《地球的形状》研究性学习教学设计（共7篇）

1.《地球的形状》研究性学习教学设计 篇一

地球的形状教学设计

作为一位杰出的老师，就有可能用到教学设计，教学设计以计划和布局安排的形式，对怎样才能达到教学目标进行创造性的决策，以解决怎样教的问题。那么优秀的教学设计是什么样的呢？以下是小编精心整理的地球的形状教学设计，欢迎阅读与收藏。

地球的形状教学设计1

教学目标：

1、了解人类认识地球形状的过程，能够比较详细的描述地球的形状。

2、提出证据说明地球是个球体

3、使学生领悟到人类对大自然的认识，是一个孜孜不倦的求索、深化的过程，激发学生探究性学习的兴趣，领悟追求真理的精神，促进其求真务实科学态度的形成。

教学重点：

认识地球的形状，能够描述地球的真实形状。

教学难点：

科学精神的培养。教学导入：七年级语文《带上她的眼睛》里这样描述：“这个决定对她来说似乎很艰难，她的双手在太空服的手套里，握在胸前，双眼半闭着，似乎认为地球在我们这次短暂的旅行后就要爆炸了，我不由得笑出声来。”这里所说的“地球”，大家了解它的形状吗？今天我们就一起来探索地球的形状。

教学过程：

一、地球的形状阅读：“盖天说”与“浑天说”提问：

1、什么是“盖天说”与“浑天说”？

2、你认为古人是怎样证明他们的学说的？小结：盖天说认为地在下面，天在上面，自然就是认为地是平的，天像罩子一样罩在上面；浑天说认为日月星辰都绕着地在转，所以地就是蛋黄，天是蛋壳。你相信他们说的吗？你能推翻他们的说法吗？我们来看看后人又是怎样推翻他们的说法的。阅读：麦哲伦船队的环球航行提问：麦哲伦环球航行证明了什么？小结：证明地球是圆的。提问：你还能举出哪些例子证明地球是个球体？小结：欲穷千里目，更上一层楼；登高望远；在海边看远处的帆船，首先看到的是桅杆，然后才是船体；人造地球卫星拍的地球照片。

至此，人类经历了一个曲折而漫长的过程，终于确认地球是一个球体。提问：地球是一个规则的球体吗？阅读：地球的真是形状讲述：地球是一个不规则的球体，它的赤道半径比极半径约长21千米，所以是一个两极稍扁，赤道略鼓的不规则球体。

课堂小结：通过本节课的学习，我们了解到人类认识地球是一个艰难的过程。我们除了要学习古人为了探索科学的真理而不畏艰险的精神外，更要有一种怀疑精神，有怀疑才有创新。

板书设计地球的形状

1、“盖天说”与“浑天说”

2、麦哲伦船队的环球航行

3、地球的真是形状：两极稍扁，赤道略鼓的不规则球体

教学反思：

在这一节课的教学中，我从问题入手，激发学生学习兴趣。让学生亲身经历探索科学的全过程，从中获得科学知识。

针对这一节课的教学设计，可能有些不足，没有充分发挥出来，但在今后的教学中，我将努力改进。

地球的形状教学设计2

教学目标：

1、了解人类认识地球形状的过程，能够比较详细的描述地球的形状。

2、提出证据说明地球是个球体

3、使学生领悟到人类对大自然的认识，是一个孜孜不倦的求索、深化的过程，激发学生探究性学习的兴趣，领悟追求真理的精神，促进其求真务实科学态度的形成。

教学重点 ：

认识地球的形状，能够描述地球的真实形状。

教学难点 ：

科学精神的培养。

教学导入：

七年级语文《带上她的眼睛》里这样描述：“这个决定对她来说似乎很艰难，她的双手在太空服的手套里，握在胸前，双眼半闭着，似乎认为地球在我们这次短暂的旅行后就要爆炸了，我不由得笑出声来。”这里所说的“地球”，大家了解它的形状吗？今天我们就一起来探索地球的形状。

教学过程：

一、地球的形状

阅读：“盖天说”与“浑天说”

提问：1、什么是“盖天说”与“浑天说”？

2、你认为古人是怎样证明他们的学说的？小结：盖天说认为地在下面，天在上面，自然就是认为地是平的，天像罩子一样罩在上面；浑天说认为日月星辰都绕着地在转，所以地就是蛋黄，天是蛋壳。你相信他们说的吗？你能推翻他们的说法吗？我们来看看后人又是怎样推翻他们的说法的。

阅读：麦哲伦船队的环球航行

提问：麦哲伦环球航行证明了什么？小结：证明地球是圆的。

提问：你还能举出哪些例子证明地球是个球体？小结：欲穷千里目，更上一层楼；登高望远；在海边看远处的帆船，首先看到的是桅杆，然后才是船体；人造地球卫星拍的地球照片。至此，人类经历了一个曲折而漫长的过程，终于确认地球是一个球体。

提问：地球是一个规则的球体吗？

阅读：地球的真是形状

讲述：地球是一个不规则的球体，它的赤道半径比极半径约长21千米，所以是一个两极稍扁，赤道略鼓的不规则球体。

课堂小结：通过本节课的学习，我们了解到人类认识地球是一个艰难的过程。我们除了要学习古人为了探索科学的真理而不畏艰险的精神外，更要有一种怀疑精神，有怀疑才有创新。

板书设计

地球的形状

1、“盖天说”与“浑天说”

2、麦哲伦船队的环球航行

3、地球的真是形状：两极稍扁，赤道略鼓的不规则球体

教学反思：在这一节课的教学中，我从问题入手，激发学生学习兴趣。让学生亲身经历探索科学的全过程，从中获得科学知识。针对这一节课的教学设计，可能有些不足，没有充分发挥出来，但在今后的教学中，我将努力改进。

地球的形状教学设计3

教材分析

本节对学生形成学习地理的方法和了解地理课学习的.地理内容有很大作用。通过序言部分的讨论激发学生学习地理的兴趣，在后续具体知识的学习中，也要沿袭这一目标，将地理知识化难为易，轻松有趣地转化为学生感兴趣并易于接受的东西。

教学目标

1.通过了解人类对地球的认识过程，感受前人勇于探索的精神，明确人类对自然界的认识也有一个过程，每个人都肩负着继续探索的重任。

2.从数学的角度，学会用相关数据说明地球的大小。

教学重点难点

重点：地球的大小难点：地球形状的认识

教学过程

上课：欢迎大家进入我们的地理知识殿堂！作为一个地球人，你合格吗？

[合格地球人的考察]：（根据课堂内容，联系生活实际，设计1～5个有关问题，在考察学生的同时引入教学）

你观察到的太阳、月亮、星星是什么形状的？

.小时侯你是否想过“地球是什么形状”的问题？

3.现在你认为地球是什么形状的？你能举出相关事实进行说明吗？

4.你怎样用数据描述篮球的大小？地球的大小呢？

这些问题可以指定学生回答，也可以大家讨论回答，回答的过程就是谈话过程，是师生交流过程，学生讨论过程，也是从生活升华到科学的过程。让学生体会到地理知识来源于生活，地理学科研究的是生活中的地理。

问题1：太阳是圆的，稍加引申，可以得出太阳是球形的结论；月亮看起来不同时间形状不一样，实际上也是球体，至于为什么不一样，有的学生也许能够说出来，说不出来也不要紧，告诉学生以后我们会研究；星星是点状的，其实也是球形的，只是因为离我们太远，就缩小成点了

问题2：实话实说，鼓励学生多观察，多思考。

问题3：球体，这点学生已经知道，为什么呢？不同学生获取这一概念的来源不同，可以任由他们叙说，重在激发兴趣，提高学生参与意识。

追问：如果只是根据你观察的现象，你认为地球是什么样的？平的古人也和你们有同样的想法，围绕地球的形状问题，不同地区、不同阶段的学者曾经提出过不同的主张，下面我们通过一个短片去了解一下人们对地球形状的探索过程。

引申总结：哪些证据可以说明地球是一个球体？课本两个例证能证明地球是球体吗？

1、海上帆船──大地不是平的，登高望远──大地不是平的2、月食──地球也是圆的3、伦环球航行──证实地球是个球体

4、地球卫星照片──确证地球是个球体

学生朗读《麦哲伦船队的环球航行》，根据人们对地球形状的探索过程请同学们谈感想：各抒己见，引导学生明白下列道理

科学是经过人们的不断探索，不断积累而来的，今天认为正确的真理，明天也许就会被推翻，所以我们要相信科学但不能迷信书本，要敢于质疑并勇于证实之

问题4：用手可以比画出篮球的大小，可要用数据说明，就要用到数学知识，根据学生已有的数学知识，应该能够回答出用半径就可以求出篮球体积的方法。地球大小的计算方法同理。[老师展示课本数据]：

记忆技巧：最大周长=赤道周长 小结：

这节课你学到了什么知识，有什么收获？总结由学生来说，老师最后总结。

2.《地球的形状》研究性学习教学设计 篇二

水生生物的身体/尾鳍推进（body and caudal fin,BCF）模式具有较好的高速游动性能，其仿生样机和游动机理的研究虽取得了大量成果[1,2]，但仿生样机的游动性能还无法与生物媲美。中央鳍/对鳍推进（median and/or paired fin,MPF）模式能实现6个自由度方向上的精确机动游动，具有高机动性、高效性以及良好的稳定性和可控性，更利于水下作业，逐渐成为仿生水下机器人研究领域的热点[3]。

近年来，文献[4,5,6,7,8,9]相继模仿不同生物研制了MPF模式推进仿生水下机器人。这些机器人都将电机作为驱动器，结构复杂，推进鳍面的柔性难以与生物媲美，且游动有噪声。文献[10,11,12]将智能材料作为驱动器，简化了执行机构，实现了柔性鳍面的无声推进游动，但其游动性能还不理想。

本文以墨鱼为仿生对象，分析其胸鳍柔性运动机制，研制形状记忆合金（shape memory alloy,SMA）丝驱动的仿生波动鳍推进器，并对推进性能进行相关试验研究。

1 墨鱼鳍的形态特征及肌肉结构

墨鱼属于软体动物门头足纲，其身体结构如图1所示。墨鱼身体除乌贼骨和嘴部的颚外没有硬骨骼支撑，通过胸鳍的波动运动和外套膜的喷射推进，能实现前进、快速后退和翻滚等游动动作。

墨鱼的鳍呈窄带形（对称分布在躯干的两侧），鳍的波动运动为游动提供推进力。墨鱼鳍的肌肉结构属于肌肉性静水骨骼结构，肌肉的伸缩运动使鳍面呈现不同的波形[13]。鳍波动运动过程中，墨鱼鳍肌肉（图2）里面上下对称、并排排列分布的横肌纤维按特定规律均匀收缩，使鳍面形成与游动推进方向反向传播的波形，推动周围的流体来获得推进力。

2 墨鱼鳍波动运动建模

墨鱼鳍里面横肌纤维的收缩运动是形成鳍面波形的主要动力，将每一对上下对称的横肌纤维定义为一个鳍面单元体结构，整个墨鱼鳍的波动运动实质上是每一个鳍单元的柔性弯曲摆动运动的拟合运动。

如图3所示，为描述墨鱼鳍的空间柔性波动运动，建立了随体坐标系OBXBYBZB和鳍单元坐标系OFXFYFZF,XB轴由墨鱼尾部指向头部，ZB轴和ZF由墨鱼腹部指向背部，YF轴由鳍基线指向鳍面边缘。为建立墨鱼鳍的运动学模型，依据墨鱼鳍的形态和运动特征，作如下简化：鳍面为无厚度曲面，对称分布在躯干两侧；鳍的基线为沿躯干周围的弧线（在鳍波动的过程中，形状和长度保持不变）；鳍由并排排列、在OFYFZF平面内作周期性正弦柔性弯曲摆动的鳍单元组成，每个鳍单元在弯曲过程中始终保持圆弧形，相邻鳍单元摆动的相位差相同。

图4显示了鳍单元的弯曲摆动状态，鳍单元长度方向上任意点Q(x,y,z）的坐标可表示为

式中，r为弯曲摆动的圆弧半径，m；θ为鳍单元坐标系下Q点对应的圆心角，（°）。

圆心角θ随时间t的变化可表示为

式中，θmax为最大圆心角，（°）；ω为摆动的角速度，rad/s；θ0为初始相位角，（°）。

基于简化假设，在鳍单元周期性摆动过程中，Q点对应鳍单元段的弧长l为常量。因r=l/θ，可得

假设Q点所在鳍单元的基点在随体坐标系下的坐标为（xB0,yB0,0），则墨鱼鳍的运动学方程可表示为

式中，α为YF轴和YB轴的夹角，（°）。

3 仿生波动鳍推进器的设计与实现

3.1 SMA丝驱动柔性鳍单元

SMA丝的收缩运动与墨鱼鳍横肌纤维的收缩运动相似，通过对称布置的SMA丝的差动收缩运动可以实现与墨鱼鳍单元相似的柔性弯曲摆动运动。SMA丝驱动的柔性鳍单元（图5）由基体、弹性体、硅胶蒙皮和SMA丝组成。两根SMA丝对称分布在弹性体两侧，SMA丝和弹性体分别固定在基体上。硅胶蒙皮覆盖在SMA丝外部，并与弹性体黏结为一体。两侧SMA丝的交替收缩牵拉作用能够使柔性鳍单元产生周期性的往复柔性摆动运动。

制作的柔性鳍单元（图6）的厚度为3mm，宽度为7mm，弯曲段长度为50mm，单面SMA丝的数量为2。柔性鳍单元的弹性体选用0.25mm厚聚乙烯，蒙皮材料为704硫化硅橡胶，TiNi基SMA丝直径为0.15mm。

3.2 仿生波动鳍推进器

仿生波动鳍的外形参照墨鱼鳍的形态，将两侧对称的墨鱼鳍简化为一个鳍面整体。仿生波动鳍中，SMA丝驱动柔性鳍单元的数量越多，对墨鱼柔性鳍面的模拟越好，控制系统也越复杂。为减少柔性鳍单元数量，在柔性鳍面中，采用等间距嵌入柔性鳍单元的方式，通过柔性鳍单元的柔性摆动来带动柔性鳍面，从而实现与墨鱼鳍柔性波动相似的运动。为保证仿生波动鳍能呈现完整的正弦波形，单侧鳍面中鳍单元不应少于5个。为此，设计由11个柔性鳍单元和柔性鳍面构成的仿生波动鳍，如图7所示，两侧对称排布5个鳍单元，可实现一个完整波长的鳍面运动，尾部布置一个柔性鳍单元来配合鳍面波动。

为保证柔性鳍面能够在柔性鳍单元的带动下形成与墨鱼鳍相似的推进波，选用弹性好的人体硅胶作为柔性鳍面的材料。通过专用模具将柔性鳍单元固定，然后灌注人体硅胶，通过加热固化制成仿生波动鳍推进器，见图8。仿生波动鳍推进器长280mm，宽260mm，鳍面宽50mm，总质量（不包括固定板）为142g。

4 仿生波动鳍推进器水动力实验研究

4.1 仿生波动鳍推进器试验台

为了研究仿生波动鳍推进器的波动运动和推进过程中产生推进力的变化，搭建了仿生水下试验台。如图9所示，试验台由水箱、固定支架、力传感器、控制系统和PC机组成。为消除仿生波动鳍俯仰运动对测量的影响，仿生波动鳍通过前后两个力传感器与固定支架相连。固定支架安装在水箱上部，控制系统通过导线与仿生波动鳍中的SMA丝相连。力传感器数据通过PCI-1710HG数据采集卡上传至计算机。

4.2 柔性鳍单元和仿生波动鳍推进器实验研究

为研究SMA丝驱动鳍单元的弯曲摆动柔性，在驱动电压11.1V和驱动脉冲宽度80ms条件下进行了实验研究。实验结果表明，SMA丝驱动鳍单元能实现的最大弯曲角为84°，弯曲摆动运动呈近似圆弧形（图10）。

为研究仿生波动鳍推进器的推进性能，利用研制的水下试验台进行了一系列水动力性能测试。水温为20℃，SMA丝的驱动电压为11.1V，驱动脉宽为30～80ms，鳍单元内布置在弹性体两侧的SMA丝的动作相位差取驱动脉宽的10倍，相邻鳍单元之间的驱动相位差为驱动脉宽加40ms。

SMA丝的驱动脉宽为60ms时，仿生波动鳍的波动运动如图11所示。由图11可以看出：基于SMA丝驱动柔性鳍单元的仿生波动鳍能够实现与墨鱼鳍相似的波动运动；在整个波动运动周期内，各柔性鳍单元的摆幅差异导致鳍面呈现非等幅波动。

图12所示为60ms驱动脉冲宽度的波动鳍产生的推进力随时间变化的曲线。从图12可以看出：仿生鳍在波动运动过程中，能够产生推进力，且推进力呈周期性变化；仿生鳍波动运动产生的平均推力为正值，即平均推力方向与鳍波动时鳍面波的传播方向相反。

不同驱动脉冲宽度条件下，仿生鳍的平均波幅和瞬时最大推进力的变化曲线如图13所示。结果表明，仿生波动鳍的最大瞬时推力和平均波幅随着SMA丝的驱动脉宽增加而增大，80ms驱动脉宽的瞬时推力最大值达到180mN。

5 结语

3.《地球的形状》探究型教学设计 篇三

教材分析：

本课是苏教版科学教材六年级上册第二单元“我们的地球”中的《地球的形状》是第一课时。本课以历史发展的轨迹为线索，展现了人类对地球形状的认识过程，说明地球的形状。首先，教材以介绍事实的方式说明，人站在地球上，由于视野受限能观察到的只是有限的一部分，也是无法用肉眼直接看到地球全貌的。接着，提出：“人类是怎样逐步正确认识地球的形状的？”以激发学生的求知欲。然后教材依次向学生介绍古代、近代、现代人们对地球的认识。

学情分析: 六年级同学经过近几年对科学的学习，已经有了比较丰厚的科学知识，对学习科学的兴趣比较浓厚，对探究科学的方式方法，已经是轻车熟路了。虽然现今社会，科学技术日新月异，网络资源丰富，对于学习了解探究地球的形状来说，农村学生还是有困难的。

教学目标：

1、能够搜集有关地球的资料，提出关于地球形状的一些问题;能够通过收集资料，了解、观察地球的形状。

2、体验科学探究中运用想象建立假设以及解释的重要性;认识到科学

是不断发展的。

3、知道地球的形状;知道人类探索地球形状经历了漫长而曲折的过

程。

教学重难点：

知道人类探索认识地球形状的曲折过程；体验科学探究中运用想象建

立假设及解释的重要性。

教学准备：地球仪、地球形状的相关挂图、多媒体等资料。

教学过程：

一、导入新课

1、出示课件地球仪或挂图

（1）提问：同学们，这是什么？（地球）板书：“地球”（2）谈话：这就是我们人类居住和生活的地方，人们只能看到一望无际的陆地和无边无垠的海洋。可是在过去谁也没见过地球是什么模样，那么人类究竟是怎样认识地球形状的呢？让我们今天就踏上人类

认识地球形状的旅程吧！接着板书：地球的形状

设计意图:以直观挂图为载体，从问题引入，利用我们在地球上生活的实际情况，使科学课建立在满足学生发展需要和已有经验的基础上，以激发学生们的学习兴趣。

2、让学生展示自己课前收集的资料。

（1）谈话提问：课前我让同学们收集一些人们认识地球形状的一些资料，下面我们交流一下古代人是怎么认识地球的？你们怎么评价他

们的这种观念呢？（2）学生交流评价 板书：猜想——有根据的猜想。设计意图：搜集科学信息资料是学生学会自主学习，拓展知识，进行判断、推理和论证的必不可少的学习过程和方式。培养学生查阅、搜集整理从书刊及其他途径获得的科学资料的能力。同时通过对古代人认识地球的评价，使学生能在已有知识经验和现有的信息基础上，通过简单的思维加工，表达自己的观点。知道对别人研究的结论提出自己的观点也是科学探究的一部分。

3、出示宇航员在太空拍摄的地球照片或其它反映地球实景的照片，让学生观察后，说说看到了什么。

设计意图：进一步加深学生感知地球形状的印象。

4、小组讨论：关于地球，你已经知道些什么，还想知道些什么？

5、小组汇报。

二、带领学生经历人类对地球形状认识的曲折过程

1、谈话：现在科学技术发达了，人们对地球有了正确的认识，知道地球是一个球体。那么，古代人又是怎样认识地球的？（1）出示图片，一种是古代希腊人对地球的认识，一种是古代中国

人对地球的认识。板书：古代

（2）学生交流讨论，老师作适当补充。

2、了解古代人类认识地球形状的过程。（1）介绍古代人认识地球形状的过程。

（2）提问：既然古代希腊学者亚里士多德、我国古代的张衡都在很早以前就认为地球是圆形的，人们为什么不相信呢？

（3）学生交流讨论。

设计意图：让学生把自己想象成古代人，产生情感体验，理解当时对地球形状的懵懂认识；同时也是对古代人猜想地球形状的猜想。因此

此次活动是双重猜想。

3、观察实验“进出港船只”活动

（1）谈话：后来，人们站在海岸边看远处的航船，发现进港的船只总是先看见桅杆，再逐渐看见船身；出港的船只总是先不见船身，然后桅杆才逐渐隐没在海平面下，据此，人们猜测……

（2）提问：同学们，当你站在大海边，看到远处的船只向你驶来，你通常看到的是什么现象？当船只离开港口远航的时候你又看到了什么现象呢？这个现象会使你产生什么想法呢？

(3)引导学生质疑：这种现象就能说明了地球是个球形吗？（例如：半球体也会出现这种现象）此环节不仅重视科学的证明，同时也体现了科学的证伪，对于培养学生的科学素养有着相当重要的意义。

4、月食验证

（1）过渡：怎么证明地球是个球形呢？我们还有其他的证据，早 在 2000 多年前，出现了伟大的哲学家、科学家亚里士多德，他对弧 形产生了质疑，他分析了月食的现象。

播放：月食视频 出示不用地点，不同时间的月食照片（2）讨论：月食对你有什么启发？你怎么解释这个现象呢？

（学生小组讨论）

（3）学生汇报，体会月食对于证明地球是个球体的重要意义。

5、环球航行 出示地球仪，标好路线，出发点用旗子标出，教师介绍环球航行的故事，让学生体会人类对于追求真理的所付出艰辛的努

力。

模拟实验，观察进港的船只，论证地球的形状。

老师提示：观察者眼睛要平视，“开船者”要控制船的速度，不要太快。

师生模拟实验

师：我们再把船放在桌面上航行，用同一方法观察，看看和刚才有什

么不同。由此你想到了什么？ 生：进行对比实验，思考总结。

设计意图：无论是模拟实验还是对比实验，主要是让学生对古代人通过船只航海的现象产生直接体验，创设情境重在情感体验，同时习得

相关的知识技能。6.麦哲伦环球航行。

（1）老师提问：谁来讲航海家的故事？利用搜集来的资料讲故事。

（2）老师谈话

你们对现代人类探索地球都有一定的了解吧，现在给同学们介绍一些你知道的事情好吗？板书：精细观察。

正是有了这些善于留心观察周围事物的人，又将认识地球形状的程度加深了，从而出现了一些勇敢的航海家去探索和实践，来证实我们刚

才的猜测。板书：探索与实践

随着科学技术的发展，进一步证明了地球是圆球形的。板书：现代 设计意图：以上活动是将猜想、实验、思考、交流这些探究的科学过程充分让学生经历，在探究中学会探究。从而提高自身的科学素养。

三、总结提炼

（1）提问：通过对地球形状的认识，你有什么收获呢？

（2）师生交流

师：让我们整体来回顾一下人类认识地球形状的旅程吧！（播放资料

片）

师：这节课我们虽然只用了四十分钟的时间，却经历了人类从古至今漫长的认识地球形状的历程，下面让我们概括地说出人类认识地球形

状所经历的过程。

学生总结概括，教师画出重点词：猜想——实践——精细观察 设计意图：指导学生自己得出科学结论，让学生学会探究的方法：一是了解人类认识地球形状的探究历程；二是反思本课学习、探究活动的经历。

四、激趣拓展

(1)看地球 播放视频：从太空看地球

(2出示月球、金星的图片 拓展总结：我们对天体的探究历程，不仅仅停留在地球，还有其他的天体，例如：月球、金星等。今天我们所知道的一切，一直有个力量在推动着，那就是不断质疑。正是有了这种不断质疑的精神，才 促使我们不断地去获取证据，使我们更加去

接近事实的真相。

(3)读课本中关于地球大小的数据，完成作业：算一算：如果你以每小时 4 千米的速度，每天行走 8 小时，当你绕赤道一周后，你的年龄该有多大？ 由此让学生进一步体会地球的大小.设计意图：发挥学生丰富的想象和创造力，进行创作。通过自己算出来的有趣数据进一步对地球大小的认识。

五、谈自己对这节课的体会

设计意图：通过谈感想体会，目的是让学生结合自己生活实际和这节课所获对今后的自行探究有些启发和鼓舞，以激发他们的科学情趣，使学生懂得科学就在我们身边的道理。

六、板书设计

1、地球的形状 ↓

球形

古代人：猜想——有根据的猜想

4.地球的形状说课课件资料 篇四

本课是苏教版科学六年级上册第二单元《我们地球》的第一课。本单元是小学生较全面地认识、了解、探索地球的起始单元，引导学生从地球表面到地球内部去认识地球。本课主要是让学生了解人们对地球的认识经历了一个漫长的过程,对这一科学史的了解有助于学生形成科学是不断发展的观点,知道地球的形状、大小。

科学素养的形成是长期的培养过程,经过一年多时间的培养和训练,学生对科学探究具有强烈的好奇心和积极的探究欲，多数学生已经具有收集资料、分析整理概念的能力。

二、教学目标:

结合学生的实际情况,依据新课程的标准和我对本课的理解,我确定以下教学目标:

科学知识:

(1)知道地球的形状、大小。

(2)知道人类对地球形状的认识经历了漫长而曲折的过程。

科学探究:

(1)能通过查阅整理从书刊及其它途径获得的科学资料,了解地球的概貌。

情感态度与价值观:

(1)了解人类为科学认识地球所做的努力,相信科学是不断发展的。

(2)愿意合作交流。

三、教学重点.难点:

重点: 知道人类对地球形状的认识经历了漫长而曲折的过程。

难点:比较观察船体在球面和平面上航行的差异

四、教学准备:

教师:认识地球的视频.文字及图片资料，地球仪，小船

学生:查阅人们对地球的猜想及认识方面的文字及图片资料。

五、教学与学法：

《小学科学课程标准》指出：科学学习要以探究为核心，让学生亲历科学探究的全过程。本课用资料、文字、图片，让学生整理分析得出结论。采用多媒体展示，结合探究式提问法、讨论法等多种教学方法，通过小组合作交流，师生归纳概括，引导学生了解古今人们探究地球的历史的全过程，自主开展探究活动，给学生显示自我才能的机会，使学生真正成为科学探究主人。

六、说教学过程：

基于以上这些问题的考虑，也为了更好地开展各项活动，真正突出活动的实效性、层次性、有效性，我设计了三个活动主题：第一，交流我们对地球的认识;第二，古人是怎样认识地球的?第三，历史上人们是怎样证实大地是球体的?

1、第一个环节中，我采用多媒体课件展示——人造卫星拍摄的地球照片，并运用启发式语言引导学生思考：这是人造卫星拍摄的地球照片，这美丽的地球是什么形状的，有关地球你知道什么?

本环节设计的目的是通过资料交流与讨论，培养学生的观察、表达能力。我认为这样导课能调动学生的多种感官参与到认识事物的过程之中，拉开学生科学探究活动的序幕，同时也激发了学生探索问题的兴趣。通过师生资料交流汇报：让学生认识到地球是个很大的球体，半径约为6300千米，周长约4万千米。

2、科学探究起始于问题，培养学生的问题意识是科学课教学应时刻关注的问题，在教学中教师创设情景，适时引导学生提出“古代的人们是怎样认识地球的?他们认识地球是什么样的问题?进入第二个环节，让学生交流自己收集的资料，展示图片及视频资料：第一幅是古人设想的“天圆地方”图;在观察的基础上思考，古人为什么会提出这样的猜想，你认为这些猜想有没有漏洞，引出第二盖天说，介绍神话故事“女娲补天”正是这种地球观的体现。让学生思考这种学说你有没有问题或质疑，学生充分开动脑筋，提出各种质疑。既然“盖天说”是错误的，由此引出“浑天说”及阿基米德根据月亮的影子判断出地球是球形的……意在给学生提供自主交流的空间，让每一个学生充分展示自我，真正在探究中学会科学知识，而不是老师的生硬灌输。同时让学生了解为什么古人会有这种认识，这些想法虽然现在看起来很可笑，可是收到当时的科学技术的影响，人们只能得出这种结论，古人的科学水平在发展，他们对地球的认识才跟着一点点提高，这是一个漫长而曲折的过程，学生在讨论和思考的过程中自己感受到这一点，同时也突破了本课教学的重点。

3、我们生活在海边，海边的人观察远处的帆船，发现船只在进出港时有一个特殊的现象。引导学生用地球仪和小船做实验，比较船只在平面上航行和在球体上航行有什么不同，这是本课的难点，如果凭空想象，对学生来说有难度，可是实际实验会发现现象非常明显，效果很好。

4、在最后一个环节中，从问题入手，利用导向性的语言：“历史上人们又是怎样证实地球是球体的呢?”引出麦哲伦的环球航行。这里采用师生讲故事，多渠道展示资料。课件展示：麦哲伦航海史;图片、文字等资料交流。从而拓展学生的知识，让学生认识到任何伟大的发现都凝聚了人类不懈的能力，从而激发学生学科学、爱科学，愿意进行科学探究的热情，培养学生严谨的科学态度。

5、自由活动：

科学来源于生活应用于生活，学生学会知识并不是目的，关键是启发学生把自己学到的知识应用于生活，自主解决生活中的问题才是真正的目标。因此，让学生列举生活中的事例，来说明地球是球体，自主开展探究活动。这个环节设计目的主要是培养学生学会观察，并能用观察到的现象去论证事物本质的能力。

5.折形状的教学设计 篇五

五年科学 岫光 刘巍

1、知识与能力：能够识别复杂的形状是由哪些基本形状构成的。

2、过程与方法：能够通过实验探究物体的形状与承受力大小之间的关系。

3、情感态度与价值观：（1）体验与人合作的乐趣。

（2）知道改变形状增大承受力的方法在生产生活中具有广泛的应用。教学重点﹑难点: 知道物体的形状不同，承受力大小也不同及其在生产﹑生活中的运用。教学准备：

教师：课件，蛋壳，A4纸, 书 学生：A4纸，书，双面胶 教学过程：

一、激情导入

1、老师这有一张纸，想用它托起一本书，可总是失败，你们谁有好办法能帮助老师吗？ 生：说一说并演示

2、你表现得真棒，为什么这张纸经过你的改造就变得这么神奇呢？ 生：发表自己的看法。

二、认识物体的四种基本形状

1、说到形状，你们知道有哪些吗？ 生：随意说形状。

2．其实我们大自然中有许多生物千姿百态，形态各异，一起来看大屏幕，说说这些物体分别类似什么形状呢？ 生：边看边说

3、小结：其实大自然中的物体是由锥体，柱体，台体，球体等四种基本形状构成的，这些形状又可以被切成一半或更小些，用来组成其它形状。

4、这些形状有什么好处呢？ 生：看图结合实际说

他们本身所具有的独特形状，有抵御风雨，增加自身承受力的优势，所以人们就根据它们的形状建造了帐篷，金字塔，房屋，天文观测台。这些美丽的形状承受力一样吗？这节课我们就一起来研究形状与承受力的关系。

三、研究物体的形状与承受力的关系

1、刚上课的时候我们那位同学将纸折成了某某形，你们还会折成什么形状的纸筒呢? 生：说出纸筒的形状

2、同学们真聪明，说出了这么多种形状的纸筒，那它们的承受力会一样吗？下面我们选四种形状的纸筒，用书来做重物，先猜测一下哪个纸筒的承受力最大。生：以组为单位，交流与讨论，填实验记录表，汇报猜测结果。

3、如果要比较哪种形状的纸筒承受力大，在实验过程中应注意哪些事项呢？

生：发表自己的看法

4、出示实验要求，实验开始 生：汇报结果

5小结:所以改变物体的形状，可以增大自身的承受力。

四、拓展与应用

1、在我们身边就有许多物体改变了形状，它们为什么要这样设计呢？ 生：发表看法

那是因为可以增大承受力，还可以节省材料，又给人你们的生活带来了便利。

2、介绍纸桥。

3、教师演示：用鸡蛋壳托书

4、欣赏壳体建筑。

五、总结

看到这美丽的图片，我想对你们说，其实科学就在我们身边，只要我们大胆的去想，用心的观察，你们一定能够利用科学来创造美好的生活，让我们的家乡岫岩变得更美。板书设计：

折 形 状

物体的四种基本形状：锥、台、球、柱

6.《地球的形状》研究性学习教学设计 篇六

三维物体形状检测与重构技术在生产自动化、机器人视觉、CAD(计算机辅助设计)、虚拟现实和医学映像诊断等领域有着极其广泛的应用前景。如何快速、准确地获取被测物体表面的几何形状信息,并根据这些信息对被测物体形状进行三维重构,仍然是一项重要而有难度的研究课题。因此,三维物体形状检测与重构系统的研究,在理论上和实际应用中都有着重要意义。

面结构光投影三角测量法是一种主动模式的检测方法,它具有检测过程完全非接触、准确、快捷、数据空间分辨率高等优点,且成本低,便于实际应用,具有较高的研究价值和发展前景,是目前研究最广泛的三维物体形状检测技术。

1 检测原理

面结构光投影三角测量法原理如图1所示。由于被测物体、投影点和观测点在空间上成三角关系,故称为面结构光投影三角测量法。当用基准光栅条纹投影到被测物体上时,从观察点来看,由于物体表面形状凹凸不平,光栅条纹发生了畸变,这是由于向物体投射的光栅条纹信号受被测物体表面形状调制所致。从观察点处所获得的畸变光栅条纹图像包含了物体表面形状的三维信息,因此,只要建立反映畸变光栅条纹和被测物体表面形状之间对应关系的数学模型,便可以从畸变光栅条纹图像中推断出被测物体表面形状。

2 数学建模

面结构光投影三角测量法的几何原理如图2所示。图中,三维空间坐标系(X,Y,Z)代表整个系统所处的空间位置,即被测物体所在的坐标系,二维观测坐标系(x,y)则代表CCD(电荷耦合器件)摄像头的成像平面。

假设被测物体置于以三维空间坐标系原点O(0,0,0)为中心处,CCD摄像头的光轴与三维空间坐标系的Z轴相重合,摄像头光心位于三维空间坐标系的B

点(0,0,l)处,成像平面与摄像头的光轴垂直,其x、y轴分别与三维空间坐标系的X、Y轴平行,且其与镜头光心的距离为v,o点(0,0,l+v)为成像平面中心点,也是二维观测坐标系的原点;投影仪的投影光轴在三维空间坐标系的Y-Z平面内,且通过三维空间坐标系的原点,与Z轴成α角,投影仪的光心与摄像头的光心在同一高度,其距离为d,其连线与Y轴平行。

根据摄像头成像原理和系统空间位置关系,可以建立三维空间坐标系与二维观测坐标系之间的联系,从而建立系统的数学模型。

1) 分析直线Bt

设t点在观测坐标系中的坐标为(xt,yt),在空间坐标系中的坐标为(Xt,Yt,Zt),因为x轴与X轴平行、y轴与Y轴平行,且o点位于空间坐标系中(0,0,l+v),所以可得:

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在空间坐标系中,t点坐标为(xt,yt,l+v),B点坐标为(0,0,l),因此,直线Bt方程为:

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直线Bt上任意一点均满足式(2),故对物体表面上点T(XT,YT,ZT)有:

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2) 分析第i次投影光栅条纹光平面

已知第i次投影光栅条纹光平面与参考平面所成夹角为θi,且交参考平面Y轴于Si点,可得该光平面方程为:

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故对点T有:

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由于l>>d,α较小,使用高精度投影设备时可以近似认为投影到参考平面上的光栅条纹是均匀等间距的。将条纹间距记为h,则可得第i次条纹在Y轴上截距Si为:

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对图2中的光路进行几何分析不难得出:

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3)寻找光路交点

被测物体表面上任意一点T(XT,YT,ZT)为该点所在的第i次条纹投影光平面与直线Bt的交点,因此,联立式(3)、式(5),可得:

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将式(6)、式(7)代入式(8),可得到T点坐标:

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式中:Ki=ld;Hi=ivh-vd。

由式(9)可见,通过测量或计算已知变量l、d、h、v、xt和yt等,就可以求得被测物体表面的三维数据。读入这些数据,将其显示在屏幕上,经过一系列处理后即可实现三维重构。

3 三维检测处理

在三维检测过程中,向被测物体表面投射基准结构光栅条纹,由CCD摄像头拍摄被测物体表面形状调制后的畸变光栅条纹图像,再通过图像采集卡将其以数字化的形式送入计算机中,经预处理、阈值分割、细化等图像处理后,根据数学模型可以计算出被测物体表面形状的三维坐标数据。

1) 预处理

图像预处理主要包括图像剪切与图像滤波两部分,目的在于提高原始图像的分辨能力,消除各种干扰噪声,增强识别信号,同时又要避免图像变得模糊,为后续处理做准备。

2) 阈值分割

在分析条纹图像时仅对条纹感兴趣,而对条纹内部以及明暗条纹之间的过渡区域不感兴趣。因此,需要运用阈值分割的方法将灰度图像转化为二值图像。图像阈值分割是各项图像处理中的重要环节[1],它的精确度直接影响到其后的细化处理与三维重构的效果。本课题采用二维最大熵阈值分割快速递推算法,其图像阈值分割时间快,具有良好的图像分割效果,并且能够有效地抑制噪声,便于实时处理,是一种有效的阈值分割算法。

3) 细化

经过阈值分割后,畸变光栅条纹虽然被提取出来,但是由于条纹较粗、宽,并且边缘扩散,如果不进行细化处理就无法精确地算出条纹的坐标。所以,条纹图像细化也是图像处理的关键环节。

4) 三维坐标转换

畸变条纹图像经细化后,结合测量的系统参数,根据数学模型进行三维坐标转换,这样就可以获得被测物体表面的三维信息(即点云数据),实现了三维物体形状检测。

4 三维曲面重构

将检测到的点云数据在计算机屏幕上三维显示出来,以供进一步分析、处理,经过分组排序、数据精简等重构预处理后最终实现三维曲面重构。

4.1 重构预处理

1) 分组排序

根据点云数据的特点,首先选择点云条纹数 作为关键码,将所有关键码相同的点云分组;其次,在每一组内,再选择点云的横轴方向坐标x为关键码进行排序。这样就可以将原来杂乱无章的点云转换成有序的点云,更加有利于后续处理。

2) 数据精简[2]

由于点云数据量庞大,有必要在保持原始数据基本特征的基础上,对冗长的数据进行精简,这样可以减少后续操作的运算量,缩短处理时间。

4.2 三角网格化曲面重构

对于三角网格化曲面重构,众多学者已提出多种方法[3,4,5],各有其适用处,这些重构网格面的方法要求计算量较大,对于海量数据的重构速度极慢。根据检测得到的三维点云数据的特点,提出了适合本课题的简单、有效的三角网格化方法--改进的同步前进算法。如图3所示,设有上、下两条相邻轮廓线,上轮廓线上的离散点序列为P0,P1,…,Pm-1,下轮廓线上的离散点序列为Q0,Q1,…,Qn-1,且n>m,则以跨距undefined为基础,根据上、下两轮廓线线段上相邻点的跨距情况,尽量保持同步,最终决定如何构造三角网格。

设P上距离Qj点最近的点为Pi点,如果undefined,则选取ΔPiQjQj+1,即沿下轮廓线前进一步。否则,选取ΔPiPi+1Qj,即沿上轮廓线前进一步。因此,用m+n步可以实现相邻上、下两轮廓线之间的三角形连接。

5 实验结果

在C++ Builder 6.0平台上,开发了一套三维物体形状检测与重构系统软件,图4是规则物体的检测与重构效果图。系统不仅可以检测出圆台体纵向深度的变化,而且还可以检测出其表面水平方向的曲率变化。

图5是圆台表面0次条纹所对应断面的检测数据与物体的实际尺寸相比较所得的误差分布图,可以看出检测数据与实际圆弧曲线吻合,检测与重构精度高。

实验结果证明:基于面结构光投影三角测量法的三维物体形状检测与重构系统,能够进行有效的检测与重构,且检测速度快、精度高、算法简单、实时性高、重构效果不错,是很有应用价值的非接触光学检测及重构系统。

摘要：三维物体形状检测与重构技术是计算机图像处理技术的一个分支,在众多领域有着广泛的应用前景。文中介绍了基于面结构光投影法的三维物体形状检测与重构系统,阐述了测量原理,建立了数学模型,给出了系统检测与重构的步骤,并根据检测得到的三维点云数据的特点,提出了适合本课题的简单、有效的三角网格化方法。实验结果证明该系统能够进行有效的检测与重构,具有很好的应用价值。

关键词：结构光,三维物体形状检测,三维重构

参考文献

[1]夏良正.数字图像处理[M].南京:东南大学出版社,1999.223-227.

[2]洪军,丁玉成,曹亮,等.逆向工程中的测量数据精简技术研究[J].西安交通大学学报.2004,38(7):661-664.

[3]唐泽圣.三维数据场可视化[M].北京:清华大学出版社,2000.177-183.

[4]王青,王融清,鲍虎军,等.散乱数据点的增量快速曲面重建算法[J].软件学报,2000.11(9):1221-1227.

7.《地球的形状》研究性学习教学设计 篇七

工 作 手 册

（理工类专业适用）

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专业班级

姓 名

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指导教师

二○一 年 月 日

基于形状特征的图像检索算法仿真实现研究

摘要:近年来,随着数字多媒体和移动计算机以及互联网信息技术的快速进步发展,数字图像的应用数量正以惊人的增长速度不断增长。面对日益丰富的数字图像媒体信息这个海洋,人们仍然需要有效地从中不断获取所有人期望能够得到的更多媒体信息。因此,在一个大规模的数字图像检索数据库中如何进行快速、准确的图像检索已经成为当前人们图像研究的一个热点。

为了能够实现快速而准确地进行信息检索数字图像,利数字图像的主要视觉信息特征,如图像颜色、纹理、形状等元素，基于形状的数字图像信息检索处理技术应运而生。本文主要深入研究基于图像形状基本特征的边缘图像侦测检索,边缘图像检测检索是基于图像形状基本特征的一种有效检索图像方法,边缘检测是检索图像最基本的形状特性。在图像景物边缘特征检测中,微分这个算子算法可以准确提取和输出景物图像的一些细节分析信息,景物图像边缘特征是图像细节分析信息中最主要具有不可描述性的景物边缘特征的部分,也是进行图像边缘分析过程中的一个不可或缺的部分。本文详细地阐述分析了一种局部边缘厚度检测算子方法,即canny方法算子,用c++编程语言实现各方法算子的局部边缘检测,并根据算子边缘厚度检测的准确有效性和边缘定位的准确可靠性,得出这种canny方法算子已经具备了所有最优化的边缘厚度检测所应必需的各种特性。并通过基于图像轮廓的图形描述表示方法,傅里叶轮廓描述符对一个图像的轮廓形状及其特征特点进行轮廓描述并将其存入图像数据库中。对行业也相应的具有检索查询功能。

关键词:形状特征检索;边缘图像检测;傅里叶描述符

一、前言

随着现代信息化工业社会的到来,几乎任何一个学科研究领域的技术发展都和现代计算机技术密切联系有关,人们所需要处理的图象信息已不仅仅只是一些数字、符号等的信息,而是越来越多地与人接触并得到大量的数字图象内容信息.其中例如:航空卫星信息遥感监测图象、医学遥感图象、地理水文信息监测图象等.而且在实际技术应用中随着时间的不断推移,图象信息数量也在不断扩大,利用各种人力来对这些图象信息进行内容浏览和信息检索，不仅仅需要大量的精力和时间,浪费大量的的人力,而且几乎已是不可能完成的一件事。这样需要利用计算机对这些数字图象内容进行有效内容组织和信息检索便已经成为现代人们科学研究的重要课题.因而传统的数字图象内容表达和信息检索处理方法往往是需要使用图象文件名、标题、关键词数字等.目前,这种检索方法已不能完全满足现代人们的技术要求.因此,人们越来越迫切地认识需要对这些图象的各种可视性和特征图象进行信息提取,并且根据这些可视特征对各种图象内容进行信息检索.基于图象内容的数字图象信息检索处理技术,也正是在这样的一种情况下发展产生的.基于图象内容的数据图象信息检索数据技术就是通过数据分析一个图象的主要内容(例例如:颜色、纹理、形状等),从大量活动视频图象库中查找含有特定物体的图象,它充分克服了现代传统检索方法的不足,融合了数字图象处理、图象识别和网络图象检索数据库等多个领域的最新技术成果,从而完全可以为你提供更有效的图象检索技术手段.它们既充分体现了特征图象的基本信息处理特点,又充分结合了现代传统图象数据库检索技术.其基本检索过程一般是:首先对一个图象特征进行图像预处理,然后根据特征图象的基本内容从特征图象中直接选取所有有需要的特征图象形状特征,存于图象数据库中;然后当对一个图象特征进行勾画检索时,对于一个图象已知的特征图象首先抽取其具有相应的图象特征,然后在整个图象数据库中进行检索与其相似的特征图象,也或者可以根据相对于某一个的查询对象要求直接给出一些图象特征点和值,然后根据所需要给定的图象特征点和值在整个图象数据库中进行检索所要的特征图象.结果例如:对于基本相同形状带有特征的图象检索,你或许可以直接给出一些有关被勾画检索某个对象的基本形状特征描述,可以认为是一些带有特征点的值,也或者可以认为是勾画出的检索对象的形状略图;对于基本相同颜色的图象检过,可以直接给出不同颜色的物体比例或者关系,等等.最后,给出图象检索后的结果.目前,从事这一技术课题相关研究的年轻人越来越多,国外许多著名科研机构和专家学者都在积极进行许多有关这一技术课题的相关研究,例如:公司的数据检索系统.国内的许多专家学者和相关科研机构也在积极进行此技术问题的相关研究.本文首先对基于对象内容实体图象的的检索数据进行了简要的理论概括,然后对基于实体对象动态形状的实体图象内容检索数据理论基础进行了深入的理论研究,包括:基于对象形状的实体图象内容检索计算方法,对象实体形状的综合描述,图象形状配匹检索算法,最后本文给出了一个基于对象形状的实体图象内容检索数据原型管理系统,并在一台微机上加以实现,该原型系统主要功能包括内容图象检索数据库的管理建立,数据库的日常维护,图象的信息查询等几个功能.二、研究介绍

2.1、课题背景及研究意义

随着现代多媒体网络技术、计算机网络技术、通信网络技术及互联网络的迅速进步发展,人们正在快速地发展进入一个现代信息化的新社会。现代信息技术已不可能能够运用各种技术手段大量的进行采集和分析产生各种类型的海量多媒体信息数据,人们对各种多媒体信息的采集需求也越来越大量和频繁。虽然人类信息的数量快速增长直接促进了人类社会的快速发展,但是由于信息快速膨胀也给现代人类社会带来了过多的的信息量以至于远远超过了这类人的整体接受信息能力。因此,除了怎样获取、处理和传输存储各种多媒体信息十分重要,怎样在各类海量的各种多媒体信息中快速有效地准确访问这些人们经常感兴趣的各种多媒体信息也对其显示体现出了同样的巨大重要性。

图像抽象信息采集是传统多媒体信息中最常见的一种,也因其具有传统多媒体信息采集数据量大、抽象应用程度低的基本特点。如何从各种海量的有用图像处理信息中有效地收集获取有用图像信息,即使是图像处理信息数据资源的使用管理和信息检索也就显得日益重要。随着当前人们对文字图像文本信息的巨大检索需求的不断增长,产生了基于图像文本的文字图像信息检索引擎技术,比如著名的中文搜索结果引擎google和百度中对文字图像的文本检索。这种基于人类文本的人工检索标注技术所广泛利用的人工文本标注检索方法虽然存在一些局限性,经常进行检索时会出来大量的一些用户不感兴趣的文本图像,但在没有找到更好文本解决办法的实际情况下,用户通常只能选择继续检索使用。因此如何对一个图像的特征内容自动、客观、全面地对其进行特征提取。真实有效的准确表示数字图像信息内容,帮助用户快速有效地检索访问自己感兴趣的信息图像内容，有着极大的科学研究领域需求和迫切的应用需要,而基于图像形状特征的数字图像信息检索分析技术恰好真正能有效的帮助解决这个现实问题。另外在实际的应用中,图像信息数据库及其信息检索的技术研究对医学多媒体图像数字图书馆、医学临床图像应用管理、卫星图像遥感网络图像和应用计算机图像辅助设计和开发制造、地理位置信息采集系统、犯罪识别系统、商标标识版权的使用管理,生物的形态辨识以及分类等诸多方面可以提供有力的技术支持。

2.2、国内外发展状况

近年来,CBIR已经逐渐发展早熟成为一个非常活跃的医药临床医学研究应用领域,各类我国顶尖临床科研机构与临床研究公司已陆续成功开发推出了一些基于CBIR临床应用管理系统的临床研究应用产品,有的已经成功广泛应用扩大到医药临床医学、商标、专利技术以及检索等诸多研究领域。

IBM的系统QBIC是它是第一个具有商业性的基于CBIR的子系统。它们还提供了基于图像颜色、纹理、形状和其他手绘图像草图的多种图像类型索引使用方法。columbia大学的图库Visual SEEK图库提供了基于自然色彩和立体纹理的多种索引分析方法。PhotoBook 是美国麻省理工学院和多媒体科学实验室自主开发的一套用于检索、浏览人脸图像的交互式检索工具,它其中包含三个图像子系统分别用于提取人脸形状、纹理和各种人脸面部特征,用户甚至可以分别定制做基于上述一种人脸特征的图像检索。MARS(multimedia analysis and retrieval system)这个系统由美国UIUC 大学负责开发,其不同之处主要在于用户学到了很多专业领域的基础知识:例如计算机图像视觉、数据库资源管理和云系统和网络信息资源检索。新加坡国立大学公司开发的一个基于复杂内容的模糊图像信息检索系统,其显著性的技术创新特色主要包括:多种特征提取的新方法、多种基于复杂内容图像检索的新方法、使用自定义组织式的神经网络对复杂内容特征进行度量、建立基于各种内容图像索引的新应用方法以及对各种多媒体信息格式进行模糊图像检索的新应用技术。

清华大学的数字ImgRetr检索结合了多种组织检索方法,就这样能为您提供基于形状主色、纹理、直方结构图、颜色元素分布、框架等多种组织方式的形状检索。

2.3课题研究的主要内容

本文主要依托基于物体形状的网络图像信息检索分析技术,重点深入研究基于物体形状动态特征的网络图像信息检索。形状纹理特征不同于物体颜色、纹理等的特征,形状纹理特征的正确表达必须以对物体图像中每个物体或图像区域的正确划分来作为理论基础。在二维矩形图像中的空间中,形状通常被我们认为为它是由于一条完全封闭的并由轮廓映射曲线所形成包围的特征区域。通常这种情况下.二维形状中的特征区域有两类可以表示它的方法,一类可以是一个区域形状特征,利用的可以是整个二维形状特征区域;另一种分类可以是一条轮廓曲线特征,利用的则可以是二维图像的整个外边和内界。本文主要重点研究的领域就是外界与边界的边缘索引测量方法边缘测量检测,边缘测量检测的常用方法主要有很多,如:roberts矩形交叉曲线微分代数算子、sobelt微分代数算子、priwitt交叉微分代数算子和Laplacian微分代数算子以及canny微分算子。而其中属Canny算子最好。

本文主要深入研究的字符是傅里叶描述符。其主要理论思想观点是用关于物体内部边界的傅立叶变换公式作为其物体形状学的描述。

2.4、相关内容介绍

2.4.1形状分析

2.4.1.1、形状特征

常用的长轴形状运动特征参数有长轴周长、形状特征参数、偏心率、长轴运动方向与弯曲运动能量等矩阵的描述、综合光密度以及三维轮廓的应力矩也同样可以用于表示和用来描述三维图像。

2.4.1.2特征选择

通常一般来说,形状的形态表示特征图型表示法具有两种常用图形表示法的表现方法,一种表示方式主要是用来表示具有轮廓性的形状形态特征,另一种表示方法主要是用来表示具有区域性的形状形态特征的。前者一般来说只用于看到整个部件物体的内部外观和形状边界,而后者则直接把它关系着其应用到整个部件物体外观形状上的各个区域。

2.4.2、一种基于形状的图像检索算法

2.4.2.1、算法分析

基于这种形状的图像检索更多地只是用于了解当前的用户能够粗略地扫描画出一个图形轮廓之后进行图形检索的实际情况。这种图形轮廓绘图可以认为是通过用户凭借自己脑子在空中的第一印象徒手自动画图绘出来的,也甚至可以认为是通过操作系统软件提供的基本图形绘图处理工具“拼凑”的。这两种检索情况都不具有一个基本特点,即它所提供的检索形状只是对所欲检索图象形状的粗略抽象描述,它从它的大小、方向或者其整体形状结构上都很有可能与真正根据要求调查的检索图形形状有较大小的出入。因此,基于面的形状进行检索的主要难点仍然在于需要寻找一种能够准确检索与面的大小、方向及整个扭曲面的伸缩程度无关的检索方法。

不变矩和产品轮廓的应力不变矩的方法产品具有良好的轴向平移、旋转、尺度上的缩小和放不变性及高度抗干扰性。用一个图像的形状不变矩和图像轮廓的应力矩阵来作为矩对图像的两种形状相似特征进行索引,使用适当的形状相似性之间距离进行定义,计算并得出两幅画中图像的形状相似性之间距离,当这个距离的值足够小时,就可以认为两幅画的图像形状是相似的。傅里叶这种算法不仅对图像噪音控制具有很好的鲁棒性,而且对几何变换速度具有不变性,更加十分适合工图像形状分析检索的实际需要。因此，提出了应力不变矩和矩形轮廓的应力不变矩的算法和傅里叶公式描述中的符号相结合的计算方法。

三、图像检索技术的发展过程

目前图像检索的技术最早开始于上个世纪70年代,当时主要研究的是基于文本的检索,即使采用关键词和描述性的文本来对其进行检索,要求使用者对文本中各种特征的描述都必须具备一定的精度准确性和规范性。但是随着各种大规模的数字化图像仓库的诞生,基于文本检索的技术暴露了自身的优势。在我国逐步发展到90年代,基于图像内容的信息化图像检索技术应运而生,其设计思路主要是充分利用信息化图像自身的各种视觉特点,例如:将图像中的颜色、纹理结构、形状、空间之间的关系等信息作为内容来进行匹配、查找。它通过充分地利用了己经拥有的算法,使得所有的特征提取和匹配都完全能够由机器自动地完成,检索的过程也没必要太多的人为干涉和解释,这就克服了传统的手工标签注释方式的低效率和二义性。

四、基于形状特征的图像检索

因为许多的图像检索系统把注意力集中到了基于色彩或者是纹理学的方式上。但对于某些图像形状来说,纹理和颜色的信息不够丰富,如一些商标图像等,这时基于纹理的检索方法便无法完全满足所有的检索要求,而必须从整个图像形状入手。形状特征信息是图像的中心特征之一,图像中的形态和信息不会随着图像中物体颜色的改变而发生任何变化,它是一种稳定的特征。用各种形状的特征来区别物体很加直观,它们是现代社会中人们识别不同形态图像的主要技术特征之一。因此,通过利用各种形状特征来检索图像,可以大大提高检索的精度和效果。基于目标的形状特征的图像检索主要目的是通过检测得到目标轮廓线或分割得到目标轮廓,并针对其所在位置进行形状特征的提取或直接针对图像搜集寻找合适的向量特征。形态描述要求我们在尽量区别各个目标之间的基础上,对于目标平移、转动及尺度的变化并不敏感。目前,虽然我们已经研究提出了许多关于形状的分析技术,但是想要将它们有效运用到图像检索中仍存在的问题还有一些困难和疑惑亟待解决,如算法的工作效率和复杂程度,形状特征的提取与描述等。

五、基于形状特征的图像检索具体实行

5.1对象形状的描述

图象经过边缘的提取、分割后可以获得诸个被分割的区域.对诸个被分割的区域所提取的形状特征,是基于内容的图象检索系统的重要组成部分,所提取的形状特征对于图象的旋转、图像的平移和对图象缩放都是不敏感的.本文主要研究涉及以下几种形状的特征:

(1)基于傅立叶系数的形态和特点.圆角度,细长程,散射性.(2)基于几何形状的特征.区域的面积,区域的周长,体态比.(3)矩描述.共有七个矩常量.(4)以相似多边形为基础的结构和特点.(5)形状直方图.5.2、系统设计与实现

系统主要可以分为三个组成部分:(1)图象数据库建立模块.该建立模块首先对用户输入的各种图象信息进行了预处理,其中包括各种图象信号和噪声的清除,图象尖锐化,边缘检测(对象物的分离),边缘细化,链码追溯,对于边界信息进行了多边形逼近,然后将其提取到对象的各种形状信息,最后把用户需要提取的信息特征值直接存入到图象数据库中;(2)图像数据库维护系统模块.本次维护系统主要负责对图像数据库信息进行维护,主要内容包括图像浏览记录的修改及历史纪念信息的删除;在对图像记录进行修改时,对那些由于计算机自动提取得到的特征值我们都是不可以进行修改的,而且我们只能通过修改这些由人为确定定义的字段,如:一个有关于图象的文字说明部分.(3)图像检索查询模块.该功能首先根据需要对被检索的图像进行提取的形状和特征,然后再根据需要选择按哪些特征值对象来进行检索,设置好图像的检索所达到要求的类型和相似程度,最后与将图像信息与数据库中的其他图像进行匹配,输出查询结果.图象的匹配查询是整个图像信息数据库的主要功能和组成部分,匹配算法的好坏及其优劣直接影响到匹配查询的速度和信息库查询的质量,其根本思路就是通过判断一个经典的已知图象与一个图像数据库中的一个图象之间的距离,如其距离有点足够小,就说明我们可以确定两个已知图象之间是相似的,其结果一般应该是多个已知图象,这些所有的图象都与经典查询的图像在一个给我们认为有点相似.我们其实可以通过运用各种相似性程量测度查询函数过程方法工具来进行分析和控制计算一个查询特征图象与一个特征图像数据库中每一个特征图象的相似度和程度,相似性程度测量中的查询函数过程主要来说是研究建立在对数据特征分析和模式识别相关技术研究基础上的,涉及所遇到的主要技术问题之一就是对于一个数据输入模式如何进行特征描述和模式判别,查询的基本过程就是根据一个新的给定数据模式对一个数据输入中的模式特征进行数据匹配.这个相似度一般来说是通过0~1之间的某个个不同参数特征来进行表现计算出来的,总的相似度也由各种不同特征所测量的相似度通过函数加权运算求和得.传统数据库的准确匹配和查询技术是很简单地了解的,但对于图象型的数据库来说,查询的质量和查询的快慢还是相互矛盾的,要求查询率和准确性好,就需要尽可能多地增加一些描述图象的特征矢量的维数,随之而来就需要尽可能多地增加计算量,所以,要在不降低特征矢量的维数条件下,才能够大幅度地提高查询率,就必须通过调整和完善查询的策略.主要采用以下两种操作方法:

（1）.聚类的基本原理:分类即把一个标准图象按类划分开来成以下几类,每一类都被用户定义成作为一个分类标准图,则在用户查询一个标准图象时,首先根据要求计算出与各种分类标准图之间的物理距离,确定它们之间是否隶属于何一类,然后再与该一类的标准图象之间进行具有相似性的分类匹配.（2）过滤的原理:即通过降低维数,在进行图象匹配之前,首先将一些形状和特征相差甚远的图像从一个被称为图象匹配团队中全部清除掉,然后再将查询到的图象和匹配团队中剩下的其他图象进行对比.5.3、算法步骤

(1)通过计算被检索图像的形状和特征,并从数据库中提取图像形状和特征进行索引;

(2)对特征向量进行归一化;

(3)使用欧式距离法来计算归一化后的图像数据库中各个图像与显示者的图像之间的相似性和距离;

(4)按序输出检索结果。

5.4.边缘检测

其中边缘化的特点通常是直接影响物体图像最为主要的一个基本特点。边缘则主要是在泛指周围各个像素的颜色灰度并没具有较大阶跃性质的变化或者在屋顶上的颜色没有发生较大改变的那一个周围像素。Poggio在文中这样解释说:“或许对应着图像中物体的边界或许并没有对应着图像中物体的边界,但是边缘具有十分令人满意的性质它能大大地减少所要处理的信息但是又保留了图像中物体的形状信息”。

边缘图像检查理论是一种实现图像识别的重要理论知识基础和技术前提,直接意义地说它决定了图像识别检查结果的客观准确性。由于人体边缘图像检测尚不成熟,直接地严重影响了对图像识别的实际研究应用,一直以来都认为是图像识别相关技术应用领域的重要研究发展热点。经过多年的研究探索和应用实践,边缘式质量检测系统技术已经逐渐发展渗透至各个应用领域。在应用生物医学上,边缘提取检测主要作为适用于人体肾脏血小球的边缘提取,在应用生物医学工业和工程科学以及其他工程材料领域的边缘检测,如聚酯纤维或者其他塑料制品。而且在加工喷涂、焊接和机械装配时也被充分地吸收利用。在中国传统的民族文化工艺美术上,用于对传统纺织品和手工艺品的定制设计,服饰的定制设计和手工制作,发型的定制设计,文物收藏材料以及照片的编辑复制和收集整理,运动员的身体动作状态分析和体能评级等等。总之,边缘厚度检测已被广泛应用于各个领域。这仍然是我们必须不容忽视的一个研究发展热点。

5.5、Canny边缘检测

5.5.1 Canny指标

基于微分算子的边缘提取方法存在的一个比较麻烦的问题是如何让我们选择适当的阈值,可以通过这种方法使边缘从每一个细节中被提取出来。阈值的选择方式不同,所需要提取得到的边界信息也不相同。在两个不同的阈值下,采用相同的微分算子均可以从图像边缘提取得出一个点,但两者之间有比较大的差异。这样,在边缘提取中也就存在了对提取良好与否的评估。

针对这一重要问题,根据边缘检测的工作有效性和其定位的安全可靠性, Canny 通过研究最优的边缘检测仪器所必须要求的特点,给出了衡量边缘检测系统性能好坏的三个主要指标:

(1)良好的边缘信噪声对比,即将不是边缘点错误判定为其他边缘点的错误概率相对较高,将其他边缘点错误判定为其他边缘点的错误概率相对较低;

(2)良好的定位特性,即检测出来的边缘点应该要尽量安装在实际边缘的点为中心;

(3)对于单个边缘只能产生唯一的响应,即单个边缘能够同时产生许多个响应,其概率相对较低,并且在虚假的响应中对边界的反馈效果相应得到最佳抑制.用这样一个词来说,就是我们希望能够有效地提高人们对于景物边缘的灵敏度和噪音的同时,这种能够有效地抑制其他人们产生噪音的方式才是良好的边缘提取技术。值得我们十分庆幸的一点其实是,且个二阶线性映射算子仍然能够在有效抵抗图形噪声和对图形边缘的线性检测之间获得最佳结果折中,这个二阶线性映射算子本身其实就是高斯函数的一个二阶取值引用导出函数。高斯函数和用于原图的卷积已经初步达到了一种可以抵抗局部噪声的主要效果,而用于求导的函数,则被普遍认为已经是我们检测一个景物局部边缘的一种重要手段。

设二维高斯函数为

其中,σ为高斯函数的平滑度和分布式的参数,可以被广泛地基于用来衡量控制网络对象或者网络图像平滑的重要程度。

其中，σ是高斯函数的分布参数，可用以控制对图像的平滑程度。

最优阶跃边缘检测算子是以卷积▽G*为基础的，边缘强度为

而边缘方向为

由高斯函数的定义我们得以可知,该高斯函数都可以是无限地从头拖尾的,在实践中,一般的各种情况下都方法是将原来的有限模板尺寸截断为n,至于就达到了有限的模板尺寸。这个新的实验结果证明,当时,能够直接取得较好的边缘化学检查实验结果。

5.5.2 Canny算子的实现

下面是Canny算子的具体实现。

利用高斯函数的双向可分性,将映射▽g的两个一维滤波卷积上的模板可以分解成两个一维的滤波行列式式滤波器:

1

2

3

4

5

6

K为常数将式12分别与图像

则反应出一个在图像上点处的边缘强度,是一个在图像点处的法向力矢量(下一个交于其边缘线方向)。

根据关于canny的卷积定义,中心边缘点梯度作为一个卷积算子和它的图像(x,y)的卷积梯度是在中心边缘点和梯度相同直线方向的同一区域内两个算子梯度中的最高值。这样,就可以能够通过在各个梯度点的最大梯度值和方位上进行判断并得出每个该梯度点的最大强度方位是否为其应用领域最大强度值,从而快速确定各个梯度点的边缘点。例如,当一个矩形像素图象满足以下三个基本条件时,则被我们视作该点是一个像素图像的边界点。

(1)当像素该中一点的平均边缘运动强度方向超过了沿着像素该中一点的边缘梯度方向运动的同方向两个像素相邻点的像素中一点的平均边缘运动强度时;

(2)与该点梯度方向上相邻两点的方向差小于45度;

(3)观测领域核心中的最大边缘变化强度最大边缘阈度数值以所在该观测点位置为领域中心。

此外,如果(1)和(2)同时被边缘的顶点像素满足,那么候选选择梯度最小值相同方向上的两个非相邻顶点像素就从候选选择边缘的顶点中被直接取消,条件(3)阈值相当于由候选边缘区域选择梯度最大的阈值所在点组成的一个阈值,即图像与候选边缘的顶点之间的平均距离可以进行阈值匹配,这一消除过程就等于消除了许多虚假的边缘点。

图像边缘检测的基本步骤:

(1)对于滤波,边缘的检测主要是基于引导值进行计算,但是容易受到噪声影响。然而,该滤波器在减少噪声时还会造成边缘强度的损耗。

(2)进行了增强,加强算法把邻域的点的度有明显改变的地方突出表现。一般是靠计算梯度的幅值来实现。

(3)进行检测,但是在有些影像中梯度幅值较大的点并非边缘端。最简单的对边缘性检测就是梯度幅值阈值的判断。

(4)定位,精确确定边缘的位置。

综上所述,Canny算子的具体算法步骤如下:

(1)使用高斯滤波器对图像中的信号进行滤波,去除图像中的干扰和噪声;

(2)分析利用高斯算子的一阶方向偏移滤波函数采用微分的方法对物体图像中各点方向进行滤波,得到每一点的方向梯度和角强度和物体运动时的方向;

(3)针对梯度方向运动进行“非极大抑制”时对其梯度的反向运动及其方向如图可以正确定义为其如下如图所示

	x

标识分别为1,2,3,4的四个区域将其属于四个局部分区之一,各个局部分区用不同的线将相邻四个像素分别排列来对其局部进行高度比较,以此来决定其每个局部的极大像素值。例如,如果我们在相邻中心像素图像获得x的梯度方向上认为属于第4区,则把获得x的极大梯度方向值与其左上和右下两个方向相邻中心像素的极大梯度的数值大小进行向量比较,看获得x的极大梯度的数值大小是否可视为极大梯度值。如果不是,就把每个矩形像素y到x的颜色灰度系数设置为0。这一抑制过程被人们称之为“非极大抑制”。

(4)对一个梯度进行两次阈值,即取一个阈值,两者之间的关系公式为。我们将梯度值小于的每个像素灰度设置为0。然后将梯度值小于的每个像素灰度平均值设定为0。去除了大部分的噪声,但同时也导致损失了有用的边缘和界面结构信息。

5.6基于轮廓的描述方法

基于局部轮廓图对形状进行描述的设计方法又大致可以细分为局部连续型(注意即局部全局式)和局部离散型(即局部结构式)两种。连续型全局轮廓图图描述的方法并没有对称为全局图的轮廓图进行任何分段式的处理,往往目的是从整个称为全局图的轮廓图中抽取并给出一个特征向量。这种属于离散式的分析方法通常首先把它的轮廓特点分解成许多不同片段,然后用传统计算机轮廓提取法找出其片段相应的轮廓特点。简单的物体形状类型描述表示符主要类型包括链码、傅立叶描述符、曲率尺度空间形状描述表示符和小波描述表示符四种基于物体轮廓的形状描述表示方式。

5.7傅立叶形状描述符

傅立叶形状轮廓描述符即它是一种被广泛应用的二维模型形状轮廓描述符,其最基本的设计思想就是用一个直接位于模型物体内部轮廓上没有边界的傅立叶变换函数来对其内部形状轮廓进行精确描述,假设一个二维模型物体的内部轮廓形状是由一系列每个坐标值函数为的物体像素所组合构造的并组成,其中,n函数为在物体轮廓上每个坐标像素的实际参考映射次数。从这些边界点的整体坐标中我们常常可以由此推导出来得出四类不同形状的坐标表达,分别为正弦曲率坐标函数、质心坐标距离、复弦长坐标矢量函数及其余弦长坐标函数。轮廓弧曲线上一个特征点的移动曲率被精确定义是因为该点在轮廓线上切向的移动角度与曲率相当于轮廓弧长之间的角度变动率。曲率密度函数我们通常可以简单地将其表示形式如下:

其中是轮廓线的切向角度,定义为:

质心点的距离函数可以直接定义成其为从一个物体的边界点到另一个给定物体的边界中心之间距离,如下所示:

复坐标函数是用复数表示的像素坐标:

这种复杂的坐标向量函数的傅立叶变换形式可以用来产生一系列关于复数的坐标系数。这些频率系数从微观频率上直接反映表示了各个类型物体的宏观形状,其中较低和高频度的物体分量值就代表了各个类型物体微观形状的具体性和宏观细节属性,高频度的物体分量值则代表了各个类型物体宏观形状的具体微观细节属性特点。形状图的描述符参数可以通过这些图形转换器的参数计算得出。为了使其能够更好保持与参数旋转的速度无关性,我们简单地仅仅保留了每个参数的旋转尺寸位置信息,而且同时省略了参数相位位置信息。缩放参数无关性通常由于在保证把缩放参数值的大小同时减少添加到c和dc中的分量(或第一个不为零的缩放参数)之后缩放才能得到确认。请特别注意图形转换中的无关性就是基于物体轮廓上的形状属性来转换表示固有的转换属性。对于具有曲率向量函数和质心之间距离的曲率函数,我们只不过需要分别考虑正交角频率的两个坐标时间轴,因为这时两个函数的傅立叶变换都必须是对称的,即有。基于点的曲率三角函数的一种形状线性描述符号也可以使其表示形式为:

其中整数代表傅立叶变换每个参数的第一至i个整数分量。类似的,由质心粒子间距所做的推测计算得到的粒子形态可以描述

符为:

对于一个复杂的坐标密度函数,正值的频率密度分量和负值的频率密度分量被同时广泛使用。由于函数dc的地理参数定义是否与某些形态条件所在处或地点的地理位置密切相关而因此得以常被忽略。因此,第一个不是零的微波频率参数分量被广泛应用于后来用于标准化其它的微波变换频率参数。复函数坐标系是函数所有的推导形式得到的坐标形态为其描述符式为其定义方程为:

为了能够保证在整个特征数据库中所有位于物体的各种特征形状和其他特征均可以具有相同的特征直径和特征长度,在第一开始进行实施傅立叶变换前后你需要把所有位于物体边界点的个别特征数目可以统一添加到m。因此算法可以被直接替换为傅立叶变换法的方式使用来大大幅度改善这个算法的执行效率。

5.8图像的相似性度量

在基于特征信息的图像内容检索图像信息检索中,特征的信息相似性和特征度量也被广泛认为已经是一个亟待解决的重大检索技术研究课题之一。只有在根据分析结果得到特点图像的两个特点后后再进行对该两个特点的图像相似性距离进行准确度量,才能有效的根据图像相似性和图像距离情况做出准确判断,实现对该特点图像的准确检索。为了更好地准确达到不同特征数据检索的提取目标,需要针对特征提取后得出的不同特征数据进行相似度的分析计算。相似性系数是以一个特殊数值的表示方式被用来显示表达两个不同物体之间的事物相似性相关程度的一种数学度量式的结果。将一个人类图像的各种特征检索观察点可看作等同是图像位于一个坐标标准空间的一个特征点,两个图像特征观察点的相似度和特征距离即相似度通常用它们之间的特征距离系数来精确表示,不同特征种类的图像特征检索数据所指的需要同时采用的相似度及其度量计算函数都可能是不一样的,相似性和度度量函公式的正确选择的恰当与否往往会对特征检索结果精确度与否产生很大的直接影响,合适点的距离才是度量计算函数的正确选择,将来也会帮助使得人类图像的各个特征向量比较更加容易契合了解的人类对于各种视觉图像感知技术方面图像内容的特征仿真,有助于基于人类视觉图像感知技术方面的人类图像特征检索分析技术的仿真性能和实际应用。

假设我们在一个图像的数据库中,用两个特征向量分别来描述和表示任意一个图像的特征,其中 x 和 y ,分别为是任意两个图像的特征向量,它们之间的接近程度我们可以通过采用距离的度量或者是统计学的方法等等来对这两个图像的相似性做出判断。常见的距离测度度量主要有欧几里德、Manhattan等。下面就我重点介绍一下欧几里德的距离。

欧几里德的线性距离函数是一种在实际上已经使用十分广泛的线性距离函数变量。它的变量计算简单,并且同时也和国际参考动力系统理论中的径向旋转不确定变量计算有密切相互联系。它的英文含义:

例如当我们发生了数据的丢失或者是当所有的特征矢量都不具备相同的权重时,那么就无法利用欧几里德距离计算方法来对其进行类似性的测度。为了避免这类情况,在实践和研究的过程中,我们可以针对欧几里德的距离进行归一化。归一化欧几里德距离的定义公式如下图所示:

6、实验结果分析

图像库中包括简单几何形状,其中星形、心形、圆形、新月形图像10幅。从分析我们不仅可以清楚地明显看出,算法对于检索图像的视觉扭转和图像形变都真的是十分具有非常强的不变性,并对于检索图像的基本主观形态和视觉特性也是非常具有鲁棒性,在就算没有一定的图像形变和扭转干扰等等条件的特殊情况下,仍然完全可以直接得出良好的视觉图像判断检索实验结果;且由于算法检索图像结果所需要排列的持续时间和排列顺序与检索个体的视觉主观性和视觉特征判断检索方式大致相同,检索结果准确率也比较高。

六、以形状为特点的图像检索系统设计

6.1检索基本思想

本文文件检索的基本工作方法主要内容是:在根据设计需要建立矩形图像库时,对不同输入的两个矩形图像子存入进行综合分析,分别选择采用经过改进后的不同可变矩和二维极坐标傅里叶描述子对两个图像的不同形状和状态特征向量进行综合描述;在将两个图像子的存入转换到二维矩形图像库同时,也将其中两个相应的不同可变矩和二维极坐标傅里叶描述子的形状特征向量分别存入二维矩形图像库的特征库.检索时,根据所有用户需要提供的图像查询数据示例检索图像,采用通过线性函数加权方法求和的一种计算结果方式,计算其与二维矩形图像库中各不同类型矩形图像的各种综合相似度,把计算结果对子集中的一个大于一定相似度的图像结果集进行返回发送给所有用户.6.2 Canny算子的程序设计

本文是用C++编程来实现图像的处理,整体流程图如图所示

未打开

N

Y

Canny算子程序流程图如图所示：

6.2.1图像特征数据库设计

基于图像形状和特征的检索系统中的一个图像特征数据库是用来存放和分析图像仓库中不同图像之间的形状和特点。在这里,将计算得到的一组图像的形状和特征(曲率、质心距离、复坐标和弦长)从 Access中存放到一个相应的特征列表中,组成了一个特征数据库。

对于图像的检索,本文特别设计了对图像入库、显示、删除和添加描述四个功能。首先,利用灰度共生矩阵提取的方法得到一个图像的形状特征,并将这些特征数据存储在 access 数据库中;然后,利用基于文本或者简单的缩略图浏览等多种方式从 access 数据库中寻找到一个示例的图像,同时,针对该一个示例图像进行基于其形状和特征的内容检索和匹配,并根据需要给出检索结果的图像。

6.3实验结果

以下是原图与处理后的图片，其中图3-4为原始图片，图3-5为Canny 算子处理后的图片。

从上述处理过的数据和图像中我们可以清楚地看出, canny 算子所处理的数据和图像不但达到了准确地提取边缘信息的主要目的,提高了抵御干扰的能力外,还使得边缘更为连续清晰。

七、基于图像形状学特点的检索方法在系统中的实现

7.1系统框架

一般的图像检索子系统主要有两个大部分共同组成:图像产生子系统和数据库检索子系统,如图4-1所示。图像产生的子系统主要是对于图像输入前进行的预处理、图像中内容的特性提取以及把这些特性和部件描述的信息纳入到数据库中。图像检索子系统主要是完成对图像的检索,其中包含了浏览和查询、图像特点的相似性匹配以及图形使用者接口等几个部分。

在本文的两个实验物理子系统中,图像特征制作与截图生成实验子系统将本文中所需要描述的流体物理学图像特征及其应用对象的局部轮廓特征进行了综合分析并并入库。在这个图像轮廓检索工具子系统中,支持一个用户通过浏览库中现有的一个图像库,手动地绘制一个图像库的轮廓及然后选择一个示例的视图。

7.2编程环境

本次测试实验操作系统的主要程序开发工具平台主要是Window XP,选择使用Visual C++6.0和Access两款软件作为主要的程序开发工具,选择Visual C++6.0和Access是因为它们都能够具有面向对象应用程序设计的基本整体化和性能设计特点以及所需要开发的所有应用程序都能够具有高度的效率地正常运行。同时又是一种微软技术性高度相互集成的企业软件开发实用工具,它为企业用户自己提供了一套功能强大的企业微软软件基础类库。且因我们已经使用了Visual C++6.0来用于开发一个基于视频内容的数字视频流和图像信息检索系统。由于芯片系统内部采用了面向对象的图像设计工作方式,这样也就使得芯片系统的许多图像功能以及处理图像模块都完全可以直接整合应用起来到其它的芯片图像处理系统中,而且需要添加新的图像算法也就不必再因为需要额外复杂地进行修改许多的图像源代码,非常好地有助于整个芯片系统在图像功能上的逐步完善和不断扩展。

7.3程序结果

首先打开一个图像库选择一个图像,然后对该图像进行特征提取。系统通过图像检索相似度的匹配,找到六个与其相似的图像,输出结果。找到六个与其相似的图像,输出结果。

八、总结

本文第一章对基于内容的图像检索方式进行了概述,进而又着重介绍了基于形态的图像检索方式。并且广泛地应用了对图像进行边缘检查的技术,对整个图像进行了检索。它主要是运用 canny 算子的方法。首先,是对边缘的检测主要以导数来计算,但是受到了噪声影响。然而,该滤波器在减少了噪声的作用下,也造成了边缘强度的损耗。其次,增强算法把对邻域的点的度有明显改变的地方以及点凸显性地展现了。一般可以靠计算机梯度的幅值来实现。再次,但是在有些图象中,梯度幅值比较大的地方并非边缘的节点。最简单的对边缘性检测就是梯度幅值阈值的判断。最后,精确地选择了边缘处的位置。

我也希望在今后的将来有更多的人去探导、研究一个边缘检测算子,为使我们能够看到更好的影片效果而努力,为了促进全人类的生活和发展而努力。图像是自古以来人类识别和交流信息的一个主要资料来源,因此,图像处理的应用领域已经涵盖到了人类日常生活、工作等诸多领域。随着现代科学技术的发展和进步,图像的应用领域也在不断拓宽。所以对于边缘性的检测也是需要继续进步。我看到将来,边缘检测技术已经广泛地应用于人们日常生活的各个领域,在当今世界人类的日常生活中,文化艺术、军事技术、生物医疗技术、工业生产和信息工程技术、航天与空间技术等等重要的领域都占有着不可或缺的一部分。同全人类的生活走向风流。

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