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基于数字全息成像的海洋浮游生物特征测量与提取

作　者: 王圣旭
导　师: 谈世哲
学　校: 中国海洋大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 海洋浮游生物 数字全息 全息再现 图像处理 特征测量与提取
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 8次
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内容摘要


研究先进的海洋浮游生物观测技术以期获取浮游生物种类组成、分布、丰度及粒径等数据，是海洋生态学研究中的一个重要方面，它对海洋生态学的研究具有重要的支撑作用。海洋研究人员开发了多种浮游生物观测技术用于支撑海洋生态学的研究。论文拟将数字全息成像技术应用于海洋浮游生物的观测，其目标是针对一定体积海水内的浮游生物，采用数字全息成像技术实现非侵入式的测量，获得浮游生物的数字全息图；通过对全息图的数字全息再现，从而获取海洋浮游生物的原始图像，继而对全息再现像进行滤波、二值化、Canny算子边缘提取、闭运算处理等数字图像处理操作后，获得海洋浮游生物的形态特征参数等数据。这种方法的最大优点是能够实现非侵入式的原位测量，大大降低了对海洋浮游生物粒子场的扰动，以获得真实数据。为了实现这一目标，本文首先对海洋浮游生物观测技术国内外研究现状进行了总结，从数字全息技术的记录及再现等方面研究了海洋浮游生物数字全息成像基本理论，讨论了全息记录装置的一些结构参数和影响再现像像质的因素并最终确定了采用同轴全息光路；深入讨论和研究了两种全息再现算法菲涅尔再现算法和卷积再现算法，并通过实验对海洋浮游生物数字全息成像方法进行了验证；接着就抑制全息图中直流项与共轭像影响的问题展开讨论，论文中通过将全息图与平均光强做差的方法实现了直流项的滤除，使再现像像质明显提高；最后针对海洋浮游生物的形态特点，利用数字图像处理技术包括图像增强、图像分割技术等测量和提取了包括周长、面积、圆等效直径、圆形度、紧凑度、质心、横向尺寸、纵向尺寸、体态比、七个不变矩等特征参数，并设计实验验证并提取了其中具有稳定性的数据。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-18
  1.1 前言  10
  1.2 海洋浮游生物观测技术国内外研究现状  10-14
    1.2.1 海洋浮游生物直接采样观测方法  10-11
    1.2.2 电子计数法  11
    1.2.3 声学探测技术  11-12
    1.2.4 光学观测法  12-13
    1.2.5 浮游生物水下全息成像法  13-14
  1.3 基于数字全息成像的海洋浮游生物形态特征参数提取原理概述  14-15
  1.4 本论文的主要工作  15-16
  1.5 论文结构安排  16-18
2 数字全息成像  18-44
  2.1 传统的光学全息  18-21
  2.2 数字全息成像理论基础  21-26
    2.2.1 波前记录  22-23
    2.2.2 波前再现  23-26
  2.3 全息记录装置  26-33
    2.3.1 全息记录装置实现原理  26-28
    2.3.2 CCD 与成像距离参数选择  28-33
    2.3.3 实验中全息记录装置的结构参数  33
  2.4 数字再现算法  33-39
    2.4.1 菲涅耳数字再现算法  34-36
    2.4.2 卷积再现算法  36-38
    2.4.3 单一浮游生物的全息再现  38-39
  2.5 全息图处理  39-42
    2.5.1 数字全息图像处理技术  39-41
    2.5.2 基于全息图减平均值法的全息图处理  41-42
  2.6 本章总结  42-44
3 全息再现像的预处理与图像分割  44-58
  3.1 图像噪声分析  44-46
  3.2 图像增强  46-48
  3.3 图像分割基本理论  48-51
    3.3.1 基于不连续性的分割方法  49-50
    3.3.2 基于区域的分割方法  50-51
  3.4 海洋浮游生物全息再现像分割算法  51-57
    3.4.1 基于阈值的浮游生物目标分割  51-52
    3.4.2 基于 Canny 算子的浮游生物边缘检测  52-56
    3.4.3 基于图像形态学闭运算的图像处理  56-57
  3.5 本章总结  57-58
4 海洋浮游生物特征参数的测量与提取  58-68
  4.1 浮游生物特征参数  58-65
  4.2 实验结果及分析  65-67
  4.3 本章总结  67-68
5 总结与展望  68-71
  5.1 总结  68-69
  5.2 展望  69-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
个人简历  75-76
发表的学术论文  76-77

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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