基于BZ反应非线性动力学的图像处理系统的研究

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1、东南大学博士学位论文基于BZ反应非线性动力学的图像处理系统的研究姓名：顾强申请学位级别：博士专业：生物医学工程指导教师：袁春伟20030901东南大学博士学位论文激发和消除化学波图像可获得很好的实验重复性。非均相的Bz反应在干凝胶薄膜上的化学波成像的演化过程具有多种图像处理能力，如：正负像转换、边界增强、图像分割、图像修复、图像识别等。反应介质的酸度、反应温度和介质层进行光照的时间对图像的形成和演化都有很大影响。通过对这些反应条件的控制，能够对某些图像处理能力如边界增强和图像分割等予以增强。另外，对比传统图像

2、处理系统的构成，Bz反应体系在进行图像处理刊．同样包括光信号的输入，处理和输出。实验结果表明整个Bz反应体系完全可以从硬件的角度作为图像处理系统来进行图像处理。根据已有的关于人类视觉成像理论，对Bz介质上化学波成像过程与人类视觉成像过程的类似性进行了比较，发现两者具有某种程度上的共性。表明了利用干凝胶薄膜中的BZ反应系统模拟人的视觉系统在视网膜上的成像过程的可行性。4考虑到BZ反应氧化还原电位和化学波在表征8Z反应本质上的一致性，我们选定氧化还原电位这个更容易从量化角度研究的化学模拟量作为进一步研究对象。为此

3、设计和研制了～套能采集Bz反应氧化还原电位分布的测量仪器，该仪器能以分时测量的方式高速测量64通道的BZ反应的电信号并同时将其转换为数字信号，传送到计算机中以便于对信号所包含的信息进～步分析利用。采集到的电信号在空间上对应着化学波图像的分布，包含有一定的化学波图像信息。该采集系统在关注性价比和满足实验数据采集要求的基础上，集成了控制、信号放大、多路切换、模数转换、存储等功能模块。该电位采集系统提供64路的信号实时采集，速度快，精度高，误差小，具有友好的Windows系统的应用程序操作界面，用户操作方便。将该电

4、位分布数据采集系统分别用于测量Fc(N03)。／Fe(N03)：溶液的氧化还原平衡电位和薄层溶液中Bz反应的氧化还原电位，获得了可靠的数据，实验误差小于1．0％。利用该仪器能够很好地表征Bz反应的化学振荡现象，为将氧化还原电位和化学波图像结合在一起研究基于Bz反应的图像处理提供了可能。5非均相Bz反应体系是～种内涵丰富的具有十分广泛应用前景的新型的信息处理系统。在利用64路氧化还原电位测量仪采集BZ反应的氧化还原电位分布并进行信号数字化的技术基础上，以尝试性的实验工作和理论联系探讨了几种将非均相Bz反应付诸应

5、用的实例。如可以用作图像传感器，充分发挥BZ反应具有的图像处理的能力，使得这种图像传感器能够实现图像反转．图像分割提取以及可以输出具有演化过程的一系列图像，因而是一种智能型的图像传感器。非均相的Bz反应体系还可以作为一种光学字符识别系统，这和用于图像传感器在实质上是一致的。最后大胆提出了将非均相的Bz反应体系用于模拟人类视网膜的设想，对两者的相似性进行了初步的探讨。关键词：Bz反应，图像处理，非线性动力学，电位采集，三联吡啶钉，Sol—C-eI法。ⅡAbstract———————_________●---_-

6、_______———●_______●_____————●_-_____--_______________________-^——————————————————————BelouSOV—Zhabotinsky(BZ)reactionhasbeeninvestigatedwidelyasaclassicalnon。linearchemicaloscillatorysystemsinceitwasfirstlyfoundin1950sTheresearchfieldspansfromnon。lineardyna

7、micbehaviorstothemechanismofBZreaction，frominformationprocessingusingBZreactiontosimulationofthebiologysystemasbionicdevicesThefoundationsofinformationprocessingbychemicallight’sensitivereaction．diffusionmediawaslaidinpioneeringstudiesperformedinlastdecade．

8、BZreactionhasseveraladvantagescomparingwiththetraditionalinformationprocessingsystem．However,therearestillanumberofproblemstobesolved：compatibleBZreactionmediaforinformationprocessingneedtoberefined．Fu