图像数据采集及智能识别技术研究_卢亚辉.pdf
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1、收稿日期:20220526图像数据采集及智能识别技术研究卢亚辉1,张纬华1,和飞飞1,王帅2,郝锦虎2,杜玉红2(1.中国人民解放军63966部队,北京100071;2.天津工业大学 机械工程学院,天津300380)摘要:作战试验是当前部队工作的研究重点,其在数据采集、数据处理及数据识别过程中会产生大量的音视频文件及图片。对这些图像数据的分析结果表明,存在某些图片不清晰、视频数据采集不方便、数据识别结果不准确等问题。因此,为进行作战试验领域的深入研究,对这一过程中所用到的数据采集技术和数据处理识别技术进行探究和改进,从拍摄设备选型和数据采集指导两个方面对数据采集进行分析,提出了图像转化、图像二
2、值化、图像平滑去噪、图像分割和图像边缘检测等主要图像预处理操作,并采用YOLO算法和SSD算法分别建立图像识别模型,通过对采集图像的试验获得了相关实验结果,所提方法有助于指导作战试验工作的开展,提升试验鉴定数据处理及分析能力,增强数据管理控制效能,以至极大拓展数据的利用率,提高作战工作的效率和准确度。关键词:图像预处理;数据采集;作战试验;图像识别中图分类号:TP391文献标志码:A文章编号:10099492(2023)02016305Research on Image Data Acquisition and Preprocessing TechnologyLu Yahui1,Zhang W
3、eihua1,He Feifei1,Wang Shuai2,Hao Jinhu2,Du Yuhong2(1.63966 Unit,Beijing 100071,China;2.School of Mechanical Engineering,Tiangong University,Tianjin 300380,China)Abstract:Combat test is the current research focus of the army,and a large number of audio and video files and pictures are generate in th
4、eprocess of data collection,data processing and data identification.The analysis results of these image data show that there are some problemssuch as unclear pictures,inconvenient video data collection,and inaccurate data recognition results.Therefore,in order to conduct in-depthresearch in the fiel
5、d of combat testing,the data acquisition technology and data processing and identification technology used in the processwere studied.The data acquisition was analyzed from the selection of shooting equipment and the guidance of data acquisition,the main imagepreprocessing operations such as image t
6、ransformation,image binarization,image smoothing and denoising,image segmentation and imageedge detection were proposed,and YOLO algorithm and SSD algorithm were used to establish image recognition models respectively.Therelevant experimental results were obtained.The proposed method will help guide
7、 the development of the combat test work,improve the dataprocessing and analysis capabilities of the test identification,enhance the efficiency of data management and control,and greatly expand theutilization rate of data,and improve the efficiency and accuracy of combat work.Key words:image preproc
8、essing;data acquisition;operational test;image recognition2023年02月第52卷第02期Feb.2023Vol.52No.02机电工程技术MECHANICAL&ELECTRICAL ENGINEERING TECHNOLOGYDOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2023.02.037卢亚辉,张纬华,和飞飞,等.图像数据采集及智能识别技术研究 J.机电工程技术,2023,52(02):163-167.0引言随着计算机技术在图像领域应用不断深入,人工智能和大数据分析等技术被广泛地运用在部队的各项工作中,开展作战试验初
9、期,大多采用填写表格的方式获取一些难以采集的数据,给参试指战员带来很多的额外工作,并且产生了大量谬误数据,即使把表格电子化后效果依然不好。如何在作战试验开展过程中,以无感知方式获取相关数据成为大家研究的重点。通过实践,音视频方式成为作战试验数据采集获取的重要技术方式。在近期的作战试验中,各项目组均采取了以摄像器材为主的视频采集手段,在不干扰作战人员工作的前提下,获取第一手的作战试验视频数据,因此如何对采集到的视频数据进行处理是推进作战试验工作开展的首要任务。国内外对作战试验的数据采集及图像处理识别做了大量研究。文献1中发现作战试验视频数据采集指标体系尚未建立,使得视频数据采集存在一定的盲目性,
10、造成时间和器材的浪费,同时产生大量无用视频干扰后期视频数据处理工作;文献2中发现视频数据预处理工作手段不足,造成人工处理时间极长,视频数据质量无法保证,导致海量视频数据事后处理困难,无法为评估工作提供有力支撑;文献3中发现智能化视频数据深入学习能力不足,对数据特征参数的处理能力达不到要求。同时由于应用场景复杂多变、图像视频采集和分析挖掘技术的原因,严重制约了图像视频数据的利用。本文首先从拍摄设备选型、数据采集时的注意事项及建议两个方面对图像采集进行分析,然后对采集后图163片进行预处理后通过YOLO等算法对其进行识别后归纳出识别准确性与有效性,旨在解决上述相关问题。1图像采集建议图象数据采集时
11、,经常会受场地等自然环境的影响,由此造成图象在收集与传送过程中会受照射灯光不平衡、光响应不一致和拍摄角度等各种因素的影响,使视觉图象含有噪声影响而造成图象品质变坏,从而影响图象的的识别准确度。所以可以针对上述图片的采集流程,从清晰度、抖动、反射、失焦和拍摄角度5个角度,对图片采集人员的操作过程给出相应的采集建议4。(1)清晰度在选择拍摄设备时,尽量选用高清的摄像机或者录像机,拍摄比例尽量选择169或者43,所输出的图像像素在1 440900以上,这样可以保证即使输出图像存在一定的失真,也不会对后续的图像处理及相关信息识别产生太大影响。(2)抖动拍摄时如果出现些许抖动,就可能会改变待识别文字或特
12、征点在视频中的位置,从而偏离识别区,并且可能造成短暂的失焦模糊。如果有可能的话建议在拍摄过程中通过简单的辅助设备提高相机的稳定性,如八爪鱼等设备,如图1所示,在提高采集效率的同时也避免了采集人员长时间劳累。(3)反光采集内部设备时,当座舱盖打开时,上方的光线会照进座舱内,使屏幕产生反光。建议关闭舱门或者利用纸板等简易工具进行杂光遮挡,尽量减少屏幕反光。调节好摄像机的明暗反差和光照性质,可以合理运用硬光、柔光,硬光有强的光,在高光端很明亮,暗部层次很少,边条比较清晰明朗,颜色也有很大的浓度。而柔光则能够让主体背后的阴影更加柔和,当物体上的照度相对较低时,其颜色的强度就会比较微弱。所以合理运用灯光
13、,也可以获得良好的效果。(4)失焦在已掌握的某些视频资料中发现,有些视频会在某时刻突然失焦,相机具备自动对焦功能,会自动重新使画面清晰,但失焦期间采集的图像会识别失败,有可能影响某些指标的统计。建议在进行拍摄过程时要做好调焦工作。(5)拍摄角度建议尽量可以包含某些设备的屏幕边缘,这样不仅可以确保画面不缺失,有多余的部分还可通过剪辑去除掉5。软件可以根据边框建立相关坐标系,如图2所示,对图像进行预处理,矫正相关画面,从而提高图像识别稳定性。2图像采集硬件当前部队上用于图像采集的摄像器材以摄像机为主,辅助以照相机,相机是指获取图像的前端采集设备,也是图像采集的关键硬件之一,采集图像的质量优劣会对图
14、像处理的速度有很大影响。相机根据应用途径可分为民用相机和工业相机两种,工业相机的主要参数包括传感器类型、最大帧率、触发方式、分辨率、像素深度和数据接口等,图像质量好、噪声较小、感光较好6。民用相机的图像传感器采用隔行扫描,携带方便,操作简单。相机根据扫描方式可分为面阵相机和线阵相机。前者以平面为单位获取图像,可以一次采集完整的图像信息,易于调节、成本低;而后者每次曝光一行图像,然后拼接形成整个图像,调节相对复杂,成本较高。另一方面,分析对比黑白相机与彩色相机,在同样的条件下,黑白相机具有更高的精度,图像边缘的采集效果更好,可以直接处理黑白相机获取的灰度信息。分辨率是相机的最基本参数,是指相机每
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