時間：2022-08-12 19:06:18
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1概述
圖像監控系統在工業、郵電、銀行等部門應用較多，在電力系統的應用尚處于初期和推廣階段。該系統將現場攝像機攝得的圖像通過一定的通訊通道傳到監視中心，即可以清晰地看到現場的實際情況。圖像監控在電力系統中有以下功能和特點：
（1）適用于無人值班變電所，監視變電所的設備運行和操作狀況、發熱情況，解決防火、防盜問題，并逐漸與操作人員現場操作的遠方監視相結合，必要時各監控中心的圖像信息數據要上局計算機網絡，供網絡用戶察看。
（2）由于變電所之間距離較遠，通常幾十公里，甚至上百公里，通訊是用光纖、微波或電話線等方式進行連接，圖像信號傳到監控中心必須經過壓縮和解壓縮，因此圖像質量較之現場的模擬信號稍有損失，必須選擇好的壓縮和解壓縮的方式以盡量減少圖像的損失。
（3）變電所設備的圖像監視以靜態物體為主，
動態物體為輔（如操作、防盜等）；監視平時需登高或帶電位置的設備情況，如滲油、發熱、冒煙等狀況；電力大樓的各管理、監視用戶通過MIS網的終端進行監控。
（4）要有撤防和布防功能。當變電所有人工作時，要撤防，以免誤報警。當變電所位于無人狀態時，要布防。
（5）控制功能的主要對象是云臺和鏡頭，包括云臺的左右旋轉、上下俯仰、鏡頭聚焦、光圈調整和變焦變倍功能。對于多個云臺和鏡頭的控制，一般采用諸如89C51，8031等單片機加以選擇和控制。
2電力系統圖像監控的組成
無人值班變電所的圖像監控主要由攝像機、云臺、編碼器、解碼器、畫面分割器、視頻監視器等部分組成。另外，還需與照明系統和防火、防盜系統相結合，成為一個完整的監控系統。
2.1攝像機（包括云臺）
攝像機可分為：黑白、彩色、廣角、調焦、一體化等多種，適用于不同情況，技術參數也各不相同，黑白攝像機適用于光線不充足地區及夜間無法安裝照明設備的地區，可選的分辨率通常高于彩色攝像機。彩色攝像機可以觀察設備的紅綠燈等情況。一般在變電所采用彩色攝像機，經費緊張或攝像機數目較多時，在電容器室、電纜層等地可采用黑白攝像機；門廳可采用廣角鏡頭的攝像機；控制室、開關室宜采用連帶鏡頭、自動光圈的攝像機，對準目標后能迅速自動調整，不會因支架的抖動或人工因素造成調整困難；球型一體化攝像機是將攝像機、光學鏡頭、全方位云臺、解碼驅動器以及附屬的底座和防護罩，集成在一個單元中，可以嵌入天花板、吸頂安裝或支架安裝，適用于室外和主控室墻壁距監控屏較遠的地區。室外攝像機還可內置自動溫感排風和自動防霜裝置，可進行64點全方位預置，隨時對2～3臺主變油位、中性點閘刀、電容器以及圍墻外場景進行監視，總體上降低成本。
此外由于壓縮方式對圖像的限制，如果圖像傳遞后清晰度最高只能做到640×480，則攝像機的只要選擇480線水平清晰度即可，不必選擇太高清晰度，以免增加造價。
2.2視頻監視器
監視器可分多種：工業監視器、電腦屏幕、電視機、數十臺監視器組成的電視墻等，可以根據實際需求進行選擇。一般采用計算機作為監視器的，易于操作和控制，由于要顯示多畫面圖像，宜采用17英寸以上的屏幕。采用電視機作為監視器，價格便宜，但圖像線數較低，對圖像要求較低的場合比較適用；工業監視器清晰度較好，但控制和調節參數的靈活度不如計算機，條件允許的情況下可以采用計算機和工業監視器并用的方式。
2.3畫面分割器
使用畫面分割器能同時顯現前端多個攝像機輸出的畫面。它分為固定式的四畫面分割器和4個以上的多畫面分割器。在監控室用計算機進行監視時，易采用4畫面分割設備，既使每個畫面比較清晰，容易觀察，又可以觀看多個圖像；4個以上的畫面比較小，且設備的價格比較高。
2.4編解碼設備及相應的圖像數據壓縮技術
遠程的圖像傳輸涉及到圖像的壓縮和解壓縮，一般編碼器放置在變電所的控制室內，將現場的圖像數據壓縮為數字信號，傳送到監控中心，解碼器放置在監控中心，解開壓縮的數據。編碼器和解碼器是互相對應的。有一對一的配置方式，也有一對多的配置方式。基于主機的視頻圖像壓縮技術有面向硬件的和面向軟件的（如Intel的In－deo）兩大類。面向硬件的是基于DCT變換（離散余弦變換）等，有如下三種不同的算法：
（1）視頻圖像壓縮算法DVI（數字視頻交互），壓縮后圖像數據率為1．5Mbps。
（2）用于綜合業務數字網（ISDN）通信中的H．261算法。
（3）用于動態圖像壓縮的MPEG標準，目前有MPEG1，MPEG2，MPEG4三種算法。其中MPEG1的圖像質量與家用電視系統相近，壓縮后的數據率為1Mbps～2Mbps，亮度信號的分辨率為360×240，色度信號的分辨率為180×120，每秒30幀。MPEG2算法的原始目標是對每秒30幀的720×572分辨率的視頻信號進行壓縮，壓縮后的數據傳輸速率為5Mbps～10Mbps。
目前應用較多的為H．261，MPEG1和MPEG2三種方式，由于變電所的圖像是靜態和動態相結合，以靜態為主，因此三種方式都適合，當然，高倍率的數據壓縮是以損失原始數據信息量為代價的，會影響到傳輸圖像的質量。
3圖像監控系統方案的比較
3.1監控與通訊
（1）監控方式
1）由調度或監控中心（在局大樓內）統一監視、控制，適用于變電所數量不多，分布較集中的電力局。
2）由若干監控中心分別監控變電所，再將圖像上傳到局大樓的方式，三級結構，適用于變電所數量較多，分布較廣的地區。
3）監控中心與MIS網終端應有一定的優先級，一般來說，監控中心優先控制和操作，MIS終端只能監視和切換畫面，兩者不能有沖突．（2）通訊與傳輸方式
圖像視頻信號的傳輸途徑有多種：一點多址小微波、音頻電纜擴頻通訊傳輸、光纖2M數據口傳輸、電話電纜傳輸等方式。從實際應用效果來看，光纖傳輸效果最好。用電話線傳輸圖像容易產生斷續現象，不利于觀察防火、防盜現象，但觀察靜態事物，尚可應用。
圖像監控系統的分布與通訊通道的布置有關，有以下幾種方式：變電所與監控中心有直接的通訊連接；變電所與局大樓有直接的光纖連接，監控中心再與局大樓有通訊連接，兩種情況考慮的方案應有所不同。
信息傳輸通常采用TCP／IP和網絡組波（Multicast）的技術，最大限度利用了網絡的傳輸性能和網絡帶寬，避免網絡的擁塞．
3.2信息壓縮形式
（1）硬件壓縮、軟件解壓的方式
用一個軟件就能解決所有的解壓縮問題，且升級換代容易，降低了成本，MIS網上的計算機只要安裝相應的軟件并授權，就可以成為一臺功能齊全的監控主機，但穩定性較硬件為差，同一監控中心的變電所之間兼容性差。
（2）硬件壓縮、硬件解壓的方式
穩定性好，若采用一對多解碼器，成本較低，但兼容性差；若采用一對一編解碼器，只要總體設計原理相同，不受產品限制，但主站的控制軟件也不具備兼容性，且監控中心的解碼設備數量繁多，若監控中心的通訊通過調度中心轉發，則電力大樓的硬件設備也很多，且需要兩套編解碼設備，上網需要兩次壓縮解壓縮。
3.3控制界面操作
主站軟件在控制云臺方面的操作有兩種方式：
（1）界面提供專業控制面板，用鼠標點擊相應的方向進行控制。
（2）直接在圖形界面上引導云臺的轉動方向，鼠標指針向哪個方向滑動云臺就朝相應方向轉動。
后種方式對于監控人員來說，非常方便，易于操作。
可以在電子地圖上直接用鼠標雙擊獲得遠程終端的圖像和對應攝像機切換和控制權。地圖可完全模擬相應變電所環境，方便操作人員尋找攝像機和快速切換。
3.4發熱報警裝置
變電所設備發熱也是比較常見的問題，時間一長，容易造成事故。可以采用兩種方法監視無人值班變電所的發熱狀況：
（1）用紅外攝像機進行監視報警，成本較高。
（2）用金屬片發熱變色，攝像機自動巡回檢測后自動報警，比常規的紅外測溫儀要方便很多。金屬片一般裝設在開關或變壓器的端頭位置。
3.5無線攝像機和無線對講設備
采用無線攝像機和無線對講設備，當變電所有人巡視或操作時，隨身攜帶以便于遠方監視，防止走錯間隔或誤操作。為今后變電所單人操作監視的運行方式做好技術準備。
無線攝像機體積小，且通常鏡頭和發射天線均包含在其中，發射功率小，傳送距離較近，大多在100m之內能接收。因此無線接收接口必須配置在適當的位置（一般在主控室），以保證信號的暢通。
無線攝像機可以做成帽式或手提式。由實踐得知，帽式在頭上運行人員走動時經常發生抖動，難以迅速聚焦，而手提式結構可視角度大，輕巧便利，比較切合單人操作攝像。
3.6其他設備
（1）升降車。室外一體化攝像機由于架設位置比較高，天長日久玻璃面罩積灰，攝像質量嚴重下降，定期安排清掃又受到安全距離影響，因此可設計為升降機結構，只在第一次安裝調試時需要停電，以后的維護極為方便。
（2）滑軌。開關室的結構一般成行排列，只設一個或少量的攝像頭無法看清每個開關柜的狀況，無法對運行提供依據。設多個攝像機既增加成本，也存在死角。因此設計和開發步進馬達式的電動滑軌裝置，操作人員在遠方就能控制攝像機前后左右移動，靈活方便，又降低造價。
（3）組合電纜。電力系統對電纜有特殊要求：阻燃、防火、防小動物，目前市場上還無鎧裝的視頻電纜，因此可以設計將控制電纜、視頻電纜、電源電纜三合一，制成鎧裝阻燃電纜，既對高壓電磁場起到良好的屏蔽作用，又方便安裝和施工。
4其他輔助系統的接入
4.1防火、防盜裝置
在沒有考慮變電所圖像監控時，防火、防盜裝置也是作為無人值班變電所的必要條件提出的，它結合綜合自動化輸出兩個綜合信號，存在的缺陷是經常出現誤報，由于綜合信號無法得知什么區域發生火警和盜警，工作人員趕到現場，可能為時已晚。
如果能將防火、防盜結合圖像監控系統，就可以解決上述問題。采用警情聯動功能，當發生報警時，立即啟動攝像機，可以得知是哪個區域發生報警，是否誤報，重要情況還可啟動自動錄像裝置，為事故分析提供條件。
目前絕大多數廠家生產的火災、防盜報警控制器不具備報警規約的輸出功能，或只有一個開關量接點輸入，因此防火、防盜設備與圖像監控的結合需要合作開發，且火災報警控制器要經中國消防產品質量認證，控制器可采用RS232標準接口與上位機通訊。
與防火、防盜設備相連，探測報警信號源有以下幾種：煙感探測器、熱感紅外線控測器、微波物體移動感知器、開關、玻璃破碎感知器等等。一般無人值班變電所大多采用前三種探測器。若經濟條件較好，可采用多種探測器相結合的方式。為減少單一探測原理裝置易產生的誤報，可以將紅外、微波、超身等探測方法組合成雙鑒式，即基于兩種原理的復合式報警器。
4.2變電所照明系統
圖像監控裝置啟動變電所照明有兩種方案：
（1）攝像機上安裝射燈，可以隨著攝像機的轉動而轉動，遠方控制，靈活性高，但亮度范圍有所限制。
（2）啟動變電所的照明電源，當有警情或遠方控制時，可以開啟變電所相應位置的燈光，亮度范圍廣、效果好。
4.3長延時錄像機
監控中心在采用計算機監控時，可用計算機硬盤錄像，必要時采用雙硬盤備份，但硬盤錄像時往往計算機運行速度就很慢，不能同時調用圖像或控制。但很多情況下可以在監控中心外接長延時錄像機進行錄像。24h的長延時錄像機比較理想，每日只需更換一盤錄像帶。訊協議對于子站的技術、通訊接入以及MIS的聯網都大有影響，因此一旦主站方案選定后，再采用另一家廠家的產品，很難兼容和接入，對系統的圖像質量也很有影響。如果有多個監控中心，雖然不同主站各自可以采用不同的系統，但是如果要聯入MIS網，又將會互相沖突。因此在考慮安裝圖像監控系統時，一定要有一個總體的方案。一般變電所內需要監視的位置有：
（1）主變：油位，中性點接地閘刀，端頭的發熱情況。
（2）開關室：監視開關室的人員出入及開關操作的正確性，及面板上的微機保護或自動化裝置的面板。
（3）門廳：監視進出的人員。
（4）電容器室：防盜、防火監視。
（5）主控室：監視設備、直流系統、自動化裝置等設備的讀數，計算機等設備的防盜，運行人員的現場情況等。
（6）電纜層：防火。
集各有關單位的人員進行討論，特別是運行人員對攝像頭的布置，通訊人員對通訊的接入和設備調試，計算機人員對于MIS網的接入和設置，保衛人員結合防火、防盜等都要有一個綜合的考慮，新建的變電所應在投產之前進行布線和設備安裝等需要停電的工作，改造的變電所要結合檢修一起施工。在施工中應注意：
ABasicResearchonMutualConstructionandSharingofLibrary
InformationResourceunderNetwork
MaYuejinLinLanying
（QiyangTeachersCollege，Gansuxifeng）
Abstract:Thispaperdealswiththenecessityofconstructingtheinformationresourcecollectivelyamonglibraries,thenanalyzesthefactorsinfluencinginformationresourcesharedandconstructed,finally,presentssomecomments.
Keywords:networkenvironmrntlibraryinformationresourcesconstructionandsharing
網絡環境下圖書館信息資源的共建共享是指各級各類圖書館根據用戶對社會信息的需求，通過網絡利用計算機、通信、電子、多媒體等先進的信息技術，高度理想化地對各館藏信息資源和網絡資源進行綜合協作開發和利用的活動。
1信息資源的共建共享是未來圖書館開發和利用信息資源的必由之路
市場經濟的迅猛發展，網絡技術的不斷更新，信息時代的到來，決定了未來圖書館的發展趨勢是實行信息資源的共建共享，關于這一點已經達成社會共識。這是由于：
1.1圖書館實行信息資源共建共享是解決知識信息劇增與館藏力不足這一矛盾的重要途徑
目前，我國已成功地加入了WTO，世界經濟格局開始進行重新定位，同時信息時代的到來，知識信息的與日激增，書刊數量的急劇增長對于信息容量相對較大的每一圖書館來說，由于諸多因素的影響，其收藏力相對低下，對業已產生的知識信息根本不可能盡包盡容，各圖書館孤立地為各類用戶提供方便快捷的信息服務愈顯力不從心。況且各圖書館各自為政，固定用戶對現有館藏的利用率不高，對信息資源的浪費極為痛心。例如我校圖書館自97年以來購置的數10萬元的學術期刊光盤，極少有人問津，但是，相對迫切需要此類信息資源的其他用戶，只能望而興嘆。還有就是用戶普遍需求的同類信息資源，各圖書館競相購置，以滿足當地用戶的需要，造成目前這種對文獻信息資源的低水平重復購置的局面。因此，統一籌劃、多方位、多渠道、立體化合理共建共享信息資源正是解決這一矛盾的重要途徑。
1.2實行圖書館信息資源共建共享是用戶的迫切需求
隨著社會的發展，科學技術的不斷進步，用戶對信息資源的需求方式及內容也產生了根本性的變化。用戶不再滿足于單一的館藏信息服務，迫切需要的是內容新穎全面、類型完整、形式多樣、來源廣泛的信息。用戶的這種全方位、綜合化的信息需求，顯然不是一個圖書館所能夠滿足的，多個信息單位協作進行信息資源共建共享已成為信息服務界急需解決的問題。用戶對知識信息的需求還反映在要求所需信息的電子化、網絡化，這就需要圖書館加強對文獻信息資源的電子化組織和迅速實現網絡化的工作，通過對知識信息進行分析、綜合、整序，以新的、序列化的知識單元提供給用戶。如果每個圖書館單獨進行這些工作，是遠遠不能滿足用戶需求的。
2網絡環境下影響圖書館信息資源共建共享的因素
2.1積極因素：
2.1.1網絡為圖書館提供了一個全新的信息環境。Internet網、中國教育科研網以及中國信息網的開通與互聯，為圖書館信息資源共建共享提供了良好的條件，特別是Internet網成功地采用了TCP/IP（傳輸控制協議和網際互聯協議），TCP/IP采用的互交換技術，解決了不同硬件平臺、不同網絡產品和不同操作系統之間的兼容性問題。任何計算機只要采用TCP/IP協議與因特網中的任何一臺主機通信，都有可能成為因特網的部分，進行大規模的網絡互聯，自由地選擇利用各種網絡服務，順利地實現信息資源的共建共享。
2.1.2部分國家或地區圖書館相繼協議協作，不斷推進著圖書館信息資源共建共享的進程。聯合國教科文組織在《公共圖書館宣言》中提出的“開放”思想，在促進我國圖書館信息資源共建共享由封閉向開放，由被動向主動，由淺層向深層，由粗放向效益密集轉變的過程中起到了積極的推動作用。我國圖書館信息資源共建共享是從20世紀50年代國務院批準公布《全國圖書館協調方案》起開始的，但那時信息資源的共建共享還處在萌芽階段，從20世紀90年代開始，信息資源的共建共享注入了虛擬圖書館和跨行業通過網絡協作的特征。如1999年1月，由中國國家圖書館召集，全國各行業系統的圖書情報機構在北京發出了《全國文獻信息資源共建共享倡議書》并共同簽署了《全國圖書館館際互借公約》。
2.2不利因素：
2.2.1管理體制的滯后制約著圖書館信息資源共建共享的進一步發展。管理體制是圖書館信息資源共建共享的關鍵因素，起著統籌規劃、全面協調的作用。圖書館的管理決定著信息資源共建共享的活動能力、規模、形式和效益，一個圖書館的性質任務、規章制度、館藏特色、服務手段、服務方式等也極大地影響著其在信息資源共建共享中的水準。網絡環境孕育了嶄新的管理觀念，并呼喚著與之相適應的管理體制，但是從我國目前圖書情報系統的狀況來看，仍處在無章可循的狀態，傳統的條塊分割各自為政的縱向管理體制極大地影響著圖書館信息資源共建共享的進程。
2.2.2部分館員的專業水平和思想理念的滯后也制約著圖書館信息資源共建共享的進一步發展。網絡環境下圖書館員應具備“專家型”素質，他們除擔負傳統的圖書館業務工作以外，還應充分利用先進的信息技術，對館藏資源和網絡資源進行深層次開發，去偽存真，有效地抵制信息垃圾，以健康有序的全方位信息資源滿足用戶。但在我國西部等經濟欠發達地區的圖書館，從事圖書情報及信息技術的工作人員素質普遍存在著學歷偏低、專業知識結構老化，新的信息技術人才嚴重缺乏，一些領導思想認識不足，對圖書館繼續教育工作缺乏積極支持等，比較嚴重地阻礙著信息資源共建共享工作的進展。
2.2.3現代信息技術發展應用的局限性也制約著圖書館信息資源共建共享的進一步發展?，F代信息技術的應用也有不斷發展的過程，目前的一些技術也存在一定的缺陷，如計算機及其配件市場比較混雜，升級換代頻繁，給信息技術工作者的選擇帶來困難；通信線路傳輸速率低，尤其是在傳遞多媒體信息時更顯能力不足。集成管理系統缺乏標準化，如在多平臺技術方面，多數未采用C/S技術，客戶端的應用程序不支持字符終端；在網絡功能上，多數未采用Z39.50協議、HyperLink技術。各級種類圖書館發展不平衡，有些圖書館還缺乏利用現代信息技術的能力。
除此之外，網絡環境下制約圖書館信息資源共建共享的因素還有諸多網絡信息的安全與否、正當的知識產權能否得到有效的保護、部分信息霸權主義能否消除、緊缺的圖書館經費能否得以保障等。
3網絡環境下如何對圖書館信息資源進行共建共享
3.1建立圖書館信息資源共建共享的法律保障體系
完備的法制建設是圖書館信息資源共建共享工作的行動指南。信息資源的共建共享是一個需要多行業參與和協作的系統工作，為了協調不同行業之間的利益和職責，需要制定相應的政策法規，規范各方面的行為，以確保各方的利益不受侵害。即將出臺的我國《圖書館法》及與之相配套的法律法規，必需對信息資源共建共享的社會地位、經費保障、各成員的權利和義務，以及信息資源共建共享的體制和運行機制、總體布局等做出明確規定；必需對信息資源共建共享引起的一系列問題，如版權保護、文獻復制、傳遞、編目、檢索、互借等，要制定統一運作的標準規范；必需高起點、創造性地預測可能會產生的各種問題和矛盾的解決途徑及辦法。保證廣
大用戶能夠充分利用公共信息，以能夠承受的價格及時、平等、公平地分享到信息資源共建共享的益處。
3.2規范圖書館信息資源共建共享體制上的保障措施
我國圖書館界分成公共、科研、高校及工會等幾個系統，管理松散，不利于未來圖書館信息資源共建共享的發展。合理的體制應該是多元化的、立體的、綜合的。最好建立統一協調、條塊分割、布局合理，能確保進行宏觀調控的管理體系。建立一個全國性信息資源管理職能機構，負責全國信息資源建設、布局、共享及優勢互補的總體規劃和組織實施全國各系統、各地區圖書館合理配置信息資源，對其信息資源共建共享統一協調管理，對自動化、網絡化建設與發展等進行統一規劃和指導。橫向上，在省一級加強各省學會的功能，以便協調和統一各類圖書館信息資源共建共享，減少重復投資與建設。縱向上，各系統加強領導。如高校圖書館可以在教育部的領導下進行統一的協調與管理，目前實施的CALS工程就是一個很好的示范，可以使高校圖書館按學科合理地配置信息資源，并達到共有、共建、共享的目的，由此帶動整個高校圖書館事業健康良性地向前發展。
3.3普及使用新技術
21世紀，圖書館的體系結構將由傳統和實體圖書館向實體圖書館和虛擬圖書館并存轉移，用戶要求的是可以在任何地方（包括跨地域）、任何時候自由地咨詢、搜索、利用虛擬圖書館及傳統圖書館中的信息資源，不受借閱時間、期限與區域的限制，是信息資源真正共享的“大公共圖書館”服務模式。這就迫切需要各圖書館積極投入普及使用中文信息處理技術、縮微技術、數據庫技術、多媒體技術、光盤技術、網絡通訊技術、虛擬現實及計算機應用等新技術，引進適應圖書館信息資源共建共享發展需求的現代技術設備及掌握該技術的人才，所有圖書情報工作人員及其他廣大科技人員應結合圖書館信息資源共建共享進行系統軟件的開發、設計和制作，加強圖書館局域網、廣域網及Internet網等系統工作人員高級技能的培訓普及以及深層次繼續教育，為圖書館信息資源共建共享提供良好的技術保障。
3.4加強網絡建設，確保圖書館信息資源共建共享的順利實施
首先，應建立一個全國齊全、運轉迅速的信息資源共建共享網絡和資源布局保障系統，同時加強各級各類圖書館的特色館藏建設，統一系統網絡環境軟、硬件和技術支持。其次，加強圖書館信息資源的數據庫建設，盡快完成全國聯合目錄數據庫的建設。第三，在圖書館信息資源共享網絡中心，建立公共查詢系統，以集體契約方式購買全國聯合編目中心的MARC數據和國外的文摘索引類書目信息數據庫，通過成員館的分工協作，建立全國的館藏聯合目錄和公共查詢系統。第四，建立規范化的電子交換書目數據庫，圖書館可以此來、登錄、催缺、加工預訂目錄和新書報道。在此基礎上建立統一協調的聯合采購機構，從宏觀上對信息資源的合理配置進行調控。第五，建立統一的館際互借系統，處理館際互借的相互聯絡、借出館的信息資源在庫情況、預約借閱等。
參考文獻
1劉彩虹，楊玉紅.論圖書館文獻信息服務的創新.圖書館工作與研究，2002（1）
1．引言
近20多年來，醫學影像已成為醫學技術中發展最快的領域之一，其結果使臨床醫生對人體內部病變部位的觀察更直接、更清晰，確診率也更高。20世紀70年代初，X-CT的發明曾引發了醫學影像領域的一場革命，與此同時，核磁共振成像象(MRI:MagneticResonanceImaging)、超聲成像、數字射線照相術、發射型計算機成像和核素成像等也逐步發展。計算機和醫學圖像處理技術作為這些成像技術的發展基礎，帶動著現代醫學診斷正產生著深刻的變革。各種新的醫學成像方法的臨床應用，使醫學診斷和治療技術取得了很大的進展，同時將各種成像技術得到的信息進行互補，也為臨床診斷及生物醫學研究提供了有力的科學依據。
在目前的影像醫療診斷中,主要是通過觀察一組二維切片圖象去發現病變體,往往需要借助醫生的經驗來判定。至于準確的確定病變體的空間位置、大小、幾何形狀及與周圍生物組織的空間關系,僅通過觀察二維切片圖象是很難實現的。因此,利用計算機圖象處理技術對二維切片圖象進行分析和處理,實現對人體器官、軟組織和病變體的分割提取、三維重建和三維顯示,可以輔助醫生對病變體及其它感興趣的區域進行定性甚至定量的分析,可以大大提高醫療診斷的準確性和可靠性。此外,它在醫療教學、手術規劃、手術仿真及各種醫學研究中也能起重要的輔助作用。
本文對醫學圖像處理技術中的圖像分割、紋理分析、圖像配準和圖像融合技術的現狀及其發展進行了綜述。
2．醫學圖像三維可視化技術
2.1三維可視化概述
醫學圖像的三維可視化的方法很多，但基本步驟大體相同，如圖.。從#$/&’(或超聲等成像系統獲得二維斷層圖像，然后需要將圖像格式（如0(#1&）轉化成計算機方便處理的格式。通過二維濾波，減少圖像的噪聲影響，提高信噪比和消除圖像的尾跡。采取圖像插值方法，對醫學關鍵部位進行各向同性處理，獲得體數據。經過三維濾波后，不同組織器官需要進行分割和歸類，對同一部位的不同圖像進行配準和融合，以利于進一步對某感興趣部位的操作。根據不同的三維可視化要求和系統平臺的能力，選擇不同的方法進行三維體繪制，實現三維重構。
2.2關鍵技術：
圖像分割是三維重構的基礎，分割效果直接影像三維重構的精確度。圖像分割是將圖像分割成有意義的子區域，由于醫學圖像的各區域沒有清楚的邊界，為了解決在醫學圖像分割中遇到不確定性的問題，引入模糊理論的模糊閥值、模糊邊界和模糊聚類等概念。快速準確的分離出解剖結構和定位區域位置和形狀，自動或半自動的圖像分割方法是非常重要的。在實際應用中有聚類法、統計學模型、彈性模型、區域生長、神經網絡等適用于醫學圖像分割的具體方法。
由于可以對同一部位用不同的成像儀器多次成像，或用同一臺儀器多次成像，這樣產生了多模態圖像。多模態圖像提供的信息經常相互覆蓋和具有互補性，為了綜合使用多種成像模式以提供更全面的信息，需要對各個模態的原始圖像進行配準和數據融合，其整個過程稱為數據整合。整合的第一步是將多個醫學圖像的信息轉換到一個公共的坐標框架內的研究，使多幅圖像在空間域中達到幾何位置的完全對應，稱為三維醫學圖像的配準問題。建立配準關系后，將多個圖像的數據合成表示的過程，稱為融合。在醫學應用中，不同模態的圖像還提供了不互相覆蓋的結構互補信息，比如，當CT提供的是骨信息，MRI提供的關于軟組織的信息，所以可以用邏輯運算的方法來實現它們圖像的合成。
當分割歸類或數據整合結束后，對體數據進行體繪制。體繪制一般分為直接體繪制和間接體繪制，由于三維醫學圖像數據量很大，采用直接體繪制方法，計算量過重，特別在遠程應用和交互操作中，所以一般多采用間接體繪制。在圖形工作站上可以進行直接體繪制，近來隨著計算機硬件快速發展，新的算法，如三維紋理映射技術，考慮了計算機圖形硬件的特定功能及體繪制過程中的各種優化方法，從而大大地提高了直接體繪制的速度。體繪制根據所用的投影算法不同加以分類，分為以對象空間為序的算法（又稱為體素投影法）和以圖像空間為序的算法!又稱為光線投射法"，一般來說，體素投影法繪制的速度比光線投射法快。由于三維醫學圖像的繪制目的在于看見內部組織的細節，真實感并不是最重要的，所以在醫學應用中的繪制要突出特定診斷所需要的信息，而忽略無關信息。另外，高度的可交互性是三維醫學圖像繪制的另一個要求，即要求一些常見操作，如旋轉，放大，移動，具有很好的實時性，或至少是在一個可以忍受的響應時間內完成。這意味著在醫學圖像繪制中，繪制時間短的可視化方法更為實用。
未來的三維可視化技術將與虛擬現實技術相結合，不僅僅是獲得體數據的工具，更主要的是能創造一個虛擬環境。
3．醫學圖像分割
醫學圖像分割就是一個根據區域間的相似或不同把圖像分割成若干區域的過程。目前,主要以各種細胞、組織與器官的圖像作為處理的對象，圖像分割技術主要基于以下幾種理論方法。
3.1基于統計學的方法
統計方法是近年來比較流行的醫學圖像分割方法。從統計學出發的圖像分割方法把圖像中各個像素點的灰度值看作是具有一定概率分布的隨機變量,觀察到的圖像是對實際物體做了某種變換并加入噪聲的結果,因而要正確分割圖像,從統計學的角度來看,就是要找出以最大的概率得到該圖像的物體組合。用吉布斯（Gibbs）分布表示的Markov隨機場(MRF)模型,能夠簡單地通過勢能形式表示圖像像素之間的相互關系,因此周剛慧等結合人腦MR圖像的空間關系定義Markov隨機場的能量形式,然后通過最大后驗概率(MAP)方法估計Markov隨機場的參數,并通過迭代方法求解。層次MRF采用基于直方圖的DAEM算法估計標準有限正交混合(SFNM)參數的全局最優值,并基于MRF先驗參數的實際意義,采用一種近似的方法來簡化這些參數的估計。林亞忠等采用的混合金字塔Gibbs隨機場模型,有效地解決了傳統最大后驗估計計算量龐大和Gibbs隨機場模型參數無監督及估計難等問題,使分割結果更為可靠。
3.2基于模糊集理論的方法
醫學圖像一般較為復雜，有許多不確定性和不精確性，也即模糊性。所以有人將模糊理論引入到圖像處理與分析中，其中包括用模糊理論來解決分割問題?；谀：碚摰膱D形分割方法包括模糊閾值分割方法、模糊聚類分割方法等。模糊閾值分割技術利用不同的S型隸屬函數來定義模糊目標，通過優化過程最后選擇一個具有最小不確定性的S函數，用該函數表示目標像素之間的關系。這種方法的難點在于隸屬函數的選擇。模糊C均值聚類分割方法通過優化表示圖像像素點與C各類中心之間的相似性的目標函數來獲得局部極大值，從而得到最優聚類。Venkateswarlu等[改進計算過程，提出了一種快速的聚類算法。
3.2.1基于模糊理論的方法
模糊分割技術是在模糊集合理論基礎上發展起來的,它可以很好地處理MR圖像內在的模糊性和不確定性,而且對噪聲不敏感。模糊分割技術主要有模糊閾值、模糊聚類、模糊邊緣檢測等。在各種模糊分割技術中,近年來模糊聚類技術,特別是模糊C-均值(FCM)聚類技術的應用最為廣泛。FCM是一種非監督模糊聚類后的標定過程,非常適合存在不確定性和模糊性特點的MR圖像。然而,FCM算法本質上是一種局部搜索尋優技術,它的迭代過程采用爬山技術來尋找最優解,因此容易陷入局部極小值,而得不到全局最優解。近年來相繼出現了許多改進的FCM分割算法,其中快速模糊分割(FFCM)是最近模糊分割的研究熱點。FFCM算法對傳統FCM算法的初始化進行了改進,用K-均值聚類的結果作為模糊聚類中心的初值,通過減少FCM的迭代次數來提高模糊聚類的速度。它實際上是兩次尋優的迭代過程,首先由K-均值聚類得到聚類中心的次最優解,再由FCM進行模糊聚類,最終得到圖像的最優模糊分割。
3.2.2基于神經網絡的方法
按拓撲機構來分,神經網絡技術可分為前向神經網絡、反饋神經網絡和自組織映射神經網絡。目前已有各種類型的神經網絡應用于醫學圖像分割,如江寶釧等利用MRI多回波性,采用有指導的BP神經網絡作為分類器,對腦部MR圖像進行自動分割。而Ahmed和Farag則是用自組織Kohenen網絡對CT/MRI腦切片圖像進行分割和標注,并將具有幾何不變性的圖像特征以模式的形式輸入到Kohenen網絡,進行無指導的體素聚類,以得到感興趣區域。模糊神經網絡(FNN)分割技術越來越多地得到學者們的青睞,黃永鋒等提出了一種基于FNN的顱腦MRI半自動分割技術,僅對神經網絡處理前和處理后的數據進行模糊化和去模糊化,其分割結果表明FNN分割技術的抗噪和抗模糊能力更強。
3.2.3基于小波分析的分割方法
小波變換是近年來得到廣泛應用的一種數學工具，由于它具有良好的時一頻局部化特征、尺度變化特征和方向特征，因此在圖像處理上得到了廣泛的應用。
小波變換和分析作為一種多尺度多通道分析工具，比較適合對圖像進行多尺度的邊緣檢測，典型的有如Mallat小波模極大值邊緣檢測算法[6
3.3基于知識的方法
基于知識的分割方法主要包括兩方面的內容:(1)知識的獲取,即歸納提取相關知識,建立知識庫；(2)知識的應用,即有效地利用知識實現圖像的自動分割。其知識來源主要有:(1)臨床知識,即某種疾病的癥狀及它們所處的位置；(2)解剖學知識,即某器官的解剖學和形態學信息,及其幾何學與拓撲學的關系,這種知識通常用圖譜表示；(3)成像知識,這類知識與成像方法和具體設備有關；(4)統計知識,如MI的質子密度(PD)、T1和T2統計數據。Costin等提出了一種基于知識的模糊分割技術,首先對圖像進行模糊化處理,然后利用相應的知識對各組織進行模糊邊緣檢測。而謝逢等則提出了一種基于知識的人腦三維醫學圖像分割顯示的方法。首先,以框架為主要表示方法,建立完整的人腦三維知識模型,包含腦組織幾何形態、生理功能、圖像灰度三方面的信息；然后,采用“智能光線跟蹤”方法,在模型知識指導下直接從體積數據中提取并顯示各組織器官的表面。
3.4基于模型的方法
該方法根據圖像的先驗知識建立模型,有動態輪廓模型(ActiveContourModel,又稱Snake)、組合優化模型等,其中Snake最為常用。Snake算法的能量函數采用積分運算,具有較好的抗噪性,對目標的局部模糊也不敏感,但其結果常依賴于參數初始化,不具有足夠的拓撲適應性,因此很多學者將Snake與其它方法結合起來使用,如王蓓等利用圖像的先驗知識與Snake結合的方法,避開圖像的一些局部極小點,克服了Snake方法的一些不足。Raquel等將徑向基網絡(RBFNNcc)與Snake相結合建立了一種混合模型,該模型具有以下特點:(1)該混合模型是靜態網絡和動態模型的有機結合；(2)Snake的初始化輪廓由RBFNNcc提供；(3)Snake的初始化輪廓給出了最佳的控制點；(4)Snake的能量方程中包含了圖像的多譜信息。Luo等提出了一種將livewire算法與Snake相結合的醫學圖像序列的交互式分割算法,該算法的特點是在少數用戶交互的基礎上,可以快速可靠地得到一個醫學圖像序列的分割結果。
由于醫學圖像分割問題本身的困難性，目前的方法都是針對某個具體任務而言的，還沒有一個通用的解決方法。綜觀近幾年圖像分割領域的文獻，可見醫學圖像分割方法研究的幾個顯著特點：（1）學者們逐漸認識到現有任何一種單獨的圖像分割算法都難以對一般圖像取得比較滿意的結果，因而更加注重多種分割算法的有效結合；（2）在目前無法完全由計算機來完成圖像分割任務的情況下，半自動的分割方法引起了人們的廣泛注意，如何才能充分利用計算機的運算能力，使人僅在必要的時候進行必不可少的干預，從而得到滿意的分割結果是交互式分割方法的核心問題；（3）新的分割方法的研究主要以自動、精確、快速、自適應和魯棒性等幾個方向作為研究目標，經典分割技術與現代分割技術的綜合利用（集成技術）是今后醫學圖像分割技術的發展方向。
4．醫學圖像配準和融合
醫學圖像可以分為解剖圖像和功能圖像2個部分。解剖圖像主要描述人體形態信息，功能圖像主要描述人體代謝信息。為了綜合使用多種成像模式以提供更全面的信息，常常需要將有效信息進行整合。整合的第一步就是使多幅圖像在空間域中達到幾何位置的完全對應，這一步驟稱為“配準”。整合的第二步就是將配準后圖像進行信息的整合顯示，這一步驟稱為“融合”。
在臨床診斷上，醫生常常需要各種醫學圖像的支持，如CT、MRI、PET、SPECT以及超聲圖像等，但無論哪一類的醫學圖像往往都難以提供全面的信息，這就需要將患者的各種圖像信息綜合研究19]，而要做到這一點，首先必須解決圖像的配準(或叫匹配)和融合問題。醫學圖像配準是確定兩幅或多幅醫學圖像像素的空間對應關系；而融合是指將不同形式的醫學圖像中的信息綜合到一起，形成新的圖像的過程。圖像配準是圖像融合必需的預處理技術，反過來，圖像融合是圖像配準的一個目的。
4.1醫學圖像配準
醫學圖像配準包括圖像的定位和轉換，即通過尋找一種空間變換使兩幅圖像對應點達到空間位置上的配準，配準的結果應使兩幅圖像上所有關鍵的解剖點或感興趣的關鍵點達到匹配。20世紀90年代以來，醫學圖像配準的研究受到了國內外醫學界和工程界的高度重視，1993年Petra等]綜述了二維圖像的配準方法，并根據配準基準的特性，將圖像配準的方法分為兩大類：基于外部特征（有框架）的圖像配準和基于內部特征（無框架）的圖像配準?；谕獠刻卣鞯姆椒òⅢw定位框架法、面膜法及皮膚標記法等?；谕獠刻卣鞯膱D像配準，簡單易行，易實現自動化，能夠獲得較高的精度，可以作為評估無框架配準算法的標準。但對標記物的放置要求高，只能用于同一患者不同影像模式之間的配準，不適用于患者之間和患者圖像與圖譜之間的配準，不能對歷史圖像做回溯性研究?；趦炔刻卣鞯姆椒ㄊ歉鶕恍┯脩裟茏R別出的解剖點、醫學圖像中相對運動較小的結構及圖像內部體素的灰度信息進行配準?；趦炔刻卣鞯姆椒òㄊ止そ换シ?、對應點配準法、結構配準法、矩配準法及相關配準法?；趦炔刻卣鞯膱D像配準是一種交互性方法，可以進行回顧性研究，不會造成患者不適，故基于內部特征的圖像配準成為研究的重點。
近年來，醫學圖像配準技術有了新的進展，在配準方法上應用了信息學的理論和方法，例如應用最大化的互信息量作為配準準則進行圖像的配準，在配準對象方面從二維圖像發展到三維多模醫學圖像的配準。例如Luo等利用最大互信息法對CT-MR和MR-PET三維全腦數據進行了配準，結果全部達到亞像素級配準精度。在醫學圖像配準技術方面引入信號處理技術，例如傅氏變換和小波變換。小波技術在空間和頻域上具有良好的局部特性，在空間和頻域都具有較高的分辨率，應用小波技術多分辨地描述圖像細貌，使圖像由粗到細的分級快速匹配，是近年來醫學圖像配準的發展之一。國內外學者在這方面作了大量的工作，如Sharman等提出了一種基于小波變換的自動配準剛體圖像方法，使用小波變換獲得多模圖像特征點然后進行圖像配準，提高了配準的準確性。另外，非線性配準也是近年來研究的熱點，它對于非剛性對象的圖像配準更加適用，配準結果更加準確。
目前許多醫學圖像配準技術主要是針對剛性體的配準，非剛性圖像的配準雖然已經提出一些解決的方法，但同剛性圖像相比還不成熟。另外，醫學圖像配準缺少實時性和準確性及有效的全自動的配準策略。向快速和準確方面改進算法，使用最優化策略改進圖像配準以及對非剛性圖像配準的研究是今后醫學圖像配準技術的發展方向。
4.2醫學圖像融合
圖像融合的主要目的是通過對多幅圖像間的冗余數據的處理來提高圖像的可讀性,對多幅圖像間的互補信息的處理來提高圖像的清晰度。不同的醫學影像設備獲取的影像反映了不同的信息：功能圖像（SPECT、PET等）分辨率較差，但它提供的臟器功能代謝和血液流動信息是解剖圖像所不能替代的；解剖圖像（CT、MRI、B超等）以較高的分辨率提供了臟器的解剖形態信息，其中CT有利于更致密的組織的探測，而MRI能夠提供軟組織的更多信息。多模態醫學圖像的融合把有價值的生理功能信息與精確的解剖結構結合在一起，可以為臨床提供更加全面和準確的資料。
醫學圖像的融合可分為圖像融合的基礎和融合圖像的顯示。（1）圖像融合的基礎：目前的圖像融合技術可以分為2大類，一類是以圖像像素為基礎的融合法；另一類是以圖像特征為基礎的融合方法。以圖像像素為基礎的融合法模型可以表示為：
其中，為融合圖像，為源圖像，為相應的權重。以圖像特征為基礎的融合方法在原理上不夠直觀且算法復雜，但是其實現效果較好。圖像融合的步驟一般為：①將源圖像分別變換至一定變換域上；②在變換域上設計一定特征選擇規則；③根據選取的規則在變換域上創建融合圖像；④逆變換重建融合圖像。（2）融合圖像的顯示：融合圖像的顯示方法可分成2種：空間維顯示和時間維顯示。
目前，醫學圖像融合技術中還存在較多困難與不足。首先，基本的理論框架和有效的廣義融合模型尚未形成。以致現有的技術方法還只是針對具體病癥、具體問題發揮作用，通用性相對較弱。研究的圖像以CT、MRI、核醫學圖像為主，超聲等成本較低的圖像研究較少且研究主要集中于大腦、腫瘤成像等；其次，由于成像系統的成像原理的差異，其圖像采集方式、格式以及圖像的大小、質量、空間與時間特性等差異大，因此研究穩定且精度較高的全自動醫學圖像配準與融合方法是圖像融合技術的難點之一；最后，缺乏能夠客觀評價不同融合方法融合效果優劣的標準，通常用目測的方法比較融合效果，有時還需要利用到醫生的經驗。
在圖像融合技術研究中，不斷有新的方法出現，其中小波變換在圖像融合中的應用，基于有限元分析的非線性配準以及人工智能技術在圖像融合中的應用將是今后圖像融合研究的熱點與方向。隨著三維重建顯示技術的發展，三維圖像融合技術的研究也越來越受到重視，三維圖像的融合和信息表達，也將是圖像融合研究的一個重點。
5．醫學圖像紋理分析
一般認為圖像的紋理特征描述物體表面灰度或顏色的變化,這種變化與物體自身屬性有關,是某種紋理基元的重復。Sklansky早在1978年給出了一個較為適合于醫學圖像的紋理定義:“如果圖像的一系列固有的統計特性或其它的特性是穩定的、緩慢變化的或者是近似周期的,那么則認為圖像的區域具有不變的紋理”。紋理的不變性即指紋理圖像的分析結果不會受到旋轉、平移、以及其它幾何處理的影響。目前從圖像像素之間的關系角度,紋理分析方法主要包括以下幾種。
5.1統計法
統計分析方法主要是基于圖像像素的灰度值的分布與相互關系,找出反映這些關系的特征?；驹硎沁x擇不同的統計量對紋理圖像的統計特征進行提取。這類方法一般原理簡單,較易實現,但適用范圍受到限制。該方法主要適合醫學圖像中那些沒有明顯規則性的結構圖像,特別適合于具有隨機的、非均勻性的結構。統計分析方法中,最常用的是共生矩陣法,其中有灰度共生矩陣(graylevelco-occurrencematrix,GLCM)和灰度—梯度共生矩陣。杜克大學的R.Voracek等使用GLCM對肋間周邊區提取的興趣區(regionofinterest,ROI)進行計算,測出了有意義的紋理參數。另外,還有長游程法(runlengthmatrix,RLM),其紋理特征包括短游程優勢、長游程優勢、灰度非均勻化、游程非均勻化、游程百分比等,長游程法是對圖像灰度關系的高階統計,對于給定的灰度游程,粗的紋理具有較大的游程長度,而細的紋理具有較小的游程長度。
5.2結構法
結構分析方法是分析紋理圖像的結構,從中獲取結構特征。結構分析法首先將紋理看成是有許多紋理基元按照一定的位置規則組成的,然后分兩個步驟處理（1）提取紋理基元；（2）推論紋理基元位置規律。目前主要用數學形態學方法處理紋理圖像,該方法適合于規則和周期性紋理,但由于醫學圖像紋理通常不是很規則,因此該方法的應用也受到限制,實際中較少采用。
5.3模型法
模型分析方法認為一個像素與其鄰域像素存在某種相互關系,這種關系可以是線性的,也可以是符合某種概率關系的。模型法通常有自回歸模型、馬爾科夫隨機場模型、Gibbs隨機場模型、分形模型,這些方法都是用模型系數來表征紋理圖像,其關鍵在于首先要對紋理圖像的結構進行分析以選擇到最適合的模型,其次為如何估計這些模型系數。如何通過求模型參數來提取紋理特征,進行紋理分析,這類方法存在著計算量大,自然紋理很難用單一模型表達的缺點。
5.4頻譜法
頻譜分析方法主要基于濾波器理論，包括傅立葉變換法、Gabor變換法和小波變換法。
1973年Bajcsy使用傅立葉濾波器方法分析紋理。Indhal等利用2-D快速傅立葉變換對紋理圖像進行頻譜分析,從而獲得紋理特征。該方法只能完成圖像的頻率分解,因而獲得的信息不是很充分。1980年Laws對圖像進行傅氏變換,得出圖像的功率譜,從而提取紋理特征進行分析。
Gabor函數可以捕捉到相當多的紋理信息,且具有極佳的空間/頻域聯合分辨率,因此在實際中獲得了較廣泛的應用。小波變換法大體分金子塔形小波變換法和樹形小波變換法(小波包法)。
小波變換在紋理分析中的應用是Mallat在1989年首先提出的,主要用二值小波變換(DiscreteWaveletTransform,DWT),之后各種小波變換被用于抽取紋理特征。傳統的金字塔小波變換在各分解級僅對低頻部分進行分解,所以利用金字塔小波變換進行紋理特征提取是僅利用了紋理圖像低頻子帶的信息,但對某些紋理,其中高頻子帶仍含有有關紋理的重要特征信息(如對具有明顯的不規則紋理的圖像,即其高頻子帶仍含有有關紋理的重要特征)得不到利用。使用在每個分解級對所有的頻率通道均進行分解的完全樹結構小波變換提取特征,能夠較全面地提取有關紋理特征。
由于醫學圖像及其紋理的復雜性，目前還不存在通用的適合各類醫學圖像進行紋理分析的方法，因而對于各類不同特點的醫學圖像就必須采取有針對性地最適合的紋理分析技術。另外，在應用某一種紋理分析方法對圖像進行分析時，尋求最優的紋理特征與紋理參數也是目前醫學圖像紋理分析中的重點和難點。
6．總結
隨著遠程醫療技術的蓬勃發展，對醫學圖像處理提出的要求也越來越高。醫學圖像處理技術發展至今，各個學科的交叉滲透已是發展的必然趨勢，其中還有很多亟待解決的問題。有效地提高醫學圖像處理技術的水平，與多學科理論的交叉融合、醫務人員和理論技術人員之間的交流就顯得越來越重要。多維、多參數以及多模式圖像在臨床診斷（包括病灶檢測、定性，臟器功能評估，血流估計等）與治療（包括三維定位、體積計算、外科手術規劃等）中將發揮更大的作用。
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Abstract:Inthispaper,wepresenttwodifferentinterfacesbetweendigitalaimagesensorsandaprocessorforembedsystems,I/OmodeandDMW(DirectMemoryWrite)mode.InI/Omode,processorcanreadimagedatathroughI/Oport,andtheinterfaceissimple.InDMWmode,imagedatacanbewriteintoRAMdirectlywhileaprocessorissuspended.
Keywords:EmbedSystem,ImageCapture,ElectronicCircuit
一、引言
隨著半導體技術的飛速發展，具有圖像功能的嵌入式應用愈來愈多。從數碼相機、可視電話、多功能移動電話等消費產品到門禁、數字視頻監視等工業控制及安防產品，圖像采集和處理已成為重要的組成部分之一。圖像采集需要進行同步信號的處理，比通常的A/D數據采集過程復雜，電路的設計也較為困難。傳統PC上的圖像采集卡都是在Philips、Brooktree等半導體公司提供的接口芯片基礎上，由專業公司開發生產。在嵌入式系統中不同的處理器和圖像傳感器的信號定義及接口方式不同，沒有通用的接口芯片。另外，利用系統中的現有資源設計圖像采集電路，可以減少器件數量、縮小產品體積和降低系統成本。所以，通常嵌入式系統中要求自行設計圖像采集接口電路。本文針對不同采集速度的要求，提出了兩種圖像采集接口電路的設計方法。
目前市場上主流的圖像傳感器有CCD、CMOS兩種器件，其中CMOS器件上世紀90年代產生，近年來得到了迅速發展。傳感器的輸出有模擬和數字兩種。由于CMOS器件功耗小、使用方便，具有直接數字圖像輸出功能，作者在設計時選用了CMOS數字輸出圖像傳感器件。其他方式器件的接口設計與此類似，將在討論中說明。
本文內容做如下安排：第二部分簡述圖像信號的特點；第三、四部分分別介紹I/O和內存直接寫入兩種接口設計方法；最后部分是討論。
二、圖像信號介紹
圖1給出了采樣時鐘(PCLK)和輸出數據（D）之間的時序關系。在讀取圖像數據時用PCLK鎖存輸出數據。除采樣時鐘（PCLK）和數據輸出(D)外，還有水平方向的行同步信號(HSYNC))和垂直方向的場同步信號（VSYNC）。對于隔行掃描器件，還有幀同步信號（FRAME）。如圖2，一幀包括兩場。圖2中窄的矩形條是同步脈沖，同步脈沖期間數據端口輸出的數據無效。
PLCK存在時，圖像數據端口連續不斷地輸出數據。由于行之間以及場之間輸出數據無效，在采集圖像數據必須考慮同步信號，讀取有效數據才能保證圖像的完整性。
三、I/O接口設計
對于MCU、DSP處理器，I/O是最方便的訪問方式之一。以I/O方式讀取圖像數據不僅可以簡化電路設計，而且程序也很簡單。但由于讀取每一個像素都要檢測狀態，在處理器速度低的情況下，讀取圖像慢。在處理器速度快或圖像采集速度要求不高的應用中，I/O接口方式是一個較好的選擇。
1、電路原理和結構
在圖像傳感器和處理器之間，利用兩個鎖存器分別鎖存狀態和圖像數據，處理器通過兩個I/O端口分別讀取。圖3中，在采樣時鐘的上升沿數據鎖存器保存傳感器輸出的圖像數據，當處理器通過I/O口讀取圖像時，數據鎖存器輸出數據。其它情況下，鎖存器輸出處于高阻狀態。處理器通過狀態鎖存器讀取同步信號和圖像就緒（Ready）指示信號。在數據鎖存器保存圖像數據的同時，狀態鎖存器產生Ready信號（從‘0’到‘1’）。處理器讀取圖像數據時，Ready信號自動清除（從‘1’到‘0’）。處理器讀取狀態時鎖存器驅動總線，其他情況下輸出處于高阻狀態。
2、圖像讀取流程
要保證圖像的完整性就必須從一場圖像的第一行開始讀取，對于隔行掃描輸出的圖像則必須從一幀的第一行開始讀取。讀取每行圖像數據時，則從該行的第一個像素開始。因此，在讀取圖像數據前應先判斷場和行的起始位置。圖4是通過I/O接口方式讀取圖像數據的流程。讀取每個像素數據前先查詢數據狀態，如果數據已準備好則讀取數據。
3、同步信號檢測
為了簡化電路設計，用處理器直接讀取同步信號，然后找出場和行的起始位置。
從圖2可以看出，處理器讀取同步信號時，信號可能處在同步脈沖狀態（‘1’）或正常狀態（‘0‘）。對于那些同步信號反向的器件，則分別為‘0’和‘1’。如果信號處于同步脈沖狀態，第一次檢測到的正常狀態就起始位置。如果信號處于正常狀態，則首先檢測到脈沖狀態，然后用同樣的方法確定起始位置。
通過上述方法可以檢測出場的起始位置和行起始位置。
4、用VHDL設計鎖存器
在應用中，以上兩個鎖存器的功能和其他邏輯集中在一起，用可編程邏輯器件實現。下面分別為它們的VHDL表示。
設DO(0-7)是鎖存器輸出端，DI(0-7)是鎖存器輸入端，DM(0-7)是中間狀態，Data_R是數據讀信號（低電平時有效），則數據鎖存器的VHDL描述為：
Process(reset,PCLK)--鎖存圖像數據
Begin
Ifreset=''''0''''then
DM<="00000000";--清除數據
ElseifPCLK''''eventandPCLK=''''1''''then
DM<=DI;--鎖存數據
Endif;
Endprocess;
Process(DM,Data_R)--讀取圖像數據
Begin
IfData_R=''''0''''then
DO<=DM;--輸出圖像數據
Else
DO<="ZZZZZZZZ"--輸出高阻
Endif;
Endprocess;
進一步設數據有效狀態為Dstatus,狀態讀寫信號為Status_R(低點平時有效)，則狀態鎖存器的VHDL描述為：
Process(reset,PCLK，Data_R)--數據有效狀態控制
Begin
Ifreset=''''0''''orData_R=''''0''''then
Dstatus<=''''0'''';--清除狀態
ElseifPCLK''''enentandPCLK=''''1''''then
Dstatus<=''''1'''';--設置狀態
Endif;
Endprocess;
Process(Dstatus,Status_R)--讀取狀態和同步信號
Begin
IfStatus_R=''''0''''then
DO0<=Dstatus;
DO1<=VSYNC;
DO2<=HSYNC;
DO3<=FRAME;
Else
DO<="ZZZZZZZZ";--高阻狀態
Endif;
Endprocess;
四、內存直接寫入接口設計
在處理器速度較慢且圖像數據輸出的頻率不能降低的情況下，采用上述I/O接口方法不能得到完整的圖像。另外，有些應用中要求能夠實時采集圖像。為此，我們設計了高速數據圖像采集方法―內存直接寫入法。由于SRAM訪問控制簡單，電路設計方便，被大量嵌入式系統采用，本文以SRAM作為存儲器。
1、電路原理和結構
內存直接寫入方法通過設計的圖像采集控制器（以下簡稱控制器）不需處理器參與，直接將圖像數據寫入系統中的內存中，實現高速圖像采集。
圖5是接口結構圖，當需要采集圖像時，處理器向控制器發出采集請求，請求信號capture_r從高到低?？刂破鹘拥秸埱竺}沖后，發出處理器掛起請求信號HOLD,使處理器的外總線處于高阻狀態，釋放出總線?？刂破魇盏教幚砥鲬餒OLDA后管理總線，同時檢測圖像同步信號。當檢測到圖像開始位置時，控制器自動產生地址和讀寫控制信號將圖像數據直接寫入內存中。圖像采集完成后，控制器自動將總線控制權交還處理器，處理器繼續運行，控制器中與采集相關的狀態復位?？刂破骺梢愿鶕叫盘柣蛟O定的采集圖像大小確定采集是否完成。
在圖5中，控制器包括同步信號檢測、地址發生器、SRAM寫控制器、總線控制器和處理器握手電路等主要部分。同步信號檢測確定每一場（幀）和每一行的起始位置；地址發生器產生寫SRAM所需的地址；SRAM寫控制器產生寫入時序；總線控制器在采集圖像時管理總線，采集完成后自動釋放；處理器握手電路接受處理器命令、發總線管理請求和應答處理器。
2、SRAM寫控制時序
采集圖像過程中，控制器自動將數據寫入到硬件設定的內存中。寫內存時，控制器產生RAM地址（A）、片選信號(/CS)、讀信號(/RD)和寫信號(/WD)，同時鎖存傳感器輸出的數據并送到數據總線(D)上。每寫入一個數據后，地址(A)自動增1。采集時/CS保持有效（‘0’）狀態而/RD處于無效狀態（‘1’）。地址A的變化必須與/WD和數據鎖存器協調好才能保證圖像數據的有效性。
圖6是控制器產生的SRAM信號時序圖。用PCLK作為地址發生器的輸入時鐘，且在其上升沿更新地址值。同樣，在PCLK的上沿鎖存數據并輸出到總線上。將PCLK反相，作為/WD信號，使得在/WD的上升沿地址和數據穩定，確保寫入數據的有效性。
3、控制器主要功能的VHDL描述
描述控制器中全部功能的VHDL代碼較長，而且有些部分是常用的（如計數器等）。圖像采集狀態產生和同步信號的檢測是其中重要的部分。下面介紹這兩部分的VHDL描述。
圖像采集狀態capture_s:
處理器的采集請求信號capture_r使capture_s從‘0’到‘1’，場地址發生器（計數器）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'''';--置狀態位
endif;
endprocess;
同步信號檢測：
只有在采集狀態capture_s有效時（‘1’）才檢測場同步信號，場同步信號下降沿置場有效狀態（vsync_s），場地址發生器溢出位vcount_o清除場有效狀態。只有在vsync_s有效情況下才檢測行同步信號，行同步信號下降沿置行有效狀態（hsync_s），行計數器溢出信號hcount_o清除行狀態。只有在行狀態有效的情況下計數器才工作，且將數據寫入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'''';--置狀態位
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'''';--置狀態位
Endif;
Endprocess;
五、討論
我們在基于TI公司的TMS320C3X系列DSP開發的嵌入式指紋圖像處理模塊中分別用上述兩種方法成功實現了指紋圖像的采集。
采用I/O接口方式最關鍵的是要求處理器的頻率遠高于圖像數據輸出的頻率。例如，如果處理的指令周期為20ns，讀取每個數據需要10個指令周期，則數據的輸出頻率不能超過5MHz，它低于一般的CMOS圖像傳感器件最快的數據輸出頻率。例如國內使用較多的OV7610和OV7620，其正常輸出數據頻率為13.5MHz。在應用過程中，通常改變傳感器中寄存器的設置值，降低其數據輸出頻率。
一、柏拉圖與孔子政治思想產生的時代背景
孔子生活在一個社會動蕩的時代。“春秋以將，禮崩樂壞，政權下移，民心不古”。公元前五世紀的中國社會處于奴隸制與封建制的交替之際，當時周天子權威日下，日益失去統治各諸侯的權力，各諸侯之間為了爭奪權利，“臣弒君、子弒父、少凌長、庶廢嫡”的行為司空見慣。
論文百事通傳統的禮儀制度失去了權威，道德規范蕩然無存?？鬃诱J為出現“禮崩樂壞”的原因在于人們缺乏寬厚仁愛之心，并且認為只有用道德的力量，才能使社會重新回到和諧的關系中，天下才能安寧。于是孔子提出了著名的“仁”學來挽救世道人心。
柏拉圖的一生正處于雅典政治急劇變革的不穩定時期。在伯羅奔尼撒戰爭期間，雅典又受到瘟疫的襲擊。人們想到明天就可能死去，于是，無視法紀，為所欲為。傳統的社會倫理道德標準和等遭到了嚴重的破壞。柏拉圖認為天下大亂的根本原因在于人們并不能真正了解知識的內涵，因而現實生活中便缺少了衡量一切事物的客觀標準。為了重建這樣一個標準來衡量一切是非曲直，柏拉圖寫下了《理想國》一書，并提出了著名的“正義論”。
孔子與柏拉圖的經歷也極其相似。青年時的他們都懷有遠大的政治抱負，但均從政不利孔子周游列國，游說于魯衛陳蔡之間；柏拉圖則遠走意大利，兩次赴色拉庫斯，希望能實現自己的政治思想。當征途失意之后，都選擇教育來推廣他們的思想：孔子興辦私學，開中國民間教育之始；柏拉圖則興辦了“阿卡德米學園”，來傳授自己的理論。
從以上的論述中我們可以看到，孔子與柏拉圖都處在天下大亂的時代，并且夠面臨同樣的問題。于是二者從各自的角度出發，提出了“仁學”和“正義論”。這兩種理論是他們思想的基礎和關鍵。
二、柏拉圖與孔子思想的相似之處
1.認同社會等級制度的合理性
在“理想國”中，柏拉圖把公民分為三種，即哲學家、軍人、生產者。認為在政治社會的角色分工中，最適合擔當政治角色的就是哲學家。軍人，則適合當統治者的輔助階級，勞動者，則適合當被統治者。柏拉圖強調著社會中統治與被統治關系的合理性。認同社會中存在著等級制度。
孔子所處的時代是春秋天下大亂的時候。奴隸制的社會倫常秩序生產顛倒與混亂，“禮崩樂壞”正是形容當時的社會情況。自周平王東遷后，周天子權利衰微，不能號令天下，齊桓晉文等霸主，“挾天子以令諸侯”。這是對禮的僭越，所以孔子認為，要安定，必須撥亂反正，必須“正名”?？鬃邮莾A向于要保護奴隸制的倫理等級制度的。
2.重視知識分子，輕視勞動者
在柏拉圖的“理想國”中，柏拉圖把哲學家放在他所設計的理想國家的權利頂峰，這是由柏拉圖的哲學認識所引伸出來的.柏拉圖說過所有城邦成員皆一土所生，互相之間親如兄弟，但是上天在鑄造哲學家時，在他們身上摻入了黃金，因而他們成為高貴的統治者；在軍人的身上摻入了白銀，所以軍人成為了統治階級的輔助者，而生產者身上摻入了銅和鐵，所以成為了被統治者。并且哲學家代表了理性，軍人代表激情，分別擁有指揮和勇敢的美德，而生產者代表著欲望，無論屬于本階級的美德，正如欲望應該被理性與激情控制，生產者是應該被統治的。
正是孔子的倡導和影響，中國社會中的一個特殊階級——“士”開始形成。這些士是從生產勞動的農、工、商階層相對獨立的知識分子階層。而所謂的“君子”，就是指“士”里面杰出的人物。而孔子的“仁學”基本構想，就是要通過道德教化，培養一批有道德理想、有文化教養的君子，然后借助君子的治理，來設計國家與社會走向文明與秩序。而孔子則把“民”當作蒙昧的一班人，“民可使由之，不可使知之”，由此可見，與上層統治者——士階層相對的是生產者，被視作無知的意思。因對生產勞動者的輕視，不鼓勵學生進行勞動生產，乃至有人批評孔子說“四體不勤，五谷不分，殊為夫子?”
三、柏拉圖與孔子思想的差別
1.文化的態度不同
理想國的教育體現了文化專制主義精神，城邦里的教育都被納入了政治軌道。教育的工作的第一項就是對原有的教育內容進行審查與刪改，描寫戰爭的恐怖的情節，會對培養公民的勇敢美德產生消極影響，所以要刪掉。統治者要制定出規則來。凡是對塑造公民勇敢的“無用的”都禁止和消滅。柏拉圖稱這是“凈化城邦”?？陀^上是在禁錮文化、扼殺藝術。
在那百家爭鳴的歲月，孔夫子自己并沒有明確提出要“罷黜百家，獨尊儒術”的類似主張。作為一名學派的創始人，他周游列國，游說諸侯采用自己的主張，也不能說明他就是排斥其他文化的。相反，孔子曾說“三人行，必有我師焉；擇其善者而從之，其不善者而改之”的話，提倡博學多聞。也相傳他向老子問過禮，這都說明，孔子是不反對文化多元化的。
2.婦女地位認識不同
孔子收取弟子，不論門第，不論貧富。但三千弟子清一色的是男性。由于孔子傳承了周的分封制中的長子繼承制。樹立了孔子的男尊女卑的觀念，他把婦女排除在受教育的對象之外，更不會考慮讓婦女擔任官職。柏拉圖的“阿卡德米學園”男女兼收、人才濟濟。并且在他眼中，只有能力大小，沒有男女性別之分。他主張女性可以和男性一樣接受各種訓練。他認為婦女也有和男子同樣受教育并能夠擔任官職的權利，甚至把婦女也可以培養成為合格的哲學家——國家的統治者。在所謂文明的雅典民主政治中，廣大的婦女是無權享受民主的。柏拉圖提倡解放婦女，開西方女性執政的思想之源，思想確實偉大。
通過以上對孔子和柏拉圖思想的比較分析，作為東西方文化巨人的孔子和柏拉圖雖然有不少相似之處，但也有許多相異之處，我們必須以學術的冷靜去對待，以理性的批判去化解，認真探討中西文化差異的成因，尋求文化發展的內在規律，吸收西方文化的優秀成果來充實自己，這是中國文化未來發展的出路所在。
參考文獻：
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中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0164-02
目前，信息采集的多樣化，已嚴重威脅到了信息存儲的安全性。僅用一部手機，就可獲取與泄露重要的信息。對文本數據信息安全性的擔憂，促使了紙質文本圖像信息隱藏與提取方法的提出。這類方法的核心在于將安全標識信息，以特有的方式嵌入到文本圖像的文本區域中，這樣，如果發生信息泄露或者要找尋到泄露源，就可以通過分析文本區域中包含的安全標識信息，反向追蹤，查出泄漏源，或者通過安全標識信息，回收被泄露出去的信息。對于簡單的、只包含文本信息的文本圖像，目前的處理技術已比較成熟，能夠比較準確的將版面信息進行有效的分析，但是對于包含文本、圖形和圖像區域的復雜版面文本圖像，當前的處理技術尚不成熟，需要進一步提高。本文聚焦于復雜文本圖像分割方法研究。
版面分割的方法，大體上可以分為兩大類：層次式和非層次式的。層次式分割算法，主要有自頂向下和自底向上兩種算法。非層次式算法則主要是利用復雜的圖形圖像處理技術，根據其圖像特征，對文本圖像進行版面分割[1-4]。層次式方法中，游程平滑RLS（Run-length Smoothing）算法和投影輪廓切分PPC（Projection Profile Cut）算法是兩種有代表性且應用較廣泛的算法。而基于紋理分析的版面分析算法，則是將版面分析和版面區域類型識別結合實現的一種算法。但上述方法時間消耗較大，為此本文提出了一N簡單有效的分割方法。
1 提出的分類算法
首先，讀入待分類文本圖像，并對其格式轉換，確保圖像數據完整性，以防止丟失圖像數據；然后進行有效區域提取，剔除四周的空白無效區域，得到有效信息區。在此基礎上，對有效信息區進行二維坐標下的行投影，確定并統計、提取特征值，再根據統計得來的特征值，進行孤立行分析，并依據判定的孤立行，對文本圖像進行區域的粗分割，得到版面分析的粗分割結果。在上述過程中，可根據投影結果以及統計的特征值，完成對純文本區域、純圖像區域的分割工作。需要指出的是，本文著眼于復雜文本圖像，為此還須對區域粗分割得到的各個子區域，進行二維坐標下的列投影，再根據投影結果，判定子區域中是否存在分欄版面。完成以上步驟后，原本復雜的文本圖像版面就被分割為了多個簡單版面的文本圖像區，在此基礎上，再進行行、列投影，根據所得特征值分析與分類，區分出文本區、圖像區和圖形圖表區域，完成分割任務。具體流程見圖1。
本文采用特征7個特征統計分析文本圖像，各特征分別為：（1）行高，記錄投影行高度的值。本文對行進行投影，依據投影結果，計算二值化投影平均值發生改變的臨界點值，在臨界點值作運算，獲得行高值。 我們對各行高度值進行平均運算，在分別與各行高度作對比，進而初步確定異常區域；（2）行間距，行與行之間的間隔距離。此間距，由投影結果而得的下標值計算求得。在文本圖像中，行間距發生明顯變化的部分，往往為段落或者區域塊之間的分割標識，此處計算行間距，作為段落區分和區域塊區分的一個標識；（3）縮進率，文本與頁面邊界之間的距離。依據每一行的列投影結果，計算邊界至文本的距離占左右邊界之間距離的比率，求得縮進率。在文本圖像中，標題不同于其它文本行，往往存在較大縮進，或左縮進，或右縮進，或左右都有，為此可結合行高，完成對標題的判定。此外，段落中往往有首行縮進，段尾也常因字符無法填滿文本行而存在縮進，因此也可根據縮進率，判定段落區域；（4）行外接矩形填充率，在縮進的行區域塊中，有效信息區域占整個區域塊的比率。依據每一行的列投影結果值計算填充率。主要用來判斷一些特殊的文本行，如頁眉的判斷；（5）最大跳變位置，對文本行進行列投影時，坐標軸所示下標發生最大變化的區域位置。根據該特征，如果連續多行在相同位置都發生最大跳變，且跳變區內像素點平均值為1，則可以判定在該位置處存在分欄，此外，還可以根據最大跳變，判定是否存在異常區域；（6）行內信號跳變周期（頻率），對文本行進行列投影后，坐標軸上投影下標值發生周期性變化的周期或者頻率。根據此特征，可用來判定是否存在異常區域；（7）對齊方式，該特征用來衡量文本圖像中內容距離左右邊界的距離，具體有居中，左對齊和右對齊三種方式，可用來輔助計算縮進率，進而分割區域塊。分割結果舉例見圖2。
2 結語
文本圖像版面分析是對文本圖像處理的關鍵環節。針對上述問題，本文以文本圖像二維坐標下行列投影結果為基礎，提取并分析相關特征，提出了一種新的基于投影輪廓分析的版面有效分類方法。該方法通過對特征的綜合運算與分析完成復雜版面文本圖像的分析工作。驗證了方法的有效性及準確性。
參考文獻
[1]Kise K， Sato A， Iwata M. Segmentation of page images using the area Voronoi diagram[J]. Computer Vision Image Understanding，1998，70（3）： 370-382.（8-4）.
在我們的快速JPEG 2000圖像尺寸縮小轉換方法中，首先將原始JPEG 2000圖像經EBCOT解碼以及反量化步驟解出圖像的頻率域編碼信息后，再透過頻率域圖像尺寸縮小轉換方法，直接在頻率域里縮小圖像尺寸，最后再通過量化與EBCOT編碼等步驟，將圖像尺寸縮小后的圖像頻率域編碼信息編成JPEG 2000圖像。
本文所提的JPEG 2000圖像尺寸縮小轉換方法與空間域圖像大小轉換方法相比，所提的方法省掉反向小波轉換、反向色彩轉換、后置處理、前置處理、正向色彩轉換、以及正向小波轉換等六個步驟。由于所提的方法不需將頻率域編碼信息轉成空間域圖像，因此本論文所提的方法除了可更快速的轉換圖像大小外，也可省下存放空間域圖像內容所需的存儲空間以及減少所需的計算量。
1 簡化JPEG 2000壓縮與解壓縮流程
在快速JPEG 2000圖像尺寸縮小轉換方法中，保留了EBCOT解碼、反量化、量化與EBCOT編碼等四個部分，主要原因說明如下：
1.1 EBCOT編/解碼 JPEG 2000編碼后的圖像會儲存成封包的格式，但封包并非以子頻帶為單位儲存，所以要取得各子頻帶的內容，必須先經過EBCOT解碼才行。再者本文的方法有可能需要對子頻帶再進行小波轉換，因此EBCOT編/解碼過程不可省略。
1.2 量化與反量化 保留量化與反量化步驟的主要原因在于圖像經由正向小波轉換后，會產生不同大小的子頻帶頻率信息，不同子頻帶頻率信息使用不同的量化步長值進行量化。
子頻帶與量化步長值這兩者有相對應關系，換句話說以具有7個子頻帶的JPEG 2000圖像而言，必須要有7個相對應的量化步長值。而子頻帶與量化步長值所產生的數目與小波轉換的層數有關，對于一個經過m層小波轉換的影像，所具有的子頻帶數目Nsubbands計算公式為：Nsubbands=3×m+1，圖2所示為圖像經由二次小波轉換后所產生的七個不同的子頻帶。
每個子頻帶的量化步長值都是由一組獨立的控制參數（ε，μ）決定，該組控制參數必須記錄于JPEG 2000碼流頭部，供譯碼端還原量化步長值使用。圖3所示為一張圖像經過三次小波轉換后所產生的頻率域情況。
本文所提的頻率域圖像尺寸縮小方法會改變原本圖像的小波轉換層數，進而影響到量化步長值與子頻帶的對應關系。當使用不同小波轉換層數時，每個子頻帶的量化步長值會不同。所以，當圖像在進行尺寸縮小前，先使用原本JPEG 2000圖像的量化步長值對圖像進行反量化，還原頻率域信息，當圖像尺寸已調整縮小后，再用新的量化步長值來量化頻率域信息，即可解決量化步長值與子頻帶不一致的問題。
在我們所提的方法中，分別會遇到小波層數足夠與小波層數不足的情況。假設一張JPEG 2000圖像小波層數為m層，欲要將圖像尺寸縮小為原來的（1/2n×1/2n）大小時，假如n
若n=m發生，也就是小波層數不足。首先經EBCOT解碼后，產生不同的子頻帶信息。針對不同的子頻帶信息使用反量化，接著進行圖像縮小的工作，將不需要的外頻信息去除，保留的頻率信息因小波層數不足（小波層數需為1層以上），要對保留的頻率信息再進行小波轉換。產生出來的小波頻率域尺寸大小超過欲轉換尺寸，可將外頻的小波頻率信息去除，保留LL子頻帶。此時圖像大小雖已符合轉換所需大小，但JPEG 2000規定圖像至少要有一層小波轉換，所以必須再做一次小波轉換，得到一張小波轉換層數為1的JPEG 2000圖像，最后再經量化與EBCOT編碼，得到尺寸縮小后的JPEG 2000圖像。
2 頻率域圖像尺寸縮小轉換方法
圖1中間的頻率域圖像尺寸縮小轉換方法主要工作包括縮小頻率域圖像尺寸與修改JPEG 2000圖像碼流主標頭相關參數等步驟，詳細步驟如下：
2.1 括縮小頻率域圖像尺寸
①小波轉換層數足夠的作法。假設當圖像的小波層數為m層，欲將圖像尺寸縮小為（1/2n×1/2n）大小時，若n 首先使用EBCOT解出頻率域信息，再對需保留的頻率域信息作反量化動作，接著將整張圖像的尺寸縮小，并且丟棄不需要的外頻頻率信息，最后將所保留的頻率域信息再重新經過量化與EBCOT編碼，即可得到圖像尺寸縮小后的JPEG 2000圖像。
②小波轉換層數不足的作法。假設當圖像的小波層數為m層時，欲將圖像尺寸縮小為（1/2n×1/2n）大小時，若n=m，就是小波層數不足，則除了丟棄m個外層的中高頻信息外，還需要將原來最內層的低頻信息，進行（n-m）+1次小波轉換，再將所產生的（n-m）層的中高頻信息丟棄。由于以上的（n-m）次小波轉換后的中高頻信息最終將被丟棄，因此在進行以上小波轉換時可直接省略許多計算工作，不必進行完整的小波轉換。此法為本文提出的快速小波轉換方法。
2.2 修改JPEG 2000圖像碼流主標頭相關參數 JPEG 2000圖像碼流主標頭記錄原始圖像大小、塊狀（tile）大小、小波層數、各子頻帶的量化步階值參數（ε和μ）等數據信息。在我們所提方法中，并沒有將圖像解回空間域，而是在頻率域信息縮小圖像尺寸后，直接進行量化和EBCOT編碼，產生新的JPEG 2000圖像。新的JPEG 2000圖像碼流主標頭數據無法像空間域轉換方法由JPEG 2000壓縮方式設定，而必須自行修改JPEG 2000圖像碼流主標頭內的相關參數。
3 小結
JPEG 2000具有的多種特性使其有著廣泛的應用前景。目前許多圖形圖像公司如Pegasus，Aware等在開發的圖像軟件中集成了JPEG 2000圖像壓縮技術；有的公司如ImagePower等已開發出JPEG 2000的DSP芯片。JPEG 2000將取代JPEG在圖像壓縮領域發揮重要作用。本論文提出一個新的快速圖像壓縮方法，可大幅降低使用空間域轉換時的處理時間，以及所需存儲空間，但是本文所提方法只針對靜態圖像實現固定大小的縮小轉換，無法對圖像作任意大小轉換，對圖像作任意大小轉換是一個很好的發展方向，需作進一步研究。
參考文獻：
中圖分類號：S611 文獻標識碼：A文章編號：
Abstract: a good construction design for substation for efficient operation, a great benefit. Therefore, this article through to the transformer substation construction design of several aspects of the analysis and discussion, in order to design a better overall consideration.
Keywords: substation; civil engineering; problem; analysis and discussion
[中圖分類號] TM727 [文獻標識碼]A[文章編號]
引言
變電站土建設計是順應發展的標志，因此，下面本文就首先通過選址進行分析探討。
二、變電站建設的選址
變電站因其獨特的屬性，因此在建設選址方面應注意以下幾個方面：
選址應考慮進出線便于架空或埋設，同時不要靠近負荷中心且滿足線路與電氣進出線的需求，此外，應保證與礦企或城鄉規劃相協調；選址盡量少占用具有較高經濟效益的土地，注意節約。
變電站不能選在空氣及環境受污染的地方，或者應處在空氣環境污染的上風側為宜，同時應靠近公路，保證交通運輸便利。
變電站選址應盡量避免地址結構不穩定或山區風口等處，同時應盡量避免與政府資源開發或重要文物墓葬等項目上；同時，如果當地容易發生洪水或者內澇，則應考慮變電站應該高于50年一遇的水位之上，并采取與當地企業相應的防洪標準，以防自然災害的發生。
變電站選址應充分考慮方便工作人員的日常生活，盡可能避免與臨近設施和周圍環境造成相互影響。
變電站區域布置
變電站的區域布置應根據總平面布置的規程要求，并且注意下面幾方面的問題。
變電站布置的總體規劃應當與當地政府的的城鎮規劃保持一致，同時為了滿足各方面需求，盡量規劃在就近具有生活用水、消防及給排水、文教和交通等設施的地方；而且，應充分對變電站的生活及用水區、防洪及交通道路、終端塔位及進出線走廊、出線桿及給排水設施等進行統籌安排，實現科學、合理的布置。變電站內的建筑物及電器設備應當保證合理緊湊，實現土地節約利用，而且，應考慮對主要建筑物進行平行自然等高的布置。如果所選址地區地形高差比較大，可采用錯層或臺階布置，同時，應當注意對坡面的處理，保證變電站的安全。
比如像主控室等主要的建筑物應當布置在便于工作人員觀察的地方，盡量避免噪聲影響比較嚴重的路段且減少電纜的長度。同時應對主控室的朝向進行充分的考慮，盡量避免西曬。對于屋外配電裝置的平面布置，應注意屋外的各級配電裝置與出線方向和地形進行組合，減少線路交叉跨越的現象。
變電場地的處理
變電站場地的硬化應從多方面考慮，為了保證經濟性和可靠性，應當選擇水泥混凝土材料。實際施工中應當首先將素土進行夯實，然后按照一般的灰土比做墊層，同時在施工中對施工人員的施工進行督查，保證施工質量可靠，嚴格按照施工工藝及規劃進行施工。此外，為了使變電站有一個比較良好的環境，應當對場地進行綠化，出于經濟性的考慮，宜在路邊布設經濟型的綠籬。
變電站內主要建筑的設計
變電站內主要建筑設計應首先從安全考慮，包括滿足靠近主變側留門窗的防火，同時，配電室與主控室應設置足夠事故或火災時的疏散。其次，配電室及主控室在使用性方面應當進行下面幾方面的考慮：
應保證值班人員值班的場所與主控室保持比較近的距離，同時又能方面值班人員的生活。
2.根據主控室的設計要求進行相關的設計，并進行合理的選材，不僅如此，還應對主控室的美觀進行考慮，為值班工作人員更好的工作進行全面的考慮。比如在主控室內設置照明光帶，采用輕型美觀的塑鋼門窗及設置暖通空調等?？傊?，設計人員在對變電站室內進行設計的同時，應當在保證安全的基礎上，通過多方面綜合的考慮，力求將對變電站室內進行優秀的設計。
六、主建筑結構的抗震施工
變電站主建筑結構設計采取的一些抗震的有效措施：
包括變電站的場地地質結構和地基的地形是影響其主建筑物結構抗震能力的重要因素。因此，變電站選址時應特別地注意該地區是否位于地震帶的斷裂帶附近，如果是，則應當考慮重現進行選址，以免給變電站帶來不穩定的因素。
地基處理時也應當非常注意，應保證地基基礎與上部結構協同進行工作，這樣，對于提高上層結構的穩固比較有利。
主建筑物的結構形狀設計是其抗震能力最為關鍵的一環，保證受力結構的合理能夠有效的抵御地震帶來的破壞，從一定程度上能有效的減少建筑物的受損程度；而且，在設計結構形狀時，設計人員應當根據變電站的需要，對結構進行有效、合理的布局，使建筑物滿足需求的同時，具有比較優秀的抗變形能力及強度等，在建筑物結構設計的各個環節都要有預防措施，以免部分結構的破壞造成整個建筑物無法使用。
施工整個過程除了根據實際情況決定的一些因素之外，都要嚴格按照施工工藝和設計圖紙進行，相關單位可以組織施工監理單位，對施工質量進行控制，監理人員的的工作重點應該集中在變電站關鍵建筑及關鍵環節的施工上面，嚴格依照監理制度規定保證施工質量。
總結
變電站工程是我國重要的發展戰略項目，對于保證部分地區的人民的生活及生產發展的穩定具有重要的推動作用，因而，變電站建筑設計人員應當提高認識，從多方面因素進行考慮，而且，建設施工人員應當嚴格按照設計圖紙及施工工藝圖紙進行施工，努力提高變電站建筑的施工質量。
Threshold Citrusimage Segmentation Research and Analysis
WANG Jun, ZHOU Li-juan
(Collegeof Information Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)
Abstract：Image segmentation is an important and primary problem in the field of computer vision. The thesis puts forward a full set of cit? rus image segmentation algorithm, which adopts improved genetic algorithm combining with improved threshold method. The thesis, through simulation experiment, brings forward threshold scope which is more stable, and makes the image segmentation edges more dedi? cated.
Key words: navel orange; threshold segmentation; classes distance; improved genetic algorithm
圖像分割是計算機視覺領域的一個重要而且基本的問題。它在農產品無損檢測方面得到了廣泛的應用。圖像分割算法好壞會直接影響檢測系統的準確度。它是從圖像處理到圖像分析的一個關鍵步驟。對它的研究一直都是圖像技術研究中的熱點和焦點之一。但由于圖像的特殊性，針對具體圖像，針對具體問題，分割算法就不一樣，至今還沒有找到通用的分割理論，也沒有找到對所有圖像都適合的通用分割算法。
近幾年來，基于遺傳算法的圖像分割方法得到了很多學者的研究。由于遺傳算法在搜索方面具有很強的優勢，而圖像分割的實質是在眾多的參量中去尋找一個最優參量，以此作為分隔的依據。于是如果在圖像分割中引入遺傳算法去求取最佳閾值，將會大大提高分割效率。
本論文重點對基于傳統遺傳算法的圖像分割算法進行了比較系統的研究。針對傳統遺傳算法的不足，提出了一些改進措施，并且設計新的閾值確定方法——類類距離法，將兩者結合共同運用到臍橙圖像分割中，得到了比較好的效果。在最大程度上避免基本遺傳算法收斂性差，容易早熟等問題。
1臍橙圖像分割
對于臍橙出產大省湖南省，每年臍橙收獲完后的分類，分等級進行銷售是一項工作量龐大的任務。臍橙表面破損自動檢測系統就是基于計算機視覺技術研發而成，其檢測的精度較人工挑選有很大提高。該系統中臍橙圖像分割算法好壞會直接影響系統檢測臍橙表面是否破損的準確度。
通過特定裝置獲得比較清晰的彩色臍橙圖像后，對于表面有破損的臍橙，要進行篩選清理。進行破損部分比對前，要對彩色臍橙圖像先進行分割處理。把整幅圖像分成臍橙和背景兩部分，再提取臍橙部分的圖像進行破損分析。這要求將臍橙的邊緣和破損部分處理得非常清晰，最大可能的避免將破損區域誤分割成圖像背景。
2改進的遺傳算法
2.1控制參數改進
在遺傳算法中，直接影響到算法的收斂性的關鍵參數是：交叉概率與變異概率，它們的選取會影響到算法行為和性能。在適應度值變換的情況下將交叉概率與變異概率隨之調整，以達到保證算法收斂性的目的。于是我們對交叉概率和變異概率按照如下公式進行自動調整：
圖5本文提出的算法分割效果圖
從表1，圖2至圖5可以得出以下結論：
1)臍橙圖像利用遺傳算法來分割，每次運行所得閾值都在變化，但變化的范圍不是很大，只是在一定區域做細微波動。這種情況是正常的，也是完全可以接受的，其原因是由于遺傳算法隨機生產初始種群，這種隨機性就帶來了閾值的波動性。這也是遺傳算法不穩定性的體現。但從表中數據看出采用本文所設計的改進的遺傳算法，即交叉概率和變異概率隨適應度自動調整，那么分割的圖像所得到的閾值，其波動會限制在一個很小的范圍以內（穩定在4個像素以內,閾值最大為60，最小為57），這樣既保持了群體多樣性，又保證了遺傳算法的收斂性。同時其穩定性也明顯地優于其他算法。
2)利用本文所設計的類類距離遺傳算法進行圖像分割可以極大減少閾值計算時間，平均運算時間比起其他幾個常用方法都縮短了不少，平均僅在2.3s左右。在進化代數相同的條件下，本論文提出的圖像分割算法較其他算法更有優勢，收斂速度更快。
3)從圖2至圖5這幾個圖像分割結果圖來看，本文所設計的分割方法中對臍橙圖像中的破損部分，邊緣輪廓等細節都有非常好的體現，可見結合遺傳算法和類類距離法所設計出的圖像分割新算法比其他常用算法有很大的優勢。
本文通過改變的遺傳控制參數結合類類距離法，把改進后的遺傳算法應用到臍橙圖像分割中去。仿真實驗結果表明，此圖像分割算法由于所設計的尋找最優閾值的方案比較合理，閾值的計算時間縮短了，使得最終圖像分割所用時間明顯減少了。同時此方法還做到了將閾值范圍穩定在4個像素以內，大大提高了算法全局收斂的穩定性。而且從視覺角度來看，其分割效果更明顯，圖像邊緣處理很細致、清晰。實驗證明本論文設計的算法分割圖像不僅快速準確，而且還能滿足各種圖像的實時處理、分析的需求。具有較高的通用性和實用性。
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在工業生產中，測量是進行質量管理的手段，是貫徹質量標準的技術保證。機械零件的尺寸檢測作為產品加工的一個關鍵環節，其檢測結果不僅影響產品的質量，而且對后續零件的再加工和裝配產生決定性的作用。目前，常規的零件尺寸測量手段主要采用游標卡尺、激光測量儀和輪廓儀等完成檢測環節。以上零件尺寸測量方法要么受測量工具限制，其測量精度有限；要么檢測儀器過于昂貴且操作復雜，同時其準確率往往受人為因素的影響。
鑒于當前機器視覺技術的快速發展以及其在工業檢測方面的成功應用，論文構想利用攝像機替代人眼，讓計算機替代人腦，從而研制出一套針對零件常規尺寸的自動化y量系統。
1 系統概述
在充分遵循系統的完整性、可靠性、經濟性和實時性等原則的基礎上，本文設計出了一套基于機器視覺的零件常規尺寸測量系統。該測量系統主要由圖像攝取、圖像處理、圖像特征提取和分析、圖像常規尺寸測量和結果輸出幾部分組成。其工作原理圖如圖1所示。
2 硬件設計
基于機器視覺的零件常規尺寸測量系統的硬件主要包括：照明裝置、攝像機、計算機和透明工作臺。各部件的主要功能是：照明裝置主要為零件圖像采集提供合適的光照環境；攝像機用來采集零件數字圖像并傳送到計算機，然后保存為相應圖片格式；計算機通過系統軟件實現對零件圖像的預處理、邊界提取、特征提取、相機標定和常規尺寸計算；透明工作臺用來承載被測零件。
3 算法設計
圖像處理算法對機器視覺測量系統會產生決定性的影響。為了能滿足零件尺寸測量的要求，針對零件產品圖像的特點，我們設計了一套合理的圖像處理算法流程。其流程圖如圖2所示。
首先對獲取的零件圖像進行預處理，包括圖像灰度化、圖像去噪、圖像分割和邊界提??；然后提取零件的幾何特征；最后通過對系統的標定，實現了零件圖像常規尺寸的測量和結果顯示。
3.1 圖像預處理
3.1.1 圖像灰度化
經過攝像機采集到的零件圖像是24位真彩色RGB圖像，該圖像中的每個像素由R、G、B三個分量決定，而灰度圖像的每個像素由一個值確定。為了減少后續操作過程中的計算量，需要對采集到的零件圖像進行灰度化處理。
3.1.2 圖像去噪
采集系統獲取的待檢零件圖像由于受照明程度、環境溫度、電源變化、電磁輻射和振動等隨機因素的干擾，圖像會包含大量的噪聲，表現為圖像模糊、失真和大量斑點等。為了消除和抑制噪聲對零件圖像后續處理的影響，必須對圖像進行濾波處理。由于中值濾波既能消除噪聲又能保持圖像的細節，符合本系統檢測的需求。
3.1.3 圖像分割
在所采集到的零件圖像中，我們只對零件區域本身感興趣，對于圖像中的其他要素則要盡量消除。圖像分割就是指把圖像分成各具特性的區域，并提取出感興趣目標的技術和過程。經過大量的實驗驗證，本文采用迭代閾值分割法實現對零件圖像的分割，達到了預期的處理效果。
3.1.4 邊界提取
輪廓是對物體形狀的有力描述，對圖像分析和識別十分有用，而通過邊界提取算法就可以得到物體的邊界輪廓。目標圖像邊界提取的方法很多，主要包括鏈碼表示法、標記圖法以及多邊形近似法等。論文采用8連通鏈碼法對待測零件進行了邊界提取，為后續零件尺寸的檢測奠定了很好的基礎。
3.2 圖像分析
3.2.1 特征檢測
要測量零件的尺寸，首先應該檢測出零件所包含的直線和圓等基本的幾何特征。目前常用的幾何特征檢測方法有Hough變換法、擬合法和模板匹配法等。本文采用最小二乘法實現了對直線和圓的擬合，其擬合具體過程如下：
（1）采用最小二乘法實現對直線的擬合。
（2）采用最小二乘法實現對圓和圓弧的擬合。
采用最小二乘法對圓和圓弧的擬合過程與直線的擬合求解過程類似。設所求擬合圓的方程為：。根據最小二乘法應滿足的條件，可以求出擬合圓的三個參數：u、v和r。
這樣，通過基于最小二乘法的直線和圓擬合方法，可以順利檢測到直線和圓弧幾何特征，為后續零件尺寸的測量奠定了基礎。
3.2.2 系統的標定
相機拍攝到的圖像是以像素為單位的，要得到待檢零件的實際尺寸，需要將像素尺寸轉換為長度尺寸，這個過程稱為系統的標定。本文使用0級精度量塊，采用二次標定法實現了對系統的標定過程。被測零件的實際尺寸L與像素尺寸N之間應滿足如下關系式：L=KN+b
式中，b為系統誤差，K為標定系數；
在攝像機固定的情況下，求取參數K和b值的具體步驟如下：
（1）在被測位置放置一長度為L1的標準量塊；
（2）對標準量塊進行掃描、處理，得到對應的像素尺寸N1；
（3）在被測位置放置另一長度為L2的標準量塊，重復步驟2，得到對應像素尺寸N2；
（4）求取參數值：
4 軟件設計
本著穩定、可靠、合理、高效、簡潔和易于操作的原則，我們采用面向對象的Matlab程序語言，實現了基于Matlab GUI的測量系統軟件的設計。
本測量系統軟件主要包括用戶登錄模塊、文件管理模塊、圖像處理模塊、參數設置模塊、數據瀏覽模塊和幫助模塊等。其中，用戶登錄模塊可以完成用戶的注冊、登陸、密碼修改和賬號管理；文件管理模塊主要包括待測零件圖像的打開、關閉和保存等功能；圖像處理模塊不僅包含文中所涉及到的算法，還增加了其他算法功能；參數設置模塊可以實現對攝像機、零件和圖像參數的設置；數據瀏覽模塊可以完成對實時數據、歷史數據和操作記錄的查看；軟件幫助模塊主要用來說明軟件的使用和系統的更新問題。
5 實驗結果
為了驗證測量系統的適應性、穩定性和可靠性，本文選用工作面距離為1.49mm的0級量塊和直徑為2.03mm的標準環規對系統進行了可靠性測試。實驗的測量結果如表1所示。
采用概率與數理統計的方法對測量結果進行了處理。由處理結果可以看到，采用本測量系統，其測量精度可以達到微米級，可以滿足在線實時測量的需要。
6 結論
作者設計了一套基于機器視覺的零件幾何尺寸在線檢測系統，克服當前人工檢測的不足，提高了產品的檢測精度。同時，完成了系統硬件、軟件和圖像處理算法的設計。實驗結果表明：該測量系統的測量精度可以達到2um以下，滿足零件尺寸非接觸在線測量要求，具有很好的應用前景。
參考文獻
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作者簡介
2.聯系醫院的醫生前來講課。由于課程具有跨學科性質，這種課程需要其他學科的知識。而本學科的教師雖然具有一定的跨學科知識背景，但畢竟其主導學科還是法學或法理學，在其他學科方面的學識顯然不如這個領域的專家。所以，邀請其他學科的教師或研究人員前來授課就顯得很有必要。而對于法律心理實驗課程而言，這方面主要是請醫院的醫生前來上課。這里包含了以下三類，一類是神經科專業的醫生，其為我們講解腦神經系統的相關知識。部分高學歷的醫生由于擁有系統的碩士、博士乃至博士后的教育和科研知識，甚至還可能從事過“認知”領域的生理研究，就能夠從“生理心理學”的“認知”角度為我們講解實驗設計的方案、流程等對實驗特別有意義的問題。
3.帶領學生前往實驗室參觀。由于法學專業學生對工科和醫科的實驗室一般都比較陌生，如果他們對醫療設備或者醫學實驗室沒有相關的認識，就不可能設計出好的實驗方案，因此，非常有必要讓他們參觀實驗室或者醫療設備。在參觀的過程中，由醫務和實驗人員進行相關知識的講解，其中包括儀器、操作流程和儀器軟件的介紹。老師和學生甚至可以進一步接觸機器，如進入密封的磁共振室，躺入磁共振儀器內模擬作為實驗的受試者。這樣，他們能夠親身體會到躺在儀器內接受檢查或實驗者的境況，設計出更加切實可行的實驗方案。從事“法律認知科學”實驗的儀器設備與“醫學治療和檢查”的實驗設備雖然相同，但是依舊存在一些差別。如磁共振機器，一般醫學治療目的進行的檢查往往只需要運用“1.5T”級別的機器；雖然這種級別的機器也能運用于“法律認知科學”實驗，但是相關實驗對儀器的要求往往更高，通常要求是“3.0T”級，此級別儀器在普通醫學檢查中的運用就比較少；認知科學實驗的磁共振儀器甚至使用到高達“12T”級別。
二、帶領學生進行實驗工作
1.通讀實驗報告。法律認知科學相關的實驗論文很多，必須進行大范圍的選題篩選。粗略篩選之后的論文，由任課教師組織學生進行研讀。研讀的目的有兩個，一是看看研究現狀，知道他人的研究進程、重點、熱點和難點。通過這些研讀，我們就能夠根據現有的研究進度，選擇尚未研究（發表的）而又可能比較重要的一些問題，這些問題就是日后實驗選題的大致范圍。二是參考他們的研究手段、流程，對他們的研究方法進行借鑒?，F在發表的論文，一般都會大致介紹實驗的流程。然而，學術論文畢竟不是實驗報告，其更多側重于問題的提出、解決和分析，流程的介紹往往比較粗糙。當然，部分學術論文也有比較詳細的實驗流程，對此類論文的仔細研習，就能對實驗設計產生比較大的影響。①
2.對主題進行社會科學的探討。在進行文獻研讀的基礎上，我們能夠得出大致的可能的研究“主題”，這時返回法律社會科學領域，以法哲學的視角重新進行審閱，才能更好地獲得“生理心理學”和“人文社會科學”之間的自然銜接。在生理自然科學領域可能可以從事實驗研究的“主題”，還必須獲得“法哲學”、“法社會科學”上的意義。因為，有的問題雖然在自然科學上具有很大的研究價值，然而從人文社會科學的角度看，其意義可能就會大打折扣（或者意義就不那么直接）。此類論文的價值更多是在“治療性”而非“認知性”。很多人文社會科學（法哲學）的問題雖然意義重大，但從自然科學（生理心理學）的角度看，在現階段卻還缺乏研究該問題的“方法”和“設備”。所以，必須獲得二者的協調和平衡。主題的選定是法律認知科學實驗的第一個難點。這個難點意指“我們要解決什么主題”，其既涉及“什么主題十分重要”，又指“對該主題的研究到什么程度”，還指“現在已經具備研究該主題的手段或方法”。
3.組織實驗設計。從法律認知科學實驗的角度看，組織實驗設計的第一步是設計實驗方案，這是最重要的一步。設計何種方案、設計何種場景、設計何種問題，以及何種音像、問卷材料，都關系到實驗結果的真實與否。這也是法律認知科學實驗的第二個難點。我們要設計出一些“場景”或者“問題”，讓受試者在這種環境下能更真實地思考或者表達情緒，從而得出比較真實的實驗結果。西方國家在以往的研究中，存在比較巧妙的實驗設計，例如對于道德中不公正問題的容忍情況，研究者在最后通牒實驗中，部分受試者拒絕接受不公平的分配方案，這是其情緒化的表現。該實驗設計如下②：19名（方案接受者，“responder”）接受磁共振掃描，共進行了30輪游戲，對手（方案的提出者，“offer”）部分是人，部分是計算機。每次都涉及10美元的瓜分。對手所提出的方案中，一半是公平的（對半開），剩下的為2次“9比1”，2次“8比2”，1次“7比3”；在這些方案中，方案提出者的分配比例較大，而接受者的比例較小。結果是，對于公平的方案，方案接受者都接受了；越不公平的方案，則參與者的接受率越低，“7比3方案”至“對半開方案”的所有方案（即“5∶5”，“6∶4”，“7∶3”）都被接受了。在“9比1”和“8比2”兩種方案中，如果“方案提出者是人”，則其方案的接受率低于“方案的提出者是計算機”。這就意味著方案接受者對于不公平方案存有情感性反應。這種不公平引發的腦區為：兩側前腦島（bilateralan-teriorinsula）、背外側前額葉皮層（dorsolateralprefrontalcortex，DLPFC）、前扣帶回（anteriorcingulatecortex）。這證明了兩側前腦島（bilateralanteriorinsula）厭惡不公平，作為負面情感的腦區，其反映出了對于不公平方案的厭惡。諸如此類實驗設計非常巧妙，就能夠為我們進行相關實驗提供設計上的參考或模仿。
4.進行預實驗。在實驗設計之后，有必要進行預實驗，檢驗實驗的可實施程度。這種預實驗，可以提升實驗者的信心，也可以作為申請相關課題的依據。更為重要的是，預實驗還可以檢測實驗的可行性，對可能出現的問題或缺陷進行適當的修正。在預實驗之后，還必須進行志愿者的招募和篩選。
三、實驗操作
實驗操作是實驗的核心狀態。法律認知科學的實驗流程具有自己的特殊性，其與醫學實驗相比通常更簡單。其運用的儀器設備有核磁共振（FMRI）、眼動儀和腦電圖等，其中核磁共振最為典型。該儀器不僅運用于醫學治療和研究，現在還廣泛運用于認知科學的各類研究。核磁共振運用于法律認知科學的研究，主要優點在于其定位非常準確（雖然時間上稍有遲滯）。由于實驗的磁共振儀器操作是高度專業化工作（而且機器極為昂貴），只能由專業的實驗技術人員進行操作，因此法學教師和學生不能從事，在此不做詳細介紹。
四、實驗之后的分析總結
實驗之后的分析總結屬于實驗的后期工作，主要是數據、圖像分析，以及人文社會科學分析總結。
1.數據、圖像分析。數據分析具有客觀性，需要專業的實驗工作人員進行數據和圖像的分析。法律認知科學實驗主要運用核磁共振儀器，對于腦區圖像的要求比較高，還需要比較好的核磁共振配套分析軟件，對此進行精細的分析。此類軟件一般只有磁共振專業技術人員才會使用，由他們進行相關數據圖像分析比較科學。如果涉及大量的數據分析和必須建立數據模型，則還需要數學專業人士進行相關的工作。此外，除了實驗工作人員和數學人才外，還需要神經科專業醫師或者認知神經學專家對此類數據和圖像進行“認知神經心理”方面的分析。這種分析就是我們后期進行人文社會分析和理論化的基礎。
2.進行相關的人文社會科學分析總結。與前一步工作的科學性和客觀性相比，對實驗結果進行人文社會科學的分析總結則具有一定的主觀性質。我們需要從已有的數據和圖像，根據我們需要解決的人文社科（法哲學）主題進行解讀。這種解讀是人文社科的解讀，是運用實驗數據和圖像得出人文社科的結論。所以，一定的主觀性是原有的實驗設計思路和人文社科理論基礎的延續?，F有實驗的理論分析，如道德的情感性實驗，就需要根據道德哲學理論進行分析；“先天犯罪人”問題的實驗，這就需要根據刑法哲學理論進行相關探討。
