摘要:为解决激光拉曼光谱仪的高精度交互控制问题,本文提出了一种可靠、稳定的多路通 信交互系统。为增强拉曼光谱仪操作的便捷性,本系统通过人机交互技术将所需功能集成于 可视化界面,在多路拉曼光谱仪的通信技术中采用稳定可靠的通信技术与锁相环技术。针对 实际通信过程由于晶振老化和电磁干扰产生的时钟漂移问题,本文使用时钟卡尔曼滤波算法 对误差进行估计,最后在程序设计中进行误差补偿,极大地提升信息数据传输精度。实验表 明本通信交互系统具有稳定可靠的数据传输与便捷的控制功能。

摘要:近年,我国草原鼠害有逐年上升的趋势。草原鼠害不仅加剧了水土流失与荒漠化进 程,还会 引发鼠疫。鼠洞洞口数是我国进行鼠害监测与等级评价的重要指标,目前采用的人工勘察方 法存在着 精度低、费时费力、调查成本较高、只适用小面积调查等诸多问题,难以满足大面积实时监 测和研究 的要求。进行实时、动态的鼠洞数量分布监测,是有效地制定灭鼠措施和预防鼠疫发生的重要手 段。本研 究利用无人机携带高光谱仪对荒漠化草原进行数据采集,提出鼠洞指数(rat hole index, RHI)对草 原鼠洞进行识别。研究结果表明,利用RHI识别草原鼠洞,总体精度可达97%,Kappa系数可达0.93, 该模型与归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、土壤调节植被指数(soil-adjusted vegetation index,SAVI)、比值植被指数(ratio vegetation index,RVI)等3种植被指数模型相比具有较高的识别精度。RHI的提出,有 效地提高 草原鼠洞的识别精度和效率,为鼠害防治以及草原退化监测和研究提供有效方法。

摘要:空心布拉格光纤在传感领域应用极为广泛。本文提出了一种基于带有缺陷层的太赫 兹(terahertz,THz)空心布拉格光纤的表面生物传感器,并对该传感器在太赫兹频段的细菌种类检测性能进行 分析。在太赫兹布拉格光纤中,高折射率光敏树脂层和低折射率空气层以纤芯为中心周期性 排列,在纤芯内壁沉积分析物引入缺陷模式。本文对提出的传感器性能进行了数值研究。仿 真结果表明,该传感器有很高的纤芯功率比,限制损耗在0.3 THz和0.45 TH z频 段有损耗峰,能得到可识别的特征频率,此特征频率用于细菌种类检测。当频率大于0.7 TH z时,该传感器可实现厚度无关的表面生物传感。本文所提出的基于太赫兹空心布拉格光纤 的 表面生物传感器可用于检测细菌种类,在微生物检测方面有很大的应用潜力。

摘要:年3月—11月,利用经过欧洲激光雷达标校中心认证的移动REAL 标准气溶胶激 光雷达,开展了迄今为止国内最大规模的激光雷达在站比对标定。本文首先介绍了一种组网 激光雷达在站比对标定方法,然后将REAL雷达与北京、上海、广州3个城市相关站点的12 部气溶胶激光雷达在532 nm波长下开展了首次在站比对标定。根据预 先设定的指标对其中按照 气象探测中心(meteorological observation center,MOC)要求完成软硬件标定的11部雷达进行了定量评估。结果表明11部雷达基本满 足指标要求,其中9部雷达P/S通道2—5 km系统偏差(system deviation,SD)均在±20%以内,超过50%的被标雷达P 通道0.5—2 km系统偏差基本满足±10%以内。 通过在站比对标定技术可以有效识别P/S通道 串扰、探测器饱和等问题,确 定了超大城市试验中被标雷达可信数据的范围,为气溶胶激光 雷达业务化定量应用提供了技术支撑。

摘要:针对无人机跟踪场景中目标分辨率较低且易受无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)飞行姿态、速度变化等因素的影 响而难以对目标进行鲁棒跟踪的问题,提出了一种自适应时空正则的无人机目标跟踪算法以 有效解决上述问题。在时空正则相关滤波器(spatial temporal regularized correlation filter,STRCF)算法基础上引入AutoTrack中的空间正则性代价并利用峰值 旁瓣比和局部响应变化量,在线动态更新时空正则化参数以提升跟踪器的准确性,通过在跟踪 器中嵌入遮挡处理模块解决目标遭遮挡后跟踪漂移的问题。在多个无人机基准数据集上进行 了测试,实验结果表明,与基准算法AutoTrack相比,本文算法具有更高的精确度和更快的 处理速度。其中在DTB70数据集上跟踪精度和速度分别提升了1.5% 和74.4%；在UAVDT 数据集上9个属性的分类对比中,本文算法在尺度变化(scale variation,SV)、目标模糊(object blur,OB)等7个属 性上取得较高的性能,均排在第一位。由此可见本文算法可以更好地满足无人机应用需求。

摘要:为了有效地识别学生在线课堂行为,提出了一种融合全局注意力机制和时空图卷积 网络的人体骨架行为识别模型。首先在时空图卷积网络的空间图卷积网络和时间卷积网络之 间加入全局注意力模块,空间图卷积网络输出的空间特征图作为注意力模块的输入。其次引 入按时间维度的平均池化和最大池化操作,以增加模型学习全局特征信息的能力。最后用三 个加入注意力机制的时空图卷积神经网络和类激活图(class activation map,CAM),构造对遮挡数据识别能力更强 的丰富激活图卷积网络(RA-GCNv2-A)模型,并通过迁移学习实现学生在线课堂行为识别功 能。 在NTU-RGB+D和NTU-RGB+D120数据集上进行实验验证,与RA-GCNv2模型相比,在NTU-RGB +D 和NTU-RGB+D120数据集上的识别准确率分别提高了(cross-subject,CS)1.3%、(cross-view,CV)1.2%和(cross-subject,CSub)1.6%、 (cross-setup,CSet)1.4%。实验结果表明,提出的方法是一种有效的学生在线课堂 行为识别方法。

摘要:形变图像配准(deformable image registration, DIR)是自适应放射治疗(adaptive radiotherapy, ART)中轮廓推衍和剂量累积的关键过 程。 本研究比较3种不同形变配准算法在自适应放疗过程中轮廓推衍和剂量累积的变化。选择头 颈部癌症患者的放疗影像数据图像进行这项研究,刚性配准后采用B样条弹性配准和LCC- Demons配准算法,其中B样条弹性算法研究了两种优化指标:归一化互相关、归一化互相 关结合弯曲能量惩罚(bending energy penalty, BEP) 正则化。剂量评估采用剂量参数D₉₅、Dmin、D_mean、Dmax和均 匀性指数(homogeneity index, HI)来评价累积剂量与初始剂量的差异。几何评估使用Dice 相似性系数(Dice similarity coefficient, DSC)和 Hausdorff距离(Hausdorff distance, HD)来评价体积之间的重叠度。经过实验,几何评估所得的PTV(planning target volume)靶区、左腮腺、 右腮腺Dice系数在B样条弹性配准的两种优化算法和LCC-Demons算法中分别为:0. 82、 0.83、0.86,其中在LCC-Demons算法下得到的Dice系数达到了最大值0.91, 所得的Hausdorff距离均在1—3 mm之间,DSC重叠度结果与表明偏差 距离均在临床可接受的 范围内。对于剂量评估,相应的HI值分别为:1.089、1.082、1.081,LCC-Demons同样达到 了最小值1.081,本实验中LCC-Demons在轮廓推衍和剂量映射中均取 得了较好的效果,同 时也为临床环境下对配准质量的评估提供了一定的借鉴。

摘要:本文提出一种基于YOLOv4铜板带材表面缺陷检测模型,针对铜金属板带材生产过 程中产生的表面缺陷形式多样、位置随机而导致难以快速定位和识别的问题,采用大数据驱 动的深度学习策略,以铜带表面缺陷图像为训练样本,对YOLOv4目标检测模型进行训练, 实验结果表明,改进的模型识别铜带表面缺陷的全类别平均精度均值(mean average precision,mAP)为93.37%,高于原始YOLOv4模型的全类别平均精度91.46%,检测速度达到49 帧/秒,与双阶段的检测模型更快地R-CNN (faster region-based convolutional neural network,Faster R-CNN)相比,在保证检测精度的同时提升检测速度,能 够满足在线检测需要,适合完成铜带工业生产过程中缺陷检测任务。

摘要:针对低剂量计算机断层扫描(computerized tomography,CT)在图像采集过程中引入较多噪声,造成图像质量严重下降的问题, 提出一种基于残差注意力机制与复合感知损失的低剂量CT去噪算法。在该算法中,利用生 成对抗网络完成对低剂量CT图像的去噪,在网络框架中引入多尺度特征提取及残差注意力 模块,以融合图像中不同尺度的信息,提高网络对噪声特征的区分能力,避免在去噪过程中 丢失图像细节信息。同时采用复合感知损失函数,以加快网络收敛速度,促使去噪图像在感 知上与原图像更接近。实验结果表明:与现有的算法相比,所提算法能够有效抑制低剂量 CT图像中的噪声,并恢复更多的纹理细节；对比低剂量CT图像,所提算法处理后的CT 图像峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio,PSNR) 值提高了31.72%, 结构相似性(structural similarity,SSIM)值提高了13.15%,可以满足更高的医学影像诊断要求 。

摘要:针对试验中高速摄像技术在远距离测量振动响应精度较低的问题,提出结合双三次 插值法与Sobel算子边缘检测图像技术的方法,用其处理测得图像来提高测量精度。首先,设计了采 用高速摄像与加速度计两种测量系统的管系振动台试验。然后,对高速摄像系统测得的图像 与加速度计测得的加速度振动响应进行处理并提取位移振动响应数据。最后,从时域和频域 两个角度对比高速摄像与加速度计两种测量系统测得的位移振动响应数据,对高速摄像系统 测得数据的准确性进行分析。结果表明,结合双三次插值法与Sobel算子边缘检测图像处理 技术优化高速摄像技术测得的图像可以获得满足测量与使用要求的高精度位移振动响应数 据。

摘要:本文针对激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)定量分析中的特征选择问题,提出一种基 于Pearson相关系数的排序、主成分分析和L1正则项相结合的自动选择特征的定量分析方 法,建立了土壤中Co元素的定量分析模型。该模型训练集和测试集的R²(决 定系数)分 别为0.995和0.991, 均方根误差(root mean square error, RMSE) 分别 为4.634mg/kg和6.078 mg/kg, 平均绝对误差(mean absolute error, MAE) 分别为6.100%和6.441%,特征个数由原始数据的42870个降至5个 ,耗时仅 0.97 s。结果表明:采用该方法可降低特征子集维度并提高模型的泛 化性和精确度,为LIBS技术定量分析的特征选择提供一种高效的方法。

摘要:信号滤波、谱分析和自适应信号处理在全相位信号处理领域中已得到广泛应用。本 文在一维全相位信号处理方法的基础上,给出二维全相位变换的数学表达式,并构建了相 应的信号处理系统图。其次,分析出全相位变换具有线性相位的充要条件,进而提出全相位 波包的概念。第三,分别选择Bartlett和Blackman作为基窗,仿真出20个全相位正交波包。 最后,借助全相位波包顺利地对图像展开了分解验证。分析表明,全相位波包可以实现对图 像的多层分解,并在时域和频域上得到多种分辨率的子图。此分析方法在图像数据的压缩, 边缘检验和自适应信号处理等诸多方面有着十分广泛的应用领域和发展前景。

摘要:最近报道的卤化物钙钛矿具有光致发光量子产率高、发射带窄的特性,可作为一种新 型X 射线探测材料,但仍存在光和热稳定性低、铅毒性等问题。本文研究一种低温溶液法 制备的无机非铅钙钛矿Cs₃Cu₂I₅纳米晶材料,分析其在X射线辐射下的发光特性, 并探究 不同厚度Cs₃Cu₂I₅纳米晶材料的转换效率与X 射线源管电压之间的关系。在成像实 验中, 本文设计一种高效的Cs₃Cu₂I₅材料闪烁体转换屏,研制基于Cs₃Cu₂I₅材料闪烁 体转换屏的X 射线成像系统,分别对剃须刀刀片和蜗牛壳进行X射线成像。实验结果表明:在X射线辐 射下钙钛矿Cs₃Cu₂I₅的发射峰在波长为460 nm时达到峰值；在 厚度为0.30 mm 时, Cs₃Cu₂I₅材料转换效率较高；成像结果显示图像轮廓清晰、物体内部结构层次分明 。研究 表明:非铅钙钛矿Cs₃Cu₂I₅纳米晶材料可以作为一种新型闪烁体,在X射线探测与成 像 方面有着巨大的应用潜力。

摘要:在单光源逆向调制(modulating retro-reflecto r,MRR)自由空间光通信(free-space optical,FSO)系统中,光收发端在接收MRR 端上行 再调制信号时,会受到自身下行信号的串扰,导致系统误码率性能恶化。本文提出采用组合 逻辑(combinatorial logic,CL)反向脉位调制(inverse pulse position modulation,IP PM)方案来消除下行信号对上行再调制信号的串扰,进而降低单光源MRR FSO通信系统误码 率。本项研究设计了基于CL-IPPM的单光 源MRR FSO通信实验装置,进行了仿真及全双工通信实验。实验结果表明,使用CL-IPPM 方案的单光源MRR FSO系统增益约5dB。同时,光收发端和MRR端均采用IPPM时, CL-IPPM方案可获得较好的误码率性能。此外,本文利用微角锥棱镜阵列的伪相位共轭特 性来提升该系统的鲁棒性,将CL-IPPM方案与微角锥棱镜阵列结合应用于单光源MRR FSO 通信系统,可实现弱/中湍流强度下误码率为10－3以下的全双 工通信。

摘要:针对三维高效视频编码(three dimensional-high efficiency video coding,3D- HEVC)中高级残差 预测(advanced residual prediction,ARP)算法没有充分利用深度图的数据特性而导致 编码时间长、硬件加 速资源占用率高的问题,提出了一种基于可重构硬件实现的ARP快速选择算法。本文首先依 据深度图的数据特 性将其分为近中远3个区域,然后设定阈值对不同区域下的高级残差预测算法进行快速选择 ,从而达到减少编 码时间的目的。实验结果表明与标准平台HTM-16.1相比快速选择算 法在平均峰值信噪比(peak signal to noise ratio,PSNR)的损耗仅为0.019 dB的情况下 编码时间降低8.10%。最后利用动态可编程可重构阵列处理 器(dynamic programmable reconfigurable array processor,DPRAP)对ARP快速选择算法 进行并行加速,再 基于阵列处理器的重构机制提出一种可重构实现方案,达到对算法加速的同时降低硬件资源 占用率的目的。实 验表明所设计的可重构方案与并行方案相比总体减少了50%的处理元(process element,PE)数量和33.23%的 指令数,平均加速比达到1.9。优化前后的算法结合视差估计进行对 比验证,平均加速比达到2.5。因此本文 对3D-HEVC算法的实时视频编码具有一定的参考价值。