东北大学学报（自然科学版）

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基于FPGA的2D-Torus片上网络无死锁路由算法

李贞妮, 李晶皎, 王骄, 杨丹

2021, 42 (1): 1-6. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.001

摘要 ( 975 )

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PDF(1619KB) ( 624 )

片上网络的拓扑结构和路由算法直接影响片上网络的传输延迟和传输效率.基于2D-Torus拓扑结构，提出了一种新的片上网络无死锁路由算法.通过改变数据包在片上网络路由过程中受限制转弯的位置，保证片上网络的自适应路由条件，从而有效降低片上网络的延迟.在FPGA硬件平台上，设计并实现了基于该路由算法的2D-Torus片上网络，并对其进行测试.实验结果表明，基于该路由算法的片上网络，可以满足片上网络多方向数据通信及多路数据并行通信等性能要求.

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多尺度卷积核U-Net模型的视网膜血管分割方法

杨丹，刘国如，任梦成，裴宏杨

2021, 42 (1): 7-14. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.002

摘要 ( 1100 )

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PDF(1864KB) ( 654 )

针对病变视网膜血管结构的计算机辅助诊断问题，提出了一种多尺度卷积核U-Net模型的视网膜血管分割方法.在U-Net模型基础上设计了融合Inception模块和最大索引值上采样方法的多尺度卷积神经网络结构.在网络训练阶段，采取旋转、镜像等操作进行数据集扩充，运用CLAHE算法进行图像预处理；训练后得到的双通道特征图，进行Softmax归一化；最后通过改进的代价损失函数对归一化结果迭代优化，得到完整的视网膜血管分割模型.实验结果表明，所提方法在DRIVE数据集上分割的准确率达到0.9694，灵敏性达到0.7762，特异性达到0.9835，比U-Net模型具有更优的分割效果和泛化能力，与其他现存方法相比具有一定的竞争力.

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微粒受介电泳效应的动力学建模和仿真

胡晟，王克，蔡露

2021, 42 (1): 15-20. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.003

摘要 ( 1023 )

HTML ( 34)

PDF(1080KB) ( 516 )

Velocity-Verlet或ODE算法分析微粒的运动特征，涉及的偏微分方程存在求解困难、运算量大和使用效率低的难点.采用COMSOL Multiphysics 5.3a有限元软件，通过AC/DC模块中的边界条件设定可快速求解Laplace方程，为介电泳力的求解提供先决条件.后期根据软件提供的粒子追踪模块，将介电泳力、斯托克斯拖曳力、排斥力和浮力内联进粒子追踪模块的应力参数表中，设定固定的时间步长和范围对介电泳芯片的粒子受力运动问题进行了仿真.结果表明，该方法可以有效模拟微粒受介电泳效应的运动行为，并且与Velocity-Verlet或ODE算法模拟结果相似，能有效降低计算程序的繁琐程度，提高动态模拟的人机可视化效果.

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面向新浪微博的情感社区检测算法

韩东红，张宏亮，朱帅伟，齐孝龙

2021, 42 (1): 21-31. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.004

摘要 ( 1001 )

HTML ( 23)

PDF(854KB) ( 465 )

面向社交网络的情感社区检测，可应用于公共健康、舆情监测等领域.以新浪微博为平台建立一种情感社区检测框架，首先融合微博情感表情特征和情感词典，提出基于朴素贝叶斯算法的半词典半表情(naive Bayes based semi-lexicon and semi-emoji，SL-SE-NB)分类模型以实现对文本的情感极性预测；提出一种基于潜在狄利克雷分配(latent Dirichlet allocation，LDA)话题模型的用户-超话题-关键词(user-topic-keywords，UTK) 模型抽取用户话题；基于标签传播算法(label propagation algorithm，LPA)并加入话题概念，提出基于种子集与最小边介数的标签传播情感社区发现算法(label propagation algorithm based seeds and min-edge betweenness，SMB-LPA).最后通过实验验证了所提出算法的有效性和高效性.

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基于背景模型的AVS-S编码

桑爱军，于欢，张汉宇

2021, 42 (1): 31-36. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.005

摘要 ( 583 )

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PDF(1551KB) ( 185 )

为提高监控视频的编码效率，在AVS监控伸展档次的编码框架下，提出一种新的背景帧更新方法，即迭代更新均值法.根据某一像素在前景区域和背景区域出现频率不同的原理来确定该像素点在某一帧中的性质.通过在监控视频Crossroad，Overbridge和Classover的测试比较，得到不同性质的像素点对应的背景模型像素值.结果表明，慢速运动物体难以从背景中消除的缺点得到一定程度的改进，同时加强了背景信息的完整性和提高了背景帧的质量.在同等码率和相同峰值信噪比的条件下，相比于AVS基准档次方法平均节省码率为43.283%，平均提高峰值信噪比1.186dB，其监控视频的编码效率也得到了提升.

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ESP工艺下低碳钢奥氏体演变行为

周晓光，王铎，张东航，刘振宇

2021, 42 (1): 37-43. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.006

摘要 ( 659 )

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PDF(1780KB) ( 286 )

通过楔形铸坯直接轧制和带有中间坯补热工序的大道次变形量热轧实验，研究了铸坯直接轧制、大道次变形量以及中间坯补热工序对奥氏体组织演变的影响，并与常规热轧工艺进行了对比.结果表明:随铸坯压下率增加，变形后奥氏体晶粒尺寸逐渐细化.与铸坯再加热轧制工艺相比，当压下率为48%，53.6%和66.7%时，铸坯直接轧制工艺的奥氏体晶粒较为粗大，压下率为72.3%时，其变形组织更为细小均匀.与常规工艺相比，粗轧阶段大道次变形量促进奥氏体再结晶；中间坯补热工序提高了奥氏体晶粒尺寸均匀化程度.

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ZrO₂添加量对等离子放电烧结制备WC-6Co组织和性能的影响

鲍君峰，于月光，贾成厂

2021, 42 (1): 43-48. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.007

摘要 ( 554 )

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PDF(4214KB) ( 110 )

以WC-6Co为主体原料，通过添加不同含量的ZrO₂作为烧结助剂，采用SPS烧结技术制备出性能出众的WC-6Co硬质合金，研究了ZrO₂烧结助剂对硬质合金显微组织及力学性能的影响规律.结果表明:随着ZrO₂添加量的增加，试样的显微组织更加致密，相对密度更大，硬度和断裂韧性也有一定程度的增加.并且，当添加ZrO₂的质量分数为3%时，试样的相对密度达到96.7%，维氏硬度增加到20.28kN·mm^-2，断裂韧性增长到12.7MPa·mm^1/2，综合性能最优.研究发现，ZrO₂可以通过促进离子的扩散和颗粒的重排促进烧结，最终使得材料的相对密度和性能均得到提升.

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滚筒内颗粒混合过程的实验研究

荣文杰，秦德越，李宝宽，冯昱清

2021, 42 (1): 49-54. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.008

摘要 ( 706 )

HTML ( 10)

PDF(3383KB) ( 324 )

通过自行设计搭建的滚筒实验平台，以玻璃珠为颗粒材料，探究了不同尺寸颗粒的混合/分离过程，并测量不同操作参数下的滚筒功率消耗.实验结果表明:高填充比时颗粒分离现象更明显，呈现典型的小颗粒被大颗粒包围的现象.在低填充比时，对于尺寸接近的颗粒不同转速下的颗粒分离现象不明显.颗粒粒径差距越大，颗粒分离现象越明显.随着滚筒转速和填充比的逐渐增大，功率消耗逐渐增大，而相比之下功率消耗对粒径比的敏感性比较低.

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铝电解中氧化铝溶解过程及结壳行为

杨酉坚，李有才，王兆文，石忠宁

2021, 42 (1): 55-61. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.009

摘要 ( 1249 )

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PDF(1705KB) ( 569 )

利用邱氏高温透明槽实验平台的高速温度采集模块结合原位重量分析法研究了冶金级氧化铝在冰晶石电解质中的溶解过程，尤其是结壳的形成与溶解过程，测定了结壳的溶解速率并分析了结壳的主要物理化学性质.通过对氧化铝溶解结壳过程的热量计算，分析了氧化铝加料过程中的热量平衡，以及加料量、氧化铝预热温度、电解液温度、过热度对溶解过程的影响.研究发现，在热平衡重新建立的过程中，氧化铝从体系中吸收的热量，首先由电解液降温来快速补充；当电解质大幅降温仍满足不了氧化铝的热量需求时，便由电解质冷凝放热来提供热量.相对于较高的电解温度、过热度而言，少量、多频次的氧化铝加料能够获得更加稳定的电解条件.

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铝电解过程中锂元素的阴极渗透机理

王耀武，尤晶，彭建平，狄跃忠

2021, 42 (1): 62-67. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.010

摘要 ( 1116 )

HTML ( 8)

PDF(1459KB) ( 336 )

铝电解生产过程中，由于氧化铝中含有少量的氧化锂导致电解质中氟化锂含量升高，锂元素向阴极内衬中渗透.通过X射线衍射分析与扫描电镜分析，对电解质和阴极炭块中锂元素的存在形式进行了研究，探讨了铝电解过程中锂元素的阴极渗透机理.结果表明:电解质中的锂主要以LiNa₂AlF₆形式存在；电解过程中，电解质中的部分锂离子被铝还原为金属锂并进入铝液中，铝液中锂摩尔分数与电解质中的氟化锂摩尔分数成正比；电解质中的锂主要以氟化物形式通过阴极炭块中的开气孔和裂缝向阴极炭块中渗透，铝液中的锂不会通过铝液向阴极炭块内部扩散.

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基于深度学习的光纤收卷机器视觉自动检测技术

刘宇，魏希来，王帅，戴丽

2021, 42 (1): 68-74. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.011

摘要 ( 710 )

HTML ( 23)

PDF(1687KB) ( 794 )

已有的光纤收卷检测方法的泛化能力和环境适应性均较差，无法应用于工业生产.提出基于深度学习的机器视觉方法对收卷过程中的收卷图像进行分类来解决光纤收卷问题.通过考虑光纤收卷时光纤间力的作用，建立了光纤收卷模型，提出了光纤收卷时排线机构的速度表达式.使用相机采集大量光纤收卷图片形成数据集，搭建并训练神经网络模型用于对收卷情况进行分类.通过实验验证，该方法对间隙状态的识别正确率在94.67%以上，叠线状态识别正确率为100%，检测速度高于实际生产绕线速度，是一种可以和控制系统相结合替代人工收卷并实现自动精密绕线的良好方法.

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引射器活门调节机构的流固热耦合特性

罗忠，孙永航，葛长闯，许春阳

2021, 42 (1): 75-82. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.012

摘要 ( 562 )

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PDF(3057KB) ( 245 )

针对船用燃气轮机引射器活门调节机构多场耦合下的结构强度问题，建立了引射器三维流场以及活门阀片的结构模型，采用计算流体动力学(computational fluid dynamics，CFD)方法，分别对流场进行了稳态与瞬态仿真分析.将瞬态仿真的结果作为有限元模型的边界条件，进行了包含热、气动和离心载荷的顺序单向流固热耦合分析.结果表明，相较于稳态仿真，瞬态仿真结果的趋势相近但压差更大.时变载荷的稳态求解，可能导致强度的估计不足.对活门调节机构而言，热载荷对机构阀片的变形、应力起到主要作用，气动载荷所导致的弯曲应力可以抵消一部分热载荷导致的弯曲应力，而离心载荷对机构的影响较小，可以忽略.所采用的分析方法可用于引射器活门调节机构等典型运动调节机构的结构设计与优化.

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基于A-V模型的改进模型及单轴棘轮效应预测

陈小辉，周杨，刘明月，蔺永诚

2021, 42 (1): 83-90. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.013

摘要 ( 593 )

HTML ( 4)

PDF(1777KB) ( 298 )

针对A-V模型预测材料棘轮效应初始阶段不理想的缺点，对其参数γ₂进行了修正，同时引入Ramberg-Osgood(R-O)模型和各向同性硬化来计算应力-应变曲线，并确定了A-V模型的材料参数，建立了一种用来描述材料循环塑性行为的改进A-V模型.通过采用改进的A-V模型对Z2CND18.12N奥氏体不锈钢和SS316L钢的单轴棘轮效应进行了预测，并研究了平均应力、应力幅值、应力比和加载历史对单轴棘轮效应的影响.结果表明，改进的A-V模型对材料的棘轮应变预测值与试验值较为一致.

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碳纤维增强树脂开孔层合板轴向拉伸失效模拟分析

张华伟，吴佳璐

2021, 42 (1): 91-95. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.014

摘要 ( 651 )

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PDF(1027KB) ( 370 )

基于ABAQUS平台，建立了开孔复合材料层合板轴向拉伸渐进失效模型.以二维Hashin作为损伤准则，考虑了基体拉伸、压缩失效和纤维拉伸、压缩失效模式.讨论了层合板的受力与失效形式，分析了铺层角度、中心孔尺寸对极限载荷的影响.研究结果表明:失效模式主要表现为纤维拉伸失效和基体拉伸失效，纤维作为复合材料板的主要强度来源，在力与纤维方向发生偏差时，层合板力学性能急速下降；中心孔越大，层合板力学性能越差，并且层合板力学性能与中心孔尺寸成线性关系.

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双能X射线高动态范围安检图像压缩算法

原培新，陈鼎夫

2021, 42 (1): 96-101. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.015

摘要 ( 769 )

HTML ( 14)

PDF(941KB) ( 411 )

为使拥有高动态范围的双能X射线安检图像在普通显示器上显示时不丢失细节，提出了一种基于多尺度局部保边(local edge-preserving，LEP)滤波的自适应色调映射算法.该算法对原始图像进行多尺度LEP滤波，得到1个基础层和3个细节层.随后对基础层进行对数自适应色调映射，并对3个细节层进行Sigmoid函数自适应增强.将处理后的各层图像相加，并进行直方图均衡化调整以去除噪声、提高图像对比度.该算法同时对高、低能X射线图像进行处理，并在处理后根据高、低能图像各自的特点进行融合，最终得到保留丰富信息的低动态范围双能X射线图像.实验表明，该算法在信息熵、对比度提升指数及峰值信噪比三方面都有提高，能够有效改善图像质量.

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考虑铁损的永磁同步电机无位置传感器控制算法

曾小华，陈虹旭，崔臣，宋大凤

2021, 42 (1): 102-110. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.016

摘要 ( 662 )

HTML ( 10)

PDF(1813KB) ( 469 )

为开发有效可靠的永磁同步电机无位置传感器控制算法，针对考虑铁损电阻的电机等效电路模型，分别在d-q旋转坐标系和α-β静止坐标系下推导得到了扭矩电流状态微分表达式，在此基础上设计滑模观测器观测电机转速和转子位置信号.为验证观测效果，对两种坐标系下的无位置传感器算法进行了仿真和对比分析.根据d-q轴系下转子位置信号准确度低、α-β轴系下观测信号存在高频抖振但准确性高的特点，提出一种基于扩展卡尔曼滤波的融合观测算法.仿真结果表明，该融合观测算法的观测结果误差更小，且具有良好的动态特性，并通过实验验证了融合观测算法的有效性.

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磁种磁团聚强化淀粉对微细粒赤铁矿的抑制

王东辉，印万忠，杨斌，秦洪斌

2021, 42 (1): 111-116. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.017

摘要 ( 593 )

HTML ( 10)

PDF(843KB) ( 180 )

针对赤铁矿反浮选过程中，淀粉对微细粒赤铁矿抑制作用较差的问题，通过浮选试验、EDLVO理论计算、粒度分布和SEM分析，研究了利用磁种磁团聚强化淀粉对微细粒赤铁矿的抑制作用.结果表明，随着赤铁矿的粒度降低，淀粉对赤铁矿的抑制作用变差.添加磁铁矿可强化淀粉对微细粒赤铁矿的抑制作用，随着磁铁矿粒度的增加，强化抑制作用越明显.不同粒级的磁铁矿与微细粒赤铁矿间均存在引力作用，可使磁铁矿与赤铁矿发生磁团聚，且磁铁矿粒度越大，引力作用越强.磁团聚作用增加了微细粒赤铁矿的表观粒度，从而强化了淀粉对微细粒赤铁矿的抑制作用.

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基于改进理想点模型的岩体结构面分级方法

王述红，朱宝强，张泽

2021, 42 (1): 117-123. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.018

摘要 ( 677 )

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PDF(568KB) ( 316 )

鉴于以往的结构面分级方法多为宏观定性分析，不利于指导实际工程设计和施工，提出了一种基于改进理想点模型的结构面定量分级方法.首先考虑结构面分级的多种影响因素，采用7个指标进行定量表征，建立了结构面多指标分级体系；然后用最小熵原理优化层次分析法及熵权法权重，从而改进理想点模型，得到最优组合权重；最后将改进后的模型应用于重庆市兴隆隧道实测结构面分级中，并与工程实际对比.结果表明:改进理想点模型所得分级结果与实际工程较为一致，准确率达93.3%，具有较强的可靠性及工程实用性，可为岩体结构面分级提供一种新的思路和方法.

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侧限条件下充填散体与岩柱相互作用机理

勒治华，于庆磊，郑浩田，曹永胜

2021, 42 (1): 124-130. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.019

摘要 ( 586 )

HTML ( 7)

PDF(1702KB) ( 301 )

为研究干式充填采矿中充填散体与围岩的相互作用，分析充填散体对矿柱力学性能的影响，利用自制的测试充填散体约束下岩样轴向压缩性能的试验装置模拟充填散体约束矿柱的作用过程，进行不同粒级散体约束下岩柱的压缩试验.结果表明:充填散体改善了岩柱的受力状态，并对岩柱提供被动侧向支撑作用，提高了岩柱轴向应力峰值和残余强度，改变了岩柱的破坏形式；散体与岩柱的相互作用强度随约束散体粒径增大呈先增后减的变化趋势；基于试验分析，建立了充填散体与矿柱相互作用过程中矿柱的承载模型，得到了充填散体变形模量与矿柱弹性模量的关系式.

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岩体裂隙区全长黏结锚杆应变测试方法

韩滔，金长宇，鲁宇，刘冬

2021, 42 (1): 131-138. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.020

摘要 ( 585 )

HTML ( 6)

PDF(4267KB) ( 216 )

受到裂隙岩体非连续变形以及全长黏结锚杆与黏结剂间复杂剪切作用的影响，裂隙区域的锚杆应变量值一直难以准确测量.通过3D打印制备全长黏结锚杆，并在杆体内、外侧分别粘贴应变片，利用单轴压缩试验获得了裂隙开裂过程全长黏结锚杆拉应变的演化规律.研究发现，外侧的应变片受黏结剂剪切变形影响较大，且当黏结剂塑性变形能力较强时，其测试结果易失真.而内部的应变片能准确获得杆体应变的全过程曲线.最后利用FLAC软件模拟裂隙处锚杆失效过程，验证了应变片不同粘贴方式对测试结果的影响，也进一步证明了杆体内粘贴应变片测试方法的可行性.

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基于光散射法和电荷感应法融合的粉尘浓度检测技术

赵政，李德文，吴付祥，刘国庆

2021, 42 (1): 139-147. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.021

摘要 ( 710 )

HTML ( 13)

PDF(672KB) ( 516 )

为了减小粉尘浓度在线检测误差，分析光散射法和电荷感应法的基本原理，揭示两种方法的局限性；将光散射子单元和电荷感应子单元的结构和数据融合，研制并联自动切换的融合单元，提出一种粉尘浓度融合检测算法.实验发现:融合单元的检测误差≤11.3%，比光散射子单元小3.6%，比电荷感应子单元小3.5%；融合单元的平均标定分辨率为112.8，是光散射子单元的1.27倍，是电荷感应子单元的4.68倍；融合单元的标定线性度最好.表明融合技术克服了光散射法和电荷感应法的局限性，进一步减小了检测误差和提高了标定分辨率、线性度.

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一种快速自旋回波的受激回波伪影校正方法

王艳飞，覃文军，杨金柱，康雁

2021, 42 (1): 147-152. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.01.022

摘要 ( 661 )

HTML ( 4)

PDF(674KB) ( 347 )

研究了快速自旋回波产生受激回波的原理，以及受激回波与射频脉冲相位角之间的关系.针对快速自旋回波脉冲序列提出了一种受激回波伪影校正方法.通过两次激发分离出自旋回波与受激回波，然后调整预散相梯度的面积使受激回波与自旋回波中心重合，并修改180°回聚脉冲相位角使受激回波与自旋回波同相位.在1.5T超导磁共振成像系统对校正方法进行了验证，经过受激回波伪影校正后，快速自旋回波图像的信噪比提高了57.08%，图像伪影降低了76.12%.实验结果表明，所提出的方法可以有效抑制受激回波对快速自旋回波成像的影响，提高了图像质量.

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