图像分析论文篇（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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图像分析论文篇（2）

中国是人口大国,文化大国,也是移民大国。当我们站在有着“移民城市”之称的深圳特区的土地上,思考移民现象和移民文化这一论题时,会很自然地感受到:古代的移民和当今的移民,虽然其发端已经和今天远隔千年,但是正像一根红线始终贯穿着中国历史一样,不同时代、不同背景的大批移民,一直推动着中华文明的发展。

人口众多、历史悠久的中国,曾经创造了灿烂的文化奇迹。人们在考察其博大精深而又充满奇幻的文化演进的过程中,清楚地看到了它与人口迁移———即移民现象的紧密联系。自西汉以来,北方人口大批南下,边疆的少数民族就大举内迁,形成了一幅蔚为壮观的移民画卷。明清以后,汉族人口再次大举从黄河和长江流域这些原本是汉族人口的核心分布地区广泛向西南、东北乃至台湾等边疆地区迁移和拓展。需要指出的是,中国人口的国际迁移,也同样引人注目。可以说,中国海外移民规模之大、分布之广,早就产生了巨大而深远的影响。正是在这种历史的回顾中,我们发现移民文化在当代图像中所呈现出的新取向。对于移民文化进行研究,是文化现代化建设中的一个重大课题。

一、移民的产生及移民概念的理解

关于移民产生的时间,目前在学术界已几乎不存在争议,就是“古已有之”。由著名学者葛剑雄、曹树基、吴文弟先生合著的《中国移民史》(六卷本)和《中国移民简史》等著作,均已对此作了十分详尽的权威解说。就是说,移民现象既是一个世界现象,也是一个历史现象,它不是近现代社会特有的产物。

早期人们的迁徙使人类遍布于全球,只不过当时的移民是自发的,是自然选择的结果。就世界范围而言,人类进入文明社会之后,移民开始受到国家政权的控制,人员流动的随意性降低。这个时期的移民主要发生在各个国家范围内,不仅受到自然因素的影响,而且还受到政治、经济、社会风俗的影响。随着资本主义生产方式的出现,由于它需要把原料产地和销售市场扩大到世界范围,人员的流动也更趋活跃和扩大,几乎遍及全世界。在这种条件下,由于各国各地区都逐渐被纳入到了世界资本主义经济体系,所以,移民形成的原因和去向也跟着复杂起来。这种流动绝不是随意的,而是资本主义经济在全世界范围内的活动所促成的。对于这种现象,国外的一些学者将其称为“越境移民”现象。对此现象的研究,不但包括了移民国的人士,而且也包含了移居国的人士。就拿美国来说,在移民大量涌入的20世纪20年代、50年代以及1965年以后,都曾出现了大批关于移民问题研究的著作。

据日本广田康生《移民和城市》等书介绍,二战后的日本,由于其经济的快速发展,在1990年也修改了移民法,即“出入境管理法及难民资格认定法”。随之而来,流入日本社会的各国移民也急剧增加。其中包括日裔巴西人、秘鲁人,以及越南、泰国等亚洲各国的越境移民。由于大量移民的产生,对于移居国的经济、文化发展都产生了较大的影响;同时,移民和移居国居民之间的关系也是一个不可忽略的问题。所以对移民问题的研究,也就逐渐在丰富和深化,国内外的大量著作,显示出对上述问题的认真探索和研究。

在谈到“移民”这一概念的含义时,人们很容易联想到“流动人口”、“流民”、“迁移人口”等词语。应该说,它们之间的区别还是很明显的。从现代汉语的研究角度,“移民”这一概念,兼有动词和名词两种词性:“作动词时,‘移民’指一部分人口从原居地迁移至其他地方居住;作为名词,‘移民’则指进行迁移行动的人。”[1]所以,有的专家指出:作为“移民”的定义应该有了两个基本要素:即长距离的迁移和具有法律结果的迁移。所谓“法律结果的迁移”,主要指入了居住地的户籍。这样,未取得户籍的人,即使在居住地已居住了较长的时间,也不能算“移民”。[1]应该说上述研究是有一定道理的。但这种定义并不完全适用于历史时期中国移民史的研究。[1]即使从近年来我国的移民现象来看,特别是深圳的移民现象来说,上述对“移民”概念的定义也显得狭窄了一点。就深圳这个城市而言,实际的居住人口已经超过了1千万,而取得户籍者,仅为170余万。其余的八九百万人,确有相当多人属于“一般的流动人口”,但似乎也不能简单地一刀切。已经有一半以上的人虽然暂时还未取得该地的户籍,但他们已经对移居地具有了一定的归属感,而且对当地的语言、文化等状况也有了一定的适应性,并力趋使自己能主动地融入到当地的社会生活中。这些特点,正是“移民”与“一般流动人口”的不同点。一般的流动人口只是把移居地当作赚钱或其他功利性目的的地点,一旦目的达到,或是又发现了更好的移居地,他们就会很快离开,根本谈不到对移居地的归属感。虽然他们所带来的文化也会对移居地产生一定的影响,然而流动人口自身却保留着他们原有的文化。正因为这样,我们说深圳是个“移民城市”,其“移民”的概念不但包含着已入了户籍的人口,而且还包含着那些已经在深圳生活多年、来自较远地区、对深圳已经产生了归属感的人们。这些人虽然也属于“流动人口”这个大范围,但他们确实已经是“移民”了。他们和“深圳人”一样,已经把特区看作是自己的“家园”和“第二故乡”,他们和移居地的人们一道,在共同的家园里创造着共同的移民文化。

二、移民文化是一种创新文化,具有独特的魅力

一个时代、一个国家和一个地区文化的形成,需要历史沉积,而且有着诸多复杂的人文、物质成因。而随着人口迁移所产生的移民文化,对于一个时代、一个国家和地区的文化建设,具有不可忽视的意义。也就是说,就实质而言,移民文化对原有文化来说,乃是一种创新的文化。荷兰学者彼得•李伯庚在《欧洲文化史》中指出,不但大量流动人口会对移居地的文化产生很大的影响,就连本国旅行都会引起某种文化的演变(更不要说跨国旅行了)。作者在该书中写道:“不仅出国旅行,即使在本国旅行,也能引起文化的演变。例如,长期的贸易往来带来了语言上的交流,丰富了欧洲语言的词汇和思想。西班牙在穆斯林统治下700年,西班牙语中自然吸收了许多阿拉伯词汇。意大利和土耳其的贸易使意大利语言中吸收了土耳其词汇。当荷兰的航海事业达到了顶峰时,荷兰的船运词汇也为其他语言(包括俄语)所吸收。旅行也使人们对不同地区的地理、经济、政治、道德、风俗等有所了解。最后一点,旅行使各国知识界联系起来,形成世界性的各族文化是一个重要因素”。[2]在建设一代新文化的过程中,尽管时间漫长,因素甚多,但是各种文化形态的冲撞和影响,彼此的冲突和融汇,对于形成一种多元的具有包容性的主流文化,即创新文化而言具有重要的意义。这在中国文化数千年的发展史中,可以得到明证。

首先,让我们来看游牧文化与农耕文化的冲突和融汇。宋代自立国之始,就因外患之忧,长期与辽、西夏与金等游牧民族的政权相对峙。双方战争频仍,的确让老大的宋王朝饱受被动挨打之苦。然而,在那种战乱的年代,却使彼此所代表的游牧文化和农耕文化的冲突产生了奇妙的双重效应:一方面让契丹、党项、羌、女真等北方游牧民族从汉文化中吸取了丰富的营养,正如王世贞在《归潜志序》中所说,北方中国竟奇迹般地创立了一个“人物文章之盛,独能颉颃宋、元之间”的文化天地。另一方面,北方剽悍的草原游牧民族的凛然之气,也深刻地震撼了细腻丰满的宋文化。范仲淹与王安石所推行的变法,正是在这种文化大背景下孕育产生的。[3]

其次,我们再来看一下中国文化与外域文化的交汇。张岱年、方克立指出:“中国文化不仅在内部各族文化的相互融汇、相互渗透中得到发展,而且在与外部世界的接触中,先后受容于中亚游牧文化、波斯文化、印度佛教文化、阿拉伯文化、欧洲文化。中国文化系统或以外来文化作补充,或以外来文化作复壮剂,使整个肌体保持旺盛的生命力。外域文化系统也在中国文化的广泛接触中汲取营养,滋润自身的肌体”。[3](P120)梁启超认为,中外文化的第一次大交汇是在晋唐间。[4]但从汉代开始,中国的本土文化就开始了与西域(即中亚和西亚)文化及南亚次大陆文化的交汇。正是这种交汇,极大地丰富了中国文化,同时也在让外来文化“本土化”的过程中,促进了外来文化的发展。像佛教哲学传入中国,固然大大提高中国哲学的思辨等能力,而中国传统哲学中的孟轲、庄周等人的思想融入佛教,也使佛学宗派吸收了丰富的华夏营养,得到了新的发展。我们对移民文化的认识,也应立足于这一高度。

由于不同的移民承载不同的文化,而移民又是文化最活跃的载体,所以,如果一个地域的移民来源多,那么移民文化就丰富。移民的类型不同,也会影响到移民文化的构成。具体来说,移民文化因受如下因素的影响而具有新的文化特征。

1.由于对移民文化的认识离不开对移民类型和移民本身的了解;又由于移民与移民文化的密不可分,所以,不同的移民类型(这里会涉及到移民的社会政治背景,以及移民本身的素质)以及移居地移民的数量和他们居住时间的长短等,都会影响到移民文化的特点。

2.由于移民文化是多种文化的相互冲击、融汇而成,一般具有多元性和包容性,甚至会形成一种完全不同于移居地原来文化的新文化。美国当代历史学家奥斯卡•汉德林先生就曾说过:“我一想到要写一部美国移民史,立即发现移民原来就是美国的历史”。[5]这可说是一个很生动的例子。

3.大量移民聚集在移居地以后,会让此时产生的移民文化较少包袱,较少框框,具有较大的开拓性和开放性,比较容易接受新生物,比较容易进行新的探索和实验,这正是移民文化独具的魅力。马克思主义的创始人曾举美国社会为例,指出:“美国是由那些为了建立纯粹的资产阶级社会而从欧洲的封建制度下逃出来的小资产者和农民建立起来的”。由于这是一个“现代的,资产阶级的”社会,[6]即一个比之过去的封建社会来说是一个全新的社会,因此才有了很多历史上较少出现过的奇迹。例如通过个人的勤俭奋斗,发财致富,终于走到富人或资本家的行列。与过去的社会相比,也才最容易接受新事物,最容易产生发明创造。而在改革开放以后的中国,更在这方面创造了举世震惊的巨大奇迹。

4.由于移民文化具有极为丰富的内涵,因此它所表现出来的特征也是丰富多彩、不拘一格的。这里,需要特别强调的是移民文化所具有的创新性。早在一个多世纪以前,著名学者和教育家蔡元培就指出:“综观历史,凡不同的文化互相接触,必能产生出一种新文化。如希腊人与埃及及美琐波达米诸国接触,所以产出雅典的文化。罗马人与希腊文化接触,所以产出罗马的文化⋯⋯就在中国,印度文化接触后,产出十世纪以后的新文化,也是这样”。

关于移民文化的创新问题,应该说是一个很大的题目,这里包含着极为丰富的内容。从国内目前已经发表的大量移民文化研究的著作来看,有不少是注意到这一问题了,但是对于这个问题的研究,我们认为仍需要加以改进。

一是关于“史论结合”的问题。从国内目前对移民文化的研究来看,对移民文化的“史”的研究成果偏多,而对于“论”的方面,似感不足。包括对移民与文化的互动,移民文化究竟如何有力地促进文化的创新,特别是这个新文化又将如何适应未来的发展、适应市场经济的发展,如何更好地建设一种面向世界、面向未来、面向现代化的、民族的、科学的、大众的社会主义新文化等问题,都很值得探讨。还有就是如何从总体上认识移民文化的发展趋势以及“经济全球化”所带来的“文化全球化”对移民文化的影响等,也都需要进一步深入探讨。

二是关于“外为中用”的问题。近几十年来,随着国外对“越境移民”等问题的日益重视,各国不但出台了很多政策(尤其是日本、澳洲、加拿大、英国等国),而且出版了大量的有关移民文化的论著。这些论著有不少把移民问题和社会变迁、现代化等问题相结合,从而对移民文化的内容有了很大的丰富。很值得我国学者的关注、评论乃至借鉴。

此外,对于“移民文化”本身的探讨也需要不断加以深化。正如美国有代表性的人类学家克鲁伯(A.L.Kroeber)和克罗孔(ClydeKluckhohn)等人合著的一本论述文化的专著中所罗列的从1871年到1951年80年间关于文化的定义,便有164条不同的说法;而冠上“移民”之后,当然就更为丰富了。如何进行分析,加以全面理解,就不仅仅是个理论问题,而且具有明显的现实意义。

三、深圳的移民文化之魂

作为在移民潮中诞生的深圳特区,可以说是在滚滚移民大潮中飞溅的一朵极为耀眼的浪花。深圳的移民现象和移民文化,的确给当代中国的移民潮涂上浓抹重彩的一笔。当人们站在深圳的地王大厦等许多经典建筑物旁时,怎能想到二十几年前,这里还是荒滩一片的一个边陲小镇!历史就是这样地借助移民的航舷,让20世纪80年代乘风破浪的中华民族大舒了一口久已想抒的豪气!

由于深圳是中国改革开放的试验田和排头兵,是中国改革开放的总设计师邓小平同志亲自扶持的典型,因此,它的成长历程和成功奇迹,就有特别重要的历史意义和现实意义。再加上深圳毗邻香港,成为香港文化向内地辐射的中转站,在香港与内地的文化交流中占据特殊地位,这也增添了对深圳的移民文化研究的重大意义。从对深圳移民城市文化的现实考察中我们发现,深圳的移民文化至少具有这样几个特色:

(一)在南北文化的交融中,凸现中原文化的风貌,却又不失“岭南文化”之“根”

与香港的移民不同(香港的移民不但包括大陆人,还包括英国人、日本人、菲律宾人、澳大利亚人、美国人、法国人等等,可以称为国际化的移民),深圳的移民主要是大陆人,或者说是“大陆的北方人”。这种“北方文化”虽然与“岭南文化”同为一个国度,但却具有明显的反差。当然,“影响深圳的北方文化并不就是铁板一块的”,“这其中包括楚湘文化、巴蜀文化、燕赵文化、齐鲁文化、东北文化、吴越文化等等”。[7]正是这个原因,随着北方移民的愈益增多,“来自北方中原地带的母体文化正逐渐抵销香港文化的过极影响”,[7]在这种情况下,来自内地的“务实作风、利益趋向、风水观念、理想精神等等,这些颇有代表性的文化因素在深圳文化的成长中”就起了巨大的催化作用。[7](P93)日本学者广田康生指出:“所谓移民就是指一个过程,在此过程中,一种文化向另一种文化进行整体流动,并往往引发一些问题”。[8]这里有两点值得我们注意:一个是“整体的流动”,另一个就是“引发一些问题”。

我们认为,所谓“整体的流动”,既有移民原有的文化向移居地的流动,也有移居地的“土著文化”对移民所带来的文化的“反流动”。正是在这种相互影响、相互冲撞之中,产生了新的“移民文化”。非常明显,这种“移民文化”的生成,或者说新的“移民文化”的主流成分的构成,其结果必然是:或者是移民所带来的文化占上峰,或者是移居地的“土著文化”占上峰。由于深圳的移民人口占绝对优势,所以移民所带来的文化,当然构成了新的移民文化的主流成分。只是值得注意的是:包孕有潮汕文化和客家文化等丰富内涵的“岭南文化”特有的“根”,对新的移民文化也打上了深深的烙印。

人们知道,岭南文化是中华民族文化色分明、有着巨大影响的文化之一。它既不同于有悠久华夏文明的老北京文化,也不同于江浙文化和巴蜀文化,而是自成一体,影响深远,带有浓厚南国特色的地域文化。岭南文化的灿烂丰富、多姿多彩,早为世人所称道。这不仅是因为这里地处南国,有着特有的丰富物产,像苏轼的诗中所说的“曰啖荔枝三万颗,不辞长做岭南人”,而是在于它确实在文化的方方面面上都毫不逊色。例如,驰名世界的饮食文化,岭南的宗教文化、客家的民俗文化,以及在古老而又年轻的潮汕平原上活跃的海内外贸和人们的商品意识,久负盛名的潮州瓷器及刺绣等等。值得人们关注的还有因海外潮人的数量之多、影响之广(约在千万人以上,遍布世界60多个国家)而形成的特有的文化特色。人们已经把“海外潮人”看成是岭南文化的一道亮丽的风景线。这些岭南文化的特色,显然对凸现中原文化风貌的深圳移民文化产生了较大的影响。超级秘书网

现在要说到深圳的移民文化所“引发的一些问题”,突出表现在大多数移民者在刚刚踏上深圳这块热土时,难免会产生某种“陌生感”乃至“危机感”,需要有一个“重新调整”和“个体认同”的过程。如果能顺利完成这个过程,当然很好。许多来深圳的创业者们从艰辛的奋斗到最后的成功,就是明证。然而也有一些带着盲目性闯深圳的人,到达深圳以后,有的因为生计的不易,工作的艰辛,加之难以获得令人满意的待遇,往往是或拂袖而去,或铤而走险,这也给年轻的深圳带来了诸如治安、卫生等问题,这是应当引起人们严重注意的。只有充分地认识到了这些问题,才能更好地建设深圳的移民文化。

(二)在物质的、观念的,尤其是制度层面上的文化特色印度文化接触后,产出十世纪以后的新文化,也是这样”。

关于移民文化的创新问题,应该说是一个很大的题目,这里包含着极为丰富的内容。从国内目前已经发表的大量移民文化研究的著作来看,有不少是注意到这一问题了,但是对于这个问题的研究,我们认为仍需要加以改进。

一是关于“史论结合”的问题。从国内目前对移民文化的研究来看,对移民文化的“史”的研究成果偏多,而对于“论”的方面,似感不足。包括对移民与文化的互动,移民文化究竟如何有力地促进文化的创新,特别是这个新文化又将如何适应未来的发展、适应市场经济的发展,如何更好地建设一种面向世界、面向未来、面向现代化的、民族的、科学的、大众的社会主义新文化等问题,都很值得探讨。还有就是如何从总体上认识移民文化的发展趋势以及“经济全球化”所带来的“文化全球化”对移民文化的影响等,也都需要进一步深入探讨。

二是关于“外为中用”的问题。近几十年来,随着国外对“越境移民”等问题的日益重视,各国不但出台了很多政策(尤其是日本、澳洲、加拿大、英国等国),而且出版了大量的有关移民文化的论著。这些论著有不少把移民问题和社会变迁、现代化等问题相结合,从而对移民文化的内容有了很大的丰富。很值得我国学者的关注、评论乃至借鉴。

此外,对于“移民文化”本身的探讨也需要不断加以深化。正如美国有代表性的人类学家克鲁伯(A.L.Kroeber)和克罗孔(ClydeKluckhohn)等人合著的一本论述文化的专著中所罗列的从1871年到1951年80年间关于文化的定义,便有164条不同的说法;而冠上“移民”之后,当然就更为丰富了。如何进行分析,加以全面理解,就不仅仅是个理论问题,而且具有明显的现实意义。

参考文献:

[1]范春玉.移民与中国文化[M].桂林:广西师范大学出版社,2005.9-10.

[2]彼得•李伯庚.欧洲文化史[M].上海:上海社会科学院出版社,2004.339-340.

图像分析论文篇（3）

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。

图像分析论文篇（4）

中图分类号：TP3-0 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2015）05-59-03

Abstract： The teaching content and teaching mode for course of digital image analysis are researched in the paper， education reform measures is implemented from three aspects， the theory teaching， the practice teaching and the related scientific research. Project driven teaching is proposed to cultivate innovative and practice talents， the practice teaching is strengthened and the scientific research is introduced into the teaching process.

Key words： image analysis； teaching mode； teaching reform； project driven

0 引言

随着现代信息技术的快速发展，图像分析日益广泛地应用于军事目标识别控制、智能交通、医学图像重建、社会事务管理、生物特征识别，以及互联网相关产业等诸多领域，越来越多的研究者更加关注图像分析领域的研究工作[1-2]。而高等教育要与实际应用紧密联系，“图像分析”这门课程在高校电子信息类专业也有了越来越重要的地位。

图像分析是用模式识别和人工智能方法对景物进行分析、描述、分类和解释的技术，又称景物分析或图像理解。一般利用数学模型并结合图像处理的技术来分析底层特征和上层结构，从而提取具有一定智能性的信息。图像分析侧重于研究图像的内容，包括但不局限于使用图像处理的各种技术，它更倾向于对图像内容的分析、解释和识别。

“图像分析”的教学目的是使学生了解和掌握数字图像分析的基本概念与主要内容，为今后的深入研究和开发工作打下良好的基础。其基本教学内容包括图像增强、图像分割、图像复原、图像描述、图像识别等理论和方法。该课程主要阐述数字图像分析中的基本概念、基础理论和常用算法，介绍数字图像分析研究中的基本问题以及解决这些问题的原理和实现方法，使学生能够编程实现简单的图像处理算法，能够逐渐解决数字图像分析领域的实际问题。

“图像分析”课程属交叉学科，其起点高、难度大，既有较强的理论性，又与实践紧密结合，目前的教学现状表明，学生对本课程往往入门时就心存畏惧，深入学习困难，不管是考试成绩还是实践动手能力都不理想，教学上存在许多问题。如何引导学生明确学习目的、转变思想观念，如何在教学过程中合理利用多重教学手段、灵活采用教学相长的方法激发学生的学习兴趣，成为教学中必须解决的难题。

1 课程教学现状分析

经过对国内多所高校的调研发现，现行的教学模式存在严重的弊端。在目前的图像分析课程教学中，教师只是按部就班地按照教学大纲进行讲授，而对于程序运行实现及实际应用部分大纲中并没有严格的要求，所以多数教师也就只讲解理论，对程序实现则省略掉或是一带而过。而学生也只是按部就班地对理论知识进行学习，没有结合相关的应用，所以随着课程内容的深人，学生会感觉到枯燥乏味，对该课程逐渐失去了兴趣。即便是认真学习的学生，也是一直处于被动学习的状态。至于考试，只需要按照教师的授课内容认真复习就可以拿到优异的成绩。很多学生直到他们学完了该门课程，也没弄清楚这些图像处理的方法该如何具体实现，而且对于如何应用到实际生活和研究当中，也是一无所知，更谈不上创新能力、实践能力和综合能力了。该课程目前的教学方法大大影响了学生的创新实践能力的培养。长此以往，高分低能的现象将会日趋严重。因此，图像分析课程教学改革迫在眉睫。

2 课程教学改革措施

2.1 教学内容和方法的改革

图像分析本身为交叉学科，与图像处理、模式识别、信号分析多领域存在密切联系，而课程内在耦合性并不强，目前还没有一个完备的课程体系，许多教学实践难以组织。一般除了图像分析课程的基本内容，根据教材丰富程度的不同，可能还包括图像的数据结构、图像重建、图像识别、图像的小波分析，以及图像的数学形态学分析。其内容庞杂，难度也偏大，在有限的教学时间内往往难以将全部内容讲透，传统的教学模式只能以理论介绍为主，忽视实现步骤，造成学生在学习时普遍感到过于抽象。故有必要优化教学课程设置，精简课程教学内容。课堂讲授中，要抓住重点难点进行讲解，鼓励学生课下自主学习，有疑问主动讨论求教，以此来提高教学质量。

教学内容中不能只有理论知识，还要与图像分析相关应用软件结合起来，如Matlab、Opencv、Image Analyzer等，必要的时候也可以用目前较流行的Photoshop软件举例。这样和软件结合起来讲解，学生可以看到实实在在的图像变化过程，学习兴趣自然就提高了。而且学生也比较容易理解图像分析的基本原理，听起来也不会觉得枯燥，无形中提高了学生的学习效率。同时学生学会了一门语言，用以实现各种图像处理过程，为以后的学习和工作打下坚实的基础。

传统教学中理论学时与实验学时的分配比例一般为3：1，高校普遍偏重理论教学，而忽视了实验教学。理论教学是一种被动的单向的学习模式；而主动性的、互动式的实验教学更能调动学生的积极性，有利于学生自主的去发现问题分析解决问题。因此，要优化理论教学与实验教学的课时比例，加大实验教学的课时，通过实验加深对理论基础的理解。

2.2 强化实验教学

选择图像分析中最重要的算法作为实验课教学的主要内容，覆盖图像分析中图像增强、图像压缩、图像分割、形态学处理、图像特征描述等各个重要部分。图像的读取和显示、图像的直方图均衡化、图像的平滑滤波和锐化滤波、快速傅里叶变换、频域上的高通和低通滤波、Hough 变换、图像的阈值化、图像的膨胀、腐蚀和开闭操作、细化算法等实验完全能包含图像分析领域理论。

实验教学[3]要求学生提前阅读课程实验指导书，了解实验内容，进行初步的设计分析，自己编写核心代码，自行设计实验测试用例，预测实验结果。实验课上认真演示图像处理的效果，将实验结果与预测结果相比较，对出现的问题耐心分析和总结，按要求撰写实验报告，从而加深对数字图像分析概念和方法的理解。引导学生利用所学到的知识，来解决图像分析领域简单的实际应用问题，要把课堂上讲授的理论知识和现实生活中应用的具体例子相结合，将最新的科研前沿动态和信息反馈给学生。

2.3 将科研引入教学

科研中的图像分析相关部分要进人到教学中，让学生在学习理论知识的基础上，了解该方向的前沿技术和应用领域，这对以后的工作有重要的引导作用，也能够激发学生的探索能力和创新灵感，达到真正的学以致用。同时形成科研带动教学，教学促进科研的良性循环[4]。

将科研引入教学，开展项目驱动教学，让学生接触一些具体的项目，在做这些项目时要用到哪些知识点，如何综合运用它们，都是项目中必须解决的问题。通过项目驱动教学的方式，学生的综合实践能力将得到进一步提高。

项目驱动教学的关键是项目的选择和设计，它的好坏直接影响到教学的开展。图像分析项目驱动教学的示意图如图1所示。由图1可知，这一互动式的教学模式重点在于师生的交流反馈，学生是学习的主体，是项目的承担者 、实施者，老师在项目中主要起组织引导的作用。在项目驱动教学实施中，教师不是直接把知识技能传递给学生，而是学生在教师的指导下去选择“项目”，分析“项目”，并最终完成“项目”。学生不再盲目的把学习当任务，而是以项目需求驱动，有目的、有针对性的学习，变被动地接受知识为主动地寻求知识。学生学习的主动性和创新意识在项目实施的过程中不断强化。

根据课程的知识层次和内容体系把理论学习与科研项目相结合。譬如设计“车牌识别系统研究[5]”来展开课堂教学，如图2所示。由图2可知，“图像分析”的大部分教学内容都可通过“车牌识别系统研究”这一项目组织起来。以“实施项目”的方式引入有关概念和主题，展开教学内容深入学习，将学生的“被动学习”转换为“兴趣驱动”，从而提高教学效率。

另外，根据学校的实验条件，还可设计“脑部CT图像处理”、“运动目标检测研究”、“人脸识别系统”等项目，从而融合图像分析各方面的知识点。

整个项目的实施分为两个阶段：理论学习和项目实施。在理论学习阶段，可以引入大量应用实例，授课时重点阐述诸如医学图像处理、运动目标特征提取、智能视频监控、基于图像的工业检测、图像压缩在3G通信技术中的应用等实例。通过对具体项目的讲解，让学生对项目的理论基础有初步的了解，而这种将深奥的理论实例化，使学生易于接受，激发了学生的学习兴趣和对项目的探索激情。在第二阶段的项目实施中，将项目分成若干个小组，在教师的指导下，各小组召开会议，分析项目需求，明确项目任务，进行成员分工，确定各分工的职责及项目实施计划，在此阶段，教师扮演项目顾问的角色，解答小组成员项目实施中遇到的各种问题。学生在教师的指导下完成对项目的需求分析、系统设计、编码实现、测试部署的整个过程，达到学生在完成项目的过程中理解学科知识、掌握综合技能的目的。

项目完成之后，需要对项目进行总结和反馈。各小组提交项目结题材料，以论文答辩的形式在班上演示各小组项目成果，介绍项目实施过程、成果、优势及不足，总结项目实施阶段的经验教训，回答现场提问。在听取其他小组报告的基础上自我总结，找出自己的不足，查缺补漏，提高专业理论基础及定向分析解决问题的能力。最后，以学生自评、组内成员互评、教师点评的方式来确定每位学生的最终成绩。

3 结束语

高校素质教育的重点在于培养学生的创新精神和实践能力，以适应新形势的要求[6]，所以专业课程需要根据不断变化的发展形势进行合理的改革。而教学改革是一个长期的、多方位的、不断探索的逐步完善的过程，需要教学工作者打破固定传统教学模式的局限，科学地改善教学方法，并合理运用到教学课程中，真正培养出具有综合实践能力和创新精神的高素质人才。实践表明，本文提出的教学改革方法是可行的、有效的，有利于激发学生的学习动力，提高学生的学习主动性及动手能力，从而锻炼学生解决专业领域实际问题的能力，提高教学水平，同时增强了学生的综合素质和专业竞争力，有利于扩大学生的就业率。

参考文献：

[1] 笪邦友.“数字图像处理”课程教学探讨[J].科技创新导报，2013.

[2] 孙先达.图像分析处理技术研究及应用[D].四川大学硕士学位论文，2002.

[3] 李金萍，陆玲，刘自强等.数字图像处理课程实验教学改革探索[J].科技视界，2012.7.

图像分析论文篇（5）

1 引言

以系统功能语言学理论为基础的多模态话语分析（multimodal discourse analysis）始于20世纪90年代，主要应用于图像、音乐、语言等其他符号上。由于这些符号对语篇意义的构建有着重大作用，因此，它们具有系统性、功能性（即同时具有概念功能、人际功能和语篇功能）及层次性。

Kress和van Leeuwen分析视觉图像的语法框架为多模态话语分析提供了理论依据和分析方法。本文主要通过运用社会符号学与Kress和van Leeuwen的多模态话语相结合的分析方法，以2012年伦敦奥运会会徽图像为例，探讨图像这一特殊的社会符号和语言共同作用构建意义的手段和方法。

2 多模态话语分析及其理论基础

2.1 多模态与多模态话语

作为有生命的人，人的感知渠道主要有五种，视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉五种感知渠道，这五种感觉就构成了五种交际模态：视觉模态、听觉模态、触觉模态、嗅觉模态和味觉模态。人们在现实的社会交流中，通常选择采用两种或两种以上的模态来构建意义，多种符号形式就构成多模态（multimodality）。多模态指除了文本以外，还带有图像、图表等的复合话语，或者说任何一种以上的符号编码实现意义的文本。

多模态话语是一种融合了多种交流模态（如声音、文字等）来传递信息的语篇。多模态性是现代社会人们在交际中使用的各种语篇的一个重要特征。国内很多学者也对多模态进行了探索。李战子认为多模态是除了文本之外，还带有图像、图表等的复合话语，或者说任何由一种以上的符号编码实现意义的文本；朱永生则将之定义为同时使用两种或两种以上模态的话语。目前多模态话语分析深受系统功能语言学和符号学影响，故朱永生将此类研究称为“系统功能符号学”。

2.2 多模态话语分析的理论基础

O’Toole 将 Halliday的系统功能语法应用于视觉艺术分析，而后 Kress 和 van Leeuwen 首次对视觉语法进行理论分析，全面建立了视觉交流基于社会符号学的多模态理论基础，具有开创性意义。多模态话语分析把语言信息和非语言信息结合，重新将其融入到全新的理论分析框架中，打破了以往的传统话语分析中单一言语形式的局限。

其分析理论从根本上说主要是以Halliday的功能语法为基础的社会符号学分析，认同语言是社会符号的观点，认为语言系统中有三个用来表示功能意义的纯理功能，叫概念功能、人际功能和语篇功能。概念功能指语言对人们在现实世界（包括内心世界）中各种经历加以表达的功能；人际功能是讲话者运用参加社会活动的功能；语篇功能指各种语言用于组织信息的功能，延伸到除语言外的其他符号，认为语言及其他各种符号既具相对独立性又有相互联系性。

多模态话语分析理论的主要观点即语言和视觉两大体系产生交际。Kress和van Leeuwen创建的多模态话语的社会符号学分析理论是以系统功能语言学为理论基础，主张图像也是社会符号，打破语言分析和图像分析的界限，将功能语法扩展到包括视觉模态和空间物体在内的多模态语篇，从再现功能、互动功能和构成功能三个方面，尝试用一种对语言和图像都适用的语法来对研究对象进行分析。

Kress和van Leeuwen认为所谓的模态（视觉的、姿态的、动作的），像语言一样，在社会使用过程中形成社会资源的模态，所以符号资源都具有社会意义。因此，在将图像看做社会符号的前提下，Kress和van Leeuwen根据Halliday的语言纯理功能创建了分析图像的视觉语法，其核心内容包括再现意义，互动意义和构图意义。

3 2012年伦敦奥运会会徽的多模态话语分析

3.1 会徽的意义

本文以2012年伦敦奥运会会徽为例，该会徽语篇是由图像文字和颜色构成，在结构上具有一定的代表性，对会徽语篇的分析有助于把握其它多模态语篇的整体意义构建。图1是2007年6月4日在伦敦正式经国际奥委会批准的2012年伦敦奥运会会徽以及对它的解释性文字。该会徽以数字“2012”为主体，包含了奥林匹克五环及英文单词London。这一设计清晰地传达出――“伦敦2012年奥运会将是所有人的奥运会、所有人的2012。”伦敦奥运会会徽是由图像（中国字“之”字和艺术数字2012）、文字（London）和颜色（粉色、橙色、蓝色和绿色）按照一定的方式所构成的。

3.2 会徽的多模态话语分析

第一，图像的再现意义。

多模态话语分析的再现意义对应于Halliday功能语法的概念功能。Kress 和 van Leeuwen 在再现意义上，根据图像的特点，将其分为叙事的和概念的两大类。其中叙事的再现包括行为过程、言语过程和心理过程，而概念的再现包括关系过程和存在过程。

伦敦奥运会会徽图案以数字“2012”为创意原形，并与奥林匹克五环及英文单词London巧妙组合，相得益彰，表达了英国人民举办一届属于世界的、多元文化融合的奥运会的强烈愿望。在伦敦奥运会会徽标图像的意象中，英文单词London图形展现了举办城市，又隐含着行动过程的动作者。由不规则几何图形组成的会徽可以拆分出来或者变形应用在不同场合，形成了多元文化的大聚会。伦敦奥运会会徽中的大胆的色块组合，仿佛一群张扬着运动精神的年轻人，踏着摇滚的节奏，带着闪电般的速度，尽情释放着人类的激情、活力与时尚，展望着梦想与未来，表达了2012年伦敦奥运会的实质，即鼓励全世界的年轻人参加体育运动，体现了奥运价值。

第二，图像的互动意义。

对应于功能语法的人际意义，在多模态话语中体现为互动意义。互动意义可以看成是观看者和图像世界中的一种互动，图像的各方面的构成直接影响图像解读者对图像的理解。图像设计者通过图像与观看者进行互动来提示观看者对所再现的景物应持的态度。图像的互动意义相对应的是功能语法的人际功能，在此层面上，主要关注图像中参与者之间的社会关系、制图者的交际目的以及图像解读者本身对图像内容的介入程度。在实现互动意义时，可以从距离、接触、视点和情态四个方面来对图像进行解读。基于深圳大运会会徽所体现情态的多样性，本文主要从情态这一角度来解构其互动意义。

接触指图像中参与者通过目光的指向与观看者之间建立起来的一种想象中的接触关系。很明显，该会徽图像属于提供信息类，传达了活力、现代和灵活的信息。社会距离是图像中参与者与观看者之间的亲疏关系，它可以远景、近景和中景等取景方式来实现。会徽图像既没有传达冷漠的社会关系，也没有透露出图像参与者与受众的亲密关系。伦敦奥运会会徽图像的平视视角表明了2012年伦敦奥运会属于每个人。作为互动意义的一个重要组成部分，情态有高、中、低情态之分。Kress 和 van Leeuwen主要从色彩饱和度、色彩区分度、色彩调和度、语境化、再现、深度、照明和亮度等八个视觉标记探讨了图像中情态的现实意义量值的高低，换言之，是我们队关注的世界所作出的陈述的真实度和可信度，其体现资源在图像中非常丰富。同在功能语言学中一样，情态被归纳为高、中、低三类。伦敦奥运会会徽图像中，粉色、橙色、蓝色和绿色四种颜色表现出一种愉悦的情感意义，具有高情态。图像中的文字部分位于平淡的大背景之上，白色的文字和其它颜色形成对比，充分体现了奥运会的宣传主旨。此外，图像中各种颜色的搭配非常协调，深浅有致，蕴含着深厚的文化意义，象征着清新、明晰的蓝色，象征着生命、文明和生命力的绿色，象征着力量、智慧与繁荣的橙色，几种色彩相加，动中有静，静中有动，表达出英国人民举办一届真诚、热情、激情向上的大家齐欢共舞的奥运会的强烈愿望。

第三，图像的构成意义。

多模态话语的构图意义即对应于功能语法的语篇意义。构图意义有三种资源：信息值、取景和显著性。信息值是通过元素在构图中的放置实现的。任何特定的元素在整体中的角色取决于它是被放置在左边还是右边，中间还是边缘，或者图片空间的上方还是下方。在Kress和van Leeuwen看来，上方与下方具有不同的信息值。如果某些因素被放置于上方，而其他因素被放置于下方，那么置于上方的是“理想值”，而置于下方的是“真实值”。“理想的”指它是信息的理想化的或概括性的实质，因此，它是信息的最显著的部分。“真实的”指更特定的信息，如细节等，或者说更实际的信息。伦敦奥运会会徽的设计，把“五环”嵌入会徽的右上半部分，给人一种活力、开放、自由的感觉，从而显现出世界多元文化和谐融合的意境，传达出的信息值是“理想”值。同时它扬弃一种单纯象征意义的运动形式，回归到它的本真――现代奥林匹克精神，旨在让大众积极参与，分享快乐，共同点燃奥运的激情与梦想。在Kress和van Leeuwen看来，元素在图像中程度不同的位置、背景、尺寸、色彩、鲜明度也不同程度地影响观者的注意力。显著性即为上述因素在吸引观者注意力时体现出的不同显现程度。在伦敦奥运会徽标图像中“2012”四个数字形状并不规则，其实这些不规则的形状有章可循，几乎都带有中国字“之”字的韵味，这使整个图案看似松散却有非常强烈的结构感。此外，这样的结构使得会徽看起来非常奔放、现代，给人阳刚的感觉，与奥林匹克运动的精髓相契合。奥运五环标志左下方的白色英文字母“London”属于“真实”值，给人真实可信的感觉。总之，伦敦奥运会会徽涵盖了2012年伦敦奥运会的实质，体现英国的多样化和欢迎精神。

4 结语

多模态话语分析不仅仅从言语层面对话语进行解读，而且也关注图像、声音、动画等其他构成意义的符号系统。它丰富了话语分析的视角与方法，对促进话语分析的发展起着重要作用。本文以Hailliday的系统功能语法为理论基础，以多模态话语的社会符号学分析理论为理论框架，以伦敦2012年奥运会会徽标的图像及文字说明为例，将功能语法的概念、人际和语篇意义与图像的再现、互动和构图意义相结合，探讨了图像和文字作为社会符号在多模态话语语篇中的相互作用。本文的分析在某种程度上具有一定的局限性和片面性。但是随着人们对多模态话语认识的不断深入，多模态的分析方法一定会得到进一步发展和完善。

参考文献：

[1]李战子. 多模态话语的社会符号学分析[J].外语研究，2003（5）：1-8.

[2]Kress，G. & Van Leeuwen，T. Multimodal Discourse[M].London：Arnold，2001.

[3]李战子.多模式话语的社会符号学分析[J].外语研究，2003，（5）：1-8.

[4]朱永生.多模态话语分析的理论基础与研究方法[J].外语学刊，2007，（5）：82-86.

[4]O’Toole，M. The Language of Displayed Art[M]. London：Leicester University Press，1994.

图像分析论文篇（6）

中图分类号O1 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）81-0117-02

模糊数学理论于1965年提出，它是对模糊性现象进行研究和处理的方法和理论，模糊数学理论的基本概念是模糊集合。近年来，关于模糊数学理论的研究进一步加深，模糊技术在众多领域得到了应用。计算机图像处理技术是借用计算机的识别和运算功能来进行图像的处理，在图像处理的过程中也会用到模糊数学理论，简化图像处理和调整的方法，提高图像处理的准确度和精确度。

1模糊数学理论概述

在日常生活中，我们经常会用到高个、胖子、年轻、漂亮热、善、好等形容词，这些词语只是对事物的大致描述，边界比较模糊，在范围上不能进行明确的界定，这就和模糊数学理论相关。模糊数学理论就是对模糊性现象进行分析和研究的方法和理论，该理论要重点把握模糊数学和随机数学以及精确数学之间的关系，对模糊性现象进行界定。因此，不仅生活中的模糊性现象比较多，工作中还会有许多模糊的问题，比如在确定水是否烧开的时候要对水的状态和温度进行确定，但是由于模糊性，水的温度和状态都不能进行明确的界定，需要运用模糊数学理论来分析和解决问题。近年来，模糊数学理论在模糊识别与控制、模糊评判、系统理论、医学、信息检索以及生物学方面都得到了广泛的应用，而计算机领域是模糊数学的重点研究领域。模糊数学理论可以解决计算机过于精确化的问题，帮助计算机对模糊信息进行敏捷和灵活的处理。

2模糊数学理论在图像处理中的应用分析

图像处理是利用计算机来进行图像的编码、图像数字化、图像分割、图像增强、图像分析和图像复原，虽然图像处理可以通过模拟技术和光学方法实现，但是图像数字处理技术具有方便性和灵活性，数字图像处理技术得到了重要的应用。在用计算机进行图像处理的过程中，要对图像的清晰度、对比度和图像颜色进行处理，对图像的蓝、黄、红三大基色进行模糊的调动和处理，提高图像处理的质量。

模糊数学理论对图像融合的作用。图像融合是提取有利信息来进行高质量图像的综合，提高原始图像的光谱分辨率和空间分辨率，提高计算机对原始图像信息的利用。传统的计算机图像融合方法是对两张图像的简单重叠，图像融合的准确性较低，模糊数学理论在图像处理中的应用就可以避免图像融合准确性较低的问题，图像经过处理之后的偏差率比较小。在图像融合的过程中，图像像素值会有一定程度的灰度值，图像的变化主要是由这些灰度值来决定的，如果灰度值达到了一定的程度，图像的性质就会发生变化。通过对灰度值和图像的关系分析可以发现，灰度值的变化影响着图像的变化以及图像效果的变化。因此，在利用计算机对图像融合处理的过程中，可以利用模糊理论，对灰度值与图像变化之间的关系进行进行快速的推断。计算机的运算能力和图像处理能力是非常强大的，通过对模糊数学理论的应用可以较快速的得到图像变化的范围和结果，实现图像融合的最佳效果。

模糊数学理论对图像调整的作用。图像调整一般都是对图像颜色的调整，通过不同的颜色来实现不同的视觉效果和应用效果，图像颜色调整可以通过对比度的调整来实现。图像效果有现代、古典、哥伦风、经典影楼以及其他效果，在利用计算机进行图像调整的过程中需要对图像颜色值进行调整，实现图像调整的最佳效果。但是在图像处理的过程中会有一些较为特殊的图像处理，在灰度值较大的图像调整和处理中，要首先对图像的灰度边缘进行调整，增加图像的灰度值，通过对比来进行图像效果的分析。如果图像的灰度值确定，可以通过灰度值的计算来掌握最大灰度值的计算，实现图像的对比调整。模糊数学在图像调整的过程中就是对对象对比度和图像颜色值的调整，由于图像处理效果没有明确的界定，处理人员可以通过模糊的调整来实现不同的图像处理效果。

模糊数学理论在其他图像处理中的应用。除了图像融合和图像调整，图像融合还包括了图像数字化、图像编码、图像分割和图像增强等，模糊数学理论在这些图像处理中的效果也是非常明显的。图像增强是指使图像变得更为清晰，使图像满足人们使用和计算机的要求。图像增强包括了边缘锐化、伪彩色处理和干扰抑制等，图像增强不需要保持原图像的色彩和强度，因此图像处理人员可以采用模糊数学理论来进行图像的增强。而图像分析是指对图像的数据信息以及度量进行抽取，得到图像的数值结果，对图像内容进行相关的描述，实现对图像信息的深度把握，图像分析只是对图像数值的简单抽取，处理人员可以利用模糊数学理论来解决图像分析和图像分割过程中的各种模糊问题，实现较好的图像处理效果，实现图像的增强和复合，解决图像处理中各种模糊问题。

3结论

模糊数学理论于上世纪的60年代提出，近年来在机械、化工、生物、医学以及计算机领域得到了快速的发展，解决了各种模糊性的难题。图像处理包括了图像数字化、图像分割、图像融合、图像增强以及图像分析，模糊数学理论可以对图像灰度值的变化范围进行分析和把握，解决灰度值变化和图像色彩变化之间的关系问题，通过采取合适的灰度值来实现较好的图像处理效果。因此，模糊数学理论可以有效的解决生活和工作中的各种模糊难题，实现问题的最佳解决。

参考文献

[1]郭川军.计算机指纹识别技术研究[J].中国科技信息，2011（5）.

图像分析论文篇（7）

1.绪论

在概率论中，矩用来呈现概率密度函数的特性，如果我们将图像的灰度值看作是一个二维或三维的密度分布函数，那么矩方法即可用于图像分析领域并用作图像特征的提取。本文主要分析讨论SAR图像的几何矩特征。由于不变矩方法能构造出旋转、平移、比例不变量而形成一组重要的反映目标形状的特征集，这种方法被广泛应用于文字识别、目标识别、场景匹配与图像配准等领域。针对SAR图像常常带有明显的几何形变的特点，用矩的良好的几何不变性进行对目标的提取可以取得较好的识别效果。

本文对用MATLAB环境下对一幅经过初步预处理的SAR图像进行仿真分析。本文分析了目标的七个不高于三阶的几何矩在图像旋转过程时的特性，对其不变性做了具体的分析，在不变的整体趋势情况下讨论其特性。主要使用了MATLAB的IMAGE PROCESSING TOOLBOX的相关图像处理函数，如图像的显示、滤波、旋转、插值和形态学处理的相关函数对一副图像进行分析。在旋转过程中，为了尽量减小图像旋转造成的图像模糊和灰度较大的变化，每次旋转后进行双线性插值运算和维纳滤波。

2.不变矩原理

矩特征主要表征了图像区域的几何特征，又称为几何矩，由于其具有旋转、平移、尺度等特性的不变特征，所以又称其为不变矩。在图像处理中，几何不变矩可以作为一个重要的特征来表示物体，可以据此特征来对图像进行分类等操作。

2.1 矩的定义

在概率论中，对于连续函数f（x，y），其p+q阶矩（moment）定义为：

式中分别为x、y的期望。

在概率论中，矩用来呈现概率密度函数的特性，例如，期望值是一阶矩，方差及协方差是二阶中心矩等。推广到力学中，它被用作刻画空间物体的质量分布。同样的道理，如果我们将图像的灰度值看作是一个二维或三维的密度分布函数，那么矩方法即可用于图像分析领域并用作图像特征的提取。

2.2 二维图像的矩

一个与平面区域有关的几何特性如大小、位置、方向及形状等，其中很多特点与矩这个参数有关。故可设二维离散图像的灰度函数用f

式中，，y0是图像亮度的矩心，零阶几何矩m00代表一幅图像的总亮度，表示图像灰度在水平方向上的灰度重心，y0表示图像灰度在垂直方向上的灰度重心。

2.3 不变矩

不变矩是指物体经过平移、旋转以及比例变换仍保持不变的矩特征量，沿用相同的定义，在二维图像中，Hu提出了7个几何矩的不变量，这些不变量满足于图像平移、伸缩和旋转不变。

若一般矩为已知，则中心矩的计算可以通过一般矩来表达，且中心矩是与图像的平移无关的。

3.实验仿真

3.1 实验仿真思路

对一幅经过去噪等初步预处理的SAR图像首先进行目标的提取。目标提取函数见附录一。对原图的7个不高于三阶的几何矩进行编程计算，把原图像进行以5°步长进行360°的双线性次插值旋转，提取每次旋转后图像的目标，计算目标的矩。通过对每幅图矩值的绘图，分析其变化规律。作为不变矩，在理想情况下，预测将具有一定范围内的稳定性。

3.2 编程流程图

如图1所示，仿真编程中，采样了单循环，每次图像旋转比上次多5度，总共旋转355度，并显示旋转出的图像。对每幅图像，调用子函数invmoments函数进行矩计算。为了便于数据的比较分析，将所以的矩建立成一个72*7的矩阵。在invmoments函数中，由于对求取的中心矩原点矩都做了归一化，故算的的矩的值会很小，为了便于表示和分析，所求得的值都是经过对原始值做了求常熟对数的计算的。

3.3 仿真结果及分析

3.3.1 目标提取

3.3.2 原图旋转和目标提取目标

3.3.3 旋转目标的矩的数值分析

a.变化幅度分析

通过对矩值矩阵的每列分别减去第一行，即原图像的对应矩，得到各矩的变化曲线如图10。

取其中变化值的绝对值最大的，并计算其变化比例，结果如表1：

观察以上数值，可以发现，在旋转过程中矩发生的变化比较小，最大的变化达到1.5%，多数集中在1%以内。

b.周期性分析

从仿真获得的旋转图上初步观察，可以发现其具有一定的周期性。我们从数值上稍做分析。由图示的周期性特点，对矩一、二、三、四、五、七用19行后没18行与前18行做差，对矩第六用后三十六行与前三十六行做差，即观察这种周期性的每个周期所具有的波动特性。用plot函数绘图如图10。

同时，对结果的绝对值统计发现，在504个数值中有65个为零，有346个数值是小于0.02，只有93个数值大于0.02。

总体观察可以发现，如果减去所有的第一周期内的数值，其余的部分具有很好的周期性，只有小部分点与周期性应具数值有微小的差别。故完全可以认为对于七个几何矩的微小范围内的变化，有较好的周期性，其中矩一到五和七具有九十度的周期，矩六具有180度的周期。

c.对整幅图像做类似的处理

对原始图像在包含较较多的背景信息的时候做旋转求矩运算，同样具有以上分析获得的类似目标的这种特性，不同的是对原图某些变化规律性不如仅对目标分析时的理想，存在一些偏离较大的点，分析其原因为由过多的背景信息在旋转等过程中带来的计算上的误差累积和较多的噪声导致。

4.结论

通过以上仿真和分析可以得出，SAR图像的七个几何矩的具有以下性质：

（1）对旋转波动变换比较小，主要集中在1%左右，即具有很好的不变形和稳定性；

（2）波动变化都有着明显的周期性。其中，矩一至五和矩七总体上都是以90度为一个周期，矩六每180度一个变化周期。这种周期说明目标图像在90到180、180到270、270到360三个范围内旋转时，矩的变化与0到90度的旋转有着基本完全相同的变化规律。对于个别的不规律点，包括矩值比其他周期同位置点理论值存在些许差别，及出现的少数偏离较大的点，可以归结为是由图像各种类型的噪声的存在导致的，这种现象都是合理的，并不影响矩的以上规律。

图像几何矩的这些特点对雷达从不同方位获取目标图像时进行目标的识别与匹配及其他很多领域的应用提供了很好的理论基础，具有广泛的应用。

参考文献

[1]Hu M K.Visual pattern recognition by moment invarints[J].IRE Trans，Ifn.Theory.1962.IT：179-187.

图像分析论文篇（8）

1 模式类区分方法[1]

对于图文混排的复杂度高的文档图像一般采用自底向上的版面分析策略，在通过连通区搜索算法（包括二次分析）获得版面全部连通区信息后即面临文本区域和图像区域的连通区信息区分问题。为方便讨论，依模式识别理论我们称文本区域和图像区域的连通区为不同的模式类对象。由于文本区域和图像区域不能出现交叠（这种交叠情况我们结合后续相同模式类对象合并过程称为合并或聚类风险），但试验表明即使在刚刚获得版面全部连通区信息，即在尚未展开后续合并等处理过程就已经存在文本区域和图像区域交叠的情况，或者说存在合并风险问题。所以有理由说合并风险将是伴随相同模式类对象合并过程始终的。由于问题的复杂性，受二分法思想启发，我们把问题逐步分解，即确立图文分解的方法。

对于一个待分析图像文档，我们将图像中的图像模式类对象：边框线和标题在原图像中滤除，同时将所提取的文字图像部分就其在文档中区域信息（该信息由对原图像的连通区搜索得到）规范化为图像文档，即作为原始文档的伴随图像。由于生成伴随图像，初步排除图像模式类对象的干扰，从而就其文字图像的版面分析的复杂度大为降低[2-3]。

需要说明的是这仅是初步做到图文分解，就是说在伴随图像中仍可能存在图像模式类信息，为此我们采取“渐进合并，特征凸现”的策略在后续处理中解决（对此将作另文详述）；另一方面的关键问题是仍无法保证对不同图像模式类对象（如文字、图像甚至表格）分析的互不干扰性，而这一点正是我们要求系统所能体现出的智能性，它是由聚类稳定性算法保证实现的。

2 辅助功能模块的运用

承前所述，随着并行合并过程进行，由于对模式类对象是采用“渐进合并，特征凸现”的策略，模式类对象的确定要建立在一定前提条件上，即要待其模式类特征从不明显到明显之后，但在此过程完成时会有相互冲突情况产生。尽管上述算法的采用极大提高了系统的版面分析质量，但必须佐以其他功能模块的运用来处理这种更复杂的情形。该模块的功能将分别不同情况实现：1）择取强势特征模块，该情况下将保留取强势特征对象同时舍弃异类对象；2）折中退让，该情况下将根据冲突的情形做单方面的退让，如可以是文本类对象退让图像类对象（简称“文退图”）等，由于该情况较复杂，鉴于篇幅作者只做一般情形解释。

3 结论

对于模式类区分方法可以做策略层面的理解，这对于整个版面分析系统的质量是举足轻重的，但没有其他方法的辅助则很多具体问题仍不可得以完善和解决，因为版面分析要面临很多复杂的模式识别问题。本文正是探讨通过两者的融合从而是系统最终能体现出智能性的特点，进而获得实际应用的价值。

【参考文献】

图像分析论文篇（9）

那么如何在教学中运用图像学的方法呢？首先，我们应该知道一个前提，那就是图像学方法并不是万能的，它不适用于所有图像，应当警惕将其滥用的可能。但从另一个角度说，我们也可以将图像学简化为四个层次的模式，形式、主题、意义、背景，在中学美术鉴赏教学中对绝大多数的视觉文化图像从这四个方面切入。

例如，当我们分析库尔贝《画家的画室》时，可以首先探讨画家的构图样式、人物布局、表现手法、创作技法等内容，分析画面三段式布局与写实主义油画技法在当时的使用，给同学们一个较具体的形式层面的印象。其次，适当加入画家本人在书信中对作品的描述，逐一辨析每个人物的特征、身份与现实原型，为下一步的意义解读做准备。第三，对整幅作品的创作理念与意义进行剖析，指明库尔贝创作这幅作品的目的在于“通过绘画形式向世人展现：即希望通过艺术家、文学家、哲学家的人文思想与进步力量，改变当前世界纷繁复杂而激烈的社会矛盾，最终到达一种真善美的自然和谐世界。”[3]最后，要将整幅作品以及库尔贝写实主义艺术放到十九世纪艺术发展的大的时代背景中看。我们会发现整个19世纪的欧洲一直处于社会变革的激荡之中，当时很多的艺术家包括库尔贝在内，都主动地以自己的方式去寻求社会变革的方法，甚至如库尔贝本人那样希望以绘画的形式为社会变革进步寻求方向。通过这样的分析我们不难看出，库尔贝在《画家的画室》中所揭示的意义，就是对此时代潮流观念的图绘性解读。

通过以上分析我们可以发现，图像学方法在中学美术鉴赏教学中具有比较突出的优势。其一，可以让我们在面对图像的时候不怯场，不会不知所云，但这一点更多地建立在我们课后的广泛阅读与准备中，准备的素材越充分，课堂所包含的知识量就越丰富。其二，可以使我们在具体的鉴赏过程中能够对所见图像的教学解读条分缕析，娓娓道来。其三，可以使我们的教学既充满知识性又能够融入趣味性，提高学生对相关知识的吸引度，而不只是照本宣科，使学生失去对美术应有的感悟。

正如本文开头所说的那样，21世纪已经是一个图像世界，我们早已进入了读图时代，对于图像的把握与教学是当下高中美术课程教学新的热点问题。如果将图像学的理论融入到课堂教学的情境中，将高深的理论知识进行合理的简化，必然会进一步适应读图时代大众尤其是学生的需求，提升人们的美术素养。

参考文献：

[1]丹尼尔·贝尔.资本主义的文化矛盾[M].上海：三联书店，1989.156.

图像分析论文篇（10）

社会符号理论的基本理论认为，所有符号系统都是社会性的，这集中体现在符号系统的社会目的。据此可知，海报也有自己的社会目的。海报众多社会功能中最显而易见的一个就是信息传播，在信息技术不发达的年代尤为如此。然而，这一切在工业革命以后发生了很大的变化。众所周知，工业革命极大地促进了生产力发展水平，人类历史上第一次出现了产品超过需求的局面。在此大背景下，各学科都在探讨影响受众消费决策的方法，直接导致了包括市场营销、广告学在内的新兴学科的发展。由此，海报的社会功能也发生了显著的变化，由最初的信息转变成了说服受众。可以说，当代世界海报的首要功能还是为了说服受众，让他们接受海报传播出的信息。基于上述对海报首要社会功能的理解，前期研究着力解决的问题就是要解释海报是如何通过图像系统来传递信息并说服受众的。

1.2研究方法和数据

考虑到上述研究目的，最终选取质性扎根理论（QualitativeGroundedTheory）作为本研究的研究方法。扎根理论由社会学家BarneyGlaser和AnselemStrauss于1967年提出，其核心思想是通过归纳法从大堆数据中得出能解释数据分布特征的理论。因其在构建新理论框架方面的有效性，后来被广泛应用到社会科学研究中，作为发展相关理论的重要研究方法。扎根理论一般包括下面三个研究步骤：开放式编码、轴心编码和选择编码。根据扎根理论的要求，本研究主要通过专门的海报数据库网站（如PosterArchives/archives）开展了系统的海报收集工作，共收集到589份商业或政治宣传海报，时间跨度从二十世纪初到2012年，涵盖欧美，亚洲等十多个国家和地区，尽可能代表了不同文化和历史背景下的海报。每份海报的年代、国家/地区、出处等特征描述性信息都在编码后被输入数据库软件，以备后续分析之用。

1.3基本原理

研究发现，数据呈现的核心属类可通过综合锚定和横向组合关系来加以解释海报通过图像来说服受众的机理。在文化教学和研究中，常常需要比较两种文化的异同。实践证明，海报图像分析框架能揭示隐藏在图像背后的文化同质性，为文化教学研究工作提供了稳定便利的分析工具。

2实例分析

本节的分析材料呈现在，分析的目的是要通过分析框架来揭示英美两国大众文化的同质性。是美国纸币上广为人知的一句话“InGodWeTrust”，常常被误读为美国人信仰上帝的证据（“一个国家把对上帝的信仰写在钱上，可见他们有多信上帝”）。这句话的真实意义其实与美国发行纸币的背景有关。美国立国之初，货币大多是硬通货，加之当时合众国刚成立，老百姓对其发行的纸币是否有效还有相当大的疑虑。因此，美国财政部在纸币上加上“InGodWeTrust”这句话和财政部长的签名，就是要说服老百姓相信纸币的有效性。从这个角度看，美国纸币上的这句话和财长的签名也可视作一种海报，因为它和传统海报一样，也在说服其受众接受某一理念。英国新闻部于1939年8月份二战爆发前印制的宣传海报，预计在战争爆发24小时内能够立刻投入使用，在战争期间起到了鼓舞士气安定民心的作用。该海报设计简洁，字体易于识别，需要特别说明的是文字上方的王冠式样是都铎王朝特有的，象征集世俗和宗教权力为一身的英王乔治六世。显然，也是一个海报，其目的也在于说服手中就接受一个理念，即保持冷静，照常生活。根据分析框架，海报为了说服受众接受一个新理念，通常会将这一理念以图像的方式表现出来，再将其图像表征通过横向组合关系与一个广为受众接受的图像表征结合起来。因此，要考察隐藏在海报图像背后的文化同质性，只需要看这些海报都用什么理念来说服受众（即Acc.VP），这些理念的同质性就是文化同质性的具体体现。据此，可以通过几个简单的步骤来分析隐藏在海报图像背后的文化同质性，现以海报为例将这些步骤说明如下：

（1）理解海报的社会目的。

几乎所有的文本都是为实现某一或某些社会目的而生成的。具体到美国钱币上的InGodWeTrust，它仅仅是要用上帝的名义来给当时殖民地政府发行的纸币做信用背书，旨在使纸币的持有者相信纸币的效力，这和每张纸币上都有财长的签名是一个目的。类似地，英国战前的海报则需要让英国臣民接收海报传达的信息。简而言之，社会目的都是说服受众接受某一个理念（A是纸币的有效性，B是继续冷静地生活）。

（2）发现海报中希望受众接受的理念及其图像表现。

通过（1）的分析，至此应能发现希望受众接受的信息是纸币是有效力的，其图像表现就是纸币本身；两个大写的押韵短句（Keepcalmandcarryon）。

（3）发现海报中已被受众接受的理念（锚定）及其图像表现，并比较它们的特性。

很明显，锚定是美国民众对上帝的基督教信仰，其图像表征就是InGodWeTrust；而锚定则是民众对国王作为宗教领袖的信仰。众所周知，英国君主自光荣革命后只保留了虚位，虽说名义上是国家和教会的领袖，但却没有行政特权。因此，英国君主更多的只是的代表，这两点可以从英国君主正式名号的最后一个头衔“DefenderoftheFaith”以及英国国歌中得到印证。这也就是说，都铎王冠更多地是的图像表现。通过上面的分析不难发现，虽然锚定在具体表现形式上有不少差别（如字体，背景颜色等），但它们都有一个非常重要的共性，即都是。这也就是说，尽管美国纸币和英国二战海报在文化和时空上有很大的差异，但它们代表的文化却有非常惊人的同质性：美国人和英国人都通过来推广新的理念。

（4）寻找其他证据来增强（3）的共时效度。

共时效度是指一个理论与其他已经证实的理论间的相关性，在此引入该标准就是为了增强步骤（3）分析结果的有效性。在本例中，能在欧洲文化历史中发现以宗教或上帝的名义推广新思想的传统。例如英国1381年农民起义的宣言人JohnBall就曾用上帝和宗教的信仰来支持他对自由和平等的论述：Inthebeginningwewereallcreatedequal.IfGodwilledthatthereshouldbeserfshewouldhavesaidsoatthebeginningoftheworld（LindsayandGroves,1950:72）；近400年后，美国的革命者又在《独立宣言》里用“Allmenarecreatedequal”来向欧洲大陆的启蒙思想致敬。上述两项证据证明欧洲有用来为新思想做背书的传统，而（3）的分析正好与这一传统相符，从而增强了这一分析的共时效度。综上，海报图像分析框架能有效地揭示隐藏在图像背后的文化同质性，为文化研究和教学工作提供了一个有效的分析工具。