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1概述
图像监控系统在工业、邮电、银行等部门应用较多，在电力系统的应用尚处于初期和推广阶段。该系统将现场摄像机摄得的图像通过一定的通讯通道传到监视中心，即可以清晰地看到现场的实际情况。图像监控在电力系统中有以下功能和特点：
（1）适用于无人值班变电所，监视变电所的设备运行和操作状况、发热情况，解决防火、防盗问题，并逐渐与操作人员现场操作的远方监视相结合，必要时各监控中心的图像信息数据要上局计算机网络，供网络用户察看。
（2）由于变电所之间距离较远，通常几十公里，甚至上百公里，通讯是用光纤、微波或电话线等方式进行连接，图像信号传到监控中心必须经过压缩和解压缩，因此图像质量较之现场的模拟信号稍有损失，必须选择好的压缩和解压缩的方式以尽量减少图像的损失。
（3）变电所设备的图像监视以静态物体为主，
动态物体为辅（如操作、防盗等）；监视平时需登高或带电位置的设备情况，如渗油、发热、冒烟等状况；电力大楼的各管理、监视用户通过MIS网的终端进行监控。
（4）要有撤防和布防功能。当变电所有人工作时，要撤防，以免误报警。当变电所位于无人状态时，要布防。
（5）控制功能的主要对象是云台和镜头，包括云台的左右旋转、上下俯仰、镜头聚焦、光圈调整和变焦变倍功能。对于多个云台和镜头的控制，一般采用诸如89C51，8031等单片机加以选择和控制。
2电力系统图像监控的组成
无人值班变电所的图像监控主要由摄像机、云台、编码器、解码器、画面分割器、视频监视器等部分组成。另外，还需与照明系统和防火、防盗系统相结合，成为一个完整的监控系统。
2.1摄像机（包括云台）
摄像机可分为：黑白、彩色、广角、调焦、一体化等多种，适用于不同情况，技术参数也各不相同，黑白摄像机适用于光线不充足地区及夜间无法安装照明设备的地区，可选的分辨率通常高于彩色摄像机。彩色摄像机可以观察设备的红绿灯等情况。一般在变电所采用彩色摄像机，经费紧张或摄像机数目较多时，在电容器室、电缆层等地可采用黑白摄像机；门厅可采用广角镜头的摄像机；控制室、开关室宜采用连带镜头、自动光圈的摄像机，对准目标后能迅速自动调整，不会因支架的抖动或人工因素造成调整困难；球型一体化摄像机是将摄像机、光学镜头、全方位云台、解码驱动器以及附属的底座和防护罩，集成在一个单元中，可以嵌入天花板、吸顶安装或支架安装，适用于室外和主控室墙壁距监控屏较远的地区。室外摄像机还可内置自动温感排风和自动防霜装置，可进行64点全方位预置，随时对2～3台主变油位、中性点闸刀、电容器以及围墙外场景进行监视，总体上降低成本。
此外由于压缩方式对图像的限制，如果图像传递后清晰度最高只能做到640×480，则摄像机的只要选择480线水平清晰度即可，不必选择太高清晰度，以免增加造价。
2.2视频监视器
监视器可分多种：工业监视器、电脑屏幕、电视机、数十台监视器组成的电视墙等，可以根据实际需求进行选择。一般采用计算机作为监视器的，易于操作和控制，由于要显示多画面图像，宜采用17英寸以上的屏幕。采用电视机作为监视器，价格便宜，但图像线数较低，对图像要求较低的场合比较适用；工业监视器清晰度较好，但控制和调节参数的灵活度不如计算机，条件允许的情况下可以采用计算机和工业监视器并用的方式。
2.3画面分割器
使用画面分割器能同时显现前端多个摄像机输出的画面。它分为固定式的四画面分割器和4个以上的多画面分割器。在监控室用计算机进行监视时，易采用4画面分割设备，既使每个画面比较清晰，容易观察，又可以观看多个图像；4个以上的画面比较小，且设备的价格比较高。
2.4编解码设备及相应的图像数据压缩技术
远程的图像传输涉及到图像的压缩和解压缩，一般编码器放置在变电所的控制室内，将现场的图像数据压缩为数字信号，传送到监控中心，解码器放置在监控中心，解开压缩的数据。编码器和解码器是互相对应的。有一对一的配置方式，也有一对多的配置方式。基于主机的视频图像压缩技术有面向硬件的和面向软件的（如Intel的In－deo）两大类。面向硬件的是基于DCT变换（离散余弦变换）等，有如下三种不同的算法：
（1）视频图像压缩算法DVI（数字视频交互），压缩后图像数据率为1．5Mbps。
（2）用于综合业务数字网（ISDN）通信中的H．261算法。
（3）用于动态图像压缩的MPEG标准，目前有MPEG1，MPEG2，MPEG4三种算法。其中MPEG1的图像质量与家用电视系统相近，压缩后的数据率为1Mbps～2Mbps，亮度信号的分辨率为360×240，色度信号的分辨率为180×120，每秒30帧。MPEG2算法的原始目标是对每秒30帧的720×572分辨率的视频信号进行压缩，压缩后的数据传输速率为5Mbps～10Mbps。
目前应用较多的为H．261，MPEG1和MPEG2三种方式，由于变电所的图像是静态和动态相结合，以静态为主，因此三种方式都适合，当然，高倍率的数据压缩是以损失原始数据信息量为代价的，会影响到传输图像的质量。
3图像监控系统方案的比较
3.1监控与通讯
（1）监控方式
1）由调度或监控中心（在局大楼内）统一监视、控制，适用于变电所数量不多，分布较集中的电力局。
2）由若干监控中心分别监控变电所，再将图像上传到局大楼的方式，三级结构，适用于变电所数量较多，分布较广的地区。
3）监控中心与MIS网终端应有一定的优先级，一般来说，监控中心优先控制和操作，MIS终端只能监视和切换画面，两者不能有冲突．（2）通讯与传输方式
图像视频信号的传输途径有多种：一点多址小微波、音频电缆扩频通讯传输、光纤2M数据口传输、电话电缆传输等方式。从实际应用效果来看，光纤传输效果最好。用电话线传输图像容易产生断续现象，不利于观察防火、防盗现象，但观察静态事物，尚可应用。
图像监控系统的分布与通讯通道的布置有关，有以下几种方式：变电所与监控中心有直接的通讯连接；变电所与局大楼有直接的光纤连接，监控中心再与局大楼有通讯连接，两种情况考虑的方案应有所不同。
信息传输通常采用TCP／IP和网络组波（Multicast）的技术，最大限度利用了网络的传输性能和网络带宽，避免网络的拥塞．
3.2信息压缩形式
（1）硬件压缩、软件解压的方式
用一个软件就能解决所有的解压缩问题，且升级换代容易，降低了成本，MIS网上的计算机只要安装相应的软件并授权，就可以成为一台功能齐全的监控主机，但稳定性较硬件为差，同一监控中心的变电所之间兼容性差。
（2）硬件压缩、硬件解压的方式
稳定性好，若采用一对多解码器，成本较低，但兼容性差；若采用一对一编解码器，只要总体设计原理相同，不受产品限制，但主站的控制软件也不具备兼容性，且监控中心的解码设备数量繁多，若监控中心的通讯通过调度中心转发，则电力大楼的硬件设备也很多，且需要两套编解码设备，上网需要两次压缩解压缩。
3.3控制界面操作
主站软件在控制云台方面的操作有两种方式：
（1）界面提供专业控制面板，用鼠标点击相应的方向进行控制。
（2）直接在图形界面上引导云台的转动方向，鼠标指针向哪个方向滑动云台就朝相应方向转动。
后种方式对于监控人员来说，非常方便，易于操作。
可以在电子地图上直接用鼠标双击获得远程终端的图像和对应摄像机切换和控制权。地图可完全模拟相应变电所环境，方便操作人员寻找摄像机和快速切换。
3.4发热报警装置
变电所设备发热也是比较常见的问题，时间一长，容易造成事故。可以采用两种方法监视无人值班变电所的发热状况：
（1）用红外摄像机进行监视报警，成本较高。
（2）用金属片发热变色，摄像机自动巡回检测后自动报警，比常规的红外测温仪要方便很多。金属片一般装设在开关或变压器的端头位置。
3.5无线摄像机和无线对讲设备
采用无线摄像机和无线对讲设备，当变电所有人巡视或操作时，随身携带以便于远方监视，防止走错间隔或误操作。为今后变电所单人操作监视的运行方式做好技术准备。
无线摄像机体积小，且通常镜头和发射天线均包含在其中，发射功率小，传送距离较近，大多在100m之内能接收。因此无线接收接口必须配置在适当的位置（一般在主控室），以保证信号的畅通。
无线摄像机可以做成帽式或手提式。由实践得知，帽式在头上运行人员走动时经常发生抖动，难以迅速聚焦，而手提式结构可视角度大，轻巧便利，比较切合单人操作摄像。
3.6其他设备
（1）升降车。室外一体化摄像机由于架设位置比较高，天长日久玻璃面罩积灰，摄像质量严重下降，定期安排清扫又受到安全距离影响，因此可设计为升降机结构，只在第一次安装调试时需要停电，以后的维护极为方便。
（2）滑轨。开关室的结构一般成行排列，只设一个或少量的摄像头无法看清每个开关柜的状况，无法对运行提供依据。设多个摄像机既增加成本，也存在死角。因此设计和开发步进马达式的电动滑轨装置，操作人员在远方就能控制摄像机前后左右移动，灵活方便，又降低造价。
（3）组合电缆。电力系统对电缆有特殊要求：阻燃、防火、防小动物，目前市场上还无铠装的视频电缆，因此可以设计将控制电缆、视频电缆、电源电缆三合一，制成铠装阻燃电缆，既对高压电磁场起到良好的屏蔽作用，又方便安装和施工。
4其他辅助系统的接入
4.1防火、防盗装置
在没有考虑变电所图像监控时，防火、防盗装置也是作为无人值班变电所的必要条件提出的，它结合综合自动化输出两个综合信号，存在的缺陷是经常出现误报，由于综合信号无法得知什么区域发生火警和盗警，工作人员赶到现场，可能为时已晚。
如果能将防火、防盗结合图像监控系统，就可以解决上述问题。采用警情联动功能，当发生报警时，立即启动摄像机，可以得知是哪个区域发生报警，是否误报，重要情况还可启动自动录像装置，为事故分析提供条件。
目前绝大多数厂家生产的火灾、防盗报警控制器不具备报警规约的输出功能，或只有一个开关量接点输入，因此防火、防盗设备与图像监控的结合需要合作开发，且火灾报警控制器要经中国消防产品质量认证，控制器可采用RS232标准接口与上位机通讯。
与防火、防盗设备相连，探测报警信号源有以下几种：烟感探测器、热感红外线控测器、微波物体移动感知器、开关、玻璃破碎感知器等等。一般无人值班变电所大多采用前三种探测器。若经济条件较好，可采用多种探测器相结合的方式。为减少单一探测原理装置易产生的误报，可以将红外、微波、超身等探测方法组合成双鉴式，即基于两种原理的复合式报警器。
4.2变电所照明系统
图像监控装置启动变电所照明有两种方案：
（1）摄像机上安装射灯，可以随着摄像机的转动而转动，远方控制，灵活性高，但亮度范围有所限制。
（2）启动变电所的照明电源，当有警情或远方控制时，可以开启变电所相应位置的灯光，亮度范围广、效果好。
4.3长延时录像机
监控中心在采用计算机监控时，可用计算机硬盘录像，必要时采用双硬盘备份，但硬盘录像时往往计算机运行速度就很慢，不能同时调用图像或控制。但很多情况下可以在监控中心外接长延时录像机进行录像。24h的长延时录像机比较理想，每日只需更换一盘录像带。讯协议对于子站的技术、通讯接入以及MIS的联网都大有影响，因此一旦主站方案选定后，再采用另一家厂家的产品，很难兼容和接入，对系统的图像质量也很有影响。如果有多个监控中心，虽然不同主站各自可以采用不同的系统，但是如果要联入MIS网，又将会互相冲突。因此在考虑安装图像监控系统时，一定要有一个总体的方案。一般变电所内需要监视的位置有：
（1）主变：油位，中性点接地闸刀，端头的发热情况。
（2）开关室：监视开关室的人员出入及开关操作的正确性，及面板上的微机保护或自动化装置的面板。
（3）门厅：监视进出的人员。
（4）电容器室：防盗、防火监视。
（5）主控室：监视设备、直流系统、自动化装置等设备的读数，计算机等设备的防盗，运行人员的现场情况等。
（6）电缆层：防火。
集各有关单位的人员进行讨论，特别是运行人员对摄像头的布置，通讯人员对通讯的接入和设备调试，计算机人员对于MIS网的接入和设置，保卫人员结合防火、防盗等都要有一个综合的考虑，新建的变电所应在投产之前进行布线和设备安装等需要停电的工作，改造的变电所要结合检修一起施工。在施工中应注意：
ABasicResearchonMutualConstructionandSharingofLibrary
InformationResourceunderNetwork
MaYuejinLinLanying
（QiyangTeachersCollege，Gansuxifeng）
Abstract:Thispaperdealswiththenecessityofconstructingtheinformationresourcecollectivelyamonglibraries,thenanalyzesthefactorsinfluencinginformationresourcesharedandconstructed,finally,presentssomecomments.
Keywords:networkenvironmrntlibraryinformationresourcesconstructionandsharing
网络环境下图书馆信息资源的共建共享是指各级各类图书馆根据用户对社会信息的需求，通过网络利用计算机、通信、电子、多媒体等先进的信息技术，高度理想化地对各馆藏信息资源和网络资源进行综合协作开发和利用的活动。
1信息资源的共建共享是未来图书馆开发和利用信息资源的必由之路
市场经济的迅猛发展，网络技术的不断更新，信息时代的到来，决定了未来图书馆的发展趋势是实行信息资源的共建共享，关于这一点已经达成社会共识。这是由于：
1.1图书馆实行信息资源共建共享是解决知识信息剧增与馆藏力不足这一矛盾的重要途径
目前，我国已成功地加入了WTO，世界经济格局开始进行重新定位，同时信息时代的到来，知识信息的与日激增，书刊数量的急剧增长对于信息容量相对较大的每一图书馆来说，由于诸多因素的影响，其收藏力相对低下，对业已产生的知识信息根本不可能尽包尽容，各图书馆孤立地为各类用户提供方便快捷的信息服务愈显力不从心。况且各图书馆各自为政，固定用户对现有馆藏的利用率不高，对信息资源的浪费极为痛心。例如我校图书馆自97年以来购置的数10万元的学术期刊光盘，极少有人问津，但是，相对迫切需要此类信息资源的其他用户，只能望而兴叹。还有就是用户普遍需求的同类信息资源，各图书馆竞相购置，以满足当地用户的需要，造成目前这种对文献信息资源的低水平重复购置的局面。因此，统一筹划、多方位、多渠道、立体化合理共建共享信息资源正是解决这一矛盾的重要途径。
1.2实行图书馆信息资源共建共享是用户的迫切需求
随着社会的发展，科学技术的不断进步，用户对信息资源的需求方式及内容也产生了根本性的变化。用户不再满足于单一的馆藏信息服务，迫切需要的是内容新颖全面、类型完整、形式多样、来源广泛的信息。用户的这种全方位、综合化的信息需求，显然不是一个图书馆所能够满足的，多个信息单位协作进行信息资源共建共享已成为信息服务界急需解决的问题。用户对知识信息的需求还反映在要求所需信息的电子化、网络化，这就需要图书馆加强对文献信息资源的电子化组织和迅速实现网络化的工作，通过对知识信息进行分析、综合、整序，以新的、序列化的知识单元提供给用户。如果每个图书馆单独进行这些工作，是远远不能满足用户需求的。
2网络环境下影响图书馆信息资源共建共享的因素
2.1积极因素：
2.1.1网络为图书馆提供了一个全新的信息环境。Internet网、中国教育科研网以及中国信息网的开通与互联，为图书馆信息资源共建共享提供了良好的条件，特别是Internet网成功地采用了TCP/IP（传输控制协议和网际互联协议），TCP/IP采用的互交换技术，解决了不同硬件平台、不同网络产品和不同操作系统之间的兼容性问题。任何计算机只要采用TCP/IP协议与因特网中的任何一台主机通信，都有可能成为因特网的部分，进行大规模的网络互联，自由地选择利用各种网络服务，顺利地实现信息资源的共建共享。
2.1.2部分国家或地区图书馆相继协议协作，不断推进着图书馆信息资源共建共享的进程。联合国教科文组织在《公共图书馆宣言》中提出的“开放”思想，在促进我国图书馆信息资源共建共享由封闭向开放，由被动向主动，由浅层向深层，由粗放向效益密集转变的过程中起到了积极的推动作用。我国图书馆信息资源共建共享是从20世纪50年代国务院批准公布《全国图书馆协调方案》起开始的，但那时信息资源的共建共享还处在萌芽阶段，从20世纪90年代开始，信息资源的共建共享注入了虚拟图书馆和跨行业通过网络协作的特征。如1999年1月，由中国国家图书馆召集，全国各行业系统的图书情报机构在北京发出了《全国文献信息资源共建共享倡议书》并共同签署了《全国图书馆馆际互借公约》。
2.2不利因素：
2.2.1管理体制的滞后制约着图书馆信息资源共建共享的进一步发展。管理体制是图书馆信息资源共建共享的关键因素，起着统筹规划、全面协调的作用。图书馆的管理决定着信息资源共建共享的活动能力、规模、形式和效益，一个图书馆的性质任务、规章制度、馆藏特色、服务手段、服务方式等也极大地影响着其在信息资源共建共享中的水准。网络环境孕育了崭新的管理观念，并呼唤着与之相适应的管理体制，但是从我国目前图书情报系统的状况来看，仍处在无章可循的状态，传统的条块分割各自为政的纵向管理体制极大地影响着图书馆信息资源共建共享的进程。
2.2.2部分馆员的专业水平和思想理念的滞后也制约着图书馆信息资源共建共享的进一步发展。网络环境下图书馆员应具备“专家型”素质，他们除担负传统的图书馆业务工作以外，还应充分利用先进的信息技术，对馆藏资源和网络资源进行深层次开发，去伪存真，有效地抵制信息垃圾，以健康有序的全方位信息资源满足用户。但在我国西部等经济欠发达地区的图书馆，从事图书情报及信息技术的工作人员素质普遍存在着学历偏低、专业知识结构老化，新的信息技术人才严重缺乏，一些领导思想认识不足，对图书馆继续教育工作缺乏积极支持等，比较严重地阻碍着信息资源共建共享工作的进展。
2.2.3现代信息技术发展应用的局限性也制约着图书馆信息资源共建共享的进一步发展。现代信息技术的应用也有不断发展的过程，目前的一些技术也存在一定的缺陷，如计算机及其配件市场比较混杂，升级换代频繁，给信息技术工作者的选择带来困难；通信线路传输速率低，尤其是在传递多媒体信息时更显能力不足。集成管理系统缺乏标准化，如在多平台技术方面，多数未采用C/S技术，客户端的应用程序不支持字符终端；在网络功能上，多数未采用Z39.50协议、HyperLink技术。各级种类图书馆发展不平衡，有些图书馆还缺乏利用现代信息技术的能力。
除此之外，网络环境下制约图书馆信息资源共建共享的因素还有诸多网络信息的安全与否、正当的知识产权能否得到有效的保护、部分信息霸权主义能否消除、紧缺的图书馆经费能否得以保障等。
3网络环境下如何对图书馆信息资源进行共建共享
3.1建立图书馆信息资源共建共享的法律保障体系
完备的法制建设是图书馆信息资源共建共享工作的行动指南。信息资源的共建共享是一个需要多行业参与和协作的系统工作，为了协调不同行业之间的利益和职责，需要制定相应的政策法规，规范各方面的行为，以确保各方的利益不受侵害。即将出台的我国《图书馆法》及与之相配套的法律法规，必需对信息资源共建共享的社会地位、经费保障、各成员的权利和义务，以及信息资源共建共享的体制和运行机制、总体布局等做出明确规定；必需对信息资源共建共享引起的一系列问题，如版权保护、文献复制、传递、编目、检索、互借等，要制定统一运作的标准规范；必需高起点、创造性地预测可能会产生的各种问题和矛盾的解决途径及办法。保证广
大用户能够充分利用公共信息，以能够承受的价格及时、平等、公平地分享到信息资源共建共享的益处。
3.2规范图书馆信息资源共建共享体制上的保障措施
我国图书馆界分成公共、科研、高校及工会等几个系统，管理松散，不利于未来图书馆信息资源共建共享的发展。合理的体制应该是多元化的、立体的、综合的。最好建立统一协调、条块分割、布局合理，能确保进行宏观调控的管理体系。建立一个全国性信息资源管理职能机构，负责全国信息资源建设、布局、共享及优势互补的总体规划和组织实施全国各系统、各地区图书馆合理配置信息资源，对其信息资源共建共享统一协调管理，对自动化、网络化建设与发展等进行统一规划和指导。横向上，在省一级加强各省学会的功能，以便协调和统一各类图书馆信息资源共建共享，减少重复投资与建设。纵向上，各系统加强领导。如高校图书馆可以在教育部的领导下进行统一的协调与管理，目前实施的CALS工程就是一个很好的示范，可以使高校图书馆按学科合理地配置信息资源，并达到共有、共建、共享的目的，由此带动整个高校图书馆事业健康良性地向前发展。
3.3普及使用新技术
21世纪，图书馆的体系结构将由传统和实体图书馆向实体图书馆和虚拟图书馆并存转移，用户要求的是可以在任何地方（包括跨地域）、任何时候自由地咨询、搜索、利用虚拟图书馆及传统图书馆中的信息资源，不受借阅时间、期限与区域的限制，是信息资源真正共享的“大公共图书馆”服务模式。这就迫切需要各图书馆积极投入普及使用中文信息处理技术、缩微技术、数据库技术、多媒体技术、光盘技术、网络通讯技术、虚拟现实及计算机应用等新技术，引进适应图书馆信息资源共建共享发展需求的现代技术设备及掌握该技术的人才，所有图书情报工作人员及其他广大科技人员应结合图书馆信息资源共建共享进行系统软件的开发、设计和制作，加强图书馆局域网、广域网及Internet网等系统工作人员高级技能的培训普及以及深层次继续教育，为图书馆信息资源共建共享提供良好的技术保障。
3.4加强网络建设，确保图书馆信息资源共建共享的顺利实施
首先，应建立一个全国齐全、运转迅速的信息资源共建共享网络和资源布局保障系统，同时加强各级各类图书馆的特色馆藏建设，统一系统网络环境软、硬件和技术支持。其次，加强图书馆信息资源的数据库建设，尽快完成全国联合目录数据库的建设。第三，在图书馆信息资源共享网络中心，建立公共查询系统，以集体契约方式购买全国联合编目中心的MARC数据和国外的文摘索引类书目信息数据库，通过成员馆的分工协作，建立全国的馆藏联合目录和公共查询系统。第四，建立规范化的电子交换书目数据库，图书馆可以此来、登录、催缺、加工预订目录和新书报道。在此基础上建立统一协调的联合采购机构，从宏观上对信息资源的合理配置进行调控。第五，建立统一的馆际互借系统，处理馆际互借的相互联络、借出馆的信息资源在库情况、预约借阅等。
参考文献
1刘彩虹，杨玉红.论图书馆文献信息服务的创新.图书馆工作与研究，2002（1）
1．引言
近20多年来，医学影像已成为医学技术中发展最快的领域之一，其结果使临床医生对人体内部病变部位的观察更直接、更清晰，确诊率也更高。20世纪70年代初，X-CT的发明曾引发了医学影像领域的一场革命，与此同时，核磁共振成像象(MRI:MagneticResonanceImaging)、超声成像、数字射线照相术、发射型计算机成像和核素成像等也逐步发展。计算机和医学图像处理技术作为这些成像技术的发展基础，带动着现代医学诊断正产生着深刻的变革。各种新的医学成像方法的临床应用，使医学诊断和治疗技术取得了很大的进展，同时将各种成像技术得到的信息进行互补，也为临床诊断及生物医学研究提供了有力的科学依据。
在目前的影像医疗诊断中,主要是通过观察一组二维切片图象去发现病变体,往往需要借助医生的经验来判定。至于准确的确定病变体的空间位置、大小、几何形状及与周围生物组织的空间关系,仅通过观察二维切片图象是很难实现的。因此,利用计算机图象处理技术对二维切片图象进行分析和处理,实现对人体器官、软组织和病变体的分割提取、三维重建和三维显示,可以辅助医生对病变体及其它感兴趣的区域进行定性甚至定量的分析,可以大大提高医疗诊断的准确性和可靠性。此外,它在医疗教学、手术规划、手术仿真及各种医学研究中也能起重要的辅助作用。
本文对医学图像处理技术中的图像分割、纹理分析、图像配准和图像融合技术的现状及其发展进行了综述。
2．医学图像三维可视化技术
2.1三维可视化概述
医学图像的三维可视化的方法很多，但基本步骤大体相同，如图.。从#$/&’(或超声等成像系统获得二维断层图像，然后需要将图像格式（如0(#1&）转化成计算机方便处理的格式。通过二维滤波，减少图像的噪声影响，提高信噪比和消除图像的尾迹。采取图像插值方法，对医学关键部位进行各向同性处理，获得体数据。经过三维滤波后，不同组织器官需要进行分割和归类，对同一部位的不同图像进行配准和融合，以利于进一步对某感兴趣部位的操作。根据不同的三维可视化要求和系统平台的能力，选择不同的方法进行三维体绘制，实现三维重构。
2.2关键技术：
图像分割是三维重构的基础，分割效果直接影像三维重构的精确度。图像分割是将图像分割成有意义的子区域，由于医学图像的各区域没有清楚的边界，为了解决在医学图像分割中遇到不确定性的问题，引入模糊理论的模糊阀值、模糊边界和模糊聚类等概念。快速准确的分离出解剖结构和定位区域位置和形状，自动或半自动的图像分割方法是非常重要的。在实际应用中有聚类法、统计学模型、弹性模型、区域生长、神经网络等适用于医学图像分割的具体方法。
由于可以对同一部位用不同的成像仪器多次成像，或用同一台仪器多次成像，这样产生了多模态图像。多模态图像提供的信息经常相互覆盖和具有互补性，为了综合使用多种成像模式以提供更全面的信息，需要对各个模态的原始图像进行配准和数据融合，其整个过程称为数据整合。整合的第一步是将多个医学图像的信息转换到一个公共的坐标框架内的研究，使多幅图像在空间域中达到几何位置的完全对应，称为三维医学图像的配准问题。建立配准关系后，将多个图像的数据合成表示的过程，称为融合。在医学应用中，不同模态的图像还提供了不互相覆盖的结构互补信息，比如，当CT提供的是骨信息，MRI提供的关于软组织的信息，所以可以用逻辑运算的方法来实现它们图像的合成。
当分割归类或数据整合结束后，对体数据进行体绘制。体绘制一般分为直接体绘制和间接体绘制，由于三维医学图像数据量很大，采用直接体绘制方法，计算量过重，特别在远程应用和交互操作中，所以一般多采用间接体绘制。在图形工作站上可以进行直接体绘制，近来随着计算机硬件快速发展，新的算法，如三维纹理映射技术，考虑了计算机图形硬件的特定功能及体绘制过程中的各种优化方法，从而大大地提高了直接体绘制的速度。体绘制根据所用的投影算法不同加以分类，分为以对象空间为序的算法（又称为体素投影法）和以图像空间为序的算法!又称为光线投射法"，一般来说，体素投影法绘制的速度比光线投射法快。由于三维医学图像的绘制目的在于看见内部组织的细节，真实感并不是最重要的，所以在医学应用中的绘制要突出特定诊断所需要的信息，而忽略无关信息。另外，高度的可交互性是三维医学图像绘制的另一个要求，即要求一些常见操作，如旋转，放大，移动，具有很好的实时性，或至少是在一个可以忍受的响应时间内完成。这意味着在医学图像绘制中，绘制时间短的可视化方法更为实用。
未来的三维可视化技术将与虚拟现实技术相结合，不仅仅是获得体数据的工具，更主要的是能创造一个虚拟环境。
3．医学图像分割
医学图像分割就是一个根据区域间的相似或不同把图像分割成若干区域的过程。目前,主要以各种细胞、组织与器官的图像作为处理的对象，图像分割技术主要基于以下几种理论方法。
3.1基于统计学的方法
统计方法是近年来比较流行的医学图像分割方法。从统计学出发的图像分割方法把图像中各个像素点的灰度值看作是具有一定概率分布的随机变量,观察到的图像是对实际物体做了某种变换并加入噪声的结果,因而要正确分割图像,从统计学的角度来看,就是要找出以最大的概率得到该图像的物体组合。用吉布斯（Gibbs）分布表示的Markov随机场(MRF)模型,能够简单地通过势能形式表示图像像素之间的相互关系,因此周刚慧等结合人脑MR图像的空间关系定义Markov随机场的能量形式,然后通过最大后验概率(MAP)方法估计Markov随机场的参数,并通过迭代方法求解。层次MRF采用基于直方图的DAEM算法估计标准有限正交混合(SFNM)参数的全局最优值,并基于MRF先验参数的实际意义,采用一种近似的方法来简化这些参数的估计。林亚忠等采用的混合金字塔Gibbs随机场模型,有效地解决了传统最大后验估计计算量庞大和Gibbs随机场模型参数无监督及估计难等问题,使分割结果更为可靠。
3.2基于模糊集理论的方法
医学图像一般较为复杂，有许多不确定性和不精确性，也即模糊性。所以有人将模糊理论引入到图像处理与分析中，其中包括用模糊理论来解决分割问题。基于模糊理论的图形分割方法包括模糊阈值分割方法、模糊聚类分割方法等。模糊阈值分割技术利用不同的S型隶属函数来定义模糊目标，通过优化过程最后选择一个具有最小不确定性的S函数，用该函数表示目标像素之间的关系。这种方法的难点在于隶属函数的选择。模糊C均值聚类分割方法通过优化表示图像像素点与C各类中心之间的相似性的目标函数来获得局部极大值，从而得到最优聚类。Venkateswarlu等[改进计算过程，提出了一种快速的聚类算法。
3.2.1基于模糊理论的方法
模糊分割技术是在模糊集合理论基础上发展起来的,它可以很好地处理MR图像内在的模糊性和不确定性,而且对噪声不敏感。模糊分割技术主要有模糊阈值、模糊聚类、模糊边缘检测等。在各种模糊分割技术中,近年来模糊聚类技术,特别是模糊C-均值(FCM)聚类技术的应用最为广泛。FCM是一种非监督模糊聚类后的标定过程,非常适合存在不确定性和模糊性特点的MR图像。然而,FCM算法本质上是一种局部搜索寻优技术,它的迭代过程采用爬山技术来寻找最优解,因此容易陷入局部极小值,而得不到全局最优解。近年来相继出现了许多改进的FCM分割算法,其中快速模糊分割(FFCM)是最近模糊分割的研究热点。FFCM算法对传统FCM算法的初始化进行了改进,用K-均值聚类的结果作为模糊聚类中心的初值,通过减少FCM的迭代次数来提高模糊聚类的速度。它实际上是两次寻优的迭代过程,首先由K-均值聚类得到聚类中心的次最优解,再由FCM进行模糊聚类,最终得到图像的最优模糊分割。
3.2.2基于神经网络的方法
按拓扑机构来分,神经网络技术可分为前向神经网络、反馈神经网络和自组织映射神经网络。目前已有各种类型的神经网络应用于医学图像分割,如江宝钏等利用MRI多回波性,采用有指导的BP神经网络作为分类器,对脑部MR图像进行自动分割。而Ahmed和Farag则是用自组织Kohenen网络对CT/MRI脑切片图像进行分割和标注,并将具有几何不变性的图像特征以模式的形式输入到Kohenen网络,进行无指导的体素聚类,以得到感兴趣区域。模糊神经网络(FNN)分割技术越来越多地得到学者们的青睐,黄永锋等提出了一种基于FNN的颅脑MRI半自动分割技术,仅对神经网络处理前和处理后的数据进行模糊化和去模糊化,其分割结果表明FNN分割技术的抗噪和抗模糊能力更强。
3.2.3基于小波分析的分割方法
小波变换是近年来得到广泛应用的一种数学工具，由于它具有良好的时一频局部化特征、尺度变化特征和方向特征，因此在图像处理上得到了广泛的应用。
小波变换和分析作为一种多尺度多通道分析工具，比较适合对图像进行多尺度的边缘检测，典型的有如Mallat小波模极大值边缘检测算法[6
3.3基于知识的方法
基于知识的分割方法主要包括两方面的内容:(1)知识的获取,即归纳提取相关知识,建立知识库；(2)知识的应用,即有效地利用知识实现图像的自动分割。其知识来源主要有:(1)临床知识,即某种疾病的症状及它们所处的位置；(2)解剖学知识,即某器官的解剖学和形态学信息,及其几何学与拓扑学的关系,这种知识通常用图谱表示；(3)成像知识,这类知识与成像方法和具体设备有关；(4)统计知识,如MI的质子密度(PD)、T1和T2统计数据。Costin等提出了一种基于知识的模糊分割技术,首先对图像进行模糊化处理,然后利用相应的知识对各组织进行模糊边缘检测。而谢逢等则提出了一种基于知识的人脑三维医学图像分割显示的方法。首先,以框架为主要表示方法,建立完整的人脑三维知识模型,包含脑组织几何形态、生理功能、图像灰度三方面的信息；然后,采用“智能光线跟踪”方法,在模型知识指导下直接从体积数据中提取并显示各组织器官的表面。
3.4基于模型的方法
该方法根据图像的先验知识建立模型,有动态轮廓模型(ActiveContourModel,又称Snake)、组合优化模型等,其中Snake最为常用。Snake算法的能量函数采用积分运算,具有较好的抗噪性,对目标的局部模糊也不敏感,但其结果常依赖于参数初始化,不具有足够的拓扑适应性,因此很多学者将Snake与其它方法结合起来使用,如王蓓等利用图像的先验知识与Snake结合的方法,避开图像的一些局部极小点,克服了Snake方法的一些不足。Raquel等将径向基网络(RBFNNcc)与Snake相结合建立了一种混合模型,该模型具有以下特点:(1)该混合模型是静态网络和动态模型的有机结合；(2)Snake的初始化轮廓由RBFNNcc提供；(3)Snake的初始化轮廓给出了最佳的控制点；(4)Snake的能量方程中包含了图像的多谱信息。Luo等提出了一种将livewire算法与Snake相结合的医学图像序列的交互式分割算法,该算法的特点是在少数用户交互的基础上,可以快速可靠地得到一个医学图像序列的分割结果。
由于医学图像分割问题本身的困难性，目前的方法都是针对某个具体任务而言的，还没有一个通用的解决方法。综观近几年图像分割领域的文献，可见医学图像分割方法研究的几个显著特点：（1）学者们逐渐认识到现有任何一种单独的图像分割算法都难以对一般图像取得比较满意的结果，因而更加注重多种分割算法的有效结合；（2）在目前无法完全由计算机来完成图像分割任务的情况下，半自动的分割方法引起了人们的广泛注意，如何才能充分利用计算机的运算能力，使人仅在必要的时候进行必不可少的干预，从而得到满意的分割结果是交互式分割方法的核心问题；（3）新的分割方法的研究主要以自动、精确、快速、自适应和鲁棒性等几个方向作为研究目标，经典分割技术与现代分割技术的综合利用（集成技术）是今后医学图像分割技术的发展方向。
4．医学图像配准和融合
医学图像可以分为解剖图像和功能图像2个部分。解剖图像主要描述人体形态信息，功能图像主要描述人体代谢信息。为了综合使用多种成像模式以提供更全面的信息，常常需要将有效信息进行整合。整合的第一步就是使多幅图像在空间域中达到几何位置的完全对应，这一步骤称为“配准”。整合的第二步就是将配准后图像进行信息的整合显示，这一步骤称为“融合”。
在临床诊断上，医生常常需要各种医学图像的支持，如CT、MRI、PET、SPECT以及超声图像等，但无论哪一类的医学图像往往都难以提供全面的信息，这就需要将患者的各种图像信息综合研究19]，而要做到这一点，首先必须解决图像的配准(或叫匹配)和融合问题。医学图像配准是确定两幅或多幅医学图像像素的空间对应关系；而融合是指将不同形式的医学图像中的信息综合到一起，形成新的图像的过程。图像配准是图像融合必需的预处理技术，反过来，图像融合是图像配准的一个目的。
4.1医学图像配准
医学图像配准包括图像的定位和转换，即通过寻找一种空间变换使两幅图像对应点达到空间位置上的配准，配准的结果应使两幅图像上所有关键的解剖点或感兴趣的关键点达到匹配。20世纪90年代以来，医学图像配准的研究受到了国内外医学界和工程界的高度重视，1993年Petra等]综述了二维图像的配准方法，并根据配准基准的特性，将图像配准的方法分为两大类：基于外部特征（有框架）的图像配准和基于内部特征（无框架）的图像配准。基于外部特征的方法包括立体定位框架法、面膜法及皮肤标记法等。基于外部特征的图像配准，简单易行，易实现自动化，能够获得较高的精度，可以作为评估无框架配准算法的标准。但对标记物的放置要求高，只能用于同一患者不同影像模式之间的配准，不适用于患者之间和患者图像与图谱之间的配准，不能对历史图像做回溯性研究。基于内部特征的方法是根据一些用户能识别出的解剖点、医学图像中相对运动较小的结构及图像内部体素的灰度信息进行配准。基于内部特征的方法包括手工交互法、对应点配准法、结构配准法、矩配准法及相关配准法。基于内部特征的图像配准是一种交互性方法，可以进行回顾性研究，不会造成患者不适，故基于内部特征的图像配准成为研究的重点。
近年来，医学图像配准技术有了新的进展，在配准方法上应用了信息学的理论和方法，例如应用最大化的互信息量作为配准准则进行图像的配准，在配准对象方面从二维图像发展到三维多模医学图像的配准。例如Luo等利用最大互信息法对CT-MR和MR-PET三维全脑数据进行了配准，结果全部达到亚像素级配准精度。在医学图像配准技术方面引入信号处理技术，例如傅氏变换和小波变换。小波技术在空间和频域上具有良好的局部特性，在空间和频域都具有较高的分辨率，应用小波技术多分辨地描述图像细貌，使图像由粗到细的分级快速匹配，是近年来医学图像配准的发展之一。国内外学者在这方面作了大量的工作，如Sharman等提出了一种基于小波变换的自动配准刚体图像方法，使用小波变换获得多模图像特征点然后进行图像配准，提高了配准的准确性。另外，非线性配准也是近年来研究的热点，它对于非刚性对象的图像配准更加适用，配准结果更加准确。
目前许多医学图像配准技术主要是针对刚性体的配准，非刚性图像的配准虽然已经提出一些解决的方法，但同刚性图像相比还不成熟。另外，医学图像配准缺少实时性和准确性及有效的全自动的配准策略。向快速和准确方面改进算法，使用最优化策略改进图像配准以及对非刚性图像配准的研究是今后医学图像配准技术的发展方向。
4.2医学图像融合
图像融合的主要目的是通过对多幅图像间的冗余数据的处理来提高图像的可读性,对多幅图像间的互补信息的处理来提高图像的清晰度。不同的医学影像设备获取的影像反映了不同的信息：功能图像（SPECT、PET等）分辨率较差，但它提供的脏器功能代谢和血液流动信息是解剖图像所不能替代的；解剖图像（CT、MRI、B超等）以较高的分辨率提供了脏器的解剖形态信息，其中CT有利于更致密的组织的探测，而MRI能够提供软组织的更多信息。多模态医学图像的融合把有价值的生理功能信息与精确的解剖结构结合在一起，可以为临床提供更加全面和准确的资料。
医学图像的融合可分为图像融合的基础和融合图像的显示。（1）图像融合的基础：目前的图像融合技术可以分为2大类，一类是以图像像素为基础的融合法；另一类是以图像特征为基础的融合方法。以图像像素为基础的融合法模型可以表示为：
其中，为融合图像，为源图像，为相应的权重。以图像特征为基础的融合方法在原理上不够直观且算法复杂，但是其实现效果较好。图像融合的步骤一般为：①将源图像分别变换至一定变换域上；②在变换域上设计一定特征选择规则；③根据选取的规则在变换域上创建融合图像；④逆变换重建融合图像。（2）融合图像的显示：融合图像的显示方法可分成2种：空间维显示和时间维显示。
目前，医学图像融合技术中还存在较多困难与不足。首先，基本的理论框架和有效的广义融合模型尚未形成。以致现有的技术方法还只是针对具体病症、具体问题发挥作用，通用性相对较弱。研究的图像以CT、MRI、核医学图像为主，超声等成本较低的图像研究较少且研究主要集中于大脑、肿瘤成像等；其次，由于成像系统的成像原理的差异，其图像采集方式、格式以及图像的大小、质量、空间与时间特性等差异大，因此研究稳定且精度较高的全自动医学图像配准与融合方法是图像融合技术的难点之一；最后，缺乏能够客观评价不同融合方法融合效果优劣的标准，通常用目测的方法比较融合效果，有时还需要利用到医生的经验。
在图像融合技术研究中，不断有新的方法出现，其中小波变换在图像融合中的应用，基于有限元分析的非线性配准以及人工智能技术在图像融合中的应用将是今后图像融合研究的热点与方向。随着三维重建显示技术的发展，三维图像融合技术的研究也越来越受到重视，三维图像的融合和信息表达，也将是图像融合研究的一个重点。
5．医学图像纹理分析
一般认为图像的纹理特征描述物体表面灰度或颜色的变化,这种变化与物体自身属性有关,是某种纹理基元的重复。Sklansky早在1978年给出了一个较为适合于医学图像的纹理定义:“如果图像的一系列固有的统计特性或其它的特性是稳定的、缓慢变化的或者是近似周期的,那么则认为图像的区域具有不变的纹理”。纹理的不变性即指纹理图像的分析结果不会受到旋转、平移、以及其它几何处理的影响。目前从图像像素之间的关系角度,纹理分析方法主要包括以下几种。
5.1统计法
统计分析方法主要是基于图像像素的灰度值的分布与相互关系,找出反映这些关系的特征。基本原理是选择不同的统计量对纹理图像的统计特征进行提取。这类方法一般原理简单,较易实现,但适用范围受到限制。该方法主要适合医学图像中那些没有明显规则性的结构图像,特别适合于具有随机的、非均匀性的结构。统计分析方法中,最常用的是共生矩阵法,其中有灰度共生矩阵(graylevelco-occurrencematrix,GLCM)和灰度—梯度共生矩阵。杜克大学的R.Voracek等使用GLCM对肋间周边区提取的兴趣区(regionofinterest,ROI)进行计算,测出了有意义的纹理参数。另外,还有长游程法(runlengthmatrix,RLM),其纹理特征包括短游程优势、长游程优势、灰度非均匀化、游程非均匀化、游程百分比等,长游程法是对图像灰度关系的高阶统计,对于给定的灰度游程,粗的纹理具有较大的游程长度,而细的纹理具有较小的游程长度。
5.2结构法
结构分析方法是分析纹理图像的结构,从中获取结构特征。结构分析法首先将纹理看成是有许多纹理基元按照一定的位置规则组成的,然后分两个步骤处理（1）提取纹理基元；（2）推论纹理基元位置规律。目前主要用数学形态学方法处理纹理图像,该方法适合于规则和周期性纹理,但由于医学图像纹理通常不是很规则,因此该方法的应用也受到限制,实际中较少采用。
5.3模型法
模型分析方法认为一个像素与其邻域像素存在某种相互关系,这种关系可以是线性的,也可以是符合某种概率关系的。模型法通常有自回归模型、马尔科夫随机场模型、Gibbs随机场模型、分形模型,这些方法都是用模型系数来表征纹理图像,其关键在于首先要对纹理图像的结构进行分析以选择到最适合的模型,其次为如何估计这些模型系数。如何通过求模型参数来提取纹理特征,进行纹理分析,这类方法存在着计算量大,自然纹理很难用单一模型表达的缺点。
5.4频谱法
频谱分析方法主要基于滤波器理论，包括傅立叶变换法、Gabor变换法和小波变换法。
1973年Bajcsy使用傅立叶滤波器方法分析纹理。Indhal等利用2-D快速傅立叶变换对纹理图像进行频谱分析,从而获得纹理特征。该方法只能完成图像的频率分解,因而获得的信息不是很充分。1980年Laws对图像进行傅氏变换,得出图像的功率谱,从而提取纹理特征进行分析。
Gabor函数可以捕捉到相当多的纹理信息,且具有极佳的空间/频域联合分辨率,因此在实际中获得了较广泛的应用。小波变换法大体分金子塔形小波变换法和树形小波变换法(小波包法)。
小波变换在纹理分析中的应用是Mallat在1989年首先提出的,主要用二值小波变换(DiscreteWaveletTransform,DWT),之后各种小波变换被用于抽取纹理特征。传统的金字塔小波变换在各分解级仅对低频部分进行分解,所以利用金字塔小波变换进行纹理特征提取是仅利用了纹理图像低频子带的信息,但对某些纹理,其中高频子带仍含有有关纹理的重要特征信息(如对具有明显的不规则纹理的图像,即其高频子带仍含有有关纹理的重要特征)得不到利用。使用在每个分解级对所有的频率通道均进行分解的完全树结构小波变换提取特征,能够较全面地提取有关纹理特征。
由于医学图像及其纹理的复杂性，目前还不存在通用的适合各类医学图像进行纹理分析的方法，因而对于各类不同特点的医学图像就必须采取有针对性地最适合的纹理分析技术。另外，在应用某一种纹理分析方法对图像进行分析时，寻求最优的纹理特征与纹理参数也是目前医学图像纹理分析中的重点和难点。
6．总结
随着远程医疗技术的蓬勃发展，对医学图像处理提出的要求也越来越高。医学图像处理技术发展至今，各个学科的交叉渗透已是发展的必然趋势，其中还有很多亟待解决的问题。有效地提高医学图像处理技术的水平，与多学科理论的交叉融合、医务人员和理论技术人员之间的交流就显得越来越重要。多维、多参数以及多模式图像在临床诊断（包括病灶检测、定性，脏器功能评估，血流估计等）与治疗（包括三维定位、体积计算、外科手术规划等）中将发挥更大的作用。
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Abstract:Inthispaper,wepresenttwodifferentinterfacesbetweendigitalaimagesensorsandaprocessorforembedsystems,I/OmodeandDMW(DirectMemoryWrite)mode.InI/Omode,processorcanreadimagedatathroughI/Oport,andtheinterfaceissimple.InDMWmode,imagedatacanbewriteintoRAMdirectlywhileaprocessorissuspended.
Keywords:EmbedSystem,ImageCapture,ElectronicCircuit
一、引言
随着半导体技术的飞速发展，具有图像功能的嵌入式应用愈来愈多。从数码相机、可视电话、多功能移动电话等消费产品到门禁、数字视频监视等工业控制及安防产品，图像采集和处理已成为重要的组成部分之一。图像采集需要进行同步信号的处理，比通常的A/D数据采集过程复杂，电路的设计也较为困难。传统PC上的图像采集卡都是在Philips、Brooktree等半导体公司提供的接口芯片基础上，由专业公司开发生产。在嵌入式系统中不同的处理器和图像传感器的信号定义及接口方式不同，没有通用的接口芯片。另外，利用系统中的现有资源设计图像采集电路，可以减少器件数量、缩小产品体积和降低系统成本。所以，通常嵌入式系统中要求自行设计图像采集接口电路。本文针对不同采集速度的要求，提出了两种图像采集接口电路的设计方法。
目前市场上主流的图像传感器有CCD、CMOS两种器件，其中CMOS器件上世纪90年代产生，近年来得到了迅速发展。传感器的输出有模拟和数字两种。由于CMOS器件功耗小、使用方便，具有直接数字图像输出功能，作者在设计时选用了CMOS数字输出图像传感器件。其他方式器件的接口设计与此类似，将在讨论中说明。
本文内容做如下安排：第二部分简述图像信号的特点；第三、四部分分别介绍I/O和内存直接写入两种接口设计方法；最后部分是讨论。
二、图像信号介绍
图1给出了采样时钟(PCLK)和输出数据（D）之间的时序关系。在读取图像数据时用PCLK锁存输出数据。除采样时钟（PCLK）和数据输出(D)外，还有水平方向的行同步信号(HSYNC))和垂直方向的场同步信号（VSYNC）。对于隔行扫描器件，还有帧同步信号（FRAME）。如图2，一帧包括两场。图2中窄的矩形条是同步脉冲，同步脉冲期间数据端口输出的数据无效。
PLCK存在时，图像数据端口连续不断地输出数据。由于行之间以及场之间输出数据无效，在采集图像数据必须考虑同步信号，读取有效数据才能保证图像的完整性。
三、I/O接口设计
对于MCU、DSP处理器，I/O是最方便的访问方式之一。以I/O方式读取图像数据不仅可以简化电路设计，而且程序也很简单。但由于读取每一个像素都要检测状态，在处理器速度低的情况下，读取图像慢。在处理器速度快或图像采集速度要求不高的应用中，I/O接口方式是一个较好的选择。
1、电路原理和结构
在图像传感器和处理器之间，利用两个锁存器分别锁存状态和图像数据，处理器通过两个I/O端口分别读取。图3中，在采样时钟的上升沿数据锁存器保存传感器输出的图像数据，当处理器通过I/O口读取图像时，数据锁存器输出数据。其它情况下，锁存器输出处于高阻状态。处理器通过状态锁存器读取同步信号和图像就绪（Ready）指示信号。在数据锁存器保存图像数据的同时，状态锁存器产生Ready信号（从‘0’到‘1’）。处理器读取图像数据时，Ready信号自动清除（从‘1’到‘0’）。处理器读取状态时锁存器驱动总线，其他情况下输出处于高阻状态。
2、图像读取流程
要保证图像的完整性就必须从一场图像的第一行开始读取，对于隔行扫描输出的图像则必须从一帧的第一行开始读取。读取每行图像数据时，则从该行的第一个像素开始。因此，在读取图像数据前应先判断场和行的起始位置。图4是通过I/O接口方式读取图像数据的流程。读取每个像素数据前先查询数据状态，如果数据已准备好则读取数据。
3、同步信号检测
为了简化电路设计，用处理器直接读取同步信号，然后找出场和行的起始位置。
从图2可以看出，处理器读取同步信号时，信号可能处在同步脉冲状态（‘1’）或正常状态（‘0‘）。对于那些同步信号反向的器件，则分别为‘0’和‘1’。如果信号处于同步脉冲状态，第一次检测到的正常状态就起始位置。如果信号处于正常状态，则首先检测到脉冲状态，然后用同样的方法确定起始位置。
通过上述方法可以检测出场的起始位置和行起始位置。
4、用VHDL设计锁存器
在应用中，以上两个锁存器的功能和其他逻辑集中在一起，用可编程逻辑器件实现。下面分别为它们的VHDL表示。
设DO(0-7)是锁存器输出端，DI(0-7)是锁存器输入端，DM(0-7)是中间状态，Data_R是数据读信号（低电平时有效），则数据锁存器的VHDL描述为：
Process(reset,PCLK)--锁存图像数据
Begin
Ifreset=''''0''''then
DM<="00000000";--清除数据
ElseifPCLK''''eventandPCLK=''''1''''then
DM<=DI;--锁存数据
Endif;
Endprocess;
Process(DM,Data_R)--读取图像数据
Begin
IfData_R=''''0''''then
DO<=DM;--输出图像数据
Else
DO<="ZZZZZZZZ"--输出高阻
Endif;
Endprocess;
进一步设数据有效状态为Dstatus,状态读写信号为Status_R(低点平时有效)，则状态锁存器的VHDL描述为：
Process(reset,PCLK，Data_R)--数据有效状态控制
Begin
Ifreset=''''0''''orData_R=''''0''''then
Dstatus<=''''0'''';--清除状态
ElseifPCLK''''enentandPCLK=''''1''''then
Dstatus<=''''1'''';--设置状态
Endif;
Endprocess;
Process(Dstatus,Status_R)--读取状态和同步信号
Begin
IfStatus_R=''''0''''then
DO0<=Dstatus;
DO1<=VSYNC;
DO2<=HSYNC;
DO3<=FRAME;
Else
DO<="ZZZZZZZZ";--高阻状态
Endif;
Endprocess;
四、内存直接写入接口设计
在处理器速度较慢且图像数据输出的频率不能降低的情况下，采用上述I/O接口方法不能得到完整的图像。另外，有些应用中要求能够实时采集图像。为此，我们设计了高速数据图像采集方法―内存直接写入法。由于SRAM访问控制简单，电路设计方便，被大量嵌入式系统采用，本文以SRAM作为存储器。
1、电路原理和结构
内存直接写入方法通过设计的图像采集控制器（以下简称控制器）不需处理器参与，直接将图像数据写入系统中的内存中，实现高速图像采集。
图5是接口结构图，当需要采集图像时，处理器向控制器发出采集请求，请求信号capture_r从高到低。控制器接到请求脉冲后，发出处理器挂起请求信号HOLD,使处理器的外总线处于高阻状态，释放出总线。控制器收到处理器应答HOLDA后管理总线，同时检测图像同步信号。当检测到图像开始位置时，控制器自动产生地址和读写控制信号将图像数据直接写入内存中。图像采集完成后，控制器自动将总线控制权交还处理器，处理器继续运行，控制器中与采集相关的状态复位。控制器可以根据同步信号或设定的采集图像大小确定采集是否完成。
在图5中，控制器包括同步信号检测、地址发生器、SRAM写控制器、总线控制器和处理器握手电路等主要部分。同步信号检测确定每一场（帧）和每一行的起始位置；地址发生器产生写SRAM所需的地址；SRAM写控制器产生写入时序；总线控制器在采集图像时管理总线，采集完成后自动释放；处理器握手电路接受处理器命令、发总线管理请求和应答处理器。
2、SRAM写控制时序
采集图像过程中，控制器自动将数据写入到硬件设定的内存中。写内存时，控制器产生RAM地址（A）、片选信号(/CS)、读信号(/RD)和写信号(/WD)，同时锁存传感器输出的数据并送到数据总线(D)上。每写入一个数据后，地址(A)自动增1。采集时/CS保持有效（‘0’）状态而/RD处于无效状态（‘1’）。地址A的变化必须与/WD和数据锁存器协调好才能保证图像数据的有效性。
图6是控制器产生的SRAM信号时序图。用PCLK作为地址发生器的输入时钟，且在其上升沿更新地址值。同样，在PCLK的上沿锁存数据并输出到总线上。将PCLK反相，作为/WD信号，使得在/WD的上升沿地址和数据稳定，确保写入数据的有效性。
3、控制器主要功能的VHDL描述
描述控制器中全部功能的VHDL代码较长，而且有些部分是常用的（如计数器等）。图像采集状态产生和同步信号的检测是其中重要的部分。下面介绍这两部分的VHDL描述。
图像采集状态capture_s:
处理器的采集请求信号capture_r使capture_s从‘0’到‘1’，场地址发生器（计数器）的溢出位vcount_o，清除capture_s。
process(capture_r,reset,vcount_o)
begin
ifreset=''''0''''orvcount_o=''''1''''then
capture_s<=''''0'''';--清除
elseifcapture_r''''eventandcapture_r=''''0''''then
capture_s<=''''1'''';--置状态位
endif;
endprocess;
同步信号检测：
只有在采集状态capture_s有效时（‘1’）才检测场同步信号，场同步信号下降沿置场有效状态（vsync_s），场地址发生器溢出位vcount_o清除场有效状态。只有在vsync_s有效情况下才检测行同步信号，行同步信号下降沿置行有效状态（hsync_s），行计数器溢出信号hcount_o清除行状态。只有在行状态有效的情况下计数器才工作，且将数据写入RAM。
Process(capture_s,reset,vcount_o,vsync)
Begin
Ifreset=''''0''''orvcount_o=''''1''''orcapture_s=''''0''''then
Vsync_s<=''''0'''';--清除
Elseifvsync''''eventandvsync=''''0''''then
Vsync_s<=''''1'''';--置状态位
Endif;
Endprocess;
Process(vsync_s,reset,hcount_o,hsync)
Begin
Ifvsync_s=''''0''''orreset=''''0''''orhcount_o=''''1''''then
Hsync_s<=''''0'''';--清除
Elseifhsync''''eventandhsync=''''0''''then
Hsync_s<=''''1'''';--置状态位
Endif;
Endprocess;
五、讨论
我们在基于TI公司的TMS320C3X系列DSP开发的嵌入式指纹图像处理模块中分别用上述两种方法成功实现了指纹图像的采集。
采用I/O接口方式最关键的是要求处理器的频率远高于图像数据输出的频率。例如，如果处理的指令周期为20ns，读取每个数据需要10个指令周期，则数据的输出频率不能超过5MHz，它低于一般的CMOS图像传感器件最快的数据输出频率。例如国内使用较多的OV7610和OV7620，其正常输出数据频率为13.5MHz。在应用过程中，通常改变传感器中寄存器的设置值，降低其数据输出频率。
一、柏拉图与孔子政治思想产生的时代背景
孔子生活在一个社会动荡的时代。“春秋以将，礼崩乐坏，政权下移，民心不古”。公元前五世纪的中国社会处于奴隶制与封建制的交替之际，当时周天子权威日下，日益失去统治各诸侯的权力，各诸侯之间为了争夺权利，“臣弑君、子弑父、少凌长、庶废嫡”的行为司空见惯。
论文百事通传统的礼仪制度失去了权威，道德规范荡然无存。孔子认为出现“礼崩乐坏”的原因在于人们缺乏宽厚仁爱之心，并且认为只有用道德的力量，才能使社会重新回到和谐的关系中，天下才能安宁。于是孔子提出了著名的“仁”学来挽救世道人心。
柏拉图的一生正处于雅典政治急剧变革的不稳定时期。在伯罗奔尼撒战争期间，雅典又受到瘟疫的袭击。人们想到明天就可能死去，于是，无视法纪，为所欲为。传统的社会伦理道德标准和等遭到了严重的破坏。柏拉图认为天下大乱的根本原因在于人们并不能真正了解知识的内涵，因而现实生活中便缺少了衡量一切事物的客观标准。为了重建这样一个标准来衡量一切是非曲直，柏拉图写下了《理想国》一书，并提出了著名的“正义论”。
孔子与柏拉图的经历也极其相似。青年时的他们都怀有远大的政治抱负，但均从政不利孔子周游列国，游说于鲁卫陈蔡之间；柏拉图则远走意大利，两次赴色拉库斯，希望能实现自己的政治思想。当征途失意之后，都选择教育来推广他们的思想：孔子兴办私学，开中国民间教育之始；柏拉图则兴办了“阿卡德米学园”，来传授自己的理论。
从以上的论述中我们可以看到，孔子与柏拉图都处在天下大乱的时代，并且够面临同样的问题。于是二者从各自的角度出发，提出了“仁学”和“正义论”。这两种理论是他们思想的基础和关键。
二、柏拉图与孔子思想的相似之处
1.认同社会等级制度的合理性
在“理想国”中，柏拉图把公民分为三种，即哲学家、军人、生产者。认为在政治社会的角色分工中，最适合担当政治角色的就是哲学家。军人，则适合当统治者的辅助阶级，劳动者，则适合当被统治者。柏拉图强调着社会中统治与被统治关系的合理性。认同社会中存在着等级制度。
孔子所处的时代是春秋天下大乱的时候。奴隶制的社会伦常秩序生产颠倒与混乱，“礼崩乐坏”正是形容当时的社会情况。自周平王东迁后，周天子权利衰微，不能号令天下，齐桓晋文等霸主，“挟天子以令诸侯”。这是对礼的僭越，所以孔子认为，要安定，必须拨乱反正，必须“正名”。孔子是倾向于要保护奴隶制的伦理等级制度的。
2.重视知识分子，轻视劳动者
在柏拉图的“理想国”中，柏拉图把哲学家放在他所设计的理想国家的权利顶峰，这是由柏拉图的哲学认识所引伸出来的.柏拉图说过所有城邦成员皆一土所生，互相之间亲如兄弟，但是上天在铸造哲学家时，在他们身上掺入了黄金，因而他们成为高贵的统治者；在军人的身上掺入了白银，所以军人成为了统治阶级的辅助者，而生产者身上掺入了铜和铁，所以成为了被统治者。并且哲学家代表了理性，军人代表激情，分别拥有指挥和勇敢的美德，而生产者代表着欲望，无论属于本阶级的美德，正如欲望应该被理性与激情控制，生产者是应该被统治的。
正是孔子的倡导和影响，中国社会中的一个特殊阶级——“士”开始形成。这些士是从生产劳动的农、工、商阶层相对独立的知识分子阶层。而所谓的“君子”，就是指“士”里面杰出的人物。而孔子的“仁学”基本构想，就是要通过道德教化，培养一批有道德理想、有文化教养的君子，然后借助君子的治理，来设计国家与社会走向文明与秩序。而孔子则把“民”当作蒙昧的一班人，“民可使由之，不可使知之”，由此可见，与上层统治者——士阶层相对的是生产者，被视作无知的意思。因对生产劳动者的轻视，不鼓励学生进行劳动生产，乃至有人批评孔子说“四体不勤，五谷不分，殊为夫子?”
三、柏拉图与孔子思想的差别
1.文化的态度不同
理想国的教育体现了文化专制主义精神，城邦里的教育都被纳入了政治轨道。教育的工作的第一项就是对原有的教育内容进行审查与删改，描写战争的恐怖的情节，会对培养公民的勇敢美德产生消极影响，所以要删掉。统治者要制定出规则来。凡是对塑造公民勇敢的“无用的”都禁止和消灭。柏拉图称这是“净化城邦”。客观上是在禁锢文化、扼杀艺术。
在那百家争鸣的岁月，孔夫子自己并没有明确提出要“罢黜百家，独尊儒术”的类似主张。作为一名学派的创始人，他周游列国，游说诸侯采用自己的主张，也不能说明他就是排斥其他文化的。相反，孔子曾说“三人行，必有我师焉；择其善者而从之，其不善者而改之”的话，提倡博学多闻。也相传他向老子问过礼，这都说明，孔子是不反对文化多元化的。
2.妇女地位认识不同
孔子收取弟子，不论门第，不论贫富。但三千弟子清一色的是男性。由于孔子传承了周的分封制中的长子继承制。树立了孔子的男尊女卑的观念，他把妇女排除在受教育的对象之外，更不会考虑让妇女担任官职。柏拉图的“阿卡德米学园”男女兼收、人才济济。并且在他眼中，只有能力大小，没有男女性别之分。他主张女性可以和男性一样接受各种训练。他认为妇女也有和男子同样受教育并能够担任官职的权利，甚至把妇女也可以培养成为合格的哲学家——国家的统治者。在所谓文明的雅典民主政治中，广大的妇女是无权享受民主的。柏拉图提倡解放妇女，开西方女性执政的思想之源，思想确实伟大。
通过以上对孔子和柏拉图思想的比较分析，作为东西方文化巨人的孔子和柏拉图虽然有不少相似之处，但也有许多相异之处，我们必须以学术的冷静去对待，以理性的批判去化解，认真探讨中西文化差异的成因，寻求文化发展的内在规律，吸收西方文化的优秀成果来充实自己，这是中国文化未来发展的出路所在。
参考文献：
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中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）03-0164-02
目前，信息采集的多样化，已严重威胁到了信息存储的安全性。仅用一部手机，就可获取与泄露重要的信息。对文本数据信息安全性的担忧，促使了纸质文本图像信息隐藏与提取方法的提出。这类方法的核心在于将安全标识信息，以特有的方式嵌入到文本图像的文本区域中，这样，如果发生信息泄露或者要找寻到泄露源，就可以通过分析文本区域中包含的安全标识信息，反向追踪，查出泄漏源，或者通过安全标识信息，回收被泄露出去的信息。对于简单的、只包含文本信息的文本图像，目前的处理技术已比较成熟，能够比较准确的将版面信息进行有效的分析，但是对于包含文本、图形和图像区域的复杂版面文本图像，当前的处理技术尚不成熟，需要进一步提高。本文聚焦于复杂文本图像分割方法研究。
版面分割的方法，大体上可以分为两大类：层次式和非层次式的。层次式分割算法，主要有自顶向下和自底向上两种算法。非层次式算法则主要是利用复杂的图形图像处理技术，根据其图像特征，对文本图像进行版面分割[1-4]。层次式方法中，游程平滑RLS（Run-length Smoothing）算法和投影轮廓切分PPC（Projection Profile Cut）算法是两种有代表性且应用较广泛的算法。而基于纹理分析的版面分析算法，则是将版面分析和版面区域类型识别结合实现的一种算法。但上述方法时间消耗较大，为此本文提出了一N简单有效的分割方法。
1 提出的分类算法
首先，读入待分类文本图像，并对其格式转换，确保图像数据完整性，以防止丢失图像数据；然后进行有效区域提取，剔除四周的空白无效区域，得到有效信息区。在此基础上，对有效信息区进行二维坐标下的行投影，确定并统计、提取特征值，再根据统计得来的特征值，进行孤立行分析，并依据判定的孤立行，对文本图像进行区域的粗分割，得到版面分析的粗分割结果。在上述过程中，可根据投影结果以及统计的特征值，完成对纯文本区域、纯图像区域的分割工作。需要指出的是，本文着眼于复杂文本图像，为此还须对区域粗分割得到的各个子区域，进行二维坐标下的列投影，再根据投影结果，判定子区域中是否存在分栏版面。完成以上步骤后，原本复杂的文本图像版面就被分割为了多个简单版面的文本图像区，在此基础上，再进行行、列投影，根据所得特征值分析与分类，区分出文本区、图像区和图形图表区域，完成分割任务。具体流程见图1。
本文采用特征7个特征统计分析文本图像，各特征分别为：（1）行高，记录投影行高度的值。本文对行进行投影，依据投影结果，计算二值化投影平均值发生改变的临界点值，在临界点值作运算，获得行高值。 我们对各行高度值进行平均运算，在分别与各行高度作对比，进而初步确定异常区域；（2）行间距，行与行之间的间隔距离。此间距，由投影结果而得的下标值计算求得。在文本图像中，行间距发生明显变化的部分，往往为段落或者区域块之间的分割标识，此处计算行间距，作为段落区分和区域块区分的一个标识；（3）缩进率，文本与页面边界之间的距离。依据每一行的列投影结果，计算边界至文本的距离占左右边界之间距离的比率，求得缩进率。在文本图像中，标题不同于其它文本行，往往存在较大缩进，或左缩进，或右缩进，或左右都有，为此可结合行高，完成对标题的判定。此外，段落中往往有首行缩进，段尾也常因字符无法填满文本行而存在缩进，因此也可根据缩进率，判定段落区域；（4）行外接矩形填充率，在缩进的行区域块中，有效信息区域占整个区域块的比率。依据每一行的列投影结果值计算填充率。主要用来判断一些特殊的文本行，如页眉的判断；（5）最大跳变位置，对文本行进行列投影时，坐标轴所示下标发生最大变化的区域位置。根据该特征，如果连续多行在相同位置都发生最大跳变，且跳变区内像素点平均值为1，则可以判定在该位置处存在分栏，此外，还可以根据最大跳变，判定是否存在异常区域；（6）行内信号跳变周期（频率），对文本行进行列投影后，坐标轴上投影下标值发生周期性变化的周期或者频率。根据此特征，可用来判定是否存在异常区域；（7）对齐方式，该特征用来衡量文本图像中内容距离左右边界的距离，具体有居中，左对齐和右对齐三种方式，可用来辅助计算缩进率，进而分割区域块。分割结果举例见图2。
2 结语
文本图像版面分析是对文本图像处理的关键环节。针对上述问题，本文以文本图像二维坐标下行列投影结果为基础，提取并分析相关特征，提出了一种新的基于投影轮廓分析的版面有效分类方法。该方法通过对特征的综合运算与分析完成复杂版面文本图像的分析工作。验证了方法的有效性及准确性。
参考文献
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在我们的快速JPEG 2000图像尺寸缩小转换方法中，首先将原始JPEG 2000图像经EBCOT解码以及反量化步骤解出图像的频率域编码信息后，再透过频率域图像尺寸缩小转换方法，直接在频率域里缩小图像尺寸，最后再通过量化与EBCOT编码等步骤，将图像尺寸缩小后的图像频率域编码信息编成JPEG 2000图像。
本文所提的JPEG 2000图像尺寸缩小转换方法与空间域图像大小转换方法相比，所提的方法省掉反向小波转换、反向色彩转换、后置处理、前置处理、正向色彩转换、以及正向小波转换等六个步骤。由于所提的方法不需将频率域编码信息转成空间域图像，因此本论文所提的方法除了可更快速的转换图像大小外，也可省下存放空间域图像内容所需的存储空间以及减少所需的计算量。
1 简化JPEG 2000压缩与解压缩流程
在快速JPEG 2000图像尺寸缩小转换方法中，保留了EBCOT解码、反量化、量化与EBCOT编码等四个部分，主要原因说明如下：
1.1 EBCOT编/解码 JPEG 2000编码后的图像会储存成封包的格式，但封包并非以子频带为单位储存，所以要取得各子频带的内容，必须先经过EBCOT解码才行。再者本文的方法有可能需要对子频带再进行小波转换，因此EBCOT编/解码过程不可省略。
1.2 量化与反量化 保留量化与反量化步骤的主要原因在于图像经由正向小波转换后，会产生不同大小的子频带频率信息，不同子频带频率信息使用不同的量化步长值进行量化。
子频带与量化步长值这两者有相对应关系，换句话说以具有7个子频带的JPEG 2000图像而言，必须要有7个相对应的量化步长值。而子频带与量化步长值所产生的数目与小波转换的层数有关，对于一个经过m层小波转换的影像，所具有的子频带数目Nsubbands计算公式为：Nsubbands=3×m+1，图2所示为图像经由二次小波转换后所产生的七个不同的子频带。
每个子频带的量化步长值都是由一组独立的控制参数（ε，μ）决定，该组控制参数必须记录于JPEG 2000码流头部，供译码端还原量化步长值使用。图3所示为一张图像经过三次小波转换后所产生的频率域情况。
本文所提的频率域图像尺寸缩小方法会改变原本图像的小波转换层数，进而影响到量化步长值与子频带的对应关系。当使用不同小波转换层数时，每个子频带的量化步长值会不同。所以，当图像在进行尺寸缩小前，先使用原本JPEG 2000图像的量化步长值对图像进行反量化，还原频率域信息，当图像尺寸已调整缩小后，再用新的量化步长值来量化频率域信息，即可解决量化步长值与子频带不一致的问题。
在我们所提的方法中，分别会遇到小波层数足够与小波层数不足的情况。假设一张JPEG 2000图像小波层数为m层，欲要将图像尺寸缩小为原来的（1/2n×1/2n）大小时，假如n
若n=m发生，也就是小波层数不足。首先经EBCOT解码后，产生不同的子频带信息。针对不同的子频带信息使用反量化，接着进行图像缩小的工作，将不需要的外频信息去除，保留的频率信息因小波层数不足（小波层数需为1层以上），要对保留的频率信息再进行小波转换。产生出来的小波频率域尺寸大小超过欲转换尺寸，可将外频的小波频率信息去除，保留LL子频带。此时图像大小虽已符合转换所需大小，但JPEG 2000规定图像至少要有一层小波转换，所以必须再做一次小波转换，得到一张小波转换层数为1的JPEG 2000图像，最后再经量化与EBCOT编码，得到尺寸缩小后的JPEG 2000图像。
2 频率域图像尺寸缩小转换方法
图1中间的频率域图像尺寸缩小转换方法主要工作包括缩小频率域图像尺寸与修改JPEG 2000图像码流主标头相关参数等步骤，详细步骤如下：
2.1 括缩小频率域图像尺寸
①小波转换层数足够的作法。假设当图像的小波层数为m层，欲将图像尺寸缩小为（1/2n×1/2n）大小时，若n 首先使用EBCOT解出频率域信息，再对需保留的频率域信息作反量化动作，接着将整张图像的尺寸缩小，并且丢弃不需要的外频频率信息，最后将所保留的频率域信息再重新经过量化与EBCOT编码，即可得到图像尺寸缩小后的JPEG 2000图像。
②小波转换层数不足的作法。假设当图像的小波层数为m层时，欲将图像尺寸缩小为（1/2n×1/2n）大小时，若n=m，就是小波层数不足，则除了丢弃m个外层的中高频信息外，还需要将原来最内层的低频信息，进行（n-m）+1次小波转换，再将所产生的（n-m）层的中高频信息丢弃。由于以上的（n-m）次小波转换后的中高频信息最终将被丢弃，因此在进行以上小波转换时可直接省略许多计算工作，不必进行完整的小波转换。此法为本文提出的快速小波转换方法。
2.2 修改JPEG 2000图像码流主标头相关参数 JPEG 2000图像码流主标头记录原始图像大小、块状（tile）大小、小波层数、各子频带的量化步阶值参数（ε和μ）等数据信息。在我们所提方法中，并没有将图像解回空间域，而是在频率域信息缩小图像尺寸后，直接进行量化和EBCOT编码，产生新的JPEG 2000图像。新的JPEG 2000图像码流主标头数据无法像空间域转换方法由JPEG 2000压缩方式设定，而必须自行修改JPEG 2000图像码流主标头内的相关参数。
3 小结
JPEG 2000具有的多种特性使其有着广泛的应用前景。目前许多图形图像公司如Pegasus，Aware等在开发的图像软件中集成了JPEG 2000图像压缩技术；有的公司如ImagePower等已开发出JPEG 2000的DSP芯片。JPEG 2000将取代JPEG在图像压缩领域发挥重要作用。本论文提出一个新的快速图像压缩方法，可大幅降低使用空间域转换时的处理时间，以及所需存储空间，但是本文所提方法只针对静态图像实现固定大小的缩小转换，无法对图像作任意大小转换，对图像作任意大小转换是一个很好的发展方向，需作进一步研究。
参考文献：
中图分类号：S611 文献标识码：A文章编号：
Abstract: a good construction design for substation for efficient operation, a great benefit. Therefore, this article through to the transformer substation construction design of several aspects of the analysis and discussion, in order to design a better overall consideration.
Keywords: substation; civil engineering; problem; analysis and discussion
[中图分类号] TM727 [文献标识码]A[文章编号]
引言
变电站土建设计是顺应发展的标志，因此，下面本文就首先通过选址进行分析探讨。
二、变电站建设的选址
变电站因其独特的属性，因此在建设选址方面应注意以下几个方面：
选址应考虑进出线便于架空或埋设，同时不要靠近负荷中心且满足线路与电气进出线的需求，此外，应保证与矿企或城乡规划相协调；选址尽量少占用具有较高经济效益的土地，注意节约。
变电站不能选在空气及环境受污染的地方，或者应处在空气环境污染的上风侧为宜，同时应靠近公路，保证交通运输便利。
变电站选址应尽量避免地址结构不稳定或山区风口等处，同时应尽量避免与政府资源开发或重要文物墓葬等项目上；同时，如果当地容易发生洪水或者内涝，则应考虑变电站应该高于50年一遇的水位之上，并采取与当地企业相应的防洪标准，以防自然灾害的发生。
变电站选址应充分考虑方便工作人员的日常生活，尽可能避免与临近设施和周围环境造成相互影响。
变电站区域布置
变电站的区域布置应根据总平面布置的规程要求，并且注意下面几方面的问题。
变电站布置的总体规划应当与当地政府的的城镇规划保持一致，同时为了满足各方面需求，尽量规划在就近具有生活用水、消防及给排水、文教和交通等设施的地方；而且，应充分对变电站的生活及用水区、防洪及交通道路、终端塔位及进出线走廊、出线杆及给排水设施等进行统筹安排，实现科学、合理的布置。变电站内的建筑物及电器设备应当保证合理紧凑，实现土地节约利用，而且，应考虑对主要建筑物进行平行自然等高的布置。如果所选址地区地形高差比较大，可采用错层或台阶布置，同时，应当注意对坡面的处理，保证变电站的安全。
比如像主控室等主要的建筑物应当布置在便于工作人员观察的地方，尽量避免噪声影响比较严重的路段且减少电缆的长度。同时应对主控室的朝向进行充分的考虑，尽量避免西晒。对于屋外配电装置的平面布置，应注意屋外的各级配电装置与出线方向和地形进行组合，减少线路交叉跨越的现象。
变电场地的处理
变电站场地的硬化应从多方面考虑，为了保证经济性和可靠性，应当选择水泥混凝土材料。实际施工中应当首先将素土进行夯实，然后按照一般的灰土比做垫层，同时在施工中对施工人员的施工进行督查，保证施工质量可靠，严格按照施工工艺及规划进行施工。此外，为了使变电站有一个比较良好的环境，应当对场地进行绿化，出于经济性的考虑，宜在路边布设经济型的绿篱。
变电站内主要建筑的设计
变电站内主要建筑设计应首先从安全考虑，包括满足靠近主变侧留门窗的防火，同时，配电室与主控室应设置足够事故或火灾时的疏散。其次，配电室及主控室在使用性方面应当进行下面几方面的考虑：
应保证值班人员值班的场所与主控室保持比较近的距离，同时又能方面值班人员的生活。
2.根据主控室的设计要求进行相关的设计，并进行合理的选材，不仅如此，还应对主控室的美观进行考虑，为值班工作人员更好的工作进行全面的考虑。比如在主控室内设置照明光带，采用轻型美观的塑钢门窗及设置暖通空调等。总之，设计人员在对变电站室内进行设计的同时，应当在保证安全的基础上，通过多方面综合的考虑，力求将对变电站室内进行优秀的设计。
六、主建筑结构的抗震施工
变电站主建筑结构设计采取的一些抗震的有效措施：
包括变电站的场地地质结构和地基的地形是影响其主建筑物结构抗震能力的重要因素。因此，变电站选址时应特别地注意该地区是否位于地震带的断裂带附近，如果是，则应当考虑重现进行选址，以免给变电站带来不稳定的因素。
地基处理时也应当非常注意，应保证地基基础与上部结构协同进行工作，这样，对于提高上层结构的稳固比较有利。
主建筑物的结构形状设计是其抗震能力最为关键的一环，保证受力结构的合理能够有效的抵御地震带来的破坏，从一定程度上能有效的减少建筑物的受损程度；而且，在设计结构形状时，设计人员应当根据变电站的需要，对结构进行有效、合理的布局，使建筑物满足需求的同时，具有比较优秀的抗变形能力及强度等，在建筑物结构设计的各个环节都要有预防措施，以免部分结构的破坏造成整个建筑物无法使用。
施工整个过程除了根据实际情况决定的一些因素之外，都要严格按照施工工艺和设计图纸进行，相关单位可以组织施工监理单位，对施工质量进行控制，监理人员的的工作重点应该集中在变电站关键建筑及关键环节的施工上面，严格依照监理制度规定保证施工质量。
总结
变电站工程是我国重要的发展战略项目，对于保证部分地区的人民的生活及生产发展的稳定具有重要的推动作用，因而，变电站建筑设计人员应当提高认识，从多方面因素进行考虑，而且，建设施工人员应当严格按照设计图纸及施工工艺图纸进行施工，努力提高变电站建筑的施工质量。
Threshold Citrusimage Segmentation Research and Analysis
WANG Jun, ZHOU Li-juan
(Collegeof Information Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)
Abstract：Image segmentation is an important and primary problem in the field of computer vision. The thesis puts forward a full set of cit? rus image segmentation algorithm, which adopts improved genetic algorithm combining with improved threshold method. The thesis, through simulation experiment, brings forward threshold scope which is more stable, and makes the image segmentation edges more dedi? cated.
Key words: navel orange; threshold segmentation; classes distance; improved genetic algorithm
图像分割是计算机视觉领域的一个重要而且基本的问题。它在农产品无损检测方面得到了广泛的应用。图像分割算法好坏会直接影响检测系统的准确度。它是从图像处理到图像分析的一个关键步骤。对它的研究一直都是图像技术研究中的热点和焦点之一。但由于图像的特殊性，针对具体图像，针对具体问题，分割算法就不一样，至今还没有找到通用的分割理论，也没有找到对所有图像都适合的通用分割算法。
近几年来，基于遗传算法的图像分割方法得到了很多学者的研究。由于遗传算法在搜索方面具有很强的优势，而图像分割的实质是在众多的参量中去寻找一个最优参量，以此作为分隔的依据。于是如果在图像分割中引入遗传算法去求取最佳阈值，将会大大提高分割效率。
本论文重点对基于传统遗传算法的图像分割算法进行了比较系统的研究。针对传统遗传算法的不足，提出了一些改进措施，并且设计新的阈值确定方法——类类距离法，将两者结合共同运用到脐橙图像分割中，得到了比较好的效果。在最大程度上避免基本遗传算法收敛性差，容易早熟等问题。
1脐橙图像分割
对于脐橙出产大省湖南省，每年脐橙收获完后的分类，分等级进行销售是一项工作量庞大的任务。脐橙表面破损自动检测系统就是基于计算机视觉技术研发而成，其检测的精度较人工挑选有很大提高。该系统中脐橙图像分割算法好坏会直接影响系统检测脐橙表面是否破损的准确度。
通过特定装置获得比较清晰的彩色脐橙图像后，对于表面有破损的脐橙，要进行筛选清理。进行破损部分比对前，要对彩色脐橙图像先进行分割处理。把整幅图像分成脐橙和背景两部分，再提取脐橙部分的图像进行破损分析。这要求将脐橙的边缘和破损部分处理得非常清晰，最大可能的避免将破损区域误分割成图像背景。
2改进的遗传算法
2.1控制参数改进
在遗传算法中，直接影响到算法的收敛性的关键参数是：交叉概率与变异概率，它们的选取会影响到算法行为和性能。在适应度值变换的情况下将交叉概率与变异概率随之调整，以达到保证算法收敛性的目的。于是我们对交叉概率和变异概率按照如下公式进行自动调整：
图5本文提出的算法分割效果图
从表1，图2至图5可以得出以下结论：
1)脐橙图像利用遗传算法来分割，每次运行所得阈值都在变化，但变化的范围不是很大，只是在一定区域做细微波动。这种情况是正常的，也是完全可以接受的，其原因是由于遗传算法随机生产初始种群，这种随机性就带来了阈值的波动性。这也是遗传算法不稳定性的体现。但从表中数据看出采用本文所设计的改进的遗传算法，即交叉概率和变异概率随适应度自动调整，那么分割的图像所得到的阈值，其波动会限制在一个很小的范围以内（稳定在4个像素以内,阈值最大为60，最小为57），这样既保持了群体多样性，又保证了遗传算法的收敛性。同时其稳定性也明显地优于其他算法。
2)利用本文所设计的类类距离遗传算法进行图像分割可以极大减少阈值计算时间，平均运算时间比起其他几个常用方法都缩短了不少，平均仅在2.3s左右。在进化代数相同的条件下，本论文提出的图像分割算法较其他算法更有优势，收敛速度更快。
3)从图2至图5这几个图像分割结果图来看，本文所设计的分割方法中对脐橙图像中的破损部分，边缘轮廓等细节都有非常好的体现，可见结合遗传算法和类类距离法所设计出的图像分割新算法比其他常用算法有很大的优势。
本文通过改变的遗传控制参数结合类类距离法，把改进后的遗传算法应用到脐橙图像分割中去。仿真实验结果表明，此图像分割算法由于所设计的寻找最优阈值的方案比较合理，阈值的计算时间缩短了，使得最终图像分割所用时间明显减少了。同时此方法还做到了将阈值范围稳定在4个像素以内，大大提高了算法全局收敛的稳定性。而且从视觉角度来看，其分割效果更明显，图像边缘处理很细致、清晰。实验证明本论文设计的算法分割图像不仅快速准确，而且还能满足各种图像的实时处理、分析的需求。具有较高的通用性和实用性。
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在工业生产中，测量是进行质量管理的手段，是贯彻质量标准的技术保证。机械零件的尺寸检测作为产品加工的一个关键环节，其检测结果不仅影响产品的质量，而且对后续零件的再加工和装配产生决定性的作用。目前，常规的零件尺寸测量手段主要采用游标卡尺、激光测量仪和轮廓仪等完成检测环节。以上零件尺寸测量方法要么受测量工具限制，其测量精度有限；要么检测仪器过于昂贵且操作复杂，同时其准确率往往受人为因素的影响。
鉴于当前机器视觉技术的快速发展以及其在工业检测方面的成功应用，论文构想利用摄像机替代人眼，让计算机替代人脑，从而研制出一套针对零件常规尺寸的自动化y量系统。
1 系统概述
在充分遵循系统的完整性、可靠性、经济性和实时性等原则的基础上，本文设计出了一套基于机器视觉的零件常规尺寸测量系统。该测量系统主要由图像摄取、图像处理、图像特征提取和分析、图像常规尺寸测量和结果输出几部分组成。其工作原理图如图1所示。
2 硬件设计
基于机器视觉的零件常规尺寸测量系统的硬件主要包括：照明装置、摄像机、计算机和透明工作台。各部件的主要功能是：照明装置主要为零件图像采集提供合适的光照环境；摄像机用来采集零件数字图像并传送到计算机，然后保存为相应图片格式；计算机通过系统软件实现对零件图像的预处理、边界提取、特征提取、相机标定和常规尺寸计算；透明工作台用来承载被测零件。
3 算法设计
图像处理算法对机器视觉测量系统会产生决定性的影响。为了能满足零件尺寸测量的要求，针对零件产品图像的特点，我们设计了一套合理的图像处理算法流程。其流程图如图2所示。
首先对获取的零件图像进行预处理，包括图像灰度化、图像去噪、图像分割和边界提取；然后提取零件的几何特征；最后通过对系统的标定，实现了零件图像常规尺寸的测量和结果显示。
3.1 图像预处理
3.1.1 图像灰度化
经过摄像机采集到的零件图像是24位真彩色RGB图像，该图像中的每个像素由R、G、B三个分量决定，而灰度图像的每个像素由一个值确定。为了减少后续操作过程中的计算量，需要对采集到的零件图像进行灰度化处理。
3.1.2 图像去噪
采集系统获取的待检零件图像由于受照明程度、环境温度、电源变化、电磁辐射和振动等随机因素的干扰，图像会包含大量的噪声，表现为图像模糊、失真和大量斑点等。为了消除和抑制噪声对零件图像后续处理的影响，必须对图像进行滤波处理。由于中值滤波既能消除噪声又能保持图像的细节，符合本系统检测的需求。
3.1.3 图像分割
在所采集到的零件图像中，我们只对零件区域本身感兴趣，对于图像中的其他要素则要尽量消除。图像分割就是指把图像分成各具特性的区域，并提取出感兴趣目标的技术和过程。经过大量的实验验证，本文采用迭代阈值分割法实现对零件图像的分割，达到了预期的处理效果。
3.1.4 边界提取
轮廓是对物体形状的有力描述，对图像分析和识别十分有用，而通过边界提取算法就可以得到物体的边界轮廓。目标图像边界提取的方法很多，主要包括链码表示法、标记图法以及多边形近似法等。论文采用8连通链码法对待测零件进行了边界提取，为后续零件尺寸的检测奠定了很好的基础。
3.2 图像分析
3.2.1 特征检测
要测量零件的尺寸，首先应该检测出零件所包含的直线和圆等基本的几何特征。目前常用的几何特征检测方法有Hough变换法、拟合法和模板匹配法等。本文采用最小二乘法实现了对直线和圆的拟合，其拟合具体过程如下：
（1）采用最小二乘法实现对直线的拟合。
（2）采用最小二乘法实现对圆和圆弧的拟合。
采用最小二乘法对圆和圆弧的拟合过程与直线的拟合求解过程类似。设所求拟合圆的方程为：。根据最小二乘法应满足的条件，可以求出拟合圆的三个参数：u、v和r。
这样，通过基于最小二乘法的直线和圆拟合方法，可以顺利检测到直线和圆弧几何特征，为后续零件尺寸的测量奠定了基础。
3.2.2 系统的标定
相机拍摄到的图像是以像素为单位的，要得到待检零件的实际尺寸，需要将像素尺寸转换为长度尺寸，这个过程称为系统的标定。本文使用0级精度量块，采用二次标定法实现了对系统的标定过程。被测零件的实际尺寸L与像素尺寸N之间应满足如下关系式：L=KN+b
式中，b为系统误差，K为标定系数；
在摄像机固定的情况下，求取参数K和b值的具体步骤如下：
（1）在被测位置放置一长度为L1的标准量块；
（2）对标准量块进行扫描、处理，得到对应的像素尺寸N1；
（3）在被测位置放置另一长度为L2的标准量块，重复步骤2，得到对应像素尺寸N2；
（4）求取参数值：
4 软件设计
本着稳定、可靠、合理、高效、简洁和易于操作的原则，我们采用面向对象的Matlab程序语言，实现了基于Matlab GUI的测量系统软件的设计。
本测量系统软件主要包括用户登录模块、文件管理模块、图像处理模块、参数设置模块、数据浏览模块和帮助模块等。其中，用户登录模块可以完成用户的注册、登陆、密码修改和账号管理；文件管理模块主要包括待测零件图像的打开、关闭和保存等功能；图像处理模块不仅包含文中所涉及到的算法，还增加了其他算法功能；参数设置模块可以实现对摄像机、零件和图像参数的设置；数据浏览模块可以完成对实时数据、历史数据和操作记录的查看；软件帮助模块主要用来说明软件的使用和系统的更新问题。
5 实验结果
为了验证测量系统的适应性、稳定性和可靠性，本文选用工作面距离为1.49mm的0级量块和直径为2.03mm的标准环规对系统进行了可靠性测试。实验的测量结果如表1所示。
采用概率与数理统计的方法对测量结果进行了处理。由处理结果可以看到，采用本测量系统，其测量精度可以达到微米级，可以满足在线实时测量的需要。
6 结论
作者设计了一套基于机器视觉的零件几何尺寸在线检测系统，克服当前人工检测的不足，提高了产品的检测精度。同时，完成了系统硬件、软件和图像处理算法的设计。实验结果表明：该测量系统的测量精度可以达到2um以下，满足零件尺寸非接触在线测量要求，具有很好的应用前景。
参考文献
[1]王保军.基于机器视觉的药瓶封装缺陷检测系统研究[D].沈阳：东北大学（硕士学位论文），2014.
[2]李岩，花国梁.精密测量技术[M].北京：中国计量出版社，2001.
[3]章毓晋.图像工程（上册）――图像处理和分析[M].北京：清华大学出版社，1999，5-120.
[4]张铮，王艳平，薛桂香.数字图像处理与机器视觉[M].北京：人民邮电出版社，2012（12）：63-160.
作者简介
2.联系医院的医生前来讲课。由于课程具有跨学科性质，这种课程需要其他学科的知识。而本学科的教师虽然具有一定的跨学科知识背景，但毕竟其主导学科还是法学或法理学，在其他学科方面的学识显然不如这个领域的专家。所以，邀请其他学科的教师或研究人员前来授课就显得很有必要。而对于法律心理实验课程而言，这方面主要是请医院的医生前来上课。这里包含了以下三类，一类是神经科专业的医生，其为我们讲解脑神经系统的相关知识。部分高学历的医生由于拥有系统的硕士、博士乃至博士后的教育和科研知识，甚至还可能从事过“认知”领域的生理研究，就能够从“生理心理学”的“认知”角度为我们讲解实验设计的方案、流程等对实验特别有意义的问题。
3.带领学生前往实验室参观。由于法学专业学生对工科和医科的实验室一般都比较陌生，如果他们对医疗设备或者医学实验室没有相关的认识，就不可能设计出好的实验方案，因此，非常有必要让他们参观实验室或者医疗设备。在参观的过程中，由医务和实验人员进行相关知识的讲解，其中包括仪器、操作流程和仪器软件的介绍。老师和学生甚至可以进一步接触机器，如进入密封的磁共振室，躺入磁共振仪器内模拟作为实验的受试者。这样，他们能够亲身体会到躺在仪器内接受检查或实验者的境况，设计出更加切实可行的实验方案。从事“法律认知科学”实验的仪器设备与“医学治疗和检查”的实验设备虽然相同，但是依旧存在一些差别。如磁共振机器，一般医学治疗目的进行的检查往往只需要运用“1.5T”级别的机器；虽然这种级别的机器也能运用于“法律认知科学”实验，但是相关实验对仪器的要求往往更高，通常要求是“3.0T”级，此级别仪器在普通医学检查中的运用就比较少；认知科学实验的磁共振仪器甚至使用到高达“12T”级别。
二、带领学生进行实验工作
1.通读实验报告。法律认知科学相关的实验论文很多，必须进行大范围的选题筛选。粗略筛选之后的论文，由任课教师组织学生进行研读。研读的目的有两个，一是看看研究现状，知道他人的研究进程、重点、热点和难点。通过这些研读，我们就能够根据现有的研究进度，选择尚未研究（发表的）而又可能比较重要的一些问题，这些问题就是日后实验选题的大致范围。二是参考他们的研究手段、流程，对他们的研究方法进行借鉴。现在发表的论文，一般都会大致介绍实验的流程。然而，学术论文毕竟不是实验报告，其更多侧重于问题的提出、解决和分析，流程的介绍往往比较粗糙。当然，部分学术论文也有比较详细的实验流程，对此类论文的仔细研习，就能对实验设计产生比较大的影响。①
2.对主题进行社会科学的探讨。在进行文献研读的基础上，我们能够得出大致的可能的研究“主题”，这时返回法律社会科学领域，以法哲学的视角重新进行审阅，才能更好地获得“生理心理学”和“人文社会科学”之间的自然衔接。在生理自然科学领域可能可以从事实验研究的“主题”，还必须获得“法哲学”、“法社会科学”上的意义。因为，有的问题虽然在自然科学上具有很大的研究价值，然而从人文社会科学的角度看，其意义可能就会大打折扣（或者意义就不那么直接）。此类论文的价值更多是在“治疗性”而非“认知性”。很多人文社会科学（法哲学）的问题虽然意义重大，但从自然科学（生理心理学）的角度看，在现阶段却还缺乏研究该问题的“方法”和“设备”。所以，必须获得二者的协调和平衡。主题的选定是法律认知科学实验的第一个难点。这个难点意指“我们要解决什么主题”，其既涉及“什么主题十分重要”，又指“对该主题的研究到什么程度”，还指“现在已经具备研究该主题的手段或方法”。
3.组织实验设计。从法律认知科学实验的角度看，组织实验设计的第一步是设计实验方案，这是最重要的一步。设计何种方案、设计何种场景、设计何种问题，以及何种音像、问卷材料，都关系到实验结果的真实与否。这也是法律认知科学实验的第二个难点。我们要设计出一些“场景”或者“问题”，让受试者在这种环境下能更真实地思考或者表达情绪，从而得出比较真实的实验结果。西方国家在以往的研究中，存在比较巧妙的实验设计，例如对于道德中不公正问题的容忍情况，研究者在最后通牒实验中，部分受试者拒绝接受不公平的分配方案，这是其情绪化的表现。该实验设计如下②：19名（方案接受者，“responder”）接受磁共振扫描，共进行了30轮游戏，对手（方案的提出者，“offer”）部分是人，部分是计算机。每次都涉及10美元的瓜分。对手所提出的方案中，一半是公平的（对半开），剩下的为2次“9比1”，2次“8比2”，1次“7比3”；在这些方案中，方案提出者的分配比例较大，而接受者的比例较小。结果是，对于公平的方案，方案接受者都接受了；越不公平的方案，则参与者的接受率越低，“7比3方案”至“对半开方案”的所有方案（即“5∶5”，“6∶4”，“7∶3”）都被接受了。在“9比1”和“8比2”两种方案中，如果“方案提出者是人”，则其方案的接受率低于“方案的提出者是计算机”。这就意味着方案接受者对于不公平方案存有情感性反应。这种不公平引发的脑区为：两侧前脑岛（bilateralan-teriorinsula）、背外侧前额叶皮层（dorsolateralprefrontalcortex，DLPFC）、前扣带回（anteriorcingulatecortex）。这证明了两侧前脑岛（bilateralanteriorinsula）厌恶不公平，作为负面情感的脑区，其反映出了对于不公平方案的厌恶。诸如此类实验设计非常巧妙，就能够为我们进行相关实验提供设计上的参考或模仿。
4.进行预实验。在实验设计之后，有必要进行预实验，检验实验的可实施程度。这种预实验，可以提升实验者的信心，也可以作为申请相关课题的依据。更为重要的是，预实验还可以检测实验的可行性，对可能出现的问题或缺陷进行适当的修正。在预实验之后，还必须进行志愿者的招募和筛选。
三、实验操作
实验操作是实验的核心状态。法律认知科学的实验流程具有自己的特殊性，其与医学实验相比通常更简单。其运用的仪器设备有核磁共振（FMRI）、眼动仪和脑电图等，其中核磁共振最为典型。该仪器不仅运用于医学治疗和研究，现在还广泛运用于认知科学的各类研究。核磁共振运用于法律认知科学的研究，主要优点在于其定位非常准确（虽然时间上稍有迟滞）。由于实验的磁共振仪器操作是高度专业化工作（而且机器极为昂贵），只能由专业的实验技术人员进行操作，因此法学教师和学生不能从事，在此不做详细介绍。
四、实验之后的分析总结
实验之后的分析总结属于实验的后期工作，主要是数据、图像分析，以及人文社会科学分析总结。
1.数据、图像分析。数据分析具有客观性，需要专业的实验工作人员进行数据和图像的分析。法律认知科学实验主要运用核磁共振仪器，对于脑区图像的要求比较高，还需要比较好的核磁共振配套分析软件，对此进行精细的分析。此类软件一般只有磁共振专业技术人员才会使用，由他们进行相关数据图像分析比较科学。如果涉及大量的数据分析和必须建立数据模型，则还需要数学专业人士进行相关的工作。此外，除了实验工作人员和数学人才外，还需要神经科专业医师或者认知神经学专家对此类数据和图像进行“认知神经心理”方面的分析。这种分析就是我们后期进行人文社会分析和理论化的基础。
2.进行相关的人文社会科学分析总结。与前一步工作的科学性和客观性相比，对实验结果进行人文社会科学的分析总结则具有一定的主观性质。我们需要从已有的数据和图像，根据我们需要解决的人文社科（法哲学）主题进行解读。这种解读是人文社科的解读，是运用实验数据和图像得出人文社科的结论。所以，一定的主观性是原有的实验设计思路和人文社科理论基础的延续。现有实验的理论分析，如道德的情感性实验，就需要根据道德哲学理论进行分析；“先天犯罪人”问题的实验，这就需要根据刑法哲学理论进行相关探讨。
