,有的小麦受到大风影响产生倒伏,对这些倒伏区域,机械在收割过程中很容易漏掉。所以在农业机械中使用新技术有利于弥补农业机械的漏洞,提高机械的运作效率。
第二,解放劳动力,促进经济发展。农业是一个需要大量年轻劳动力的行业,农业机械新技术的应用有利于实现农业种植、收割的自动化,解放劳动力。这些年轻的劳动力投入到其他的领域,有利于促进我国经济的发展。
2.农业机械新技术的应用
21世纪是个科技迅速翻新的时代,目前农业机械领域的新技术也层出不穷,下面介绍几种最新出现的农业机械新技术。
(1)计算机视觉技术。计算机视觉技术出现于20世纪70年代末,主要利用计算机视觉技术进行农产品品质和农产品等级的检查。计算机视觉是一种以图像处理为基础而兴起的学科,主要对视觉信息处理的计算理论、表达与计算方法进行研究。[1]随着计算机视觉技术应用领域的不断扩展,目前在农业机械生产方面,计算机视觉技术不仅能够用于检查农产品品质和分级,还可以用于播种和收割。但是由于计算机视觉技术在农业机械方面的使用时间比较短,一些技术难题还没有得到解决,所以计算机视觉技术在农业机械方面的应用还需要继续研究。
(2)人工智能技术。随着智能化的发展,智能技术在农业机械方面的应用也得以实现。美国运用人工智能技术发明了激光拖拉机,不仅可以控制拖拉机的行进方向,还能够对拖拉机进行具体的定位。[2]通过人工智能技术,人们建立了一个庞大的数据库,通过这个数据库可以对土地的具体情况进行掌握,以设计出具体的农业生产所需的化肥、种子、农药、水等原料的用量。
(3)机器人技术。比智能化更进步的就是机器人技术,机器人技术在农业机械中的应用,这是计算机信息网络和计算机视觉技术以及自动化控制等技术的结合的产物。目前研发出了除草机器人、播种机器人、浇水机器人、施肥机器人等,利用机器人进行农业生产活动,可以节省人工费用,解放劳动力,避免有些农业生产活动,对人体产生危害。
(4)自动控制技术。在农业机械中运用自动控制技术,可以帮助操作者降低操作难度,同时可以根据地势的高低和秸秆的长短来调节高度,保证机械使用过程中的安全性,提高农业机械使用的可靠性,提高农业生产效率。
3.农业机械新技术的发展
农业机械新技术的应用和发展都是为了提高农业的生产率服务的,所以农业机械新技术的发展主要表现为以下几点:
第一,加速新技术的使用和推广。科学技术是第一生产力,加速计算机视觉技术、自动控制技术、智能化技术等新技术在农业机械中的使用,同时引进国外先进的机械新技术,对推动我国农业的发展,提高农业的生产效率具有重大的意义。
第二,政府补贴。新型机械的购买都是生产个体自行组织的,资金压力大,使得机械新技术难以推广,所以对于农业机械新技术的推广使用,政府要在物质上予以补贴,拓展新机械的使用范围。
第三,提高农业资源利用效率。机械使用的目的就是为了提高农业的生产效率,提高农业资源的利用率。例如,在传统的农业生产过程中,对农作物秸秆的处理方式,绝大多数情况就是焚烧,不仅浪费资源,而且污染空气。但是农业机械新技术的使用通过将农作物的秸秆进行粉碎处理,将农作物秸秆转化为肥料,不仅提高了农作物资源的使用效率,也减小了空气的污染程度。
4.结语
随着科技的发展,计算机视觉技术、自动控制技术、智能化技术等新技术在农业机械方面的应用越来越广,农业机械新技术的应用和推广将大大提高我国农业的生产效率,提高农业资源的利用率,促进国民经济的发展。
参考文献:
[1]田 静.探讨农业机械新技术的应用与发展[J].中国农资,2013(36): 74.
关键词:农业机械;技术手段;应用;发展前景
我国在国际上的地位正在逐渐提高,这与我国的经济发展是分不开的,经济的发展需要基础的支持,农业就是我国的基础,我国是农业大国,农村人口基数大。随着近几年我国农业的发展,很多高新技术也被运用到农业的机械设备中,使农机设备向着智能化的方向发展,有效地提升了农业生产的整体效率。在农业的生产中使用高新技术还能够提高农业的生产效率,保证农机相关机械的正常运作。
1农业机械技术的应用分析
1.1计算机技术
这里所说的计算机技术主要指的是计算机视觉技术,这一技术最早被运用在农业机械上是在20世纪70年代中期,当时主要运用的是计算机技术中的视觉技术,利用这一技术的主要目的是可以对农产品的品质质量进行分级别检查。计算机视觉技术是以图像处理为基准,随着图像处理以及视觉模拟技术的发展,计算机视觉技术不仅可以用来检查农产品的品质,而且还可以用来对农产品进行播种、收割。虽然计算机视觉技术在我国农业技术领域的应用时间还不是很长,在实际的使用中还有很多的问题出现,但是相信随着科学技术的不断发展,计算机视觉技术必将会改变传统的农业作业模式,为现代化农业发展提供技术上的支持。
1.2网络信息技术
网络信息技术在我国农业机械上的应用是非常成功的,信息技术与地理信息系统的有机结合不仅可以为农业的生产提供高精度的监控,而且还能够对农业生产中出现病虫害的情况进行及时的检测,然后根据定位系统来进行田间作业。
1.3液压技术
液压技术主要依靠的是微电子技术和工业传感技术,在数据的采集上,运用液压技术主要完成的是能量的转换和匹配,其目的是为了让农业机械的效率能够得到进一步的提高,让机械设备的相关系统特征可以得到完善,让机械设备的可靠性能够得到提升,这也很好地符合了环境保护的相关标准要求。而大部分的农业机械都是采用内燃机作为原动力,所以很多时候都会出现工作负荷,一般情况下,我们都是通过电液控制手段来完成负载与原动力之间的匹配情况,尽可能地减少功率传输过程中出现的损失,从而提高农业机械系统的工作效率。
1.4人工智能技术
随着信息全球化的不断深入,高端技术不仅在大型的企事业单位中被运用,在农业中也得到了广泛的应用,比较有成果的就是美国利用人工智能技术研发出激光拖拉机、机械的内部导航装置,等等,这些装置可以对拖拉机的运行方向及所处位置进行实时的测定,在了解地区土地信息之后,再制定合理的土地种植方案、农药及种子的数量,等等。
2农业机械技术的发展趋势
2.1推广农业机械产品的技术发展
目前在我国的农业机械发展上,已经开始运用机电智能化技术和计算机技术,这使得农业机械化设备的科技含量有了极大的提高,不仅有效地提高了农业机械的作业效率,而且也提升了农业的生产效率。
2.2农业资源的利用率得到了提升
只有提高了农业资源的开发利用率,才能够确保农业实现可持续发展,同时也为保护生态环境奠定基础,如回收农业生产的废弃物,普及无害化的处理设备,运用无害化技术来处理废水可以有效地达到保护环境的作用。而在农业种植的过程中,使用有机肥料还可以进一步提高农业资源的利用效率。除此之外,大力发展节能型动力机械设备可以有效地避免出现资源浪费,从而提高农业资源的整体利用效率。
2.3提高农业机械产品的质量监督水平
要想提升农业的机械化水平,还要从规范设计的基本要求出发,全面提高农业产品的质量。在质量提升的过程中,还要注重农业产品的整体造型和外观,农机设备的耐久性也要经得起考验。选用与农机设备相配套的发电机及元件,能够最大程度上提高农业机械产品的质量。在农业机械设备完成安装之后,还要对其进行试运行,只有保证了设备各项指标都正常的基础上,才能够真正的投入使用,这也是提高农业机械产品可靠性的前提。
2.4加大政府的补贴力度
各级地方政府要加大农业机械的技术推广,做好农业机械的培训工作。国家还要将拖拉机、插秧机等农机具作为农具购置补贴的关键,普及农业机械知识。这样也能够更好地提高农业机械化的发展进程。
2.5确保农业机械技术的安全生产
关注安全监督管理及装备的创建工作,加大农业机械的安全投入,以便更好地满足农业机械工作安全监督管理的需求。除此之外,最重要的是,要将农业机械的安全检验工作纳入到各级县市政府的财政预算当中。
3结语
随着科学技术的飞速发展,一些高新技术正在逐渐地被运用到农业的机械设备中,这些机械设备的出现不仅提高了农业的整体生产水平,而且还进一步提升了农业的生产效率,很好地实现了农业的可持续发展。在今后的农业发展过程中,农业机械也必定是智能化的,所以要求操作人员要不断地提高自己的专业素养,全面推广农业机械新技术,只有这样才能够真正意义上实现我国农业机械的智能化。
作者:徐家亮 刘晓鹏 单位:黑龙江省克东县农机安全监理站
参考文献:
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[3]张仁江,田莉.制造业企业新技术采纳:动因、路径及障碍分析———基于T公司的纵向案例研究[C]//第六届(2011)中国管理学年会———技术与创新管理分会场论文集.2011.
[4]胡札进,姚尚斌,徐七三“.双低”储藏与四项储粮新技术的综合应用[C]//全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任———中国科协2003年学术年会论文集(上).2003.
[5]柳旭.浅析电视空间新技术对审美体验的影响[C]//2009中国电影电视技术学会影视技术文集.2010.
关键词:农业机械;新技术;计算机视觉
在农业中大力发展机械新技术具有十分重要的意义。首先,通过实施农业机械化建设,采取更多的机械新技术,可以促进农业生产力的提升,提高农业生产效率;其次,通过农业机械新技术,可以最大程度的解放农村劳动力。
1农业机械新技术的发展与应用
1.1计算机视觉技术
因为在当前的经济社会,农业经济效益高低在很大程度上取决于农产品质量好坏,优质等级的农产品价格会更高。但是如果以人工方式对农产品进行分类,不但费时费力,而且效率很低。而通过计算机视觉技术则可以很好的解决这一问题。其主要是依靠图像处理、视觉模拟等先进技术作为技术依据来对农产品品质进行分级检验。现如今,计算机视觉技术还在农业机械收割、播种等领域有所涉及,但目前还无法有效处理快速获取动态图形信息,为收割、播种这一领域的应用带来了一定的难题,还需要相关人员继续进行研发[1]。
1.2人工智能技术
人工智能是当前社会上讨论的热点话题,是最前沿的高科技之一。将人工智能技术应用在传统的农业中是时展的需求,也是未来的主要发展趋势。美国等发达国家已经初步将人工智能技术应用在实际的农业生产中。如美国农业已经开始使用激光拖拉机,实现了人工智能操控拖拉机的方向、所在位置和工作动态,极大的解放了劳动生产力,提高了生产效率和操作精准度,也使得农业生产更加舒适省力,尤其适宜大规模的农业生产。
1.3自动控制技术
在农业生产中,自动控制技术的应用较为广泛,但是还有很大的应用与提升空间,尤其是在一些特殊生产领域,依然还属于机械新技术。例如,在蔬菜大棚的农业生产中,通过自动控制技术就可以自动对大棚内部的温度与湿度进行合理的实时调节,不但使调节后的温度湿度更加科学精准,更适宜蔬菜的生长,也大大减少了人力劳动工作量。
1.4联合耕作机械技术
所谓联合耕作,就是指两个或两个以上的机械一起使用进行农业耕作。通过联合耕作,可以缩短农业生产时间,提高农业耕作效率。通过采取联合耕作机械技术,可以一边耕地一边播种,也可以一边采收农作物一边打碎秸秆。这样的耕作要比传统耕作更加高效省时,在农业生产中发挥了非常重要的作用。
1.5液压机械技术
采取液压机械技术,不但能够节省大量的能源,减少对自然环境的污染与破坏,还能够保证农业生产的稳定性,不会因为其他因素影响其工作效果。这是因为与其他的农业机械相比,液压机械采取静液压转动技术,根据实际需要调节转速,不但对机械本身的使用寿命有很大益处,也提高了农业机械生产的稳定性。另外,采取液压机械技术,最显著的优势除了节能环保以外,还在于其不会发生任何泄漏,所以不会对土壤造成污染,这也农业机械化生产中很关键的一点。
2农业机械新技术的发展前景及对策
农业实现机械化生产是必然的发展趋势,因此农业机械新技术的发展前景十分广阔。在此形势下,需要进一步采取有力措施,促进农业机械新技术实践运用水平的提升[2]。
2.1政府及有关部门应大力扶持农业机械新技术
农业现代化的进程为缩短城乡差距做出了很大贡献,但受生产力水平的限制,农村经济依然比较落后。在此情况下,政府应当大力扶持新型高效农业机械技术的研发和应用,并提供相应的优惠政策和补贴政策,为农民负担一部分的购置机械费用,促进农业机械新技术快速转化为生产力,提高农业生产效益,增加农民经济收入。
2.2大力推广农业机械新技术
我国是地大物博的农业大国,各个地区都有农业生产,但是农业机械新技术在研发应用时往往只是先在一部分发达地区实施。而在偏远地区,人依然是最主要的劳动力,新的农业机械无法普及到这些地区,极大的限制了我国农业经济的发展。为此,新时期下还需要大力推广农业机械新技术,使更多的地区实现高科技的现代化机械生产。
2.3注重机械化生产的节能性
在农业生产中,机械化生产与人工生产之间存在的区别之一就是人工生产时会更加注重对资源的利用,而机械化生产有时则会造成生产原材料的浪费。例如在玉米的采收中,人工采收基本可以实现颗粒归仓。但是机械收割则有可能无法将倒在地面的玉米采收起来。这与农业机械化建设的初衷是背道而驰的,因此在使用农业机械新技术时,应该要注意节约资源,避免浪费,实现工作效率和生产效益的双赢[3]。
3结束语
综上所述,在当前我国的农业发展过程中,农业机械化新技术具有很大的发展前景与发展潜力,并且在很多领域都还有很多的可发展空间。这就需要技术人员不断的积极研发更多更高效的农业机械技术,同时还需要国家给予一定的支持,做好农业机械新技术的推广工作,从而最大程度的将人工劳动力解放出来,促进农业现代化的发展。
参考文献:
[1]王丽芬.农业机械新技术的应用与发展[J].南方农机,2016(11):22+28.
[2]李锦图.农业机械新技术应用探索[J].农业工程,2016(6):13-14.
收集近年来新科技、新技术在农业机械中的运用,分析存在的问题和新技术运用过程中可能存在的问题。
1 目前农业机械新技术的应用
1.1 人工智能技?g
人工智能是当下社会科学技术研究的重点,人工智能已经在电子、电器等行业普遍应用,如智能扫地机、智能手机、智能电视等,且这些人工智能技术也逐渐应用到农业生产中,且农业机械设施中,智能、电子信息等技术的应用不断增多。尤其在农业机械化程度较高的国家中,已经普遍应用了人工智能技术。人工智能技术的应用有助于降低农业生产成本,可减少污染程度,且能使农业机械生产操作精准程度提高。使用者在使用应用人工智能技术的机械时,其操作更为便捷和舒适。
1.2 机器人技术
国内外研究专家从未停止过关于机器人技术的研究工作,但是机器人代替人力已经在许多行业得以实现,例如在我国许多厂家中,均用机器人来代替简单地人工操作,使得生产效率大幅提高。尽管我国农业中关于该方面的技术仍处于研究阶段,但是这项技术的应用对农业的发展有着重要作用。
1.3 自动控制技术
机械自动化控制技术是农业中应用范围较广的技术,该技术的应用有效地提高了农业生产效率。农业生产中,自动控制技术可根据农业实际情况来进行自动化调节,以减少人工操作量,如在蔬菜大棚种植中,自动控制技术可对大棚中的温度、湿度等进行自动化调节,以保证蔬菜生长环境适宜。
1.4 三维参数画绘图软件技术
三维参数画绘图软件是市场上应用范围较广的技术,而在农业方面也已经开始应用这项技术。目前,我国许多农机企业已经开始使用CAD技术来进行农业机械设施的设计,尤其是高精度需求的腹胀曲面部件的设计和制造,取得了一定的成果,但是CAD的使用仍然不够,还需不断深入研究。
1.5 计算机视觉技术
农业机械应用的计算机视觉技术主要是进行农产品品质分级等检查。计算机视觉技术是在图像处理技术、视觉模拟技术等基础上发展起来的技术,目前,该技术在农业机械收割、播种等方面均得到有效应用。
1.6 液压技术
液压技术是建立在工业传感技术、微电子技术基础上的技术,农业机械应用该技术后,机械的能量转换的效率得到有效提高,系统工作效率也大幅提升。农业机械系统动力学特征、动态特征不断凸显,且随着液压技术数据收集处置、故障监管技术等技术的不断完善,农业机械更为科学化、精准化,且有助于农业环境保护工作的开展。
2 农业机械新技术的发展趋势
2.1 高科技发展方向
随着农业机械的不断发展,各种新型技术被不断应用在农业机械中,且应用范围还在不断扩大,农业机械技术水平也不断提高。随着社会各类科学技术的不断进步,农业机械将朝着高科技方向进行发展,通过利用人工智能技术、自动控制技术、计算机视觉技术等来使得农业机械的精准度更高,使得农业机械作业能力大幅度提升,最终达到提高农业生产效率的目的。
2.2 高品质发展方向
随着农业机械新技术的应用,农业机械生产质量和作业效能均会不断上升。农业机械设计和制造过程中,会应用CAD技术等现代科学技术,能提高农业机械设计的精度、准确性,有助于提高农业机械产品的品质。农业机械在设计和制造过程中,设计工程师将更为重视农业机械产品的整体功能性和外观,如在功能方面,农业机械内部的器件配置更为科学合理,部件的性能更为优良,能显著提高机械产品的功能性;在外观制造方面,首先对机械产品的外部表面进行机械、化学处理,之后使用高质量油漆,这种方式能有效提高油漆的耐用性,色泽、亮度更佳。随着农业的发展,人们对农业机械质量的要求也会越来越高,
2.3 可持续发展方向
可持续发展是社会各行各业发展的重要方向,农业也朝着该方向发展。农业机械应用多种新型技术有助于提高农业生产效率和环境的保护,如利用人工智能技术,农业机械的操作更为精准,可避免发生不必要的资源浪费,能提高农业资源利用率,且操作更为简单、方便,使得生产效率提高。
3 农业机械新技术的推广和扶持
各个地区的政府应重视农业机械新技术的推广,开展农业机械新技术的培训工作,采用多媒体等形式来展现农业机械新技术的特点。对于农业机械的购买,政府可予以一定的补贴,如购买插秧机、拖拉机、秸秆还田机等,加强对农业机械的推广力度,从而推动农业机械化的发展。
关键词:监控;智能化;智能视频监控;智能视频监控分析
中图分类号:TP18 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2013)30-6914-02
随着人民生活水平稳步提升,公共安全、人身安全、财产安全等越来越受到人们的重视,从而使得以视频信息为特征的视频监控更为广泛地被应用到各个领域。当前,传统的监控模式已经不能满足各行各业在安全防范方面的需求,因而拥有智能化特点的视频监控系统则成为新的应用趋势。
传统的监控系统只记录事发经过,难以提供更多关键细节,使得监控应用的作用和效果得不到提升,因此需要研发新的技术来完善,而智能监控系统恰恰满足了这个需求成为现在和未来发展的方向。在人来人往的闹市区如何看清一个人的面部特征;在车辆快速行进的公路上如何看清楚车辆牌照的同时还能看清楚司乘人员的面部特征,这些需求促进了监控智能化的发展。为实现对社会治安事件的智能化分析,将远程图像监控和报警联网系统以及智能视频监控服务体系有机的结合起来,做到既能进行远距离的监控、图像传输、联网报警,又能智能调控、方便历史资料查询和对大批量数据进行保存,这都是智能视频监控系统所具备的功能。与以往传统的监控系统相比,智能监控系统有了自己的大脑,能够更加有效的预防和预警,能够及时地消除安全隐患,因此,智能视频监控系统一定是监控未来的发展方向。
1 智能视频监控国内发展现状
目前,我国的视频监控技术还处于“模拟转数字”的阶段。智能视频监控系统是监控系统发展到一定程度时市场需求自然而然提出的要求。大批量的视频数据信息与有限的人工监控资源之间的矛盾越来越明显,“实时监控,即时反应”的智能视频监控系统成为市场对视频监控技术的新要求。
智能视频监控系统的设备比普通的网络视频监控系统设备要具备更加强大的智能因子和图像处理能力,因而能为用户提供更多更优的高级的视频分析功能,从而可以大大地提高视频监控系统的能力。智能视频监控系统是可以识别不同的物体,觉察监控中的异常情况,并且能以最好和最快的方式发出警报和提供有用的预警信息,从而达到最大限度的降低误报和漏报现象。在全球反恐形势依然严重的今天,智能视频监控显然能够成为应对城市安全和应急保障事件的有力辅助工具。
作为智能视频监控应用的一门主要技术——智能视频监控分析技术,近几年一直得到国内业界的广泛关注,其通过对视频内容的分析,将人们所关注的目标从监控背景中分离出来,按照目标的移动方向、速度、时间等参数和某些行为特征进行关联,从而达到主动监控防御的目的。智能视频监控分析是计算机视觉领域一个新兴的应用方向和备受关注的前沿课题,结合了计算机科学、机器视觉、图像处理、模式识别、人工智能等多学科。智能视频分析监控的一个显著特点就是,系统能够24小时保持清醒地运行,有效地控制着监控范围内的所有动静,将监控人员从监视器前解放出来。
智能视频监控分析可以不需要人为干预情况之下,依靠计算机视觉和视频监控分析的方法对摄像机拍录的图像序列进行自动分析的,其中包括目标检测、目标分割提取、目标识别、目标跟踪以及对监视场景中目标行为的理解与描述,得出对图像内容含义的理解以及对客观场景的解释,从而指导和规划行动。其中,目标检测、目标分割提取、目标分类、目标跟踪属于计算机视觉中的中级处理部分,而行为理解和描述则属于高级处理。运动目标检测、分割、识别与跟踪是视频监控中研究较多的四个问题;而行为理解与描述则是近年来被广泛关注的研究热点。目前,对智能视频监控分析的研究与应用正蒸蒸日上。
目前最新的发展阶段是智能网络视频监控分析,发展趋势有:
1)视频监控分析技术正向着数字化、网络化、智能化的方向发展:网络化、智能化的基础是数字化,而智能化是“三化”的最高境界。系统由目视解释转变为自动解释是视频监控分析技术的飞跃,是实际工程应用发展的必然趋势。
2)微电子技术和计算机技术大大向前推动了智能视频监控分析技术:因为微电子技术和计算机技术的迅猛发展,智能视频监控分析系统及设备的硬件成本就不会增加太多,其中主要是软件成本的增加;但每个系统软件成本随着推广数量的增长会迅速下降,智能视频监控分析系统的性价比将凸现。
3)互联网和宽带网络技术为视频监控分析业务的发展提供了强有力的支持:网络技术的日益发展,使得现有的宽带网络能够满足用户多方面的需求,在传统的以文字和图片为主的内容服务上,能够提供具有视频和音频的多媒体内容服务,为视频监控分析业务的发展提供了强有力的平台支持。
2 智能化视频监控是社会发展所趋
当前,随着城市范围的不断扩大,引发了全国范围的建设热潮,不仅仅包括道路交通等基础建设,还有不断兴起的高楼大厦和智慧社区的建设,为了提高生活质量,建设绿色交通、平安社区为主导的和谐社会思想理念深入人心,也使得越来越多人开始将出行、工作、生活的安全监控需求提上日程。经过一段时间的快速发展,也会和世界上其他国家一样面临生态安全和环境保护的问题。为了应对这些问题必须要加大对危险品生产、食品生产、环境卫生、医药等行业的有效监管。目前,“智能化城市管理”的概念正成为城市管理的热点,如何通过视频监控来达到对整体运作的有效监控,并藉此提高社会的宜居性,确保可持续发展将势在必行。
当前城市视频监控系统已经走向大联网、一体化的大安防的时代。视频监控与传统防盗报警、门禁、对讲的集成和整合也越来越紧密,安防系统与治安管理、社区管理、城市交通、城市应急、消防、重大危险源监控、环保监测、食品药品监督、城市执法、城市部件和事件管理等也进行了更多的融合,建设城市智能化视频监控系统已经是大势所趋。
3 智能化视频监控优势
1)智能视频监控是以普通的网络视频监控为基础的,除了具备人人皆知的网络视频监控的优势外,智能视频监控系统提供了更有效的监视——监控工作人员只需要注意相关信息。
2)智能视频监控24小时全天候进行可靠监控,通过智能分析的相关模块对监控的画面进行不间断分析,可以对异常情况进行主动编码、预警和保存,从而改变了以前由监控工作人员对监控画面的监视和分析的落后工作方式。
3)智能视频监控具有更加精确的报警智能监控功能,它有强大的图像处理能力及高智能算法,能使监控工作人员可以精确的确定安全威胁的特征,更快更准地发现潜在的威胁,从而大大降低误报和漏报现象,且只存储出现可疑情况或报警时的监控画面的图像与场景信息;这样就减少没用的数据量,节省了存储空间。
4)智能视频监控系统能快速响应并识别可疑事件。一旦发现可疑活动事件,能立马提醒监控工作人员关注相关监控画面,从而达到了快速响应快速准备并预防目的。
4 智能化视频监控架构与应用
城市管理智能视频系统的设计可以利用先进智能化视频技术建设城市智能化公共视频系统模型架构及解决方案并能投入到实际应用,提高城市社会治安与城市管理的智能化水平;设计面向社会的城市公共视频云服务平台架构并建设政府单位、社会面单位共享接入模型。
1)城市管理智能视频系统传输专网架构与应用:利用MSTP实现对视频监控系统的基本监控管理与资源共享管理的传输共享机制。并利用VPN技术在逻辑上区分视频监控专网和视频资源专网。
2)系统资源共享模型架构与应用:建设城市智能视频云(vPaaS),政府各部门、社会各单位的监控资源(视频、报警、事件、GIS等)统一接入到vPaaS进行管理,各部门、单位通过用户访问视频服务云vSaaS,vSaaS面向政府、社会提供不同服务的各类智能视频监控资源。
3)智能化视频管理平台架构:包括智能化视频采集、转发与存储等内容。
4)视频智能分析功能:图像识别、智能跟踪、人脸识别、视频检索与摘要、图像质量分析等技术与系统应用。
5)智能智能化视频监控系统的安全隔离与防护、系统运行维护架构模型与应用。
5 智能化视频监控实施
1)对城市而言,重点区域的联网摄像头进行智能化化改造和更新,同时推进社会重点单位视频监控智能化。
2)构架以“社区防控网”、“路面巡逻防控网”、“企事业单位防控网”、“重点位置防控网”四位一体、四网联动的社会面整体防控网络,提高社会治安防控能力。
3)全面互联公安、交通、城管、安全生产、水利等部门重点监控视频资源,大大提高城市管理部门的应急响应能力。
4)建设公共视频系统运维管理平台,满足各级部门海量视频资源的安全性、稳定性、可维护和可运营要求,提高跨网应用的安全管理。
5)继续推动“社会投资、政府租赁、行业管理”的建设方法,并探索“资源整合、授权管理、市场开发、成果共享”的社会化运营服务机制。
6 智能化视频监控实效
1)实现“看得全”:当前,绝大部分摄像头的视频信息都只是通过城市视频专网接入和传输;但是,目前安防系统已经走向大联网、一体化的大安防,因而,视频监控应与传统防盗报警、门禁、对讲的集成和整合也越来越紧密,公安业务与城市交通、城市应急、消防、重大危险源监控、城市执法和事件管理等也更多的融合,并形成护卫整个城市的大安全防控体系。
2)实现“看得清”:对进入城市的机动车辆进行登记、监控、识别,在机场、海关以及重点防控区域部署人脸识别,对监控目标运动特征进行视频分析、步态识别,并对一些不可视、模糊不清或是振动的图像进行优化处理;全面互联公安、交通、城管、安全生产、水利等部门重点监控资源,并实现重点监控目标监控智能化,提高城市管理部门的应急响应能力。
3)实现“管得稳”:建设视频监控系统运维管理平台,满足各级部门海量视频资源的安全性、稳定性、可维护和可运营要求。
4)实现“用得好”:城市应急、交通、城管及企业、社区和家庭的视频应用联合与共享。
关键词:数字图像;处理技术;电子信息
中图分类号:TN911.7 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2012)09-0153-02
不论在哪种通讯手段中,人们都更愿意选择直观的图像表达,因此,未来社会对图像传递信息的要求越来越高,及时性、直观性、客观性等发展条件都对现有的数字图像处理技术提出了挑战。
1数字图像处理技术概述
数字图像处理又称为计算机图像处理,它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。这一过程包括对图像进行增强、除噪、分割、复原、编码、压缩、提取特征等内容,图像处理技术的产生离不开计算机的发展、数学的发展以及各个行业的应用需求的增长。20世纪60年代,图像处理的技术开始得到较为科学的应用,人们用这种技术进行输出图像的理想化处理。
经过多年的发展,现在的电子图像处理技术已具有了以下特点:更好的再现性:数字图像处理与传统的模拟图像处理相比,不会因为图像处理过程中的存储、复制或传输等环节引起图像质量的改变;占用的频带更宽:这一点是相对于语言信息而言的,图像信息比语言信息所占频带要大好几个数量级,因此图像信息在实现操作的过程中难度更大;适用面宽:可以从各个途径获得数据源,从显微镜到天文望远镜的图像都可以进行数字处理;具有较高的灵活性:只要可以用数学公式和数理逻辑表达的内容,几乎都可以用电子图像来进行表现处理.
2数字图像处理技术的发展
自从美国在1964年开始通过卫星获得大量月球图片并运用数字技术对之进行处理之后,越来越多的相应技术开始被运用到图像处理方面,数字图像处理也作为一门科学占据了一个独立的学科地位,开始被各个领域的科学研究运用。图像技术再一次的飞跃式发展出现在1972年,标志是CT医学技术的诞生,在这种技术指导下,运用X射线计算机断层摄影装置,根据人的头部截面的投影,计算机对数据处理后重建截面图像,这种图像重建技术后来被推广到全身CT的装置中,为人类发展做出了跨时代的贡献,随后,数字图像处理技术在更多的领域里被运用,发展成为一门具有无限前景的新型学科。之后十年数字图像处理技术也朝着更高深的方向发展,人们开始通过计算机构建出数字化的人类视觉系统,这项技术被称为图像理解或计算机视觉。很多国家已在这方面投入了很多的研究精力,并取得了高深的研究成果,其中,20世纪70年代末提出的视觉计算理论为后来计算机数字图像技术的理论发展提供了主导思想,但理论上如此,在实际操作中还存在着很多的困难。
我国在建国之初就展开了计算机技术的研究,而改革开放以来,我国在计算机数字图像处理技术上的发展进步也是非常大的,甚至在某些理论研究方面已赶上了世界先进水平,首先,对于成像数据的收集能力方面,我国通过成功研发的一系列传感器以及发射的对地观测卫星,能够及时有效地获得风云、海洋、资源和环境减灾等方面的相关数据,并取得了有效的数据结果和数据成像效果。另外,数字图像处理技术应用较为广泛的领域代表分别是建筑、通行工程和生物医学工程方面,这些方面对数字图像处理技术的应用,最能直接体现该技术的发展现状。在建筑行业中,数字图像处理技术可以将拟建造的建筑或建筑群的高度、密度以及其他可能影响建筑质量、建筑环境的信息转换成图像,从而使设计者更为合理地进行规划;在通信工程领域,数字图像技术和语音、文字等因素构成了现代多媒体的基本内容,在传递图像的过程中,采用编码技术来压缩信息的比特量,这种技术现在的发展内容包括变换编码等,未来可能发挥作用的还有小波变换图像压缩编码、分行编码等。在生物医学工程中,书籍图像技术能将人体活动的机理以图像的形式客观地呈现在研究者面前,对医学未来的发展具有不可替代的作用。
3数字图像处理技术的发展趋势
计算机数字图像处理技术在未来信息技术方面将会发挥的重要作用早已被人们看到,对于计算机图像技术的发展道路,大致可以归结出3个原则性内容:①未来数据图像技术强调高清晰度、高速传输、实时图像处理、三维成像或多维成像、智能化、自动化等方向发展。②未来数字图像处理技术强调操作、运用的方便性,图像处理功能的集中化趋势是必然会存在的。③更新的理论研究与更快的算法研究。理论走在实践的前面,已经是现代科学的特点,未来数字图像处理技术的实际运用要取得更多的发展,必然离不开理论和研究方法的更新,新理论中包括小波分析、分形几何、形态学、遗传算法等都将得到更深层次的发展。
4结束语
数字图像处理技术的有效应用在人们日常生活中就能切身地感受到,不管是看电视、看电影、上网还是移动通信,每个人都与这种技术发生着最紧密的联系。数字图像处理技术的发展关系到每个人对优越的社会生活、现代物质享受的程度的深浅,所以,对之进行及时的研究和关注在电子通信行业中是非常重要的。
[关键词]数字化 增强现实技术 互动 展示设计
一、车展展示设计的发展趋势:数字化技术辅助实物展示
在当今的信息时代,信息的过度爆炸使公众无所适从。而社会风尚的不断变化使公众的接受心理产生变化,获取信息的渠道和信息反馈的获得更加复杂多样,促使信息的传播方式也不断地发展演绎。展示设计在本质上以展品为主角,以各种展现手段凸显展品个性、体现展品目标、营造展示环境为基础。从商业本质上看,车展的目的是推广、促销,为商家实现市场目标进行最直接、最有效的宣传,获得预期的经济效益。消费者可以通过车展所展示的相关信息,端详汽车制造业的发展动向与时代脉搏。汽车厂商则可以通过车展对外宣传产品的设计理念,产品相关信息。在车展流光溢彩的样车背后,是汽车制造商们为争夺市场而进行的较量。
车展展示设计在新时代背景下发生了新的变化,主要有二,一是展示内容日渐品牌化。传统车展的展示以所推出新车型的展示为主,汽车销售竞争以质量取胜。而在汽车销售竞争开始白热化的、成熟的汽车市场,品牌意识、服务意识最终会成为销售中比拼的重要环节。对于许多厂商来说,每一次车展更相当于一个企业树立品牌形象的机会,展示企业文化的重要载体。在这种竞争之下,近年来的车展展示呈现品牌化的发展趋势,厂商更注重将自身品牌形象、企业文化注入车展。例如,通过产品宣传片的视频播放、互动游戏的体验等形式,描述展示车型的未来生活,使参观者“近距离”地感知汽车品牌文化所带来的魅力,感受汽车品牌所描绘的有车生活的美好未来。二是展示手段日渐数字化,线下、线上展示相结合。在世界范围的低碳热潮下,借助网络及信息化平台已成为企业顺应低碳潮流的一种手段,数字化展览即是实现该目标的有效途径,而数字化展览填补了实体展览所不能赋予参展商的更多展示空间和更多实惠。对于传统意义上的实物展览,数字化展览是一种补充,也是带有某种颠覆性意义的改变尝试。数字化展览是以展品和展览空间的数字化为基础,实现不同展品、参展方和参观者之间的信息共享、内容共建和体验共享等综合利用的新型展览模式,主要特点是展览形式的补充和互动体验的延伸。例如,品牌发展历史的虚拟展示、虚拟驾驶等体验,这是对原有车展模式在交流沟通意义上的颠覆。传统的车展展台是以车模来吸引人气,而强调体验、交互效果的数字化展示手段将会在未来的车展上吸引更多关注的目光。
二、虚拟展示与增强现实技术
随着信息技术的迅速发展,人类社会进入了一个数字时代,这对产品营销的发展是一次深刻的社会变革。当代汽车展会展览形式的发展趋势表明,数字化、集成化、网络化、智能化将是其发展的必然趋势。对于展示设计而言,更具多样性和设计性。随着数字媒体应用的深入,也将大大增加数字特效应用的需求,使得虚拟现实和视频交互处理的应用日益普及。这些发展大大促进了媒体融合的增强现实技术发展。基于实时视频融合技术的“沉浸式”展示日渐成为各种领域、行业展示的新宠,它可以提供参与者完全沉浸的体验,使用户有一种置身于虚拟世界之中的感觉。这种沉浸体验主要是通过增强现实技术实现的。
增强现实(Augmented Reality,即AR)是在虚拟现实(Virtual Reality,即VR)技术基础上发展起来的一种新兴计算机应用和人机交互技术。它借助光电显示技术、交互技术、多传感器技术和计算机图形与多媒体技术将计算机生成的虚拟环境与用户周围的真实场景相融合,使用户从感官效果上确信虚拟环境是其周围真实场景的组成部分。相比于传统的实物展示方式,增强现实技术带来的丰富信息展示能力,贴近自然的人机交互体验,为展览会、产品演示带来了全新的展示空间,被时代周刊列为当前最具活力和前景的十大技术之一。大到军用设备,小到游戏娱乐的应用,增强现实技术之于今人仍像计算机和互联网之于20 前的人一样陌生。AR技术的应用从游戏到各种手机APP,营销领域就更是举不胜举了,各种消费品以各种不同的方式与AR技术相结合,让普通消费者大开眼界。还有各种各样的展会、会等等,在现场都不断应用AR技术为现场带来高涨的气氛和效果。等到技术和概念获得长足发展的那一天,增强现实也许会成为人们衣食住行不可或缺的一种生活方式——毕竟,更为集中,快捷而高效的信息流动是技术发展的重要趋势。
就国家发展趋势来看,增强现实技术已经发展到媒体融合阶段,但尚未成熟。在将来数字虚拟展示的应用中,倾向于追求需要将真实拍摄的视频和特定的数字场景实时、高效融合起来,以增强身临其境的感受,基于实时视频融合的增强现实技术将大量应用在日常生活中。[1]因此,基于动态视频合成与交互的增强现实研究已经成为计算机视觉和计算机图形学等相关领域迫切需要进行的研究课题,也是数字媒体技术未来发展的趋势所在。
关键词 计算机应用 电子摄像头技术 网络传输
中图分类号:TP391.4 文献标识码:A
1 电子摄像技术概述
电子摄像系统已广泛应用于军用及民用测绘系统中,但是效果受到其载体不同时刻姿态变化或震动的影响。当工作环境比较恶劣,尤其是在航空或野外操作时,支撑摄像机平台的震动会引起图像画面的抖动,令观察者视觉疲劳,从面产生漏警和虚警。所以在运行中,如何稳像成为十分重要的问题,特别是在长焦距、高分辨力的监视跟踪系统中更加突出。 电子摄像表现为实用性强、体积小巧等特点,它利用计算机、图像处理、模式识别和计算机视觉技术,在视频源的关键信息提取和分析、检测和处理异常信息以及监测现场强大数据的处理。电子摄像系统是视频监控系统的直接体现和发展趋势。
纽约市政大楼于二十世纪九十年代,安装了第一套电子摄像系统用于监控,并由专门的人员负责监控屏幕,系统仅局限于整个建筑。本系统突破了完全由员工在每个监视处点对点的传统模式,并将监控任务从复杂的安全巡逻、路线、规章制度等等转变成在控制室和几个监视屏幕前完成。这是开始的视频监控时代。电子摄像系统在短时间内,从最早的模拟监控到几年前数字监控到现在蓬勃发展的网络视频监控,发生了翻天覆地的变化。在IP技术逐步统一的今天,我们有必要了解电子摄像系统的发展历史。从技术的角度来看,电子摄像系统开发分为第一代模拟电子摄像系统(CCTV),第二代是基于“PC +多媒体卡”的数字视频监控系统(DVR),第三代全电子摄像系统基于IP网络(IPVS)。
2 电子摄像技术存在的缺陷分析
近年来,随着国民经济的快速增长,银行、电力、交通、安全、军事设施和其他领域的安全报警系统,要求越来越高,视频监控在生产和生活的所有方面有着非常广泛的应用。智能视频监控系统正成为越来越多的国内外学者关注的焦点。视频监控系统涉及到许多领域,在交通运输、军事和其他地方已经取得了一些研究成果。尽管监控系统已广泛存在于银行、购物中心、公共场所,如车站、交通路口,实际监测任务仍需要更多的人工完成,现有的视频监控系统通常是记录的视频图像,提供的信息是没有任何解释的视频图像,只能用作证据,没有充分发挥监控的实时性和主动性。为了达到实时分析、跟踪和监控对象,并提示当异常事件发生时作出报告,为政府主管部门正确的行动提供保障,“智能”视频监控尤为重要。“智能监控系统可以使摄像机捕获的信息通过计算机网络传递到整个系统软件,实现远程智能的监控。
传统的基于“摄像机-图像采集卡-计算机”模式的稳像系统、图像检测和匹配算法全部由计算机以软件方式实现。 尽管当今计算机的性能很高,能够部分满足单传感器电子稳系统的实时处理要求,但在以下几个方面有着难以解决的问题:首先,其固有的串行工作方式使得单计算机难以适应其于多传感器视频处理系统的实时稳像,阻碍了在实际中的应用,传统的图像采集卡中能将采集图像数据实时传输给计算机,而不能传输给标准接口的视频监视设备,很多应用场合对听要求很高。因此,研制专用的电子稳像平台,既能实时地高速获取视频数据,又能将数据实时地传后续的图像处理系统,既有实际意义又有工程价值。智能电子摄像头监控系统在许多场合发挥重要的作用,不断发展更多的智能。然而,在努力发展其智能的同时,系统可靠性的问题也不容忽视。只有可靠的视频监控系统,才可以准确地发现危险情况和采取措施的时间。
3 电子摄像技术的应用分析
电子摄像头智能分析技术和产品现在在高端安全监控市场已经应用多年。在机场、监狱、军事基地和其他大型基础设施监测有成功的案例。在一些大型的基础设施,如机场、周围对象太分散,一个或多个人可以完成监控周边。这个系统将智能视频分析单元,在前面的摄像头,实时视频分析单元,通常嵌入式产品、特点的分析和结果在需要上传到监控中心。这是一个典型的分布式系统架构。当我们做智能视频图像分析的固定场景,当这个被广泛使用,该系统具有实时分析,分析结果和速度的算法不受交通联系。另一种系统通常是集中在个人计算机终端算法,监控中心可以整合更多算法同时运行。一般来说,一个算法为一个特定的内容分析。和个人电脑可以集成各种算法,综合分析的内容将更加丰富,效果更好。在监控系统技术中区别不同的产品,系统可以根据分析的内容使用不同的算法和不同的输出结果。
从加入WTO以来,智能电子视频分析技术得到了快速的发展,它的使用是慢慢渗透到各种行业。智能电子相机应用程序通常可以分为安全相关应用程序和非安全相关应用两大类。比如:有函数的视频分析摄像机、视频编码器可以充分发挥它的功能,它可以自动检测在某些地方进入或离开一个地区或一个特定时间的可疑对象。安全相关应用是目前市场上主要的智能视频应用程序。应用程序在安全领域安全部门主要是协助政府或其他机构改善户外大型区域安全保护的公共环境。
4 电子摄像技术的发展趋势
电子摄像技术在现代社会应用,已经达到一个相对稳定和成熟的系统模式。数字视频监控系统,视频监控和数字网络监控系统集成一体。目前的情况是,我们需要从以下几个方面来推动发展电子摄像技术。