数字图像处理初步研究

数字图像处理初步研究（共11篇）

数字图像处理初步研究 篇1

与Fourier变换和Gabor变换相比,小波变换是空间(时间)和频率的局部变换,因而能有效地从信号中提出信息。小波分析是时间-尺度分析和多分辨分析的一种新技术,它在信号分析、语音处理、图像处理与识别、计算机视觉、数据压缩和地震勘探等方面的研究取得了有科学意义和应用价值的成果。小波分析主要研究函数的表示,即将函数分解为“基本函数”之和,而“基本函数”是由一个小波函数经伸缩和平移而得到的,这个小波函数具有很好的局部性和光滑性,使得通过分解系数刻画函数时,可以分析函数的局部性质和整体性质。

随着计算机网络技术和数字信号与信息处理技术的快速发展,使得图片、音乐、电影和电视节目等音像产品在向着全数字化制作、存储和传播方向发展,同时,数字产品的复制、修改和盗版变得越来越容易,如何保护产品著作权人的权益成为制约音像等产品数字化发展的瓶颈。数字水印技术作为一种解决方法被提出来。数字水印技术是指在数字产品中嵌入一定的数字信息(如图像、随机数字等)用以证明产品的所属权,起到保护知识产权的作用。

1、图像数字水印的分类及特点

数字水印是利用数字图像中普遍存在的冗余数据与随机性把版权信息嵌入在数字图像本身中,从而起到保护数字图像版权或者完整性的一种技术。

根据数字水印的嵌入结果可以分为可感知的数字水印与不可感知的数字水印;根据数字水印的嵌入技术不同可以分为时空域数字水印与变换域数字水印,目前人们普遍认为变换域数字水印有更好的稳健性,因此人们对数字水印的研究相对集中于后者;根据数字水印检测过程可以分为盲水印与非盲水印;根据数字水印的稳健性可以分为鲁棒水印与易损水印,通常鲁棒水印主要应用于版权保护,而易损水印则用于数据的完整性保护;根据数字水印的载体可以分为文本数字水印、图像数字水印、语音数字水印和视频数字水印;根据数字水印的用途可以分为版权保护数字水印、图像认证数字水印、隐藏标识数字水印及防止复印数字水印等。本文中研究的侧重点是版权保护的图像数字水印。

在数字水印系统中,隐藏信息的丢失意味着版权信息的丢失,从而失去了版权保护的功能,这样就意味着这一系统是失败的。因此数字水印技术必须具有较强的稳健性、不可检测性、不可感知性、隐藏位置的安全性、无歧义性和计算有效性等特点。

2、小波变换域数字水印实现流程

小波变换域数字水印的实现分为数字水印的嵌入、提出(检测)两部分,其过程如图1和图2。

图2中虚线部分表示数字水印检测时可以不需要原始载体的参与。从图1与图2中可以清楚地看到,小波数字水印的嵌入和检测(提取)都是在小波域中进行的。在此过程中,小波的类型、数字水印的选取、数字水印嵌入的强度以及数字水印嵌入的位置都会影响到数字水印系统的性能,包括数字水印的鲁棒性和视觉不可见性。这两个基本特性是相互矛盾的,一般来说,嵌入的数字水印信号越强,数字水印的不可见性越差,但鲁棒性好;嵌入的数字水印信号越弱,数字水印的鲁棒性较差,但不可见性比较好,所以在图像中嵌入数字水印时必须权衡考虑这两个特性,应该在满足不可见性的前提条件下,尽可能提高数字水印的鲁棒性。

目前,关于在小波变换域中对数字图像进行数字水印嵌入方法的介绍很多,其方法主要有在载体图像小波分解之后,在分解得到的近似分量或细节分量中嵌入数字水印的压缩编码,这些方法效果较好,但处理过程过于复杂。经过大量实验研究,本文提出一种数字水印图像与载体图像小波分解子块进行能量比较,依据能量比较结果将数字水印图像按比例替换分解子块的方法。

首先,数字水印图像以适当能量嵌入。数字水印图像嵌入载体图像的过程是一个数字水印图像在载体图像中能量扩散的过程,如果扩散的能量过大被嵌入水印的载体图像中水印图像不可见性变差,如果扩散能量过小被嵌入水印的载体图像中水印图像鲁棒性变差,所以数字水印图像嵌入载体图像中的能量要适当。本文中采用数字水印图像能量与载体图像小波分解子块能量相等的替换原则。设等量自适应嵌入系数为α,数字水印图像为Xsy(i,j),其中(i=0,1,2,…,M-1。j=0,1,2,…,N-1),M、N分别为数字水印图像的宽与高,被嵌入数字水印图像为α×Xsy(i,j),则被嵌入数字水印图像能量为:

设小波分解子块图像为X(i,j),其中(i=0,1,2,…,M-1,j=0,1,2,…,N-1),M、N分别为子块图像的宽与高,则子块图像能量为:

其次,数字水印图像选择适当位置嵌入。为了保证嵌入的鲁棒性,需要在载体图像质量敏感的地方嵌入数字水印,这样就使得对数字水印图像的破坏必然会引发载体图像质量的严重变坏。但是为了保证数字水印图像嵌入的不可见性,需要使嵌入的数字水印对载体图像的质量的影响降低到最小。

由于最低分辨率子图享受压缩等变幻的影响较小,因此,从保证嵌入水印鲁棒性的角度考虑,应尽量把数字水印图像嵌入到最低分辨率子图像中,但图像质量对最低分辨率子图像的改变是敏感的,为了保证数字水印嵌入的不可见性,一方面要求嵌入数字水印时,应使载体图像数据的改变降低到最小,另一方面也要求嵌入数字水印的位置应该远离最低分辨率子图像。在实际应用中,要依据载体图像和数字水印图像尺寸决定小波分解层数,依据分解层数决定嵌入位置。

3、数字水印的提取

数字水印的检测和提取的方法是决定于嵌入的方法。由于采用了替换的方法完成数字水印的嵌入,因此数字水印的提取不需要使用原始的载体图像。对被测试载体图像进行小波分解并提取原始嵌入位置图像,可得到待检测的数字水印图像。

判定是否包含数字水印图像,采用计算待检测的数字水印图像与原始数字水印图像相似度的方法进行。相似度计算公式为

其中Tk,l(i,j)为模板图像,k=1,2,…,p为模板组号,l=0,1,…,9为每组字符对应的数字号;S(i,j)为待识别字符图像,M、N分别为模板与待识别图像的宽与高。

4、嵌入、提取及抗攻击能力测试实验

4.1 水印嵌入与提取

载体图像采用尺寸大小为512×512灰度为256级的Lena图像,数字水印图像采用尺寸大小为64×64灰度为256级的自制水印图像,如图3所示。

载体图像的小波分解图如图4,从图中可知近似分量图像保存着载体图像的主要信息,细节分量图像描绘的是载体图像的细节和边缘信息。

在指定位置使用上面所述方法嵌入数字水印图像就可以得到含有水印的载体图像,对图像进行观察可知水印图像不可见,图像质量未见变化。嵌入过程中可计算出水印自适应嵌入系数、嵌入水印前后载体图像的相似度和峰值信噪比PSNR:α=0.0601,R=0.9999,PSNR=48.5439(dB)。

对含有水印的载体图像进行小波变换,在指定位置提取数字水印图像,对图像进行观察可知数字水印图像完整,图像质量变化不大,计算提取水印与原水印的相似度Rsy为0.9785。

4.2 抗攻击能力测试

数字水印嵌入方法性能的好坏除了要看视觉上的不可见性以外最重要的是看它对几何空间失真、频域上的滤波以及常见的JPEG标准压缩的鲁棒性有多强。因为载体图像在传播使用的过程中都会受到有意或无意的损坏,只要载体图像被损坏情况不是很严重(面目全非)还能抽取出其中的数字水印,这种数字水印嵌入方法才可以在实际的版权保护中得以应用。

4.2.1 数字水印抗空间几何失真的鲁棒性测试

通过实验(从右侧剪切60列像素)可知剪切位置对水印提取有影响,从左侧、上边或左上角开始剪切将无法提取水印,如果从其它部位剪切并且剪切量较大水印信息将受到较大破坏;通过实验(顺时针旋转5o)可知旋转对水印提取有较大影响,这些都是小波变换域内进行水印嵌入方法存在局限性(即小波变换对图像起始位置信息敏感与水印信息被均匀扩散到载体图像中)引起的。

4.2.2 数字水印抗数字信号处理的鲁棒性测试

对含有数字水印载体图像在经过特定数字信号处理(如低通滤波、高通滤波、均值滤波、直方图均衡化、锐化和噪声高斯滤波等)后提取的数字水印进行测试,可以检测本文提出的数字水印嵌入方法在抗数字信号处理方面的鲁棒性,测试数据如表1所示。

4.2.3 数字水印抗JPEG格式压缩的鲁棒性测试

JPEG格式压缩编码对图像的质量有一定损伤,本实验对嵌入数字水印的载体图像进行以图像质量百分数从75%到100%的压缩,然后进行数字水印信息的提取,计算出所提取的数字水印与原数字水印的相关系数,结果见表2所示。

从上面对本文数字水印嵌入方法进行鲁棒性测试的实验结果表明,本文提出的基于小波多分率分解的数字水印嵌入方法不但使数字水印图像不可见,而且所嵌入的数字水印图像具有较强的鲁棒性。

5、结论

利用要嵌入的数字水印图像能量与被替换区域能量相等的要求计算自适应嵌入系数,在确定所要嵌入的数字水印图像的强度同时也确保了嵌入的数字水印图像的不可见性。数字水印图像被均匀地扩散到载体图像中使含有水印的载体图像在抗攻击方面表现出了较好的鲁棒性。实验验证了在小波变换域内基于能量等量替换的自适应数字水印图像嵌入方法的可行性。

参考文献

[1]王道顺,梁敬弘,戴一奇,罗颂等.图像水印系统有效性的评价框架[J].计算机学报,2003.26(07).

[2]黄兴,张敏瑞.图像置乱程度的研究[J].武汉大学学报(信息科学版),2008,33(05).

[3]杨枝灵,王开.Visual C++数字图像获取、处理及实践应用[M].北京:人民邮电出版社,2003.

[4]许慧.基于小波包变换的数字水印技术[D].长沙:湖南大学,2008.

数字图像处理初步研究 篇2

本试验以这3种食用菌为材料,测定其菌丝对Pb、Cd、As和Hg等重金属富集能力,以期探讨利用食用菌菌丝去除环境中重金属污染物的可行性.结果表明,3种供试的食用菌的菌丝能有效富集Pb、Cd、As和Hg等有毒重金属,随着培养基添加重金属的`浓度的增加,菌丝富集倍数也相应增加.其中,姬松茸菌丝对Pb的富集能力在3种食用菌、4种重金属中是最强的,其富集倍数达到481.52.本研究可为土壤、废水中有毒重金属的治理提供一个新途径.

作 者：刘洁玉 谢宝贵 LIU Jie-yu XIE Bao-gui  作者单位：刘洁玉,LIU Jie-yu(福建农林大学资源与环境学院,福建,福州,350002)

谢宝贵,XIE Bao-gui(福建农林大学生命科学学院,福建,福州,350002)

刊 名：农业环境科学学报  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF AGRO-ENVIRONMENT SCIENCE 年，卷(期)：2005 24(z1) 分类号：X172 关键词：食用菌   菌丝   重金属   富集  

数字图像处理初步研究 篇3

关键词：数字图像处理；教学实践；公选课

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0067-02

近年来，数字图像处理技术得到了迅猛发展，并已应用到许多领域，除了如工业、农业、国防军事、生物医学、通信等专业领域外，在社会和日常生活中也得到了广泛的应用，如数字照相机、数字摄像机、网络视频分享与欣赏。一些常用的图像处理工具或软件系统，如Photoshop、Acdsee Premiere、会声会影等也得到了非专业人员的广泛应用。可以预期的是，随着数字图像处理朝着智能化、网络化、实时化等方向的发展，数字图像处理技术和日常生活的联系也越来越紧密。因此，除了作为相关专业的专业课外，在本科阶段开设数字图像处理公选课，对提高学生动手能力，理解和认识相关技术，提高学生适应社会的能力无疑有很大的益处，是十分必要的。数字图像处理是一门交叉学科，内容涉及到众多的知识领域，因此，要让学生在较短的学时内掌握数字图像处理中最基本、最广泛应用的概念、原理、理论和算法以及基本技术和方法，必须对教学方法有所改革，才能取得较好的教学效果。特别地，开设《数字图像处理》公选课，面对的教学对象具有不同知识背景，专业相差较远的学生，基础知识、思维方式和兴趣点差异也较大。因此，针对数字图像处理课程和学生背景知识特点，对课程教学方法进行改革，才能取得较好的学习效果。本文总结了几年的教学经验，对公选课《数字图像处理》的教学方法进行一些研究和探讨。

一、结合学生特点，选择合适教材

作为一门课程的基本要求，《数字图像处理》公选课要求学生能掌握基本的数字图像处理知识如图像增强，图像压缩和图像分割等内容，另外一方面也要考虑学生的背景知识差异，侧重于学生的基本能力锻炼与提高。因此，所选用的教材需要同时注重理论性和实用性。综合起来，所选择的教材应该同时具有一定的理论性、实用性和新颖性。数字图像处理作为一门学科，有很多较好的成熟教材可供选择，例如美国Gonzalez等著的《Digital Image Processing》，阮秋琦编著的《数字图像处理学》等教材，都反映和结合了当前图像处理领域的科技前沿动态及科技成果，包括了图像处理的基本理论和基础知识。这些教材在《数字图像处理》专业课的教学中得到了大量的应用。但是对于作为公选课《数字图像处理》的教材来说，其相关理论知识还是过于深奥而实用性不够。因此，需要选择一本能突出其应用而较少涉及理论和公式推导的教材来使用。出于此目的，我们选择了胡学龙等编著的《数字图像处理》作为本门课程的教材。

该教材作为一本应用性教材，在讲清基本理论和基本知识的基础上，突出图像处理基本技能的培养，指导学生设计图像处理的软件应用，来验证相应的理论和算法，和我们的教学目的相接近。为了增强和突出本课程的实用性，在选定主教材的基础上，根据课程和学生的特点，选择一些和生活相关、应用范围较广的书籍作为辅助性教材，便于学生根据自己的爱好和特长对所学习的知识进行验证。我们选择了《Visual C++数字图像处理》、《Visual C++/Matlab图像处理与识别应用系统》、《Photoshop图像处理》等教材作为辅助教材。结合授课内容，布置具体作业，让学生结合自己的兴趣和特长，参照辅助教材的相关内容进行验证实现，以增强对知识的理解和应用能力。

二、采用多种方法，提高学生兴趣

兴趣是学习过程中最好的老师，如果没有学习兴趣或者学习兴趣不高，老师讲得再生动也是枉然，所以如何提高学生学习兴趣是教学中的一个关键因素。作为公选课来说，大部分同学根据自己的兴趣和爱好进行选择。这为提高公选课的教学效果奠定了良好的基础。但是在实际教学过程中，如果教师引导不当，教学内容选择不合适，或者教学手段单一，则有可能让原有的兴趣逐渐消失，教学效果大打折扣，因此在教学工程中，需要采用多种教学手段和方法，提高学生兴趣，提高教学效果。在我们的教学实践中，主要从以下几个方面来提高学生兴趣：

1.问卷调查。在《数字图像处理》实际教学中，在第一次课的讲授过程中，改变传统的大而全的介绍方法，主要突出数字图像处理的应用与发展趋势，特别是各种不同数字图像处理方法的应用实例，让学生将实际应用与相应的图像处理方法联系起来。在课堂结束后，发放调查问卷，主要内容包括先修课程的学习情况如数学基础知识和程序设计语言能力，感兴趣内容等。调查问卷回收后，及时统计和分析，了解学生的知识结构，结合图像处理内容和学生感兴趣内容，及时调整和修改修订教学计划。做到有的放矢，为以后课堂教学中针对性地提高学生兴趣做好充分的准备。

学期结束前，同样发放调查问卷，此次调查的目的是进一步了解学生的兴趣和感受，课堂教学效果，数字图像处理与先修知识结构之间的联系程度等，为提高下次公选课教学效果提供有益的反馈信息。

2.结合实例。通过具体的研究课题，具体的应用实例特别是与日常生活联系紧密的实例，让学生了解各种图像处理方法的应用效果，一方面能让他们了解本课程各种方法的用途和实际效果，另一方面也能提高他们的学习兴趣，增强自己动手实践的想法，为主动学习提供动力。在授课过程中，针对不同的教学内容，选择不同的实例。如在讲授图像增强时，以照片修复作为实例进行讲解，比较不同增强方法的原理和效果；在学习图像分割时，以道路监控视频分析为实例讲解。除了与每章相关知识相结合的实例外，结合调查问卷的结果和所进行的研究课题，设计一个完整的图像处理应用系统，贯穿整门学科的教学中，综合运用所学知识。在实际教学中，我们分别设计和演示了细胞图像处理和识别系统，行人动作识别系统等实例，逐步分析和讲解所应用到的数字图像处理基本知识和应用效果。采用结合大量的实例进行教学，除了能引起学习的兴趣外，对于培养学生分析问题和解决问题的能力也有很大的帮助。在实例讲解过程中，首先引导学生思考所需要解决的问题，引起这些问题的原因。然后结合所学的知识，针对问题特点，选择合适的方法进行解决，并对不同解决方法进行评价和讨论，理解不同方法的基本原理和实际效果。最后确定解决方案，并进行综合评价，讨论所存在的问题以及可能的解决方法。完成整个过程后，不仅大大提高了同学们兴趣，也促进了图像处理知识的理解，而且在不知不觉中锻炼学生解决工程实际问题的能力。显然，经过多次实例讲解，《数字图像处理》课程所讲述的内容对他们来说已经不仅仅是空洞的理论知识，而是解决实际问题的一种强有力的工具。

三、采用多种教学手段，改革课堂教学方法

数字图像处理技术的大部分应用都是以图像的结果进行显示，因此在教学过程中，如果只用语言难以准确形象地描述，必须借助现代化教学手段。除了采用黑板和PPT等教学手段外，还应该充分以计算机为教学媒体，利用其具有有声有色、图文并茂、动态显示等特点，向同学们生动形象地传输大量的信息。在实际教学过程中，结合具体教学内容，利用不同的教学手段，我们设计了丰富的教学课件。例如可以利用动画来演示图像分割中区域生长的过程，利用Matlab程序单步调试来比较图像增强过程中参数对效果的影响，利用Photoshop来理解图像分辨率、屏幕分辨率等基本概念，利用视频播放来观察图像压缩的效果和影响。利用这些教学手段，提高了同学们的学习兴趣，加深了对图像处理的基本知识和处理过程及处理结果的理解。除了采用现代化教学手段，改革和丰富教学方法也是提高教学效果的一种重要手段。既要充分发挥现代化教学手段的优势，又要重视改革教学方法带来的教学效果，探索和研究新的教学方法，综合提高教学效果。在实际教学中，我们都以启发式教学为主，综合使用“问题教学法”、“形象化教学法”和类比法，引发学生去思考、分析问题，激发他们学习的积极性，提高教学效果。

在近几年教学过程中，针对公选课学生背景知识和学习目的差异大等特点，结合《数字图像处理》课程的特点，我们不断地探讨、研究和改革教学方法，提高教学效果。通过不断了解前沿动态，实时更新教学内容，选择合适教材，分析学生特点，结合实例，采用丰富的教学手段，提高学生兴趣，改革教学方法等多种手段，激发学生学习积极性，取得了较好的教学效果。但是在今后的教学工作中，怎样进一步改善教学效果，仍然需要不断的探索和研究。

参考文献：

[1]冈萨雷斯，著.数字图像处理（第二版）[M].阮秋琦，等，译.北京：电子工业出版社，2009，12.

[2]章毓晋.图像工程（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2007，2.

[3]胡学龙.数字图像处理[M].北京：电子工业出版社，2006，9.

我国数字化博物馆初步研究 篇4

一、数字化博物馆的发展和概念

(一) 数字博物馆在国内外的发展历程

1990年, 数字化博物馆在美国诞生。美国国会博物馆根据“美国记忆”计划, 把馆内的相关藏品信息经过数字化技术的处理, 制作成专题, 成功迈出了数字化博物馆建设的第一步。随后, 欧洲某些发达国家也加速了其著名博物馆的数字化建设, 比如英国的大英博物馆、梵蒂冈教廷博物馆、法国的卢浮宫等的数字化图书馆建设都在90年度中纷纷投入实施, 有效促进了数字化博物馆的快速发展。我国的数字化博物馆建设在1998年开始启动, 是国内第一次对建设数字化图书馆的尝试, 接下来国家博物馆以及省级的博物馆都开始建立本馆网站和藏品信息网络数据库, 一时间获得的世界行业内的关注和称赞。

(二) 数字化博物馆的概念

数字化博物馆是指借助是现代网络信息技术把博物馆内的各种图像、文字、视频、音频、等信息实现二进制的计算语言的正确转换, 把博物馆通常具备的收藏、娱乐、研究、教育等功能实现数字化之后通过计算机的呈现表达的技术。其是在电子信息技术发展快速依然日益普及背景下的产物, 是现代化计算技术科学应用于博物馆系统的代表, 极大的改变了博物馆的原来的藏品信息展览、信息传播、信息共享、外部查询以及内部管理等手段, 有效提高了信息资源的使用效率, 充分发挥了博物馆对人类文化事业建设的积极作用。

二、现代数字化博物馆的主要特点

(一) 信息资源存储的数字化

传统博物馆的信息存储是实物存储, 往往只能陈列在馆内供进馆参观人员观赏和学习, 信息的传播很不方便。而随着数字化博物馆的建设, 其信息的存储发生了根本性的改变, 电磁信号取代了过去的实物信息, 大大压缩了博物馆信息的存储空间, 增加了博物馆的资源信息量, 提高了传播速度, 具有可复制性, 方便大量人群了解和欣赏, 有效扩大了博物馆的影响和信息传播范围。

(二) 信息交流与反馈效率高

读者在传统博物馆参观学习时, 只能站在展览柜面前隔着玻璃简单欣赏一下各种历史悠久的文物资源, 而对文物具体的文化、科学、艺术价值和创造时代背景等详细信息很难获得全面了解, 而数字化博物馆通过把实物信息转换成视频、文字、图片、音频等丰富的多媒体信息, 还能制作出的3D、或动画等观赏性超强的显示效果, 把实物信息的立体原状通过是视频和图片进行呈现, 配以详细的文字说明、专业的音频讲解, 满足了读者的大信息量获取需求, 极大的提高了读者获取的信息量, 并获得较高的反馈效率。同时, 借助互联网技术的应用, 能够大大促进专业人士对数字化图书馆的多媒体资料的研究、交流、探讨和反馈, 加深了对文物重要价值的全面认识, 突破了博物馆教育功能的空间和地理条件限制, 开拓了博物馆的公益教育范围, 有效提高馆藏资源信息的利用率。此外, 还能减少现场参观人数, 降低博物馆的维护支出费用, 大大节约了运营成本。

(三) 强大的检索系统

目前, 我国拥有的博物馆数量已经超过了3000。之前, 想要对不同博物馆的藏品进行研究时, 只能在各博物馆之间来回奔走, 需要大量的人力物力支持才能够完成。如今, 通过正确使用数字化博物馆新开发成功的信息检索功能, 就能够很好解决该问题, 现代的数字化博物馆的检索系统整合了大量的全面的文物资源信息, 通过强大的检索功能, 能够让读者在家用一台电脑就能搜索到想要的全部的馆藏文物信息资料。

三、数字化博物馆的未来发展方向

(一) 转变观念, 培养高素质的专业人才

如今, 国际间的竞争归根到底是人才的竞争, 而人才竞争又离不开国际文化软实力的竞争, 图书馆、博物馆作为国家的公益性文化机构, 其是增强国家文化软实力的重要武器。然而, 我国现有的博物馆数量和发达国家相比, 还存在较大的差距。因此, 国家必须重视数字化博物馆的建设, 加大资金扶持力度和政策支持力度, 让博物馆的文化教育惠及更广人群。同时, 加强高素质数字化博物馆专业人才的培养, 通过对国外先进经验的学习和借鉴, 在各高校创新开设相关专业课程, 制定有效的专业人才战略, 尽快解决目前严重制约我国数字化博物馆发展的人才稀缺问题, 推动数字化博物馆的快速发展。

(二) 数字化博物馆全球共享系统

信息资源库的完善是数字化博物馆发展的重要标识, 实现信息资源库的全球共享是未来数字化博物馆发展的大方向。由于国内各博物馆经济实力、资源数量、技术水平的不同, 基本各大图书馆网站的资源库还是相对独立, 因此国家应该建立并不断完善数字化博物馆的信息资源库系统, 以实现更广范围的资源共享。

(三) 数字化博物馆应用软件的开发

目前国内数字化博物馆的应用软件从发展上讲成熟度还不够, 造成信息资源在应用上依然受到不少限制。比如, 其信息查询系统, 只支持条件优先检索和万能检索, 却不能直接搜索某一类文物的具体信息, 需要借助“分类检索”方法才能获得。因此, 应该加强应用软件和搜索方法的完善, 以更好的满足公众的多样化信息需求。

四、结语

总之, 加强对数字化博物馆的研究具有重要的现实意义, 国家应增加数字化博物馆的建设力度, 充分发挥其积极作用, 促进我国文化事业的蓬勃发展。

参考文献

[1]田野.我国数字化博物馆初步研究[D].吉林大学, 2005.

[2]田野.我国数字化博物馆建设中的相关问题及对策[J].辽宁师范大学学报, 2006, 06:119-122.

数字图像秘密分享技术的研究 篇5

关键词：秘密分享；数字图像

中图分类号： TP309 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）36-196-2

1 绪论

秘密分享的概念最早是由Shamir和Blakley于1979年提出的方法，并给出了一个（r，n）门限分享解决方案。此后人们又相继提出了多种秘密分享算法，但这些方案存在不足之处，在于：一次秘密分享过程只能分享一个密钥，在秘钥重构中，参与者的秘密份额随之暴露。再次分享秘密时，分发者必须为参与者重新分配新的秘密份额。因此提出了的门限多秘密分享，并将秘密分享技术应用到图像领域。

图像秘密分享是将秘密分享技术应用到图像上，从而实现图像的秘密分享。2004年，Lin和Tsai提出了一种运用（r，n）门限图像秘密分享方案，该方案加入了奇偶校验可检测是否信息被篡改，但该方案所产生的影子图像较大，不利于存储和传输。目前图像秘密分享方案已经成为秘密分享领域的研究热点，但现存的图像秘密分享方案仍然存在一些需要解决的问题。首先，成员间的不信任是设计秘密分享方案时需要着重考虑的问题之一，然而大部分现有的方案均未有效解决这一问题。其次，在处理图像的部分灰度图像时，需要一种有效的无质量损失图像秘密分享方法。目前，应用最广泛的图像秘密分享方案是（r，n）门限分享方法，如何构造更完善的图像秘密分享方案是本文的研究重点。

2 数字图像秘密分享

秘密图像分享，基本原理是利用（r，n）门限秘密分享的方法来实现图像之间的秘密分享，是在秘密分享方法上发展起来的一种新的密码学应用的研究领域。秘密图像分享主要完成的是图像的分发与恢复，在一些以图像为传输载体的应用领域有一定的实际应用价值。

2.1 数字图像秘密分享算法

因为数字图像的灰度值是 （0—255），直接使用（r，n）门限方案将会导致浪费大量内存空间。为了解决这个问题，节约内存，本文提出一种基于Shamir的（r，n）门限方案的新方法，可大大减小分享图像的大小。该方案分为两个步骤：秘密分享步骤和秘密重建阶段。第一步，需要由秘密分发者分发秘密，第二步，重建需要的合法子图像完成。在本方法中，用于产生n个影子图像的是秘密图像，任意能够重构秘密图像的r个或更多的子秘密图像，就是影子图像； r-1个或更少的子秘密图像无法获得足够信息来重构秘密图像。

2.1.1 秘密分享阶段

若把秘密图像S分割成n个影子图像，该秘密数据S可以通过r个或多于r个的影子图像来重建。在本方法中，取r个系数来产生r-1项多项式。因此本方法和Shamir的方法的主要区别在于本方法并不采用随机系数应用于公式中。

在256级灰度图像中每一个像素的灰度值在0到255之间，对于秘密图像的每个影子图像接收其中一个有序生成的像素数值，每个影子图像的大小是秘密图像的1/r。该秘密的分享阶段步骤如下：

①使用一键生成一个序列来置乱秘密图像的像素；

②按顺序取出置乱图像的r个尚未分享的像素以形成一个部分；

③用第二步中生成的部分来生成n个影子图像的n个像素；

④重复第三步和第四步直到置乱图像的所有像素都处理完。

2.1.2 秘密重建阶段

因为构造的是（r，n）门限秘密分享方案，所以只要n个参与者他们持有的子秘密大于等于r个子分量，就可以恢复原始的秘密图像。

步骤如下：

①r个影子图像中，每个图像取出第一个未使用的像素；

②对置乱图像进行逆置乱操作来得到秘密图像。

2.2 图像秘密分享的性能讨论

本方案是基于（r，n）门限秘密分享方案，只要少于r个子密钥就恢复原始图像； r个或多于r个合作者才能够用这r个子密钥重构得出恢复图像。

这里来证明任何小于等于r-1个的子秘密将无法得到用于恢复秘密的信息。对于一个512×512的秘密图像，将有512×512/r个部分，即有512×512/r个多项式{fj（x）}1≤j≤512×512/r。为了计算出多项式fj（x）中的r个像素a0-ar-1，需要r个方程。假设只有r-1个影子图像，即只有f1（x1），f1（x2），…，f1（xr-1）则只能建立r-1个方程，由于图像被分成许多部分，每个部分有r个像素，每个部分的n个输出像素按顺序分配到n个影子图像中。对于秘密图像的每个部分，每个影子图像接收其中一个生成的像素，所以每个影子图像的大小是秘密图像的1/ r。因而，本方案大大减小了影子图像的大小，便于存储和传输。

3 实验

基于上述内容，采用分享一副图像的（2，4）方案，做了图像仿真。在实验中，取图两幅子秘密图像（即影子图像）用于恢复秘密图像。图3-2是用于分享的秘密图像，图中的3-2（d）和3-2（e）两幅子秘密图像（即影子图像）用于恢复秘密图像。图3-1中（a）是用于分享的秘密图像，（b）是置乱图像，图3-2中（c）、（d）、（e）、（f）是子秘密图像，3-2中（g）是恢复图像。可以看到，恢复图像几乎和秘密图像完全相同。由于秘密图像像素的灰度值均在250之内，所以恢复图像几乎不存在不合适的质量损失。

4 总结

本文对Shamir的（r，n）门限秘密分享的基本原理及数字图像秘密分享方案的内容作了较为全面的分析。但在数

字图像分享领域直接使用 （r，n）门限分享影子图像将与

原秘密图像一样大小，不便于存储和传输。占用大量的内存。

数字图像处理初步研究 篇6

固定化微生物技术,也称为固定化细胞技术,是利用化学或物理的手段将游离细胞定位于限定的空间区域,并使其保持活性,能被重复和连续使用的一种新型生物技术。在水处理中采用固定化细胞,有利于提高生物反应器内的微生物浓度; 有利于反应后的固液分离; 有利于除氮、除去高浓度有机物或某种难降解物质,是一种高效低耗、运转管理容易,十分有前途的污水处理技术［1 － 4］。

本文主要就是研究采用琼脂固定化微生物后,对有机废水的进行处理。

1 材料与方法

1. 1 微生物菌种的驯化培养

反应器中( 1 000 m L烧杯) 约加入100 m L从象湖污水处理厂二沉池中活性污泥,加入由牛奶稀释的模拟有机废水,用微型曝气器给反应器曝气,以保证水中有充足的溶解氧。并且随着培养的进行不断提高有机废水浓度。每天测定反应器出水的COD,直到处理效果达到理想效果为止。

1. 2 实验装置流程图

1. 3 微生物的固定

用电子天平称取琼脂5 g加入500 m L烧杯中,加100 m L蒸馏水,在电炉上加热沸腾,使琼脂完全溶解,取下烧杯冷却至55 ℃,倒入100 m L微生物,待冷却凝固; 将凝胶切成3 mm ×3 mm × 3 mm的小方块,用生理盐水洗净,备用。

1. 4 测定方法

CODCr测定采用国标方法。

1. 5 最佳实验条件确定

( 1) 进水COD浓度

配置不同COD浓度的进水,CODCr浓度分别为321. 4,598. 8,998. 6,1522. 4,1997. 6,2745. 5 mg / L,进行微生物处理实验,得出进水COD浓度对处理效果的影响。

( 2) p H

用稀盐酸和氢氧化钠钠溶液调节水样的p H值,分别为5. 0,6. 0,7. 0,8. 0,9. 0,得出实验最佳的反应p H。

( 3) 时间

测定不同反应时间( 时间为4 h,8 h,12 h,16 h,20 h和24 h) ,对处理效果的影响,得出最佳反应时间。

2 实验结果与讨论

2. 1 微生物固定化效果

从表1、表2 比较可知: 微生物固定前CODCr去除率为75% ~ 80% ,处理浓度偏低,最佳处理浓度为1 000 mg / L,对于浓度过高的废水,处理效果不理想; 微生物固定后CODCr去除率可达85% 以上,最佳处理浓度为2 000 mg/L,是因为固定后微生物能够维持较高的浓度。

2. 2 进水浓度影响

从图2 可知: 随着进水COD浓度的增加,固定微生物对有机物的去除效果越来越好,当有机物容度达到一定值后,处理效果不再增加,固定后微生物最佳处理浓度为2 000 mg/L左右,去除率可达85% 以上。

2. 3 最佳p H确定

固定后微生物具有一定的耐酸碱,弱酸弱碱几乎可以忽略其对固化微生物的影响,从图3 中可以得出最适p H为6. 0 ~8. 0。

2. 4 最佳反应时间确定

从图4 可以看出在前8 h,时间越长,处理效果逐渐增加,8 h后,几乎处于稳定阶段,变化不明显,因此,处理最佳时间为8 h。

3 结论

( 1) 固定化后的微生物具有浓度高,有一定的耐受能力,能够处理变化幅度比较大水质,CODCr去除率可达85% 以上,最佳处理浓度为2 000 mg/L;

( 2) 固定化微生物处理的最佳条件为: CODCr为2 000 mg/L,p H为6. 0 ~ 8. 0,处理时间8 h。

摘要：固定化微生物技术是将特选的微生物固定在选定的载体上,使其高度密集并保持生物活性,在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。这种技术应用于废水处理,有利于提高生物反应器内微生物(尤其是特殊功能的微生物)的浓度,有利于微生物抵抗不利环境的影响,有利于反应后的固液分离,缩短处理所需的时间。本文研究的主要是利用琼脂包埋法对微生物进行固定,固定之前处理最佳COD Cr浓度为1 000 mg/L,处理效果为80%左右,固定后COD Cr处理浓度为2 000 mg/L,效果达到85%以上。实验得出固定后微生物处理有机废水的最佳条件为:COD Cr为2 000 mg/L,pH为6.0~8.0,处理时间8 h。

数字图像处理初步研究 篇7

超声造影成像 (contrast-enhanced ultrasound, CEUS) 是超声造影剂在传统超声成像中的应用。它突破了传统B超图像只能描述结构信息的局限, 能通过观察肝脏血流灌注情况对局灶性肝结节进行鉴别诊断, 从而可实现对肝脏恶性肿瘤的早期探查[1,2]。超声造影定量分析能帮助医生克服主观评价误差, 提高肝癌的诊断率[3,4], 比传统人工观测法高20%以上[5]。一般患者屏气很难超过20 s, 而能用于诊断所需观察肝血管相灌注时间远超过最大屏气时间。为了能收集较长时间的超声造影数据, 临床医生倾向于患者自由呼吸时进行超声造影。然而, 由于呼吸运动影响和缺少有效呼吸运动校正软件, 无法对30%的患者超声造影数据进行定量分析[6], 严重阻碍肝肿瘤CEUS的定量分析诊断发展, 甚至影响了CEUS的临床应用。因此, 有效的超声造影呼吸运动校正方法有助于医生提高肝癌诊治效率, 为肿瘤超声造影定量分析诊断发展奠定基础, 极具临床应用潜力。

目前, 超声造影机主要分为提供双模和单模造影图像的造影机。双模造影图像通常具有造影图像和组织图像, 组织图像有助于医生追踪造影图像的目标。本人曾针对双模造影图像提出一种简单快速的呼吸运动校正方法[7]。单模造影图像的造影机只能提供造影图像, 而造影图像通常是在反相脉冲谐波成像方式下获得。这种特定的超声造影成像方式使得相邻造影图片之间出现明显的像素灰度差别, 致使造影图像配准的难度增大[8]。本研究采用图像门控法与模板图像迭代配准法对造影图像序列配准, 并在10个肝细胞癌超声造影病例上初步探索所提出的呼吸运动校正方法可行性, 并验证该方法有效性。

1 呼吸运动校正算法

假设患者保持有规律的浅呼吸, 呼吸周期设为2 s, 视频转换后的图像序列共有n个, n∈{1, 2, …, N}。每个序列含有半个呼吸周期的图像张数l (l=6) , 其中的图像为Ikn, k∈{1, 2, …, l}。采用模板图像迭代配准法和图像门控法获取与最佳的扫描参考图像相近呼吸相位的图像, 具体流程如图1所示。

首先, 将肝灌注视频转换为帧率为6帧/s的动态图像序列, 然后, 从肝动脉期图像序列中选择模板图像帧。该图像能够清楚显示肿瘤的轮廓。所有帧和模板通过核大小为3×3的低通高斯滤波器 (σ=1.50) 以去除斑点噪声, 可增强图像配准的鲁棒性[7]。根据先验知识, 本研究的感兴趣区域 (region of interest, ROI) 如图2所示, 模板位置由一个矩形框人工选定, 左上方的顶点P为搜索范围的起始点。搜索区域设置为20像素×20像素, 旋转角度范围为-5~5° (负角度表示逆时针旋转) , 且可根据肿瘤的大小进行调整。配准时是单个像素进行平移, 单角度进行旋转。ROI选定后使用相关系数 (correlation coefficient, CC) 作为相似性测度, 即

式中:模板图像和待配准图像大小为m×n;A和B分别为模板图像和待配准图像的灰度值;A和B分别为模板图像和待配准图像的灰度均方值。

采用的图像序列配准方法为模板迭代配准法。模板图像IF来自第n图像序列, 分别与前后相邻图像序列Ikn+s (s=+1或s=-1) 配准。从每个配准的图像序列中挑选CC最大的图像作为下一次配准的模板图像, 然后分别与模板图像相邻的图像序列配准。同理, 直到所有的图像序列均被配准, 最后挑选每个配准图像序列中CC最大的图像, 由此获取的图像序列为校正后图像序列。

2 材料和方法

2.1 临床病例分析

本实验的配准方法共在10个超声造影临床病例中进行了验证, 这10个病例均为原发性肝癌 (hepatocellular carcinoma, HCC) (均通过穿刺或手术标本进行病理确诊) , 各自的编号为1~10图像序列, 97~205张。肿瘤平均大小为 (41±13) mm (范围为28~58 mm) 。患者的年龄为 (61±2) 岁。

超声检查应用日本东芝公司生产的APPLIO彩色超声诊断仪, 探头型号为PVT-375BT, 频率为2.5~5.0 MHz。采用Bracco公司造影剂Sono Vue, 使用前用生理盐水5 m L溶解造影剂冻干粉, 浓度为5 mg/m L, 振荡混匀后每次造影抽2.4 m L, 2~3 s内经肘部浅静脉快速注入。注射后录制32~55 s造影过程。在检查期间, 患者被引导尽可能保持有规律的浅呼吸。实时录制造影过程, 低机械指数小于0.1, 帧率6~12帧/s。当图像开始出现增强后的影像片段用于实验分析。所有程序均采用Matlab编写。

2.2 二维图像序列的视觉评价

由于呼吸运动, 超声造影图像中肿瘤的位置会发生偏移, 医生采用视觉检查法对比校正前后图像序列中肿瘤的位置来评判校正效果。

2.3 参数成像评价

由造影图像序列生成的参数图能反映出肝肿瘤独特的灌注模式, 有助于医生鉴别诊断, 则校正后参数成像的质量可用来评价校正的效果[7,8]。曲线拟合所选用的数学灌注模型为一种修正的对数正态分布模型[7]:

式中:O、A、m和s为拟合参数;O为偏移值;A为幅度参数;m和s分别为均值和正态分布自然对数t的标准差。

计算出曲线参数———加权过渡时间和 (weighted sum of transit time, WSTT) , 利用生成的WSTT参数图来评价校正效果。计算公式如下:

式中:tp为时间—强度曲线 (time-intensity curves, TIC) 峰值Ip对应的时刻;t1为TIC曲线开始上升信号强度I1对应的时刻;t2为TIC曲线开始下降信号强度I2对应的时刻;I1=αIp, I2=βIp, α (0≤α≤1) 和β (0≤β≤1) 为加权参数, 实验参数值为经验值, α=0.7, β=0.2。

2.4 定量评价方法

2.4.1 相关系数 (correlation coefficient, CC)

计算并比较校正后选择的图像与模板图像的平均CC以及校正前对应的图像与模板图像的平均CC。

2.4.2 偏差值 (deviation value, DV)

时间—强度曲线拟合的残差, 通常用来评价曲线拟合的质量[9]。每条TIC残差生成的DV可以用来度量最初TICs, 即C (t) 与对应拟合曲线Cf (t) 之间的差异。该指数定义为

其中, SSR为残差平方和, 且

式中:N为采样点数;t为采样点索引值。

当DV指数太高, 曲线拟合的质量下降, 相关的灌注参数被认为不可靠。

2.5 统计学分析

所有数据以均数±标准差 (±s) 表示, 结果用SPSS13.0统计软件进行数据统计分析。2组间比较进行t检验, P<0.05具有统计学意义。

3 结果

3.1 二维图像序列的视觉评价

校正前, 肿瘤在图像序列中有明显的偏移, 如图3 (b) 所示;校正后, 肿瘤在超声图像序列中的位置与校正前偏移量减小, 如图3 (c) 所示。细色线条勾出的均为参考图像中肿瘤的位置, 粗色线条勾出的为该图片中肿瘤的位置。注意图中细线与粗线ROI的偏移。

3.2 加权过渡时间和 (WSTT) 参数图

HCC最常见的增强模式为造影剂的“快进快出”, 表明肿瘤大部分的WSTT值比正常肝实质要短。校正后生成的WSTT参数图均反映出上述肿瘤血流灌注特点, 而且在校正后图像中的肿瘤轮廓变得更加清楚, 彩色编码的灌注信息变得更加丰富 (如图4所示) 。

3.3 相关系数

校正后帧选择的图像与模板图像的平均相关系数以及校正前对应的图像与模板图像的平均相关系数见表1, CC值平均增大了0.20±0.11, 增加的范围为0.056~0.411。结果显示, 平移和平移加旋转配准校正后的图像与模板的互相关性比校正前的互相关性有明显提高 (P<0.05) 。

分别计算进行了平移校正后和平移加旋转校正后的图像与模板的CC (见表1) 。结果表明, 平移加旋转校正比平移校正的平均CC值均增大, 但差异并不显著 (P>0.05) 。平移加旋转校正后平均相关系数增加的范围为0.022~0.073, 增加的平均值为0.047±0.017。

注:*与校正前比较, P<0.05

3.4 偏差值

表2为4个病例校正前与校正后图像序列曲线拟合的DV值。结果显示, 校正后的图像序列中的DV值均下降, 平均减少48.48±42.15, 减少的范围为5.96~142.35, 表明校正后的曲线拟合质量明显提高 (P<0.05) 。

注:*与校正前比较, P<0.05

4 讨论和结论

由于单模造影图像序列中相邻图像灰度差异大, 配准难度增加, 关于该成像模式下图像呼吸运动校正的研究较少。然而, 单模造影图像的超声机仍然占有一定市场份额, 而且有些医生习惯使用该设备。因此, 针对单模造影图像的成像特点进行呼吸运动校正方法研究仍具有一定的必要性, 而且促进肝超声造影定量分析的临床应用发展。

早期, Rognin等[10]先采用互信息测度对超声造影图片进行具有3个自由度变换 (2个平移和1个旋转) 的刚性配准, 配准后, 还需要一步额外的操作来人工删除肿瘤平面外运动的图片。本文根据呼吸的周期性特点, 采用帧选择法选择相近呼吸相位的图像, 以提高定量分析的准确性, 呼吸周期存在一定个体差异, 根据常规值设定其时间。Renault等[8]在基于双模造影图像的呼吸运动校正中, 通过从灰度图像序列数据中提取呼吸成分的频率来设定, 而单模图像中的呼吸运动成分提取难度较大。研究结果表明, 在所设定的呼吸周期时间下, 呼吸运动校正后的造影序列定量分析准确度有一定提高。不同的呼吸周期时间设定对呼吸运动校正准确性的影响还值得进一步研究。

本文采用的配准方法为模板迭代配准法, 初始模板图像的选择对呼吸运动校正方法的准确性非常重要。由于肝灌注血管相分为动脉相、门脉相和延迟相, 动脉相的后期造影图像可以呈现出肝血管的特点, 在该时间段图像序列中选择的图像作为模板图像较合适。图像配准采用了简单的平移和旋转, 表1结果表明, 对序列图像的刚性变换明显提高了校正的准确性。平移加旋转配准后的平均CC值比仅平移配准的平均CC值平均提高了0.047, 表明旋转没有明显提高平移配准的效果 (P>0.05) 。张冀等[7]在研究双模肝超声造影图像呼吸运动校正时, 仅用平移配准灰度图像序列仍获得理想的校正结果。然而, 由于本实验采用的病例例数较少, 平移加旋转图像配准是否能提高单一平移配准效果还需在更多样本中进行验证。

对超声造影图像序列中呼吸运动校正的评价采用了WSTT参数图质量的评估, WSTT是在平均过渡时间的基础上构建的一种简单的曲线参数。超声造影时肝实质的延迟相持续时间一般较长, 超过5 min, 这可能与巨噬细胞吞噬微泡有关[9,10,11,12]。体外实验发现, 肝中特殊的巨噬细胞———枯否细胞吞噬了7.3%的Sono Vue[12], 这导致造影剂增强后很难快速消退, 使得TIC下坡段时间不易计算。本实验发现, WSTT通过设置的经验参数值能较好地评价HCC超声造影病例呼吸运动的参数图质量, 该参数图是否能有效评价其他类型肝肿瘤病例还需进一步实验证明。

由此可见, 本文所提出的呼吸运动校正方法简单、实用, 具有用户友好性。实验结果表明, 它能增加单模肝超声造影图像序列定量分析的准确性, 具有一定的临床应用潜力, 从而有助于提高肝肿瘤的鉴别诊断效率, 但将来还需在更多病例中验证该方法的稳定性。

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数字图像处理初步研究 篇8

1 材料与方法

1.1 材料

采用GE Innova 3100平板DSA系统,矩阵1024×1024,将28 cm×19 cm×14 cm的泡沫盒子盛满水作为头颅模体放置于导诊床头部,将9个直径为10 mm的钢球呈十字排列,钢球间距3.5 cm,从左到右依次命名为A1、A2、O、B2、B1,从上到下(顶端头侧为上)依次为C1、C2、O、D2、D1,即十字交叉点为O(图1A),钢球十字平面距床面10 cm,尽量水平于床面,侧位透视下左右钢球重叠,钢球纵横轴与平板纵横轴一致。

1.2 方法

首先对DSA机器系统进行3D校准,然后将头颅模体做3D采集,参数:视野20 cm,机架选择速度40°/s,小焦点,焦片距120 cm,透视下将O点置于视野中心(正侧位均在视野中心,横轴侧位钢球重叠),采集完后传至ADW 4.3工作站,进行3D重建(矩阵512×512,无骨模式)。使用容积再现(VR)显示3D重建影像,重建阈值1800。

1.3 测量

以O点为圆心,用弧线分别将A1、B1、C1、D1点连接,A2、B2、C2、D2点连接,呈同心圆形状。故将A1、B1、C1、D1点连接成的圆形作为外带区,A2、B2、C2、D2点连接成的圆形作为内带区,O作为中央区。以O点为圆心,分别以A1、A2、O点连线,B1、B2、O点连线,C1、C2、O点连线,D1、D2、O点连线作为半径。利用系统自带测量方法直接测量每个钢球直径在正位、左侧位、左前斜45°、右前斜45°、头位30°和尾位30°6个体位的直径(由于A1、A2、B1、B2和O在侧位钢球重叠,不能测量真实直径,故不作测量要求),每个钢球测量3次后取平均值,并计算其放大率。为保证测量的精确性,将重建视野放大至6.5 cm。

1.4 统计学方法

采用SPSS 15.0软件,纵横轴的各组(各条半径)平均值行单因素方差分析,并利用最小显著差数法对各条半径上的数值进行两两比较,即对比内带区、外带区与中心区测量值(即放大率)的差异,P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同体位钢球的直径

不同体位的钢球直径测量结果见表1,组间差异有统计学意义(F=73.454,P<0.001),即内带区、外带区及中央区的钢球直径有差异。

2.2 不同体位钢球的放大率

不同体位钢球的放大率见表2,各体位的最大放大率为外带区(1.70%),最小放大率为中央区(-0.30%)。同一体位在不同角度测量的放大率变化不大,最大相差0.70%。通过相邻3个钢球即内带区、外带区与中心区的平均值的两两比较得出,外带区大于内带区和中心区(P<0.01),内带区大于中心区(P<0.01)。

2.3 不同体位钢球的变形

在不同角度观察所有钢球均呈圆形,未见明显失真(图1B~D)。

3 讨论

目前新兴的无创血管成像技术,包括磁共振血管成像(MRA)、CT血管成像(CTA)、超声等,均以DSA为“金标准”来评估其对血管病变测算的敏感性及特异性。这对DSA测量的准确性提出了更高的要求,而且介入手术也是一种相对高风险的诊疗活动。3D-DSA可以从各个角度清晰显示颅内血管的3D动态结构、形态、大小、位置及毗邻关系,为脑血管疾病的诊断提供了更多信息,准确率达89%~95%[3,4,5]。

在介入诊疗过程中,准确的测量结果对手术的成功十分关键。如在行动脉瘤栓塞术中,选择弹簧圈大小及是否需要支架辅助等非常重要,若弹簧圈选择过大,不容易塞入瘤体中;若选择过小,容易掉出来引起远端血管栓塞以及其他并发症。任何测量都会有误差,将误差控制在最小范围或尽可能可以接受的最小区间是介入治疗的前提。DSA有多种测量方法,包括自动等中心校准法、自动床面与靶血管距离校准法、导管校准法、距离校准法和球体校准法,每一种测量方法都有各自的特点,各自的误差已有不少研究,误差为3.41%~12.42%[6]。

注:“—”表示在侧位时,因钢球重叠不能测出准确数值

关于平板DSA三维重建后的测量误差研究较少,或由于机器性能的差异,研究结果也不相同[6,7,8]。GEInnova 3100平板DSA的3D功能无需先进行旋转采集蒙片,而是必须每隔一段时间进行3D校准一次,将测试模块采集的数据储存起来,然后运用于3D造影图像,采用基本代数迭代算法包括原始扭曲的几何影像和球管发出的椎体射线束精确纠正获取的信息,重建出血管的真实三维空间结构。由于X线管的焦点是面光源,呈锥形放射,根据投照几何学原理,任何方向、任何位置都有放大,而且外带区相比中心区放大率大,中心区相对放大率小。因此,为弥补C形臂机架的不稳定和探测器尺寸及重建锥角的限制,有研究提出基于椎体束射线对物体进行三维照射时采用加权滤波和反投影方法重建以达到更精确的重建数据[9]。另外,平板DSA在三维重建中需事先进行校准以纠正锥形射线束引起的变形放大[10]。运用Feldkamp算法[11],对机架不稳定性进行补偿,在评价颅内血管的细节上更可靠。

本研究由于条件限制,缺乏测量3D-DSA的专用工具,便利用钢球代表靶血管,以与头颅大小相当的泡沫盒盛满水作为模体。本研究发现,中心区的钢球放大率变化不大,各体位的测量值为-0.30%~0.30%,而在外带区放大率为0.70%~1.70%,内带区放大率为0.30%~1.00%,说明距离中心束越远,放大率越大,符合锥形射线的几何成像原理。这就要求在进行三维采集时尽量将感兴趣区置于中心。但从测量数据分析,本研究中最大误差为1.70%,即0.17 mm,不大于2%的放大率在介入诊疗过程中是可以接受的误差范围。另外,本研究中未发现钢球在任何位置发生变形失真现象,与国内其他研究有所区别,主要原因是本研究测量的是3D重建后的图像,而不是旋转采集的图像[5]。因此,严格地说,3D-DSA测量的数据放大率不大,基本能反映所测试物体的真实大小和形状,为介入治疗手术提供了前提保障。本研究中重建成像采用VR技术测量,原因是VR技术是3D-DSA中评价颅内动脉瘤的最佳技术[12]。本研究所选择的6个体位是所有DSA设备所能达到的角度,基本能代表三维空间位置。在普通DSA头颅测量中运用的参考标记物基本都是直径为10 mm的钢球,故本研究以其作为对比物体。本研究的不足之处在于:钢球在严格意义上不能代表血管,因其是固体,而动脉血管是有弹性的且可以搏动,而且钢球是金属物体,其密度与水之间的差异大,在VR重建时选择的阈值可能偏大,其边缘过于锐利。

综上所述,在3D-DSA中测量数据比较真实可靠,完全满足诊疗的需要,本研究结果同样适用于其他运用三维重建的介入手术测量。为了更好地控制测量误差,应该做到:①定期严格进行DSA机器系统校准;②将感兴趣区尽量置于视野中心;③采用大矩阵、小视野;④测量时用放大测量。

摘要：目的 探讨三维数字减影血管造影(3D-DSA)重建成像的测量误差。资料与方法 在自制模体内放置9个直径为10mm的钢球,呈十字排列且平行于床面,钢球之间间隔3.5cm,钢球距床面高17cm,运用DSA机在视野20cm下做三维采集,将采集到的图像传至ADW4.3工作站行血管容积再现(VR)重建,在不同角度下测量每个钢球的直径,计算其放大率,比较不同区域的放大率,并观察钢球的变形失真情况。结果 中央区放大率为-0.30%～0.30%,内带区放大率为0.30%～1.00%,外带区放大率为0.7%～1.70%。外带区放大率大于内带区和中央区(P<0.01),内带区放大率大于中央区(P<0.01)。钢球的变形失真率极小。结论 3D-DSA重建成像的测量能基本反映真实物体的大小及形状,其测量误差在介入手术中是可以接受的。

关键词：体模,显象术,血管造影术,数字减影

参考文献

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[9]龚磊,傅健,路宏年,等.锥体束射线RT扫描大视场三维CT成像方法研究.光学技术,2006,34(4):567-570.

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数字图像处理初步研究 篇9

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2009年1月至2013年12月期间, 我院收治的CIN宫颈锥切术后需要再治疗38例, 均为LEEP术后CIN病理级别升高或者手术切缘呈阳性。年龄22~54岁, 平均为 (31.2±3.5) 岁;均有性生活史和妊娠史, 妊娠次数1~7次, 平均为 (2.7±0.6) 次。

1.2 方法

1.2.1 首次治疗方法

患者均经阴道镜检查可见宫颈病变部位, 予以局部麻醉, 采用环形点切刀将病变部位切除, 创面予以彻底止血。以环形电圈按照顺时针旋转将病灶组织整体切除, 切割宽度应超过病灶周围3~5 mm, 同时, 宫颈管的深度应为4~15 mm。采用顺时针标记法对宫颈进行标记, 并以95%的酒精进行固定。

1.2.2 再处理方法

本组38例患者经LEEP治疗后证实为CIN病理级别升高, 实施筋膜外子宫切除术、宫颈冷刀锥切术 (CKC) 以及宫颈癌根治术等。

2 结果

2.1 再处理的原因

本组38例再处理患者中, 17例浸润癌患者中, 14例行广泛子宫切除术联合盆腔淋巴结清扫术, 另3例行筋膜外子宫切除术;19例原位癌患者中, 15例实施筋膜外子宫切除术, 4例实施CKC;2例患者为重度非典型增生, 在LEEP术后3个月时因发生阴道反复出血而实施筋膜外子宫切除术。LEEP术后切缘状态及再处理后病理变化见表1。

2.2 再处理结局

全组38例患者经再处理后, 5例患者阴性, 11例患者降级, 18例患者无变化, 4例患者升级。21例CIN 3级患者中, 有4例患者术后无明显病变, 有7例患者降级;7例早期浸润癌患者中有2例患者降低为原位癌, 1例无明显病变;10例浸润癌患者中, 有2例降低为原位癌, 有2例患者出现盆腔淋巴结转移, 见表2。

3 讨论

关于CIN患者经LEEP治疗后是否需要再处理, 特别是对于切缘阳性以及原位癌、CIN级别较高患者的处理, 目前尚无统一定论。相关研究资料显示, CIN行LEEP术后切缘阳性与病灶残存以及复发等具有密切关系。有研究发现, 切缘阳性者的病灶残存率达60%~82%, 而切缘阴性者的残存率仅为8%~24%。还有学者研究发现, 切缘阳性者的复发率高达25%~50%[2]。由此可见, CIN术后再处理对于降低病灶残存率以及复发率具有重要意义。本组38例CIN患者中, 21例患者切缘呈阳性, 占55.3%, 而切缘阴性者占44.7%。切缘阳性且需要再处理的21例患者中, 术后病灶残存率高达90.5%, 明显高于向礼兵[3]等的研究报道。17例浸润癌经再处理后, 仍有1例升级, 有11例为浸润癌, 有4例患者降级至原位癌, 有1例患者未见病灶残存。21例术后CIN为3级的患者中, 再处理后4例患者无明显病变, 7例患者降级, 但仍有7例为CIN 3级和3例患者升级。提示级别较高的CIN患者, 常具有多灶性病变, 行LEEP术后即便其切缘呈阴性, 仍可能发生病灶残留。

综合本研究资料认为, 在LEEP术后发现浸润癌时, 应及时进行再处理。如LEEP后为CIN3级, 应实施CKC治疗, 以免发生病灶残留甚至为漏诊浸润癌。同时, 应严格掌握LEEP的禁忌证和适应证, 对于可疑腺癌, 不宜实施LEEP。在LEEP后, 如发现微灶浸润癌以及CIN3级, 无论其切缘是否为阴性, 均应根据其病情、是否有生育要求等, 综合判断是否需要再处理或者直接实施CKC后再决定是否需要再处理。韩素新[4]等认为, 已生育或者合并其他妇科疾病者, 宜实施子宫切除术, 有利于降低CIN复发或者浸润癌发生风险。

关于LEEP后切缘阳性患者的再处理方法选择, 目前尚无统一定论, 主要是由于残存病灶程度往往难以预测。有学者认为可实施子宫切除术, 也有学者认为应先实施CKC切除病灶, 以除外浸润癌, 但无论哪种方法均可能出现治疗过度。本研究中, 20例患者行子宫切除, 4例行CKC, 14例行广泛子宫切除术联合盆腔淋巴结清扫术, 5呈阴性, 11例降级, 18例符合, 4例患者升级。认为再处理方式需根据患者的病情、整体状况、心理素质以及生育要求等, 综合考虑, 以选择合理的再处理方法, 以降低CIN病灶残留率以及复发率。

摘要：目的 探讨CIN宫颈锥切术后再处理方法及时机选择。方法 收集2009年1月至2013年12月期间, 我院收治的CIN宫颈锥切术后再治疗38例, 分析其临床处理方法及处理时机。结果 本组38例患者经再处理后, 5例患者阴性, 11例患者降级, 18例患者无变化, 4例患者升级。结论 CIN经宫颈锥切术治疗后如为浸润癌, 应及时选择再处理方式, 尤其是CIN级别升高或者早期浸润癌患者以及切缘阳性者, 应根据其具体情况及时进行再处理, 以改善临床预后。

关键词：宫颈上皮内流变,宫颈锥切术,再处理

参考文献

[1] 江梅珍, 何凤仪, 宋绿茵, 等.CIN锥切术后再处理的临床分析[J].中国妇幼保健, 2008, 23 (29) :4200-4202.

[2] 杨艳琪, 付小萌, 王志欣, 等.宫颈病变锥切术后病理切缘阳性患者的处理[J].中国癌症杂志, 2010, 20 (4) :295-298.

[3] 向礼兵, 蔡祎品, 徐晓丽, 等.再次宫颈锥切术在处理残留或复发宫颈上皮内瘤变中的应用[J].中国癌症杂志, 2013, 23 (5) :370-374.

数字信号处理教学实践改革的研究 篇10

【摘要】针对目前数字信号处理教学中存在的实践环节较抽象，不利于学生深入理解的问题，进行了教学实践方法的探索和改革。在教学实践环节中引入全新的数字信号处理开发工具DSP Builder，可以将Matlab中编写的数字信号处理算法，直接在FPGA器件中得以实现，可以实现信号的实时在线观测，使得学生对所学数字信号处理的理论知识能有更生动的体会和更深刻的理解，增强学生的学习兴趣，提高学生理论联系实践的能力。

【关键词】数字信号处理  DSP Builder  教学实践环节

【基金项目】论文由“上海理工大学‘精品本科系列研究项目”专项资助。

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）35-0231-01

数字信号处理是一门的重要专业基础课，由于理论性很强、比较抽象，对于听课的学生和授课的教师均是一个难点。为了能让学生深入的体会和学好数字信号处理的理论知识，教学实践环节是必不可少的。

1.数字信号处理教学实践环节的现状

目前在数字信号处理课程的教学实践环节中，较为普遍的是采用MathWorks公司的数学分析软件Matlab，学生通过Matlab软件编程对数字信号处理的理论知识进行仿真和验证，这种通过纯粹软件编程进行仿真验证的实践方法仍然是比较抽象的，不利于学生对所学知识的深入理解，也不利于理论联系实践。

国内一些高校开始采用Matlab编程与可编程逻辑器件相结合的方法来进行该课程的实践教学，这种将软、硬件平台相结合的方法是一个很好的尝试，但它需要学生在熟悉可编程逻辑器件的基础上，熟练进行硬件描述语言（HDL，hardware description language）的编程，这样就容易使学生在掌握软件使用和熟悉硬件平台等方面花费过多的时间，从而忽视了对数字信号处理课程本身一些重要理论和概念的理解与掌握，达不到教学实践目的。因此，需要对本课程教学实践的方法进行探索和改革。

2.教学实践方法的改革

2.1教学实践方法的思路探索

需要找到一种简单易行的方法，使得数字信号处理的理论算法可以在硬件上得以实现，并且可以通过嵌入式测量软件（如：QuartusII中的SignalTapII Logic Analyzer）对信号的处理结果进行实时在线观测，那么学生必然会对所学的理论知识能有更生动的体会和更深刻的理解，增强学生的学习兴趣，提高学生理论联系实践的能力。

鉴于学生在前期课程中已学习过可编程逻辑器件FPGA的相关知识，而FPGA是一种实现数字信号处理的通用硬件器件，如果能够通过一种简单的操作将数字信号处理的理论算法在FPGA器件中得以直接实现，那么就能起到事半功倍的学习效果。

2.2 DSP Builder工具软件的特点

在数字信号处理中Matlab是用作算法开发和仿真的软件，而DSP Builder通过Matlab中的Simulink模块将Matlab的算法开发和仿真与硬件描述语言（HDL）的综合、仿真和Altera开发工具整合在一起，实现了这些工具软件的集成，从而使学生在进行系统级设计、算法设计和硬件设计时共享同一个开发平台，并且不需要过多关注硬件设计方面的知识和硬件描述语言的编程，同时，DSP Builder是作为Matlab中Simulink模块的一个工具箱出现[1]，使得学生可以通过Simulink图形界面调用DSP Builder工具箱中的提供Altera知识产权核（IP core， intellectual propert core）MegaCore进行DSP系统设计，因此学生只需要掌握Simulink的使用即可，并不需要花过多的精力熟悉DSP Builder的使用。

2.3 DSP Builder应用于教学实践

应用DSP Builder在教学实践中进行基于FPGA的DSP系统开发，整个设计流程是基于Matlab的Simulink模块，DSP Builder和QuartusII的，包括从系统描述到硬件实现都可以在一个完整的设计环境中完成，构成了一个自顶向下的设计流程。它主要分为以下几步[2， 3]：

（1）利用Simulink模块、DSP Builder模块以及IP核模块Matlab的Simulink模块中对DSP系统进行建模，只需双击系统中的模块就可以对该模块进行参数设置，同时可以基于Simulink平台仿真验证所搭建DSP系统的功能。

（2）利用DSP Builder具箱中的Signal Compiler模块，将Simulink模块文件（.mdl）转换成RTL级的VHDL硬件描述语言代码描述以及用于综合、仿真、编译的TCL脚本。

（3）在得到VHDL文件后，设计者仍然可以通过Signal Com？鄄piler自动调用综合工具和编译工具。目前DSP Builder自动流程中支持的综合器有QuartusII， Synplify和Leonardo Spectrum。综合后产生的网表文件送到QuartusII中进行编译优化，最后生成编程文件和仿真文件，即利用生成的POF和SOF配置文件对目标器件进行编程配置和硬件实现，同时生成可分别用于QuartusII的门级仿真文件和Modelsim的VHDL时序仿真文件以及配套的VHDL仿真激励文件，可用于实时测试DSP系统的工作性能。另外，设计者也可以在Simulink外手动调用其他綜合工具和编译工具。

（4）针对第二步中生成的VHDL，利用自动生成的Modelsim的TCL脚本和仿真激励文件所做的仿真为功能仿真，而当由QuartusII编译后生成的VHDL仿真激励文件和Modelsim的TCL脚本进行的仿真为时序仿真。

（5）最后将QuartusII生成的配置文件下载到目标器件中，形成DSP硬件系统。

2.4教学实践的实施步骤

（1）教授学生使用DSP Builder进行基于FPGA的DSP系统开发的过程。

（2）设计出利用DSP Builder进行数字信号处理教学实践的典型题目。

（3）让学生将Matlab中编写的数字信号处理算法，直接在FPGA器件中得以实现。

（4）对信号的处理结果进行实时测试，解决数字信号处理中的实际问题，切实做到理论联系实践。

3.教学实践的效果

在数字信号处理的教学实践中，应用DSP Builder在FPGA器件上实现数字信号处理的算法，使学生在设计过程中摆脱了繁琐的具体硬件设计，将更多的精力关注在数字信号处理算法设计的实现上，对所学数字信号处理的理论知识能有一个更生动的体会和更深刻的理解，增强学生的学习兴趣，提高学生理论联系实践的能力，取得了良好的教学效果。

参考文献：

[1]杨守良. Matlab/simulink在FPGA设计中的应用[J]. 微计算机信息，2005（8）：[98].

[2]王前，李韬. 基于DSP Builder实《现数字信号处理》实验教学新方法[J].实验技术与管理，2005（9）：[75].

数字图像处理的研究与应用 篇11

利用采集装置采集的数字图像需要经过处理以达到提高图像的视觉质量以供人眼主观满意的效果。而且利于提取图像中目标的某些特征, 以便于计算机分析或机器人识别。既能实现信息的可视化, 也实现了信息安全的需要[1]。在大量的图像采集过程中为了存储和传输庞大的图像和视频信息, 常常需要对这类数据进行有效的压缩。

2 数字图像处理的优点

2.1 重现性能好, 数字图像处理在进行传输、存储、复制等处理

中不会失真, 从而能良好的保持原稿, 由此可以实现良好的实现数字图像的再现。

2.2 数字化处理精度高, 数据处理技术高速发展的今天, 运用高

能力的处理设备与技术, 几乎可以把一副模拟图像处理为任意的二维数组。从原理上讲, 只要在处理时改变程序中的数组参数, 那么不论图像的精度有多高, 处理总是能够实现。

2.3 数字信号处理技术适用面宽, 无论来自来何种信息源的图

像, 他小可以到电子显微镜的图像, 大到遥感卫星图像, 在进行数字处理时, 需先转换为二维数组编码表示的灰度图像, 因而均可用计算机来处理。

2.4 数字图像处理的灵活性高, 出于不同的需求, 所以对同一图

像往往需求不同的处理方法, 所以所要运用到的图像处理技术也不一样。数字图像处理技术也衍生了许多不同的分支技术方法, 可以充分满足需求者的要求。

2.5 信息压缩的潜力大, 在图像处理过程中, 同一幅图像画面

上, 经常有很多像素有相同或接近的灰度, 且数字图像中各个像素是不独立的, 具有很大的相关性。特别是在相邻的帧之间的相关性比帧内相关性一般说还要大些。因此, 在压缩处理时的压缩潜力是很巨大的。

3 数字图像处理的主要研究内容

3.1 图像变换, 由于数字图像的数字阵列很庞大, 计算机在处理

过程中需求的计算量也很大, 所以在计算时需要很多的图像变换方法, 如离散余弦变换、如沃尔什变换、傅立叶变换等处理技术, 运用间接变换方法使处理域由空间域变换为时间域, 不仅可以减少计算量, 也可以使处理更加有效。

3.2 压缩图像编码, 图像在处理、传输时需求大量的存储空间与

时间, 为了实现图像的快速存储, 在图像处理技术中采取编码压缩方式减少图像的数据量。由于数字图像具有良好的可重现性, 因此压缩的图像可以实现完美的再现。图像编码压缩技术不仅是图像处理中最重要的方法, 也是比较成熟的技术。

3.3 图像的增强和复原, 为了提高图像的质量 (如清晰度等) , 在

图像处理过程中需要对图像进行增强和复原处理。在处理过程中为了提取有用的信息, 可以对其有用部分实现增强而不考虑其他部分图像的降质。如为了或得高清晰, 细节明显的图像, 可以强化图像高频分量;为了减少噪声影响可以强化低频分量。

3.4 图像分割, 为了提取图像中的某些有用部分, 而这些具有明

显特征的部分在图像中的某些特定区域, 需要用到图像分割技术将其分割出来进行研究, 这也是进一步进行图像识别、分析和理解的基础[2]。

3.5 图像描述, 图像描述就是图像分割后, 对于提取的部分区域

的特征进行解释的方式, 是图像识别和理解的必要前提。为了描述二值图像的特征, 采用二维形状描述。二维形状描述包括区域描述和边界描述, 主要应用于对图像的二维纹理进行描述。

3.6 图像分类 (识别) , 图像分类 (识别) 主要是将预处理 (增强、

复原、压缩) 过的图像信息特征提取, 从而进行判决分类的过程。图像分类包括有统计模式分类和句法 (结构) 模式分类两种模式识别方法。在近年来受到重视的有图像识别模式和医学领域的人工神经网络识别模式。

4 数字图像处理的应用

数字图像处理应用于人类依靠图像获取外界的信息经过处理从而用来服务于生活。在科技高速发展的今天, 在人类生活的各个领域都有数字图像处理的应用。目前数字图像处理技术传统的应用领域为航天、医学、交通、安全、工业生产方面等。

4.1 航空航天技术方面的应用, 遥感卫星每天都会向地球发送

很多信息, 由于各种原因的影响, 图像质量不一定都很好。因此, 为了获取更确切的信息必须要对得到的各种数子图像信息进行处理与修复。由于卫星技术的发展, 航空航天技术越来越贴近生活, 大到气象信息、资源侦查, 小到农作物估产、农作物病虫害监测。而在获取这些信息的过程中, 数据处理起了非常大的作用。

4.2 医学与生物研究方面的应用, 数字图像处理广泛应用于生

物医学方面应用, 例如我们经常听到的CT技术、X光技术, 还有就是在医学的微图像的处理分析领域, 如染色体分析, 癌细胞、红细胞、白细胞分类, 识别等。而将数字图像处理技术应用到染色体分析, 植物生长特征研究对于生物研究具有重要意义。

4.3 军事公安方面, 在现代战争中, 在军事行动前期, 都会敌方

进行很多的侦查, 会获取的大量信息。在信息的处理分析中都会用到数字图像处理技术。在战争中, 导弹的精确末制导也需要图像处理技术[3]。而在公安办案中应用则更加普遍, 类似指纹识别, 脸部特征提取, 事故分析, 不完整图片修复, 路边摄像头监控信息处理等很多方面主要依赖于数据图像的处理技术。

4.4 日常生活中的应用, 伴随着各种科技产品进入普通家庭, 数

据图像处理技术成果也出现在我们周围, 如指纹锁、电脑脸部识别、防伪码、条形码、水印等很多地方, 这不仅提高了我们的生活质量, 也提高了自身财产安全。

5 结束语

数字图像信息处理能力的发展伴随着计算机的飞速发展已经获得了巨大发展并产生了很多的分支科学。在完善与提高数字图像技术的同时也应该加强边缘学科的研究工作, 使科学技术能更好地服务于日常生活。

参考文献

[1]龙丹, 许勇.数字图像处理的汽车测距算法研究[J].中国西部科技, 2008 (1) .[1]龙丹, 许勇.数字图像处理的汽车测距算法研究[J].中国西部科技, 2008 (1) .

[2]陈炳权, 刘宏立, 孟凡斌.数字图像处理技术的现状及其发展方向[J].吉首大学学报 (自然科学版) , 2009 (1) .[2]陈炳权, 刘宏立, 孟凡斌.数字图像处理技术的现状及其发展方向[J].吉首大学学报 (自然科学版) , 2009 (1) .