本科生毕业设计（论文）外文资料译文

（ 2020届）

外文资料译文规范说明

一、外文资料译文：

基于Canny边缘检测算子的呼吸面罩选择与泄漏检测系统

关键词：呼吸面罩，泄漏检测，佩戴者，Canny边缘检测算子

摘要：呼吸面罩是工业、化学研究中心工作人员的必备用品，而往往这些地方存在许多有害气体或颗粒。当工作人员在工厂中工作时，这种面罩能用于保护他们不受有害气体的影响。本文综述了呼吸面罩的适用技术和面罩泄漏检测技术，这使得人体健康获得更多的保障。本文还为这一系统提供了一种基于Canny边缘检测算子的适合性边缘检测系统。其优点是成本低、精度高、易于实现，为穿戴者提供了更好的安全性。

1.介绍

在许多行业，呼吸面罩是一种必需的保护设备，用以防止有害和有毒气体、石油、天然气、石油化工、电力、采矿、炼钢、金属、化肥、核电站等行业不断产生有害/有毒气体和颗粒。为了避免吸入这些气体，呼吸面罩是必不可少的。这些气体在任何行业或公司工作时对人体都是有害的。为了避免危险的工作环境，必须避免使用这种气体。在自动选择呼吸面罩系统的帮助下，这种预防措施是可能的。但是这种面罩必须很好地适合工作人员，这需要多种大小的呼吸面罩的选择过程。

有时，在完成选择过程后，面罩可能会出现泄漏情况。泄漏将会导致呼入有毒或有害气体。在工业生产中，一旦出现这种有害气体或颗粒，面罩发生泄漏是非常危险的。制造公司会根据定期观察的脸型提供这些类型的面罩。但是，如果穿戴者的脸型发生了变化，那么出现面罩泄漏的现象。大部分的泄漏情况出现在脸部的下巴和鼻子周围。本文首先介绍了呼吸面罩的适配性试验和面罩内泄漏检测的研究进展。这种选择和泄漏检测过程对呼吸面罩适配性试验的认证具有重要意义。适配性测试证书根据面部形状提供面罩的推荐尺寸。图1显示了根据结构的不同类型的面罩。

图 1 面罩类型

2.文献综述

一种基于人眼距离的改进型多分辨率面罩选择准则被人提出来了。¹最初，系统构建了一个多分辨率面罩金字塔，其中面罩大小的选择取决于两眼之间的距离，进而根据被检测的脸而计算得出。该系统还根据视距确定人和摄像机之间的距离。距离测量系统利用人眼距离随相机与人之间距离的变化而变化。与现有的基于单分辨率面罩的人员识别系统相比，该系统具有更高的准确率和召回率，并提供了更好的识别结果。实验结果表明，该测距系统的平均准确度为94.11%，准确率为88.25%，召回率为80.05%。

本文从理论和实践两个方面对半面罩和免维护呼吸机设备的泄漏检测进行了研究。²并且利用了防护面罩内外粒子守恒方程，建立了一个实用模型，对防护系数和泄漏量进行了讨论。在实际实验中，采用了直径为10nm的氯化钠（NaCl）颗粒。与氯化钠一起使用的是作为例子检测器的凝结核计数器。呼吸器配有直径为20-3000 pm的可控漏孔。对高效的粉尘/烟雾/放射性同位素防护面罩的防护系数进行了测定，在超细气溶胶中防护系数高达4.1times;10⁹ 。实验结果表明，漏孔大小、过滤效率和通过呼吸器的流量对气溶胶穿透呼吸器有很大影响。实验研究表明，泄漏保护系数随漏孔尺寸和流量的变化而变化。漏孔尺寸的增大导致泄漏保护系数迅速降低，随着流量的减小，泄漏保护系数增大。研究结果表明，颗粒物通过呼吸过滤器的穿透率可以减小到一个较小的值，在某些情况下，这个值可以忽略不计。因此，可以借助超细气溶胶测试来研究表面渗透的特性。

需要对呼吸器进行适配测试，以确保佩戴者得到完全适配的保护。这篇论文³旨在研究面罩泄漏、消防人员面部胡须及有害气体环境中工作人员的影响。基本上，此文³提出了对在危险环境中工作并总是帮助他人的消防队员的详细研究。这项研究共包括来自不同部门的四十名志愿消防员。研究对所有这些消防员进行了为期5天的泄漏率测量分析。泄漏率测量可以通过控制负压（CNP）配合试验机进行试验。测量完毕后，对呼吸器漏气率与面部胡须的存在情况进行调查。不管脸型如何，胡须的存在都增加了泄漏率。研究结果最终表明，最适合呼吸面罩的形状是椭圆形，其次为圆形，最后为矩形。实验时禁止脸部有胡须，因为胡须会导致灭火等危险情况。

呼吸防护设备，例如呼吸面罩，必须按照选择程序进行测试。⁴ 选择过程是在实验室中进行的拟合实验。在实验室条件下进行了包括泄漏检测在内的各种试验，这对于避免危险环境情况的发生具有重要意义。它基于多个面罩的选择来产生精确的结果。拟合检验采用定性拟合和定量拟合两种方法，这些方法为拟合检验提供了证明。

2.1基于文献综述的结论

因此现有的技术^3,4 包括对各种类型的面罩进行拟合测试从而选择面罩，这时一个耗时的过程。另一种¹是基于匹配算法的图像处理技术，通过确定眼睛之间的距离来选择面罩。基本上，适合系数（FF）是一个特定面罩对佩戴者面部密封程度的度量。为了计算每个可用面罩的适合系数，每个面罩必须经过佩戴者的特定程序。因此，面罩是根据所有可用面罩的拟合因子记录来选择的。FF是面罩外污染物浓度与面罩内污染物浓度的比值。

较高的拟合系数表明，在测试过程中，面罩实现了面部密封与面部的良好接触。为此，针对每个行业成员进行了适配性测试，与本文提出的系统相比，测试的成本更高。

在泄漏检测方面，现有的系统采用定性和定量相结合的检测方法。⁴

bull; 定性适配测试：在环境中通过苦味/甜味气溶胶或气味化合物，用于只痛过或不通过测试的泄漏检测。

bull; 定量适配测试：需要专门是被进行测量，将使用者置于一种通常在实验室测试室中进行的含有易于检测的无毒气溶胶的环境中。

这两种测试都是耗时且复杂的，需要专门的操作人员来操作这些设备。本文提出的系统可以再最短的时间内检测到面罩的泄漏，无需单独进行实验室测试。因此，当在工业中工作时，如果发现泄露，佩戴者会自动得到通知。

3.面罩选择与泄漏检测方法研究

现有系统在实验室测试的基础上提供了适当的面罩。但这种方法为使用了图像处理技术的面罩选择测试提供了合适的方法。选择系统将按照如下图3所示的流程图工作。在这个拟合测试过程中，将检查人脸的轮廓。根据从人脸图像中获取的面罩尺寸，通过软件选择最适合的面罩。边缘检测算法可以用来检测穿戴者图像的边缘。人脸图像边缘检测的最佳选择算子是Canny算子，该算子可用于人脸图像的边缘检测。利用进化算法和先进的软件工具，对采集到的图像进行尺寸计算，然后将此尺寸与相应面罩的标准尺寸进行比较，接着最佳匹配尺寸将选择面罩的最佳位置。流程图显示系统操作简单，但难点在于图形处理，必须准确记录人脸形状的读数。选择过程结束后，每个人都可以自在地佩戴面罩而不用担心任何风险。

人脸的一些一般性状如图2所示。根据图形，五种常见的脸型都有圆型、椭圆型、狭长型、心型、方型和棱型。对于所有类型的形状，都有面罩可供选择，但是哪种面罩最适合佩戴者则将取决于选择过程。基本上当佩戴者的面部区域发生某些变化时，例如恐惧、面罩周围的痣、由于牙齿问题而引起的肿胀以及有时候佩戴者体重减轻或者增加时，这个系统就会起到它的作用，然后便需要进行选择测试。在工业生产中，有时由于体力活动而导致面罩泄漏。在这种情况下，为了采取安全措施，该系统应给予提示。

图 2 一般面部形状

图 3 选择面罩的工作流程图

3.1.Canny边缘检测算子

Canny边缘检测技术可用来检测图像中的大范围边缘。它是边缘检测算法中最好的一种算子。它由约翰·F·卡尼在1986年间开发完成¹² 。除了Canny算子以外，还有一些其他算子被广泛应用于边缘检测，例如Sobel、Deriche、Differential、Prewitt和Roberts cross。Canny算子必须遵循某些操作，例如：

bull; 检测应以低错误率捕获图片中显示的更多边缘。

bull; 算子检测到的边缘点应准确定位在边缘中心。

bull; 检测到的边缘应该只用低伪边缘标记一次。

为了遵循上述的操作，操作员必须执行一些严格的方法。首先，对图像进行高斯滤波去除噪声，然后找到光滑图像的亮度梯度。在应用梯度计算之后，这种梯度方法可得到的边界仍然很模糊。为了消除这一点，非最大抑制技术被应用到该图像。因此，它将了除局部极大值以外的所有梯度值抑制为0。可能会存在一些边缘，这将造成噪音和一些颜色的变化。为了区分边缘像素的不同类型，采用双阈值方法滤除弱梯度值的边缘像素，保留高梯度值的边缘。最终方法是通过磁滞跟踪边缘，以消除所有其他较弱且未连接到强边缘的边缘。因此，通过使用上述方法，Canny算子提供了良好和可靠的边缘检测的图像。我们可以使用Sobel算子来代替Canny算子，但是由于Canny算子比起Sobel算子更具优势，如表1所示，Canny算子更适合用来检测图像中的边缘。

表 1 Canny 算子与 Sobel 算子的比较

图 4 Canny算子的例子

3.2.泄漏检测

由于任何身体变化或活动都有可能导致面罩发生泄漏。通过泄露吸入有毒气体可能会导致危险状况，因此在最短的时间内找出漏洞对于安全性来说是非常重要的。现有技术提出了一种设备，该设备使用超细气溶胶或气味化合物进行测试。这种设备价格十分昂贵，并且需要更多的时间进行测试。如果面罩发生泄漏，面罩内的压力便会立即改变。因此为了检测泄漏，也可以使用压力传感器来确定面罩内压力的变化。这样的变化将会变观察到，同时控制器将会采取适当地控制行动。这样的控制器必须是最适合控制输入的，并且也是低成本的。该系统也可以做的更加小巧，这样它就可以很容易地安装在面罩内。方法应遵循图5所示的流程图的步骤。

图 5泄漏检测流程图

基于压力传感器的泄漏检测系统相比于现有系统具有一定的优越性，它采用无毒测试或化合物测试的方法。如表2所示，使用这种先进技术可以更有效地探测泄漏。

表 2泄漏检测对比性分析

4.结论及未来范围

本文结合现有技术，对面罩选型和泄漏检测系统进行了综述。本文还对现有的方法进行了评述，并在此基础上提出了一些结论。本文提出的方法克服了现有技术的耗时长和操作复杂的缺点，为面部形状区域的变化提供了合理的面罩选择方法。在任何有害情况发生之前，该系统还将会自动监测泄漏。小型企业可以出于安全目的使用这个系统。本文讨论了常见的不同脸型。该系统采用先进的边缘检测技术、匹配技术和泄漏检测技术，能够提供更准确的检测结果和更早的显示。因此，该系统将用于人类健康的安全。系统的优点是不需要每次都去实验室进行面罩的选择测试。通过比较两种算子各自的优缺点，说明Canny算子在检测图像边缘方面比Sable算子更胜一筹。

为了满足当今世界日益增长的需求，技术正在迅速发生变化。在未来，通过光纤沿着面罩边缘的移动，便可以检测到泄漏的确切位置。这样的系统将是复杂的，但它将检测泄漏准确的位置。

鸣谢

我愿借此机会感谢所有给予并指导我完成这份文件的人们。首先，我要感谢艾丝·塔尔梅尔教授，感谢他的支持和鼓励。同时，我也感谢计算机科学工程系的学生，感谢他们为完成这篇论文所给予的动力、鼓励和合作。最后，我

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