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地下输油管道红外图像的分析研究

作　者: 孙红霞
导　师: 王明时
学　校: 天津大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 红外图像图像增强图像分割数学形态学骨架跟踪
分类号: TE973
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 134次
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内容摘要

油田输油管线因人为或非人为因素导致泄漏每年损失的资金高达数亿元。为了检测输油管线的泄漏,人们研究了多种方法。但这些方法都有一定的局限性,尤其是对长期慢速的非金属分支管漏油情况无效。因此,本课题针对输油管道加温后辐射红外能量的特点,采用红外热成像法探测地下输油管道,定位其走向及分支点,为油田输油管线的普查定位以及泄漏点的排查提供了强有力的辅助手段。本课题针对地下输油管道的红外图像的特点,研究了输油管道红外图像分析的完整过程,包括图像的预处理、图像增强、图像的分割、图像数学形态学处理和骨架跟踪标记管道的处理。首先根据输油管道红外图像的特点,对图像的噪声进行分析,设计消除噪声的方法。分析比较不同图像增强方法的特点,对比不同的自动分割方法,结合理论分析和实验结果,证明在改善的直方图基础上,采用基于最大类内距离比准则的递归带通分割法可以有效地对输油管道的红外图像进行自动阈值分割。并采用了一系列数学形态学的处理算法,对分割后的二值图像做进一步处理,结合Freeman直线链码的方法对细化后的图像进行骨架跟踪处理,提取管道主干及分支点,准确的标记管道走向及定位分支。在应用实验中,测量了大量的不同环境、不同条件下输油管道的红外图像。经过对这些红外图像的处理分析,证明采用图像增强和数学形态学以及骨架跟踪的方法可以改善图像质量,获得输油管道走向并能准确定位分支点。

全文目录

第一章绪论  7-11
  1.1 本课题的研究意义  7
  1.2 国内外研究现状  7-9
  1.3 本课题的主要研究内容  9-11
第二章红外热成像法探测地下石油管道的理论基础  11-19
  2.1 红外热成像技术的理论基础  11-13
    2.1.1 红外热辐射的理论基础  11-12
    2.1.2 红外热成像波段的选择  12-13
  2.2 地物远红外的热成像机理  13-14
  2.3 地物热场的变化规律  14-16
  2.4 地下热管道在地面热场异常的形成  16
  2.5 地下热管道探测环境的选择  16-18
  2.6 小结  18-19
第三章输油管道红外热成像系统简介  19-25
  3.1 红外探测器的选择  19-21
    3.1.1 红外探测器的类型  19
    3.1.2 红外探测器的特性参数  19-20
    3.1.3 红外探测器的选型  20-21
  3.2 红外镜头的选择  21-22
  3.3 系统硬件的基本构成简介  22-23
  3.4 系统软件的基本构成简介  23-24
  3.5 小结  24-25
第四章红外图像的预处理及图像增强  25-39
  4.1 红外图像的预处理  25-27
    4.1.1 中值滤波  25-26
    4.1.2 帧间平均滤波  26-27
  4.2 图像增强  27-38
    4.2.1 直方图双向均衡化  28-31
    4.2.2 伪彩色变换  31-38
  4.3 小结  38-39
第五章红外图像的分割  39-48
  5.1 图像分割概述  39-41
    5.1.1 图像分割的基本理论  39-40
    5.1.2 地下输油管道的红外热图像特点  40-41
  5.2 矩不变自动门限法  41-42
  5.3 最大熵准则  42-43
  5.4 最大类内距离比准则  43-45
  5.5 改善直方图与递归带通分割  45-46
  5.6 各种分割方法的实验结果比较  46-47
  5.7 小结  47-48
第六章红外图像的数学形态学处理及骨架跟踪辅助识别  48-60
  6.1 数学形态学基本概念  48-50
  6.2 二值腐蚀和膨胀  50-52
  6.3 连通区域标识保留主体  52-54
  6.4 种子填充区域内部空洞  54-55
  6.5 细化  55-56
  6.6 骨架跟踪辅助识别  56-59
    6.6.1 Freeman 直线链码跟踪原理  56-57
    6.6.2 骨架跟踪  57-59
  6.7 小结  59-60
第七章测量与实验结果的比较分析  60-64
第八章总结与展望  64-65
参考文献  65-68
发表论文和科研情况说明  68-69
致谢  69

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