扫描方法（精选十篇）

云宝吧时间：2025-02-22

扫描方法（精选十篇）

扫描方法篇1

网络层析成像技术是近年来新兴的一种网络测量技术,用网络测量的结果,计算出节点间相关性后进而可以推断出网络的拓扑结构。该技术的特点是能够在不需要内部节点协作的前提下用基于端到端的测量技术获取网络内部的特性。

随机逼近(SA)算法[1]是一个在存在测量噪声的情况下寻找回归方程根的回归算法。直接利用测量数据,建立逼近算法寻找函数极值,不需要对系统模型有先验知识,对测量噪声有比较好的处理效果。可以理解为是利用观测值估计未知函数的极值或者未知方程解的自适应问题求解技术。

卡茨马尔兹算法[2]由数学家Kaczmarz于1937年提出,目的是用迭代的方法解决方程组的不适定线性问题。2004年,Galántai对此算法的收敛性进行了广泛分析,并将其用于不同的领域,比如断层扫描、纳米测量、自身学习与自适应控制。

网络断层扫描中需要的卡茨马尔兹算法不同于其他领域,这里需要一种随机的卡茨马尔兹算法。本文介绍和分析了一种近似版本的随机卡茨马尔兹算法,并证明了随机卡茨马尔兹算法具有强收敛性。我们用常微分方程的方法去分析算法,结果显示这种算法和传统算法有几乎相同的渐进行为。本文跟之前研究的不同在于:这里提出的部分随机性跟噪声有关,不受人为因素的控制。

本文证明了对相同的初始点用经典的卡茨马尔兹算法和随机逼近卡茨马尔兹算法收敛于同一点。基于这种特性,我们提出来一种在线估计从测量序列中得到向量X元素的新算法,该算法有一般性和实时性。这种算法的优点是它可以实时地观测和输入数据,并且能够进行增量调整。跟之前方案不同的是,我们的设计方案考虑到了X的元素是相互有关联的。对于链路时延断层扫描,该算法摒弃了组播探测包测量的需要,不仅能够用于树状拓扑结构,还能用于网状拓扑结构。

1 数学模型

网络层析成像问题可用下面的数学模型表示[3]:

其中:Yt是在时间t上的可观测到的测量向量;A是节点矩阵;Xt是时间t上的数据分组的相关参数向量;ε是噪声向量。

对于n∈N,[n]表示{1,2,…,n}。表示它的行空间,A'表示矩阵A的转置矩阵。X≡(X(1),X(2),…,X(N))'表示我们估计的随机向量有限方差的统计,A∈Rm×N,m<N表示行满秩的先验矩阵。

其中,W测量中随机变量噪音的有界方差,其均值为零。Z是取值范围为[m]的随机变量,对于i∈[m],λi>0表示Pr{Z=i}{Xk},{Zk},{Wk},k≥1是X,Z,W的IID副本,它们是完全独立的并且Yk表示AXk+Wk。假设在每一个时间间隔k,我们仅仅知道Zk+1的值和Yk+1中第Zk+1元素的值,即用yk+1表示Yk+1(Zk+1)。

2 算法描述

2.1 随机逼近(SA)算法

经典随机逼近算法公式是:

其中h:Rn→Rn是利普席茨(Lipschitz)函数,{ηk}(k≥0)是一个满足∑ηk=∞和∑(ηk)2<∞的一个正值步长序列,ξk+1表示噪声干扰。当ηk→0时,式(3)可被看作噪声离散化的常微分方程。

式(4)为“常微分方程逼近”的表达式。具体来说,可以假设下面的设定均成立。

(A1){ξk}是关于σ邻域{Fk}的一个平方可积的鞅差序列,其中Fk表示σ(x0,ξ1,…,ξk),对于L>0,几乎必然满足E[‖ξk+1‖2Fk]≤L(1+‖xk‖2)。

(A2)u,存在h∞(u)表示limh(cu)/c(c→∞)(h∞将必然是利普席茨函数),由于具备全局渐近稳定性,常微分方程x'(t)=h∞(x(t))具有起始点。

(A3)H表示{x∈Rn:h(x)=0}≠Φ,同时,∃a连续可微李亚普诺夫函数L:Rn→R,这里对于x∉H,[L(x),h(x)]<0。

进而,我们得出如下引理:

引理1式(3)中的迭代{xk}几乎必然可以收敛到H。

2.2 Kaczmarz算法

Kaczmarz算法最初的目的是用迭代的方法解决方程组的不适定线性问题问题。考虑到从Av*中找到一个固定的v*∈RN的反演问题。在不失一般性的情况下,令A中的行具有单位范数。给定一个v*的近似值x0,一个需要考虑的自然的优化问题是:

通过基本的计算,显示其解为:

显然地,x*∈Α0=x0+RA。当A行满秩时,x*是在符合Au=Av*的A0中唯一的点。利用规定的起始点x0、步长κ以及rk≡(kmodm)+1,它的更新规则为:

定理1如果0<κ<2,当k→∞时,xk→x*。

设定Α*表示v*+RA,由于Α0,Α*是RA的解,dist(x0,Α*)=dist(Α0,v*)。当A(x*-v*)=0时,(x*-v*)⊥RA。因此(x*-v*)⊥Α0,Α*。因此,‖v*-x*‖=dist(Α0,v*)=dist(x0,Α*)。于是我们得出了如下引理。

引理2对于任意δ>0,当且仅当dist(x0,Α*)<δ时,‖x*-v*‖<δ。

2.3 SAK算法

我们为估计式(1)EX值制定了一个SAK算法。给定x0为一个EX的近似值。从式(1)中观察得出:

通过重新调整公式,我们假设在不失一般性的情况下,A的行具有单位范数。鉴于Y未被确切知道,可以对它进行离线估算,并使用经典的卡茨马尔兹算法来确定EX。在式(5)中,经典的卡茨马尔兹会收敛到:

相对这种离线方案,更好的选择是使用在线算法。根据式(7),用一个SAK算法估计出对应的EX值为:

其中{ηk}如式(3)下的定义。记下式(10)中EY的元素的噪声测量值{Υk}以及EX的实时估计值{xk}。

我们现在再来分析它的行为。显然,所述迭代式(9)的{xk}总是保持局限于Α0,在式(6)下定义了仿射空间。由于A行满秩,对于每个k≥0,都存在唯一的αk∈Rm,于是有:

因此,可以等效地分析该算法:

其中α0=0,eZk+1是一个在第Zk+1个对角位置上为1,其他位置均为0的m×m的矩阵,并且是在第Zk+1位置上是Υk+1、其他位置均为0的一个m维向量。

设定,定义ξk+1=γk+1-Λ(EY-A(x0+A'αk)),其中Λ=diag(λ1,…,λm),注意式(11)也可以表示为:

如果h(u)表示Λ(EY-A(x0+A'u)),那么,很显然,式(13)的形式即是式(3)给定的。因此它的限制常微分方程是:

定理表示(AA')-1(EY-Ax0)。

证明对于每一个满足k≥0的k,设定用Fk表示σ(α0,ξ1,…,ξk)。h的利普席茨性质以及(A1)可以很容易验证。如果hc(u)表示h(cu)/c,那么逐点地,表示-ΛAA'u。设定L∞(u)=‖A'u‖2,在起始点它的值为零。进一步而言,对于任何常微分方程α'(t)=-ΛAA'α(t),解,也是仅在起始点相等。因此,L∞是常微分方程α'(t)=-h∞(α(t))的一个李雅普诺夫函数,其起点为其全局渐近稳定平衡点。因此,(A2)适用。通过引理1,要证明αk→α*,而现在(A3)足以被证明,即α*是式(13)给定常微分方程的全局渐近稳定平衡点。鉴于此,考虑到函数L(u)=‖A'(u-α*)‖2。因为A行满秩,当且仅当u=α*时,L(u)=0。对于式(13)的任意解α(t),L'(α(t))=2<A'(α(t)-α*),A'α'(t)>。但α'(t)=-ΛAA'(α(t)-α*)。因此L'(α(t))≤0,仅在α(t)=α*时等式成立。上述结果表明L是一个李雅普诺夫函数。因此根据要求,α*是式(14)的唯一全局渐近稳定平衡点。

由于式(10)、式(11)的SAK算法会收敛于式(9)的x*,x*也是对应的经典卡茨马尔兹收敛的点。

3 仿真实验

本文表述了SAK算法在图1网络的实时时延诊断方面的应用。其目标是使用探测数据包在遍历网络中不同路径时所经历的端到端所得到的时延测量值,从而实时获得链路时延统计的估计值。

本次仿真所用的实验设置如下,我们选择在网络中六个途径的先验。

如果链路j在路径i上,则aij=1,否则为0。如第三行表示连接节点1-6-9-10-7-3的路径。探测数据包在遍历链路j时经历的延迟是一个服从二进制非负值分布的随机变量X(j)。穿越路径i的延迟为Y(i)=<ai,X>+W(i),其中W1,W2,…,W6是表示测量误差值的IID标准高斯随机变量。本次仿真生成了一百万个探测包,其中对于第k个数据包的发送路径的索引,是由Zk表示的,Zk是从{1,2,…,6}中随机而又均匀地选出。因此,每一个路径得到大约167 000个样本。我们使用Yk来记录遍历路径Zk时探测包k经历的延迟。我们同样对式(1)用一百万个迭代也运行了式(9)的SAK算法。所选择的开始点、实际值和最终矩的估计值在表1中给出。在表1预选链路时延真实值和最终估计值。

这两种情况下,给定的初始点都满足引理2的假设,所以最终的估计值接近实际值。图2比较了候选链路1和3期望延迟的实时估计值,该估计值是使用SAK算法和平均SAK算法获得。平均SAK算法的迭代是SAK算法迭代的样本平均值。观察结果表明,虽然我们运行了一百万个数据包的模拟,但在大约300次迭代后,估计值就已经非常接近真实值。还要注意的是,估计值中的误差不会单调减少。这是因为我们直接使用了噪音测量值。然而,随着迭代步长的减少,波动也因此得到了抑制。

4 结语

本文提出的基于随机逼近算法和Kaczmarz算法的SAK算法,对驱除链路噪声有一定效果,可用于树状拓扑和部分网状拓扑的推断。还存在许多问题需要进一步研究:(1)目前的测量方法和分析算法都只能用于小规模网络,如何把这类方法运用于大规模网络是面临的一大难题;(2)现有的NT技术大都只能用于简单树状拓扑的推断,怎样把NT技术用于复杂网状拓扑是今后面临的挑战;(3)迄今为止的研究都是假定路由矩阵已知或者容易确定的情况下进行的,因而寻求针对动态随机路由的推测方法也是一大挑战。

摘要：噪声数据在一定程度上影响了网络断层扫描的准确性。针对之前网络断层扫描方法大都忽略噪声影响的不足,提出SAK算法。基于卡茨马尔兹算法和SA算法的SAK算法更具有一般性和实时性,SAK算法模仿了原始Kaczmarz算法的特性。实验结果显示,通过用SAK算法处理估计的初始值,使其估计值能够收敛到真实值,在很大程度上能达到去除噪声的目的。

扫描方法篇2

低剂量胸部CT扫描的可行性：

肺内组织间有良好的密度差别，肺内气体与实质组织有良好对比，胸部比较适合采用低剂量螺旋CT扫描且一般不会影像病变显示，并足以获得能够用于诊断和鉴别诊断的图像。此时我们的关注重点是能发现异常、不漏诊，同时降低电离辐射。

低剂量胸部CT扫描的方法：

1.对于一个固定的部位，扫描前应做好合理充分的准备，避免不必要的重扫和补扫。

2.使用低噪声图像重建法来适当降低扫描剂量，但对于固定部位的扫描，重建算法的补偿是有限的，在提高低对比率的同时也降低了高对比分辨率；

3.降低KV，虽然可以降低辐射剂量，但也降低x线质量，而通过低能量的x线无法穿透身体却只会增加皮肤剂量；

4.扫描层厚和螺距的加大，可以减少扫描时间，相应的减少扫描剂量，但螺距增大，层面敏感性曲线增宽，使影像在z轴的空间分辨率下降，加上太大的层厚，使微小病变容易漏诊；

5.mA和s成为低剂量扫描的主要调节因素，它直接影响到CT检查的有效剂量。mAs的高低与图像的噪声呈正比，噪声主要影响低对比分辨率，而胸部具有良好的天然对比和较低的x线吸收率。因此低剂量检查非常適用于胸部。通过调节mAs， CT辐射剂量可以减少到常规剂量的1/4，在很大程度上降低患者的电离辐射伤害，同时降低球管损耗。

鼻骨骨折的CT扫描方法与表现篇3

1 资料与方法

1.1 一般资料

搜集我院在2008年2月至2009年3月之间因面部外伤在我院行鼻骨CT检查的30例鼻骨骨折病人和30例正常人的资料, 分别作为病例组和对照组。病例组30例骨折病人中, 男25例, 女5例, 年龄15～52岁, 平均年龄36.7±6.4岁;对照组30例中, 男24例, 女6例, 年龄20～57岁, 平均年龄31.9±7.8岁。病例组检查时间为外伤后1～3d, 所有患者均为直接外力作用于外鼻所致鼻部受伤。临床表现为外伤后面部肿胀, 淤血, 鼻部有鼻出血、鼻腔阻塞、鼻部畸型等症状。两组人员均行改良冠状位和横断位行螺旋CT扫描检查。

1.2 检查方法[3]

采用SOMATOM PLUS 4 V/ Z全身单排螺旋CT机, 图像矩阵为512×512。

1.2.1 鼻部CT横轴位扫描法

患者仰卧, 两手放在头两侧, 影像技师以听眶下线为基线向下扫描, 自额窦至硬腭, 至鼻骨扫描完成为止, 层厚2～3 mm, 层距2～3 mm, 无间断。窗宽1 500～3 000HU, 窗位 150～400HU。

1.2.2 鼻部CT冠状位扫描法

病人俯卧位, 两手放在头两侧, 检查时头部尽量后仰, 定位线与鼻背平行, 扫描范围从鼻尖至上颌窦缝, 无间断连续扫描, 层厚1～2mm, 层距1～2mm。窗宽1 500～3 000HU, 窗位150～400HU。

1.3 检查指标

病例组骨折的显示情况及对照组鼻组织的显示情况。

1.4 统计分析

应用SPSS13.0进行数据录入和分析。

2 结果

2.1 正常对照组的CT扫描结果

30例正常人对照组鼻骨横断位扫描均可见鼻部组织, 可显示15对鼻骨孔, 改良冠状位也显示正常鼻部组织, 以及25对鼻骨孔。

2.2 鼻骨骨折组的CT扫描结果

30例鼻骨骨折中, 横断面扫描显示单侧鼻骨骨折10例, 占33.3%, 其中粉碎性骨折8例;双侧15例, 占50%, 扫描显示骨折累计上额骨额突6例, 累及泪骨5例, 骨折导致鼻缝错位5例, 骨折导致眶壁骨折4例;改良冠状位扫面显示单侧鼻骨骨折18例, 占60%, 其中粉碎性骨折12例;双侧9例, 占30%, 扫描显示骨折累计上额骨额突3例, 累及泪骨2例, 骨折导致鼻缝错位3例, 骨折导致眶壁骨折2例。

3 讨论

鼻骨骨折可单独发生, 也可和其它颌骨骨折同时发生。骨折类型与暴力的方向和大小有关, 因此鼻骨骨折情形多样, 合并症较多, 判断起来有一定难度。外鼻外伤常伴鼻中隔外伤, 出现软骨脱位、弯曲、骨折、粘膜撕裂及鼻中隔穿孔等, 骨折后应尽早进行复位, 以免日后错位愈合, 复位困难。鼻骨骨折复位法通常有鼻外复位法和鼻内复位法[4], 复位后鼻腔内需加填塞, 以便起到支撑和止血作用, 然后服用止痛剂, 并预防感染。传统检查鼻部外伤采用常规摄鼻部侧位像对鼻骨骨折作出判断, 近年来国内外报道侧位鼻骨轴位像和鼻侧位像结合判断鼻骨骨折的效果更好, 螺旋CT的使用率提高更是明显提高了鼻骨骨折的诊断率, 其有较高的空间分辨率和薄层扫描的优势, 能帮助医生准确诊断鼻骨骨折的位置和合并症[5]。本研究提示对照组正常人的鼻骨扫描中, 改良冠状位扫描得出的鼻部组织和结构更为精准;病例组改良冠状位扫描检出鼻骨骨折的发生率明显要高于横断位扫描, 但对鼻骨损伤合并症的判断不如横断面扫描。因此可见CT横断位扫描对鼻骨纵行骨折显示清楚, 当鼻骨侧翼有横断骨折而无移位时, 可以加扫冠状位, 使得对鼻骨骨折的判断更加准确[6]。螺旋CT是检查鼻骨骨折的很好的影像学方法, 如何正确合理地选择CT检查方法, 有利于临床医生对鼻骨骨折及其合并症做出正确的诊断, 对临床治疗和康复有很好的指导意义。

参考文献

[1]徐朝霞, 李哲, 强万本, 等.鼻骨骨折的X线CT检查技术[J].实用放射学杂志, 2002, 18 (3) :170-172.

[2]黄选兆, 王吉宝.实用耳鼻咽喉科学[M].北京:人民卫生出版社, 2005:85.

[3]龚惠丽, 何宗明.冠状位CT扫描诊断鼻骨骨折的价值[J].实用医技杂志, 2005, 15 (12) :36.

[4]吉征, 丁冠军.冠状位HRCT扫描对鼻骨骨折的诊断价值[J].实用放射学杂志, 2004, 20 (10) :955.

[5]张会林, 纪盛章, 陈胜利.鼻部外伤薄层CT[J].实用放射学杂志, 2003, 19 (12) :1146.

扫描方法篇4

“对我们这些胶片爱好者来说，我们不仅仅对照片的色彩、曝光、构图有很高的要求，更重要的是我们对胶片摄影怀有一种情节。不然大导侯孝贤怎么会坚持胶片拍摄《聂隐娘》呢！想当初为了拍摄出自己满意的画面，我们没少“蹲点”。但现在胶片时代已经逐步被数码时代取代了，如何永久地保存自己那些美好的作品曾让我们一度苦恼。而且，通过数码相机拍摄冲印出来的照片，无论是光感、效果都达不到胶片摄影的那种基调感，对我们这些专业的摄影爱好者来说，是一个很大的艺术缺失。值得庆幸的的是，后来一个爱好摄影的朋友就给我推荐了爱普生V850专业影像扫描仪。不仅能满足我保留美好记忆的要求，更重要的是从此以后我可以坚持胶片摄影了。”张先生如是说。

小编根据张先生的描述了解到，这款扫描仪不仅具备6400dpi全球超高胶片扫描分辨率，它还配备了爱普生特有的双镜头扫描系统，不仅可以扫描摄影胶片，还可以扫描文稿文件。与此同时，该扫描仪具备独创的五段式可调节胶片固定夹，并且可以兼容多种类型和尺寸的照片及胶片扫描，完全满足胶片死忠粉们的需求。

“让我惊喜的是这款扫描仪器可以进行高精度资料一扫完美保存，能对早前我们拍的那些长期风化或虫蛀损坏的照片、资料进行数字化的转换，特别好用！”张先生激动地对记者说。

对于旧照片而言，爱普生V850可以实现色彩翻新，高精准还原胶片和照片的色彩及细节。爱普生V850因为拥有业界最高的4.0D光密度值，所以，用户完全不必担心曝光过度的胶片和照片不可还原，并且，一些光影过渡和细节也能完美呈现。爱普生V850可将褪色胶片或照片，通过简单操作进行色彩还原。而新的"除尘"功能，使用专有的算法来分析扫描图像，可以准确地检测到灰尘，在不损坏原有影像和细节的同时对图像进行修复，忠实的色彩还原，使扫描出的照片更加清晰。

扫描方法篇5

人脸是人类体现个体特性和表达情感至关重要的部分,建立具有真实感的三维人脸模型有着广泛的应用。近年来,随着三维扫描与成像技术的发展,越来越多的研究人员开始使用数字扫描仪直接获取目标人脸的空间数据[1,2]。利用激光扫描仪、结构光投影等设备,获取目标人脸的空间数据点云,然后利用几何关系建立人脸模型的三维网格[3]。由于三维扫描数据准确记录了人脸的深度信息,建立的人脸模型真实度较高。

但由扫描仪直接生成的人脸模型存在诸多缺陷[4]:原始的扫描模型仅为空间中的一张连续曲面,缺乏可张合的嘴部和眼部拓扑结构,无法在人脸表情动画中直接应用。每个人脸的原始扫描模型相互独立,不存在点对点的对应关系,无法用统一的结构存储,极大地增加了存储的数据量; 由于角度限制,三维扫描仪一次只能捕获部分人脸表面,对于人脸边缘区域的捕获并不完整。

为了解决上述问题,目前大多数研究人员采用的方法是首先建立一个通用人脸模型,然后对通用模型进行变形处理,使其与扫描人脸模型相匹配。Blanz和Vetter使用基于统计学原理的形变模型来匹配三维扫描模型[5],该方法需要采集大量的三维人脸模型来建立样本训练集。Yu Zhang等人使用柱面映射将通用模型的顶点映射到扫描模型表面[6],该方法误差较大,尤其在眼睛和嘴巴等处无法恢复出扫描模型原有的形状。W.S.Lee等人将一个通用人脸模型进行多次网格细分[7],然后使用位移映射将网格顶点移动到扫描模型表面,该方法中最终生成的人脸模型全部是闭眼状态,且每个模型具有几百万个三角形,无法进行常规应用。

本文提出了一种新的基于扫描模型的三维人脸建模方法,在建立一个通用人脸模型的基础上,首先提取通用模型与扫描模型的三维特征点对,利用径向基插值对通用模型进行初始变形,使其基本形状与扫描模型近似;然后使用点到面映射,将通用模型的网格顶点移动到扫描模型表面,以恢复扫描模型的表面细节,同时根据顶点位移的结果重新计算出每个通用模型顶点的纹理坐标;最后将扫描模型的纹理映射到重建后的通用模型表面,从而获得具有真实感的个性化人脸。该方法可以重建出扫描模型面部区域的全部细节,且不需要网格细分,可保证最后生成的人脸模型具有一致的网格结构。

1 数据获取及预处理

1.1 通用人脸模型与扫描人脸模型

本文中的通用人脸模型由专业人体建模软件Poser导出,如图1(a)所示。该模型的嘴部和眼部均具有可张合的拓扑结构,并附带眼球、牙齿和舌头三个可独立运动的部件,结合皮肤表面的变形,可使通用人脸模型做出各种逼真的表情。

本文所使用的扫描人脸模型由BU-3DFE人脸表情数据库提供[8]。该数据库使用3DMD三维扫描仪对200张不同人脸进行扫描,记录了每张人脸7种不同的表情数据。数据库中的每个扫描模型由三维扫描仪直接生成,按几何关系将捕获的空间数据点云自动连接为三角网格。图1(b)从左至右分别为扫描人脸的几何模型、网格结构和纹理渲染模型。

1.2 人脸特征点提取

MPEG-4用84个人脸定义参数FDP定义了中性人脸的几何形状,考虑到FDP主要是为人脸动画参数提供空间参考,对于人脸建模过程中面部变形的部分细节没有进行描述,因此在MPEG-4的基础上将人脸特征点扩展为149个,并在通用人脸模型中选取相应的网格点作为特征点,如图2(a)所示。

通过鼠标拾取,在扫描模型的网格顶点中选取对应特征点,进而可以直接获取特定人脸特征点的三维坐标,如图2(b)。受遮挡和扫描角度限制,扫描模型中一般缺少背面如头发等区域。对于这些缺失区域,无法直接选取其特征点,可通过人工估计的方式由用户自定义。

2 人脸几何变形

在获得通用模型和扫描模型的特征点对后,以特征点为约束点,对通用模型进行径向基插值变形。记通用模型的n个特征点为pi,i=1,2,…,n,扫描模型中对应的特征点为p′i,计算出两个模型特征点的位移ui=p′i-pi。以网格顶点的三维坐标作为函数的嵌入空间,建立一个向量插值函数f(p),使其对于任意一个特征点pi,均满足ui=f(pi)。求解插值函数f(p)的表达式,即可插值出通用模型每个顶点的位移值,从而达到几何变形的效果。为保证插值后的网格表面光滑并使网格曲面能量最小,本文采用指数形式[9]的径向基插值函数,具体表达式为:

$f (p) = \sum_{i} c_{i} φ (∥ p - p_{i} ∥) + Μ p + t (1)$

式中:φ(‖p-pi‖)为基函数,在此使用指数形式φ(r)=e-r/64,ci,M和t为插值系数。为了求解 ci,M和t,联立如下方程组:

$f (p_{i}) = u_{i}, i = 1, 2, \dots, n (2)$

并加入约束条件:

$\begin{array}{l} \sum_{i} c_{i} = 0 (3) \\ \sum_{i} c_{i} p_{i}^{Τ} = 0 (4) \end{array}$

由式(2)～(4)求得f(p)的解析表达式,进一步计算出通用模型每个顶点的变形位移。图3显示了通用模型经过径向基插值变形后的结果。

3 表面细节恢复

经过径向基插值变形,通用模型中作为特征点的顶点已经被移动到扫描模型表面,但非特征点部分仍与扫描模型存在明显的差异,尤其是特征点分布稀疏的区域。表面细节恢复的目的就是找到通用模型每个顶点到在扫描模型表面的对应位置,该过程可以看作是网格顶点的膨胀过程:通用模型的每个顶点沿着某一特定方向移动,直至落入扫描模型表面。因此细节恢复的关键任务就是确定顶点沿何种方向移动。

点到面映射可将三维空间中的一个顶点映射到其附近的曲面,顶点移动的方向由该曲面的插值法向量决定,顶点附近的曲面又称基础表面。该算法最早由Jonathan Cohen等人提出[10],其最初的目的是为了近似拟合出三维物体的外表面。本文将点到面映射应用到人脸表面细节重建中,将扫描模型的表面作为基础表面,通用模型的顶点沿扫描模型表面的法向量移动。点到面映射的原理如下:

设V为通用模型的一个顶点, M是扫描模型三角网格中与V相邻的一部分,如图4所示。记M中的一个三角形为ΔABC,且 $\bar{Ν}$ A, $\bar{Ν}$ B, $\bar{Ν}$ C分别为该三角形三个顶点A,B,C的法向量。假设点P为ΔABC内部的任意一点,P在ΔABC中对应的质心坐标用λ=(λ1,λ2,λ3)表示,则点P的三维坐标由下式计算出:

$Ρ = λ_{1} A + λ_{2} B + λ_{3} C (5)$

点P的插值法向量 $\bar{Ν}$ P为:

$\bar{Ν}_{Ρ} = λ_{1} \bar{Ν}_{A} + λ_{2} \bar{Ν}_{B} + λ_{3} \bar{Ν}_{C} (6)$

该插值公式允许三角形ΔABC平面上的任意点具有连续的法向量。

同时,构造出一个平面与ΔABC平行,该平面与ΔABC的距离可以自由调整。设平面与ΔABC的三个顶点法向量 $\bar{Ν}$ A, $\bar{Ν}$ B和 $\bar{Ν}$ C分别相交于A1,B1,C1,则可以通过ΔABC,ΔA1B1C1以及三个侧面A1C1CA,C1B1BC,B1A1AB建立一个近似三棱柱,该三棱柱将V点包围在内部。注意在通常情况下,法向量 $\bar{Ν}$ A, $\bar{Ν}$ B和 $\bar{Ν}$ C互不平行,因此三棱柱的每个侧面是二次曲面而非平面。

对于三棱柱所包围空间中的任意一点,沿着ΔABC的插值法向量移动,可以在ΔABC内部找到一个对应位置。换句话说,三棱柱内部的任意点都可以映射到ΔABC表面,且映射位置惟一。以V点为例,设P点是V在ΔABC中的惟一对应点,点P的插值法向量为 $\bar{Ν}$ P,则P点的坐标和法向量 $\bar{Ν}$ P由其质心坐标λ=(λ1,λ2,λ3) 决定,可由式(5)和式(6)计算得出。为了求解P点的质心坐标,借助一个辅助三角形ΔA2B2C2,如图4所示。ΔA2B2C2与ΔABC平行,且其所在平面包含V点。ΔA2B2C2的顶点A2,B2,C2由包含V点的平行平面与法向量 $\bar{Ν}$ A, $\bar{Ν}$ B和 $\bar{Ν}$ C相交确定。

当ΔA2B2C2确定后,可以计算出V点在ΔA2B2C2中的质心坐标,用β=(β1,β2,β3)表示。可以证明β=λ[7],因此V点在ΔABC上的对应位置V*可由下式计算出:

$V^{*} = Ρ = β_{1} A + β_{2} B + β_{3} C (7)$

用参数(I,β,V*)来描述顶点V与扫描模型网格M的映射关系,其中I指定顶点V在M中对应的三角形标号,β表示V在三角形I中的质心坐标,V*表示顶点V映射后的位置。注意到扫描模型中的头发和脖子区域并不完整,在这些区域中无法找到V与M的对应关系,因此将(I,β)设置为0,并令V*=V,即这些区域中的顶点保持原位。

4 纹理映射

根据获取的通用模型顶点与扫描模型网格的映射关系(I,β,V*),可重新计算出顶点的纹理坐标。设通用人脸模型顶点的纹理坐标为(u,v),则(u,v)可由参数(I,β,V*)按下式计算出:

$(u, v) = β_{1} (u_{1}^{Ι}, v_{1}^{Ι}) + β_{2} (u_{2}^{Ι}, v_{2}^{Ι}) + β_{3} (u_{3}^{Ι}, v_{3}^{Ι}) (8)$

式中:(u $_{1}^{Ι}$ ,v $_{1}^{Ι}$ ),(u $_{2}^{Ι}$ ,v $_{2}^{Ι}$ )和(u $_{3}^{Ι}$ ,v $_{3}^{Ι}$ )为三角形 I每个顶点的纹理坐标。对于人脸模型的头发、脖子等外围区域,由于没有建立顶点映射关系,因此将外围区域的顶点进行柱面投影,并手工处理纹理的边缘部分,以使外围区域有准确的纹理对应。

5 实验结果

5.1 静态人脸模型

选择BU-3DFE数据库中编号为M0034的人脸扫描模型作为原始输入,按照上述方法,重建出其中性人脸模型和表情人脸模型。图5为M0034重建的中性人脸模型,其中图5(a)为表面细节恢复后的几何模型,图5(b)为模型网格结构,图5(c)为纹理映射后的渲染模型。图6为重建后的表情人脸模型。

5.2 人脸表情动画

由于重建的所有人脸模型均由统一的网格结构表示,因而不同的模型之间存在点到点的对应关系,可以使用帧间插值技术来生成从中性人脸到表情人脸的连续动画。设中性人脸模型为起始帧(第0帧),其顶点坐标集合为S0,纹理位图为T0;设表情人脸模型为结束帧(第N帧),其顶点坐标集合为SN,纹理位图为TN。依据插值原理,可以计算出中间时刻第k帧的状态:

$\begin{array}{l} S = S_{Ν} + k / n \cdot (S_{0} - S_{Ν}) (9) \\ Τ = Τ_{Ν} + k / n \cdot (Τ_{0} - Τ_{Ν}) (10) \end{array}$

上排从左至右为:生气表情及网格结构,厌恶表情下排从左至右为:高兴表情,惊奇表情和害怕表情

图7显示了M0034厌恶表情的连续动画。

6 结语

本文提出了一种由三维扫描数据重建人脸模型的方法,使用一个带有完整结构的通用人脸模型适配扫描数据,首先利用径向基插值对通用人脸模型进行初步变形,使其几何形状与扫描人脸模型近似, 然后使用点到面映射将通用模型的顶点移动至扫描模型表面,从而恢复出目标人脸的表面细节,最后重新计算出重建模型的纹理坐标,以实现纹理映射。本文对同一目标人脸分别重建出中性人脸模型和多种丰富的表情人脸模型,重建效果逼真,同时使用插值技术实现了连续的人脸表情动画。

参考文献

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[9]PIGHIN F,SZELISKI R,SALESIN D H.Modeling andanimating realistic faces from fmages[J].InternationalJournal of Computer Vision,2002,50(2):143-169.

选票扫描图像识别中的快速定位方法篇6

关键词：选举,选票,扫描,图像识别,定位

0 引言

OCR(光学字符识别)技术被广泛应用于选举投票系统中,它相对于基于图像的OMR(光学标记识别)技术的第二代投票系统来说,在机械装置、纸张质量、选票制作等方面的要求更为降低,选票设计要求更少、制作更加简单、使用范围更加宽松。但是,相关文献指出了OCR在选票图像识别中还存在一些问题[1],现有的表格识别算法只适用于简单的表格[2],表格版面理解算法的效率还有待提高[3,4]。基于版面理解算法[5,6]的选举投票系统在当选票版面较复杂、表格域数量较多、表格图像表格线断裂较严重时,提取表格域所耗费的时间也会较多,不利于快速性的要求。这就是说,选票设计仍然受到较多限制,在一定程度上限制了系统的灵活性和使用范围。为了更好地解决这一问题,满足更广泛的实际需求,将选票设计和图像识别统一起来考虑,设计了一套由主机端、票箱端、录入终端三部分软件组成的选举投票系统,实现了基于选票扫描图像识别的快速定位。

1 选票设计

在现实生活的各项选举中,经常出现一种选票可以是单页选票也可以是多页选票,而单页选票又可能含有多个选举项,一个选举项又可能含有多个候选人类别,选票版面信息量大,结构也比较复杂、多样。因此,选举投票软件中选举信息必须丰富,与其相关的选票制作也必须功能强大。通过仔细分析研究选票版面的相关信息,将其进行合理的分解,并采用文件形式记录数据,定义了选票、页、会标、选票标题、选举项、选举项标题、候选人表格、候选人表格表头、候选人表格表体、候选人表格表体中各行的列数、另选人表格、另选人表格表头、另选人表格表体、另选人表格表体中各行的列数、填写说明等结构体,在这些数据结构中,记录了纸张大小、页边距、表格位置、表头栏高、表头列数、填写栏栏数、填写栏宽、候选人栏宽、表体行数、表体行高、表体中各行的列数等数据。

选票设计由主机端软件实现。利用上述数据结构,可设计如图1所示的软件界面。在该界面中,采取选票树形结构进行导航,树中节点可根据已有的选举信息进行设置,选择节点可对该节点的数据进行详细设置,设置结果会在左边的绘图中即时看到,并记录在已定义的数据链表节点中。选票设计完毕,就将所有设置数据保存在文件中。

考虑到选票设计有如此多的细节,因此系统本身提供了大量的选票模板,用户也可以自行设计模板。实际操作中,只要添加相应的选票模板,即可生成当前选票。不满意的话,还可以在可视化的界面中进行修改。

同时,软件在选票页的底边距内的固定位置添加选票序号,该选票的页码两个矩形码[7],且矩形码的边框线较粗(线宽为8),两个矩形码对称地分布在纸张的两边,左边为选票序号矩形码(它的左上顶点距纸张左边15mm,距纸张底边10mm),右边为页码矩形码(它的右上顶点距纸张右边15mm,距纸张底边10mm),矩形码的下面除标识给用户看到的第几页页码(水平居中。单页时,不需要)外,没有其他信息。另外,选票的页边距至少为15mm。

用户完成选票设计后,可直接打印选票,用于选举。

2 定位

考虑到现有的票箱端识别软件算法大多都要进行表格域的提取操作,该操作需要耗费较多的时间。经仔细分析,表格域提取实质上是表格中待识别格子的定位问题。为了快速定位,只要利用表格自身的规律和选票中相关对象的位置数据,就可以实现了。

2.1 获得待定位区域的大致位置

投票前,票箱首先连接到主机,主机端将本次选举的有关数据和上述选票设计中的选票格式数据下传到票箱,这样,票箱就获得了选票中的位置数据。待定位区域就是指手写符号矩形区域或另选他人矩形区域,即待识别或截图区域。

投票时,票箱端软件从高速扫描仪获得扫描图像后,就需要对待识别区域定位了,其程序流程图如图2所示。该图像经过预处理(转化成256色灰度图,再转化成二值图,去离散噪声)后,再进行定位处理。

将15mm转化为扫描图像的像素值(15×扫描图像分辨率/25.4),截取高度为这个值、宽度为选票图像宽度的部分图像,在这个图像中就只含有两个矩形码和页码信息(单页选票时,无页码),如图3所示,显然,该扫描图像的倾斜度很小。对于倾斜度很小的图像,通过对它左右半边平均高度的统计,可以获得较准确的倾斜率。根据该斜率,再把当前新图像的点映射到源图像的点,实现校正。

再将校正后的截图图像进行水平投影、垂直投影操作,确定选票序号、页序号矩形码左上顶点的位置。水平投影操作时,从图像的第一行往后搜索,记录每一行的黑色像素点的个数,由于矩形码的线条较粗,使得在水平投影中,一定有一个数大于设定的阈值,第一个这样的数对应的图像行数就是矩形码上边所在的垂直方向的位置。垂直投影操作时,从左往右搜索,记录每一列的黑色像素点的个数,如果有一个数大于设定的阈值,这个数对应的图像列数就是选票序号矩形码第一个小正方形左边所在水平方向的位置;再往后搜索,到第8个数大于该设定的阈值,该数对应的图像列数就是页序号矩形码第一个小正方形左边所在水平方向的位置。从而获得了选票序号、页序号矩形码左上顶点的位置。利用这两个顶点的位置,依次定位到各个小正方形,由于距离短,计算误差很小,使得计算出来的位置数据是比较准确的。利用该位置,截取小正方形图像,判断该图像中有无数字,再利用矩形码的权值分配,就可以确定选票种类及其页码的序号了。

利用截图获得的倾斜率,把当前整个选票新图像的点映射到源图像的点,就实现了整个选票图像的倾斜校正,然后细化该图像。

再将选票序号矩形码左上顶点的位置转化为它在整个选票图像的位置。这个顶点称之为参考点。

利用参考点在选票图像中的位置,又知道了选票种类序号及其页码,就可以查找该选票在选票设计中已知的位置数据,将它们转化成相对这个参考点的位置数据,从而确定它们在图像中的位置数据。这些位置数据的计算,当然还可以利用表格已有的结构特点,有规律地计算出来,这样就获得了待定位区域的大致位置。

2.2 搜索待定位区域的准确位置

由于倾斜校正时计算误差等因素的影响,使得计算出来的图像位置相对其实际位置来说,存在少量误差。如果要确定待定位矩形区域左上顶点的准确位置,就存在以下8种情况,如图4所示。

由于扫描图像失真度极低,这使得该计算值离其准确位置非常近,因此,可以利用该计算值,搜索离其最近的表格行线和列线,得到该待定位区域左上顶点的准确位置,搜索方法如图5所示。

图5中描述了:当计算位置落在其准确位置的右上端时,在水平方向上,由计算值向后搜索到最近直线的步数小于向前搜索到最近直线的步数,因此,由计算值搜索获得的列线应该在其左边。同理,在垂直方向上,获得的行线应该在其下边。根据该算法,如图6所示,计算值C必须落在虚线矩形框范围内(虚线矩形框是由准确位置P四周四个矩形中心的连线构成)。这对于扫描仪分辨率为300DPI且格子边长不小于5mm的扫描图像来说,一般都会满足。

另外,由于计算误差,在校正、细化后的图像中,直线上的点会有偏移。因此,搜索行线时,上、下偏移1个像素,算作是在一条直线上;搜索列线时,左、右偏移1个像素,算作是在一条直线上;为了不受手写符号以及打印文字的影响,可利用待定位矩形区域的宽和高为参考值,确定判断直线的阈值;由于细化后,表格线可能存在少量断裂,要移动(搜索列线时,向下移动;搜索行线时,向前移动;)计算值C的位置,找直线,再确定最近的直线;如果在某个方向搜索时没有找到直线,就置该方向的搜索结果为一个很大的数,比如100 000,以便比较,确定该方向的最小值。

为了避免当计算值落在表格线上时,搜索直线错误,可以这样解决:搜索前,先将该位置相应地移动一个像素。比如:向前搜索时,就先向后移动一个像素;向后搜索时,就先向前移动一个像素;接着再搜索直线。

3 实验结果及分析

使用CPU主频2.0GHz、内存2GB的计算机,选取如图1中所示的选票3进行实验。该选票是单页选票,它有2个选举项、选举项1的候选人不分类别、选举项2含有2个候选人类别,共有3个候选人表格,43个表格格子需要定位识别。选票图像是A4纸、分辨率为300DPI的扫描图像,43个格子定位完需要0.578秒。若选取选票1(单页,1个选举项,2个候选人类别,2个候选人表格,2个另选人表格,59个需定位的格子),则需要0.594秒。在该程序中,一共有6页选票的选票格式数据,它们存储在链表中。定位时,需要从这些链表中查找出对应表格格子的位置数据,将它们转化为选票图像的像素位置,从而实现定位。本实验采用的方法是链表的顺序查找,效率不高。所以,当选票格式数据很多时,如何存储数据、实现快速查找就很重要了。

选票图像的倾斜校正是非常重要的。实践中,采用Hough变换,由于运算量大,实现速度慢,不利于快速性要求;并且当扫描图像本身倾斜很小时,采用该变换、获得倾斜率,再校正,效果并不好。而采用本文提到的倾斜校正方法,速度快、但计算误差使得直线上的点仍然有微小的偏差。

4 结语

本文充分利用选票中矩形码所在图像中的位置、选票设计中已知的位置数据以及表格的结构特点,在进行一些基本的图像预处理之后,通过先计算获得待定位区域的大致位置,再搜索表格线获得准确位置,从而实现表格图像识别的快速定位。这种方法不仅有利于提高选票图像识别速度,而且选票版面可以更复杂、适用范围可以更广。但是,这种方法要求选票表格线较粗(当扫描仪分辨率为300DPI时,8个像素宽,才比较可靠),图像质量比较好,图像几乎无失真。对于扫描图像,是有效的;而对于视频图像,由于存在较严重的失真,还需进一步研究其改进的方法。

参考文献

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[5]肖刚,刘海萍,陈久军,等.基于无向图的选票版面结构理解算法[J].计算机工程,2008,34(18):223-225.

[6]沈军强,肖刚,高飞,等.基于表格线游程的选票图像几何结构识别[J].计算机工程,2009,35(17):187-189,192.

扫描方法篇7

扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope),简写为SEM,是出现于上世纪60 年代的一种大型分析仪器。在抽真空的状态下,主要是用其来反映样品表面的立体形貌[1]。扫描电子显微镜技术是将电子光学技术及精密仪器结构学中的知识完美地结合到实际操作中。扫描电子显微镜具有观察的视场大,钨灯丝光源对样品表面状态辐射污染较小,分辨率高,景深大,可以完成动态延展时的观察且图像清晰等优点,因此,广泛应用于材料科学(纳米硅溶胶材料、导电银浆材料、太阳能背板材料、锂电膈膜材料、功能膜材料)、半导体材料及生产工艺控制等领域[2]。

由于待测样品表面凹凸不平及样品中所含物质成分相互位置的多样性,在获得扫描电镜图像时,往往会出现图像缺陷问题,不能得到样品真实的三维形貌。只有认识到产生缺陷的原因,才可能确立解决方案,进而改进方法拍摄出高质量的图像。本文以S-3400N为例,对应用扫描电镜过程中的图像缺陷问题进行讨论[3，4]。

2 实验部分

2.1 实验材料及实验试剂

DC膜来自乐凯研究院第二研究室;PMMA样品来自乐凯研究院有机研究室;锂电隔膜来自乐凯研究院第三研究室;TAC膜来自乐凯TAC膜生产车间;去离子水自产。

2.2 实验仪器

科尔帕默超声波分散器,美国芝加哥科尔帕默公司;超声波清洗器,保定全一电子设备有限公司;离子溅射仪,日立公司;扫描电子显微镜,日立公司(S-3400N)。

2.3 实验样品制备

(1)在脱脂棉上滴加3 滴去离子水,保证其完全湿透,对DC膜(5×5 cm)表面进行清洁,剪出5×5mm的膜样品。

锂电隔膜及TAC膜(5×5 cm),完全置于加有80 m L去离子水的烧杯中,超声波清洗器15 min。样品取出后放在通风橱中自然晾干,剪出5×5 mm的膜样品。

取出PMMA样品2 滴加入6 m L去离子水中,置于超声波分散器30 s。样品混合均匀后,用毛细滴管占取1 滴,滴到由福尔马膜覆盖的铜网上,在红外灯下干燥;

(2)DC膜(5×5 mm)、锂电隔膜(5×5 mm)、TAC膜(5×5 mm)及含有PMMA样品的铜网粘在导电胶带上,固定在样品台上;

(3) 将粘有各种样品的样品台放入离子溅射仪中镀金(18 m A×40 s)。

2.4 SEM测试

镀金后的样品放入扫描电子显微镜的样品室中,在抽真空状态下,观测各种样品在不同加速电压与观测时间不等时,样品的形貌特点。

3 扫描电镜图像缺陷的分类及影响因素

图像缺陷主要分为:图像变形、样品形貌细节不清晰、明暗不均匀、分辨力下降、样品受损等。

扫描电镜最基本的成像功能是二次电子成像[5]。由于样品表面形貌各异,当钨灯丝电子束光源作用于样品上时,由于各个位点的作用角具有明显差异,激发的二次电子数量与检测器接收的信号多少都不同,总之,形成了强度不等的二次电子信息。

二次电子的产出受测试样品本身化学性质的不同、样品形状的不同、观察条件设置的不同、扫描电镜自身性能的不同及人员操作方法迥异等方面的影响,因此,二次电子形成的图像往往会出现不同程度的缺陷,表现为荷电效应、电子损伤、边缘效应及污染等方面,为了得到理想的扫描电子显微镜图像,必须对其影响因素进行控制。

4 影响扫描电镜图像质量因素的解决方法

4.1 荷电效应的解决方法

当电子束照射到不导电样品时,由于样品表面沉积了相当可观的电荷,又极度缺乏对地导电的有效途径,会形成放电现象,使得入射电子束偏离正常路径,最终造成图像失真,这种现象为荷电效应[6]。

经过实验得出减少荷电效应的方法。

(1)导电法

通过离子溅射仪镀金过程使样品本身导电,当入射电子束照射到样品上时,吸收电子经样品台导向“地”来消除所沉积的电荷。如图1 所示,DC膜样品本身导电性差,未应用离子溅射仪镀膜时,在扫描电镜下观测,图象呈现出明暗不均匀的状态。如图所示,通过离子溅射仪镀膜后,DC膜样品图像细节明显。

图1导电性差的DC膜样品,未镀膜时,图象明暗不均匀Fig l The image is bright but non-uniform,when The coat with poor conductivity is without coating.

(2)降低电压法

入射电子照射到样品上会激发出二次电子,当二次发射电子数与入射电子数相等时,样品不带电。除此情况外,样品往往因为失掉或吸收电子而带电。把加速电压降低,使得入射电子数量与二次电子发射数相等,即无荷电效应。如图3 所示,降低加速电压后,在扫描电镜下观测PMMA样品图像不会出现明显变形。如图4 所示,降低加速电压后,在扫描电镜下观测锂电隔膜图像清晰可见。

图4在加速电压10 KV时,PMMA样品图像无形变;在加速电压5KV时,锂电隔膜图像细节清晰可见Fig 4 PMMA samples image becomes invisible with the accelerating voltage of 10 KV.The details of the Lithium battery diaphragm image clearly visible with the accelerating voltage of 5 KV.

(3)快速观察法

在荷电效应不显著时,快速观测并获得图像。或者在样品的一端先调焦、对中、消象散,将测试中各组参数值调试到最佳状态后再到感兴趣的区域进行拍照,这样更易得到满意的图像。如图5、图6 所示,在加速电压相同时,拍摄耗时越短,在扫描电镜下观测得到的样品图像细节越清楚。

(4)低真空观察法

扫描电子显微镜的分析方式都是在高真空下完成,一旦检测样品属于不导电材料,将其置于高真空下测试,由于入射电子在样品表面的过度堆积,造成图像假象,很难得到准确的样品表面图像[7]。

在低真空状态下,应用扫描电子显微镜对样品行测试,可解决对不导电待测样品进行离子溅射喷金等一系列繁琐操作后,还无法得到满意图像的问题,这是一种操作简单且具有较高可行性的全新分析方式。通过采用一级压差光阑,实现了两路高空路线。可实现低真空分析方式的扫描电子显微镜具备透镜内分路真空系统,有力削弱了不导电材料表面的充电现象。在低真空工作模式下,可用机械泵对不导电样品进行直接观测。在对低致密多孔材料、陶瓷及有机纤维等样品的测试分析中发挥着显著作用[8]。

但是,低真空模式下的操作容易造成镜筒污染,损伤扫描电子显微镜本身性能,进而缩短了钨灯丝的有效工作时间,因此这种分析方式只能偶尔使用。如图7 所示,在低真空模式时低倍观测DC膜样品形貌清晰,就是分辨率低。如图8 所示,通常状态在高真空模式下低倍观测DC膜图像清晰。

图8在高真空模式下低倍观测DC膜形貌特征明显Table 8 Under high vacuum mode at low magnification,the DCfilm characteristics is clearly visible.

4.2 边缘效应的解决方法

当入射电子束作用到样品凹凸不平的边缘区域时,由于这部分区域的二次电子发射数极大,获得图象中这些区域,比如测试样品的边缘会极亮,形成图象亮度反差,这种情况为边缘效应。

经过实验证实降低加速电压,边缘效应会有所减弱,可以得到理想的高质量照片。如图9、图10 所示,降低加速电压后在扫描电镜下观测PMMA样品,发现图像边缘区域清晰可见。

图10加速电压15 KV时,PMMA样品边缘区域较清晰,但边缘效应无法完全消除Fig l0 The edge of the PMMA sample area is clear with the accelerating voltage of 15 KV.

4.3 电子束损伤的解决方法

聚合物材料抗热性较差,入射电子束照射到样品表面时,照射点附近区域温度骤升,因此,样品内部化学结构断裂,导致样品表面出现损伤,无法得到正常图像。

经过实验发现电子束损伤不能完全避免,但可以通过降低加速电压、用低倍率快速观察和拍照或延长离子溅射仪喷镀金属膜时间的方法降低其损伤程度。如图11、图12 所示,降低加速电压后,同等时间条件下在扫描电镜下观测TAC膜,其表面细节清晰可见。

图11加速电压为15 KV,80 s,导致TAC膜表面出现明显的膨胀现象,样品严重损伤Fig l1 The TAC film surface is expand with the accelerating voltage of 15 KV.

图12加速电压5 KV,80 s扫描,得到TAC膜真实的表面形态Fig l2 The TAC film surface is clear with the accelerating voltage of 5 KV.

4.4 污染的解决方法

待测样品本身不够清洁或扫描电子显微镜内腔受到污染都会影响拍摄结果。

实验发现污染的问题能彻底规避。

(1)预处理时,在不破坏样品表面结构的前提下,对膜材料进行轻轻擦拭清洗,确保其表面细节清晰可见。进过一系列处理后,放入扫描电子显微镜样品仓中的样品一定是完全干燥的;

(2)粉状待测样品在制备过程中用量要适宜,不要出现物质相互重叠的现象,确定其本身生化性质稳定,通过高真空分析检测后,测试样品状态稳定;

(3)要避免高分子样品,比如PMMA样品因发热带来的污染;

(4)避免入射电子束对测试样品某一区域的较长时间照射,电子束作用到样品上产生的各种气体也会对扫描电子显微镜本身性能造成影响。如图13所示,在制样过程中未对样品表面进行彻底清洁,实验过程中对样品局部又进行长时间的电子束照射后,在扫描电镜下观测TAC膜发现明显变化。

图13加速电压15 KV,20s时,电子束较长时间照射下,TAC膜严重受损Fig l3 The TAC film that electron beam irradiate on can be burn when accelerating voltage is 15.0kv and irradiation time is more than 20s.

5结论

本文通过对测试样品的SEM观测,阐述了由于荷电效应、边缘效应、电子损伤以及污染造成图像失真的原因及解决方法。由于测试样品的类型繁多,其微观结构的不规则性易出现图像缺陷等问题,这些缺陷的形成一部分原因是可避免的人为因素,更重要的是要考虑SEM本身性能及成像原理。通过长期及大量的实验得出下列方法,如降低电压法、快速观测等可以减少图像缺陷的产生。在平时测试中,对于不同的样品,要根据其独特性,进行不同的分析方式,多次重复并且调试各组测试参数,拍摄得出最佳图片。

摘要：扫描电子显微镜对待测样品的要求极其严格,样品一定要不含水分、无磁性、无毒性且成分稳定,不导电和导电性差的样品要通过离子溅射仪镀膜,它是样品进行微观分析时的重要实验手段。本研究以各研究室送的检测样品为材料,应用扫描电子显微镜对各类样品进行表征。在具体操作时会出现荷电效应、边缘效应、电子束损伤、污染这4种常见的扫描电镜图像缺陷,分析了其影响因素,提出可以通过使样品导电法、降低电压法、快速观察法及减少污染法等方法解决图像缺陷问题,并展示了结果。

扫描方法篇8

关键词：卫星通信,圆锥扫描,接收机,相位,交叉耦合,跟踪

在我国卫星通信事业的发展中, 雷达天线跟踪目标卫星应用越来越广泛, 有多种跟踪体制可以选用, 常用的跟踪体制有程序跟踪、单脉冲跟踪、圆锥扫描跟踪、步进跟踪。每一种跟踪方法, 都有自己的特点。其中圆锥扫描跟踪技术是由波束转换技术发展而来的, 即由波束来回转换改变为波束绕天线轴线连续旋转, 来获得目标偏离天线轴线的角位置误差信号, 由误差信号驱动角伺服系统把天线向误差减小的方向转动, 从而跟踪目标。圆锥扫描跟踪, 对接收机只在出厂前进行校相, 出厂后无需再校相, 方便使用。本文简单介绍一种圆锥扫描技术的实现方法, 以及通过单片机的定时器的延时功能调节接收机的误差电压耦合, 这种方法可以把耦合调整到最佳状态, 使天线能够精确的跟踪目标。

1 圆锥扫描跟踪原理

图1中给出了圆锥扫描跟踪原理[1]。

当目标处于天线轴线上时, 波束旋转一周, 目标回波脉冲幅度不变;当目标偏离轴线时, 波束旋转一周接收到的目标回波脉冲的幅度大小形成一个周期性的变化。这个输出的视频脉冲包络调制则包含了目标角度偏离的误差信息。包络调制的幅度正比于角偏离的大小, 其相位相对于波束扫描的相位则标示角偏离的方向。把这样的信号送给接收机, 接收机就能解算一个方位误差信号、一个俯仰误差信号, 误差信号送给伺服系统, 伺服系统就能驱动天线跟踪目标卫星。

2 圆锥扫描跟踪实现方法

在圆锥扫描跟踪系统中, 实现圆锥扫描的方法有多种, 目前主要应用的有旋转天线的馈源、章动天线馈源、旋转天线副反射面等。圆锥扫描测角跟踪原理是将波束轴偏离反射器轴, 并绕反射器轴旋转, 依次来得到当前角误差信息[2]。本文介绍的是旋转副反射面的方法。

天线副反射面后面对称放置四个接近开关, 四个接近开关的空间放置位置及顺序如图2所示。

天线幅反射面由直流电机带动旋转, 同时基片也跟着旋转, 基片与接近开关距离近时, 接近开关上面的灯亮, 接近开关里面的三极管导通;当基片离开接近开关对面时, 接近开关上面的灯灭, 接近开关里面的三极管截止。四个接近开关依次轮流导通与截止。四个接近开关依次导通一圈为一个周期, 即为扫描周期。扫描的频率的变化可以控制电机的转速实现。四个接近开关依次轮流导通时序图如图3所示。

3 通过移相调节耦合的原理

圆锥扫描跟踪系统馈源输出的信号包络中含有角误差信息, 包络函数相对于波束扫描位置的相位含有方向信息[3]。一对相位检波器利用从单片机送来的参考输入完成角跟踪误差信号的检测。这两个检波器实际上是求点积的器件, 他们的正弦波频率是扫描的频率, 而相互之间有一定的相位关系, 以至于从一个检波器获得俯仰角误差, 而从另外的检波器获得方位角误差。在天线对准目标后, 以A-E两轴的天线为例来说, 当天线方位偏离目标时 (在波束范围内) , 方位误差电压明显增大, 俯仰误差电压很小;当天线俯仰轴偏离目标时 (在波束范围内) , 天线方位不动, 俯仰误差电压明显增大, 方位误差电压很小。这是比较理想的情况, 这样天线跟踪比较平稳。如果天线方位偏离目标, 俯仰不动, 方位误差电压, 俯仰误差电压都很大的情况, 即方位和俯仰角跟踪误差相互偶合, 天线跟踪目标时, 天线晃动很厉害, 不仅使机械结构磨损厉害, 也使天线无法跟踪目标。因此可以通过调节相位, 使方位俯仰的误差电压耦合降到最小, 这样才能使天线平稳的跟踪目标。

4 移相的实现方法

由于接收机要解调出方位误差电压、俯仰误差电压, 需要我们提供基准信号。给接收机的基准的时序可以通过微处理器的IO口输出高低电平实现。方位基准信号与俯仰基准信号相差90°。图3上半部分是提供基准的示意图, 可以通过控制提供基准的时间来达到移相得目的。笔者使用的单片机型号为C8051F040, 此单片机有5个定时器。在单片机中启用一个定时器, 以定时器延时起动进入中断的方法达到移相得目的。如果圆锥扫描频率为5HZ, 对应于接近开关依次顺序导通一周为360度, 360度对应于200ms。由于接近开关的信号已经送入单片机的IO口, 可以采样相邻两个接近开关信号电平, 来判断是否扫描频率已经达到5Hz, 如果采样频率到达5Hz, 可以通过程序实现图3所示的时序图。可以计算定时器第一次延时启动的时间, 把这个时间换算成定时器第一次启动的延迟常数, 这个实现起来比较简单, 具体方法如下;

笔者使用的单片机的时钟频率为22118400, 定时50ms的时间常数为22118400/12/5/4;单片机的一个中断对应90°, 所以移相一度对应的定时器常数为92160/90=1024;以定时器2为例。

定时器初始化的函数

其中THETA为要移的相位与1024的乘积。

给接收机送基准是在定时器中断里实现的, 实现的程序如下所示。

其中SIN为方位基准信号, COS为俯仰基准信号。这两个信号是送给接收机的。把方位误差电压和俯仰误差电压用示波器显示出来, 通过改变THETA值, 即通过改变定时器第一次进入中断的时间常数达到移相得目的, 耦合大小可以在示波器上面显示出来。通过移相值把接收机输出的误差电压交叉耦合调整到最小, 这样天线在跟踪目标时, 运动比较平稳, 也不会丢失目标。

5 结束语

本文讲述的在圆锥扫描跟踪系统中通过移相的方法调节接收机方位误差电压、俯仰误差电压的耦合, 可以把交叉耦合调整到一定的范围内。交叉偶合越小, 跟踪天线运动越平稳, 跟踪精度越高。本文讲述的方法简单, 易于用程序实现, 并且这种方法在实际项目中成功运用, 取得了良好的效果。工程实际运用表明此方法具有一定的推广价值。

参考文献

[1]王德存, 丁家会, 程望东, 等.精密跟踪测量雷达技术[M].北京:电子工业出版社, 2006:24-27.

[2]赵来定, 胡正飞, 曹伟, 等.卫星通信圆锥扫描跟踪[J].现代雷达, 2006, 28 (3) :76-78.

扫描新潮管理篇9

编者按：近期有很多读者反应，《中国电子商务》杂志还是应该增加一些有关企业经营管理、商业管理等方面的内容。我们认为这个建议非常好。《中国电子商务》杂志除关注电子商务的应用外，也一直希望为读者提供有价值的商务管理内容，同时希望读者能够将自己从管理实践中总结的心得奉献出来和大家进行交流。从本期开始，我们开始特别增加“商务涅槃”和“新锐管理”两个版块，欢迎商界新老管理精英参与这个平台的建设，一展风采。

企业管理三要素

企业成败得失的经验教训，使人们越来越觉得管理企业应该有一个切实可行的方案，总结起来大体包括三个方面的内容。

一是完善现代化管理机制。现代化的管理制度包括产权、责权和财务制度的明确，建立公正、公开、公平的人才平台等，包括现代化的营销观念、现代化的财务制度、现代化的决策组织和优秀的企业文化。

二是确立企业发展的目标和方向。企业目标的制定要从企业实际情况、人才现状和市场现状出发，建立短期和长期目标，建立正确的人才观，集合企业所有员工的长处，形成一个良性运转的流水线。

三是企业领导应管好自己身边的人。对各级企业领导身边的工作人员、家属、子女和亲戚，可以制定“三要三不”制度，要教育、要关心、要约束，不求“官”，不调岗，不求情。

壮大企业避“两情”

咨询专家沈玉龙：发达国家自工业革命起就在不断探索企业管理的路子，与西方理性主义的文化传统一脉相承，西方企业管理也走上了一条理性主义管理道路，因此他们非常注重科学化管理，如泰勒制、工艺分析、精益生产、量化管理、六西格玛等。与此相比，中国企业则秉承了中国文化的人文主义传统，强调的是大的原则和面上的东西，大多数企业的管理是粗放型、经验型的状态，主要特征是感情主义的管理。所谓感情主义的管理，是指凭未经科学分析的主观判断与决策做管理，在企业规模壮大之时，如果再用这种方法做管理，就会漏洞百出，忙于应付，而成效很低。用一句话概括，感情主义的管理就是“人治”，成败与否取决于企业领导者的主观状态和决策的正确性。在一个行业利润空间极大的时代，成本是无足轻重的因素，而在一个逐步成熟平均利润下降的时代，管理的功夫逐渐显得重要，而这功夫，恰恰是中国企业的“短板”。为此，企业必须告别感情主义的管理，设计出科学的生产管理系统。

值得关注的是，相当一部分企业认识到了管理的重要性，但走向了另一个极端，即理想主义的管理。近年来，国外各种新的管理学说纷纷进入中国，学习型组织、客户关系管理、扁平化组织、ERP等层出不穷，有的老总不加分析地引入企业，结果是不了了之，热过一阵就悄然无声，或者失败。究其原因，错不在于这些先进理论，而在于我们接受的方法及思考问题的着眼点，试想，让一个小学生去学博士生的课程，会是何种结局？不加选择地不明事理地学习西方管理方法，这是一种理想主义的管理，在现实中并无操作性。

海尔的首席执行官张瑞敏先生就清醒地指出：西方国家的企业管理已走过了四个阶段，而我们连一个都没走好，为了赶超西方企业并与之共舞，必须从现实出发，用足够的耐心争取打实基础，四步并成一步走。为此，海尔用了17年时间。

在当前管理决胜负的时代，企业必须告别感情主义、理想主义的管理，使管理回归到现实主义、理性主义的道路上。

超越“儒商”做“哲商”

世界青年成功学会副会长吴甘霖：“儒商”不是商人的最高境界，最高境界是“哲商”——哲人与商人的结合。商人分为三个境界：第一种境界是“草商”——虽然文化水平不高，但富有冒险精神的“草莽英雄”；第二种境界是儒商——以知识武装自己的商人。第三种境界是哲商———哲人与商人的结合。比尔·盖茨、李嘉诚、稻盛和夫都是哲商。哲商除了以全面、系统、辩证的哲学智慧来指导经营外，更重要的是有着一种超越经济的价值观。如日本的稻盛和夫，提出“以心为本的利他经济学”，“利润是副产品”等理念，都贯穿着一种哲商精神，给企业界以很大启示意义。

银行管理

商行经营管理“五方面”

中国光大银行沈阳分行行长郭心敏认为，当前我国商业银行经营管理要从五个方面着手：

第一、完善商业银行负债业务管理；

第二、强化资产业务的运作与管理；

第三、积极开展商业银行中间业务的经营与管理；

第四、注重强化风险管理；

第五、实施科技先导战略。

项目管理显神威

农行系统第一位国际项目管理专家石智勇就任长期亏损的陵县支行行长后，进行了剥皮掉肉式的人事改革，创建了扁平化的、“市场驱动型”的组织构架；实行捆绑式的、“利益驱动型”的薪酬考评体系，推出了“柔性管理”的一系列措施，使职工每天都有成就感，极大地调动了职工的积极性。到2003年一季度，农行陵县支行一跃成为德州分行中名列前茅的支行，存款猛增1.2亿元，存款余额达到5亿多元，相当于前五六年的总和，并采用承债式租赁的方式盘活资产3000万元。

石智勇：“扁平化”管理机制，俗称“打通金字塔”，也就是老百姓说的一杆子戳到底，其显著的特点是分权。传统的管理机制是竖条形的，是集权制，中间环节很多，一个措施从制定、传达，到落实、反馈，需要很长的时间，效率非常低。实行“扁平化”的管理机制后，中间环节大大减少，效率当然也就提高了。

银行就是一个企业，其经营管理的过程中的问题与其它企业毫无二致。创新非常关键，“点子”就是创新在微观上的一些体现。比如，各事业部是个独立的整体，绩效工资上不封顶，如果业务是由某个事业部独立完成的，那么，他们的揽储维护费、绩效工资等就可拿到100％；如果需要由行长参与公关，那么就只能拿70％，行长是一种资源，不能无偿使用；如果需要其它部门协助，就根据情况按比例分成。这样各事业部在拉业务上都千方百计地独立完成。这些点子实际上反映了一种经营思路和管理思想，思路或思想是道，点子只是术而已。

在管理学上有两种理论：X理论和Y理论。一种认为人天生是恶的，充满了破坏性，是叛逆的、不服从的，这种理论主张对人进行惩罚，注重从“不允许人干什么”的角度来管理人；另一种理论则认为，人天生是善的，渴望成就和渴望被认同，是顺从的、协作的，这种理论主张对人要多鼓励，注重从目标激励的角度来管理人。前一种理论是消极的，是大棒；后一种理论才是积极的，是胡萝卜。世界上大的企业，好的企业都是采用后一种理论，并以此为中心来建设自己的企业文化。

作为一个领导，重要的职责就是让员工成功，不可能存在员工都不成功而领导成功的单位。人的一生就是一个经营自己的过程，每个人都要因为经营一点什么而活着，有的是为了收入，有的是为了地位、荣誉，关键是这种经营要有价值。我们现在所做的就是在经营职工自己的未来。

IPv6环境下漏洞扫描方法研究篇10

一、IPv6环境下漏洞扫描产品遇到的问题

一般来讲, 漏洞扫描产品在进行漏洞扫描时可分为4个过程:主机发现、端口发现、服务识别、漏洞检测。在IPv6环境下, 漏洞扫描产品的这几个过程都会受到较大影响, 由于地址空间爆炸的增长, 主机发现过程在IPv6协议下将不得不采用新的技术, 并且随着IPv6协议地深入应用, 大量的设备接入网络, 系统、服务识别和漏洞检查也将面对各自全新的问题。

1. 主机发现过程遇到的问题。

主机发现过程是漏洞扫描的前提, 其目的是确定目标网络上的主机是否可达。这是信息搜集的初始阶段, 它将直接影响到后续的扫描。主动探测发现是目前扫描器产品使用最多的方式, 发现过程是通过ICMP协议或构造异常IP报头等技术, 逐一发送给目标主机, 通过分析响应报文来得知主机是否存活可达。

2. 资产管理的问题。

使用漏洞扫描产品的主要目标是用于风险评估, 业内对漏洞的风险评估会从漏洞严重性、资产重要性、威胁带来的影响等几个方面进行, 其中资产管理是漏洞扫描产品必不可少的功能。在IPv6时代, 采用128位的IP地址, 并使用16进制来表示, IP地址格式如fe80:fd9a:1d3a:ced8:7e8e, 这样的一串地址对于人类的阅读和记忆将是极大的挑战。

3. 更多的应用所带来的问题。

IPv6的应用不仅仅是从技术上解决了IP地址空间枯竭的问题, 更是下一代互联网深入发展的基础, 今后办公室中的打印机、路由器、每个人的手机、甚至家中的电视机、冰箱、空调、音响都会分配到1个地址, 最终会完成理想中的物联网搭建。其实物联网技术在2011年深圳大运会的“智能化大运村”已经亮相。在这种情况下的网络安全将显得尤为重要, 多种类型设备接入网络, 对于漏洞扫描产品也带来了系统识别上的问题。

二、IPv6环境下的漏洞检测方法

1. 多种方式完成主机发现。

(1) 利用NDP (邻居发现协议) 。NDP是IPv6协议中的关键部分, 它替代了IPv4中的ARP (地址解析协议) 、ICMP路由发现和重定向协议。NDP协议可以用于发现相邻节点及其存活的状态, 通过获取NDP相邻节点的高速缓存, 能够实现本地网络被其他IPv6主机发现。

(2) 通过代理主机访问NDP缓存。该方法仍然是利用NDP协议的原理, 对于不同的子网, 事先指定1台已知主机, 通过在主机上执行命令获取该子网的存活主机地址。在实际产品实现上, 可在目标子网中部署一个轻量级的代理设备来完成这个工作。

(3) 通过网关设备。网络数据会经过路由交换等网关类设备转发, 获取和分析这些数据, 对漏洞扫描产品的主机发现过程具有很高的价值。通过网关设备发现主机, 漏洞扫描产品需要有一个学习的过程才能获得稳定的主机列表, 在实际实现过程中可以边发现边扫描, 以提升产品的用户体验。

2. 用域名来管理资产。

在IPv6协议下, DNS (域名系统) 将变得非常重要。用域名来表示资产, 是资产管理的一个有效手段。在主机发现过程结束后, 可以使用IP地址DNS服务器反向查询, 从而获取主机域名, 形成资产清单。同样的道理, 这需要用户提交复杂的IPv6地址来进行扫描, 这样漏洞扫描产品的用户体验将很差。优秀的设计应该是利用资产管理功能来实现, 由用户通过选择资产或提交采用域名表达的主机给漏洞扫描产品, 进行对应的漏洞扫描。

3. 及时更新产品知识库。

IPv4和IPv6会在相当长的一段时间内并存, IPv6的引入, 不可避免的为现有的服务和应用带来新的安全隐患, 目前披露的IPv6相关漏洞已超过100个, 漏洞扫描产品也要及时更新漏洞库, 适应IPv6环境下的漏洞检测。此外, 互联网的发展, 会使网络中涌入大量的应用设备, 漏洞扫描产品的知识库也需要进行及时补充。

三、结论

上一篇对教材的思考（精选十篇）