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課程說明
使用基於程式設計的方法,本課程設計目的在以一種引人入勝和易於理解的方式,為您在影像處理最有用的方面打下堅實的基礎。 本課程的目標是在避免抽象數學理論障礙的同時,提供實用的技巧。 為了實現這一目標,影像處理技術用簡單的語言解釋,而不是簡單地通過數學推導證明真實的結果。
仍然保持簡單,這門課程有不同的程式語言版本,因此學生可以把技術實踐使用自己選擇的程式語言。 這個版本的課程使用 C++ 程式語言。
在課程結束時,你應該能夠使用 C++ 開發2-D 離散卷積演算法( 2-D Discrete Convolution algorithm ),使用 C++ 開發邊緣檢測演算法,使用 C++開發空間濾波演算法,使用 C++ 計算影象並均衡它,開發灰階變換演算法,抑制影象中的雜訊直方圖,瞭解所有關於運算元,如 Laplacian,Sobel,Prewitt,Robinson,甚至有能力給出影像處理講座等等。
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課程說明
世界上所有電腦科學、資訊工程、資料管理主修的學生,都在學習電腦科學!
隨著電腦科學的飛速發展,離散數學的重要性則日益彰顯。它為許多資訊學課程提供了數學基礎,包括資料結構、演算法、資料庫理論、形式語言與作業系統等。如果沒有離散數學的相關數學基礎,學生在學習上述課程中,便會遇到較多的困難。
離散數學包含邏輯、證明、遞迴關係、演算法、數論與密碼學、演算法分析、圖形理論、路徑選擇、機率、排列組合、以及其他重要的程式開發演算法! 這堂課會深入淺出探討這些概念,並且用 Python 或JavaScript (二擇一) 來做演算法練習!
在學習這堂課之後,你將能夠:
1. 學會推導邏輯與驗證程式碼邏輯正確性。
2. 用邏輯來證明數學理論,做為資料科學的的重要演算法基礎。
3. 了解遞迴演算法與遞迴數列關係,準備好你自己回答Coding Interview面試中的問題。
4. 能夠用程式碼表現出「歐幾里得演算法」、「歐拉函數」、「河內塔問題」、「最小公倍數演算法」、「斐波那契數列」、「線性遞迴關係式」、還有其他重要的演算法!
5. 學習數論與集合理論,作為學習質數與密碼學的重要演算法基礎。
6. 學習基本圖形理論,判斷圖形資料結構。
7. 學會圖形演算法,例如「Floyd-Warshall 演算法 (Dynamic Programming)」、「Dijkstra’s Algorithm」、「Depth First Traversal」、「Breadth First Traversal」。
8. 計算離散架構中的排列組合,並了解機率計算方法。
9. 能夠判斷與分析不同的演算法。
10. 用 Python 或 JavaScript 來實現離散數學的演算法與架構!
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日本新幹線集電弓的造型設計的靈感來自貓頭鷹的羽毛~能減少高速行駛中產生的噪音
羽毛也是貓頭鷹靜音飛行的重要因素。貓頭鷹翅膀初級飛羽外緣的梳齒結構可以起到渦流發生器的作用,將流過翅膀表面的大空氣渦流「過濾」成細碎的小渦流,抑制紊流邊界層噪聲的產生;氣流經過翅膀後緣時會發生渦旋脫落分離,初級飛羽後緣的穗狀須邊可以使脫離過程變得離散,抑制渦流脫離引起的氣動噪聲;覆蓋在貓頭鷹體表的大量鬆軟絨毛具有吸聲降噪功能,能夠吸收氣流與貓頭鷹身體作用時發出的聲音,減少聲音反射。貓頭鷹體表羽毛的多級分叉結構(包括絨毛末級分叉「竹節」結構)也在氣動噪聲能量耗散方面也發揮著重要作用
貓頭鷹的靜音飛行與其飛行噪音的特性有關。貓頭鷹可以將絕大部分飛行噪聲能量控制在1600Hz以下的低頻範圍。而其獵物(田鼠等)的聽覺只對頻率在2000Hz以上的聲音敏感,獵物聽不到貓頭鷹的飛行
貓頭鷹已經掌握了安靜飛行的技巧,因此能在在毫無戒心的獵物頭上滑翔。現在,科學家們認為我們可以向貓頭鷹學習,讓我們的風力渦輪機和飛機安靜下來,而這一切都與貓頭鷹翅膀前部的鋸齒狀邊緣有關
科學家已經通過計算機模型和風洞實驗證明了,這些鋸齒可以幫助我們降低空氣穿過金屬時所產生的噪音。
來自日本千葉大學的研究小組發現,貓頭鷹翅膀前緣的鋸齒能控制湍流和流線型氣流之間的轉換,同樣的原理也可以應用在我們自己的機器上。
這項研究的帶頭人Hao Liu表示:「貓頭鷹因為擁有獨特的翅膀,可以無聲飛行而聞名於世,這些特徵通常包括了前緣鋸齒、後緣條紋,以及天鵝絨般的表面。」
「我們想了解這些特性如何影響空氣動力的產生和噪音的降低,以及它們是否可以應用於其它地方。」
研究人員將受到貓頭鷹翅膀啟發的翼形模型組合在一起,並在缺少前緣鋸齒的情況下對其進行測試。先前的研究已經突出表明了貓頭鷹翅膀的梳狀鋸齒,但研究人員始終不太了解它們的作用。
於是研究人員在一個大型的渦流模擬和低速風洞實驗中,用粒子圖像測速技術(PIV)測試了這些翼形模型。這種渦流模型是科學家用來研究氣流的標準數學模型。
事實證明,翅膀的前緣鋸齒可以被動地控制在0到20度的攻擊角度(AoA)之間,控制層流(穩定的)氣流和在機翼上表面的湍流氣流之間的過渡轉換。該攻擊角度指的是機翼的角度和氣流方向之間的關係。
換句話說,這些鋸齒對於控制空氣動力和聲音的產生是至關重要的:它們打散了撞擊在機翼上的急速氣流中的高頻漩渦,將其變成了更小、更安靜的漩渦。
科學家研究發現,力量生產和噪音抑制之間存在著一種平衡。在AoA不到15度的地方,與乾淨的鉛邊緣相比,鋸齒形的前緣降低了空氣動力學性能。
一旦這個角度超過15度——就像貓頭鷹在飛行中一樣,空氣動力性能和降噪就都會得到改善。
要把這些發現都成功地在渦輪機、飛機以及任何天上飛的東西身上付諸實踐,我們還有很長一段路要走。但是現在的研究都能為後人所借鑑。
Liu說道:「如果是應用於風力渦輪機葉片、飛機機翼或無人機旋翼,這些從貓頭鷹獲得靈感的前沿鋸齒,可以為流量控制和降噪提供有用的仿生設計。」
「比如說,當噪音問題是建造風力渦輪機的主要障礙之一時,提供一種能夠減少噪音的方法是最受歡迎的。」
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