多小波系数增强动态聚合联邦深度网络的多工况故障诊断

针对分布式场景下单节点样本有限、多节点间工况分布不平衡等导致的深度学习故障诊断精度低的问题,提出一种多小波系数增强动态聚合联邦深度网络用于分布式小样本下的多工况机械故障诊断。提出多小波系数增强动态聚合联邦深度网络的诊断框架,单终端节点从本地样本中提取小波系数特征,提出多小波系数深度网络融合的特征增强方法,局部模型从多样性小波系数集合中提取更具判别性故障特征;聚合节点通过对多终端节点局部模型的聚合以构建全局联邦深度网络模型,并用于多工况故障诊断;为降低多节点间数据非独立同分布的影响,提出平衡模型贡献度的联邦动态加权聚合算法。轴承振动数据分析结果表明,所提方法能在分布式小样本条件下实现高精度的多工况故障诊断。     

面向样本扩充的新型风格迁移网络研究

全监督语义分割网络在训练时需要耗费大量的人力与时间成本来标注样本。所以减少人工标注样本的时间,同时提升语义分割效果,对于深度学习网络的快速部署和应用推广具有重要意义。提出一种基于改进图像风格迁移网络（CycleGAN-AD）的样本扩充方法。以CycleGAN为基础,在生成器中引入注意力机制并将深度残差网络改为密集连接卷积网络。利用计算机批量产生自带标签的模拟样本,使用CycleGAN-AD网络将模拟样本风格迁移成为真实样本风格（标签不变）,并用于扩充训练样本。对石墨电极的钢印字符进行语义分割的实验结果表明,采用CycleGAN-AD网络进行样本扩充后,其分割效果得到显著提升,MIoU值最高升至0.826 0。可见,提出的样本扩充方法有希望在显著减少人工标注工作量的同时,获得高质量的训练样本。     

面向多模态自监督特征融合的音视频对抗对比学习

目的 同一视频中的视觉与听觉是两个共生模态,二者相辅相成,同时发生,从而形成一种自监督模式。随着对比学习在视觉领域取得很好的效果,将对比学习这一自监督表示学习范式应用于音视频多模态领域引起了研究人员的极大兴趣。本文专注于构建一个高效的音视频负样本空间,提高对比学习的音视频特征融合能力。方法 提出了面向多模态自监督特征融合的音视频对抗对比学习方法：1)创新性地引入了视觉、听觉对抗性负样本集合来构建音视频负样本空间;2)在模态间与模态内进行对抗对比学习,使得音视频负样本空间中的视觉和听觉对抗性负样本可以不断跟踪难以区分的视听觉样本,有效地促进了音视频自监督特征融合。在上述两点基础上,进一步简化了音视频对抗对比学习框架。结果 本文方法在Kinetics-400数据集的子集上进行训练,得到音视频特征。这一音视频特征用于指导动作识别和音频分类任务,取得了很好的效果。具体来说,在动作识别数据集UCF-101和HMDB-51(human metabolome database)上,本文方法相较于Cross-AVID(cross-audio visual instance discrimination...     

短时记忆与CenterTrack的车辆多目标跟踪

目的 车辆多目标跟踪是智能交通领域关键技术,其性能对车辆轨迹分析和异常行为鉴别有显著影响。然而,车辆多目标跟踪常受外部光照、道路环境因素影响,车辆远近尺度变化以及相互遮挡等干扰,导致远处车辆漏检或车辆身份切换（ID switch,IDs）问题。本文提出短时记忆与CenterTrack的车辆多目标跟踪,提升车辆多目标跟踪准确度（multiple object tracking accuracy,MOTA）,改善算法的适应性。方法 利用小样本扩增增加远处小目标车辆训练样本数;通过增加的样本重新训练CenterTrack确定车辆位置及车辆在相邻帧之间的中心位移量;当待关联轨迹与检测目标匹配失败时通过轨迹运动信息预测将来的位置;利用短时记忆将待关联轨迹按丢失时间长短分级与待匹配检测关联以减少跟踪车辆IDs。结果 在交通监控车辆多目标跟踪数据集UA-DETRAC （University at Albany detection and tracking）构建的5个测试序列数据中,本文方法在维持CenterTrack优势的同时,对其表现不佳的场景获得近30%的提升,与YOLOv4-DeepSort（you only look once—simple online and realtime tracking with deep association metric）相比,4种场景均获得近10%的提升,效果显著。Sherbrooke数据集的测试结果,本文方法同样获得了性能提升。结论 本文扩增了远处小目标车辆训练样本,缓解了远处小目标与近处大目标存在的样本不均衡,提高了算法对远处小目标车辆的检测能力,同时短时记忆维持关联失败的轨迹运动信息并分级匹配检测目标,降低了算法对跟踪车辆的IDs,综合提高了MOTA。     

融合矩阵分解和代价敏感的微生物数据扩增算法

微生物会对人类健康产生直接影响,对相关数据的分析有助于疾病诊断。然而,采集到的数据存在类不平衡与高稀疏性两个问题。现有的过采样方法在一定程度上可缓解数据的类不平衡,但是难以应对微生物数据的高稀疏性。本文提出了一种融合矩阵分解和代价敏感的数据扩增算法,其包含3个技术。首先,将原始矩阵分解为样本子空间和特征子空间;其次,利用样本子空间的正向量及其近邻向量生成合成向量;最后,根据合成向量与所有负向量的距离对其过滤。实验在8个微生物数据集上进行,同时与5种过采样算法对比,结果表明本文所提算法能够增强正样本的多样性,在识别出更多正样本的同时,分类结果的代价更低。     

基于SR-SURF的岩石显微图像拼接

岩石显微图像拼接是对岩石分析和研究的关键环节, 由于岩石显微图像数量多(成百上千张)内容丰富并且包含大量相似易混淆区域, 导致拼接速率和配准准确率低, 并且多幅图像拼接时会产生误差累积导致拼接错位, 针对此问题提出了一种SR-SURF (similar region-SURF)的岩石显微图像拼接方法. 首先选用哈希指纹快速提取相似区域(similar region), 然后在此区域检测特征点; 之后利用改进的RANSAC (random sample consensus)算法剔除错误匹配点; 再然后选用最佳模板匹配纠正错误配准图像; 最后引入最小二乘法消除单应性矩阵相乘产生的累计误差; 实验结果显示本文的算法消除了多幅图像拼接产生的累计误差, 解决了拼接错位问题, 提高了拼接速率和配准准确率, 具有较高的实用价值, 推动了岩石薄片的数字化存储进程.     

基于汉语特征的中文对抗样本生成方法

深度神经网络容易受到来自对抗样本的攻击,例如在文本分类任务中修改原始文本中的少量字、词、标点符号即可改变模型分类结果.目前NLP领域对中文对抗样本的研究较少且未充分结合汉语的语言特征.从中文情感分类场景入手,结合了汉语象形、表音等语言特征,提出一种字词级别的高质量的对抗样本生成方法 CWordCheater,涵盖字音、字形、标点符号等多个角度.针对形近字的替换方式,引入ConvAE网络完成汉字视觉向量的嵌入,进而生成形近字替换候选池.同时提出一种基于USE编码距离的语义约束方法避免对抗样本的语义偏移问题.构建一套多维度的对抗样本评估方法,从攻击效果和攻击代价两方面评估对抗样本的质量.实验结果表明, CWordAttacker在多个分类模型和多个数据集上能使分类准确率至少下降27.9%,同时拥有更小的基于视觉和语义的扰动代价.     

物理域中针对人脸识别系统的对抗样本攻击方法

对抗样本攻击揭示了人脸识别系统可能存在不安全性和被攻击的方式。现有针对人脸识别系统的对抗样本攻击大多在数字域进行,然而从最近文献检索的结果来看,越来越多的研究开始关注如何能把带有对抗扰动的实物添加到人脸及其周边区域上,如眼镜、贴纸、帽子等,以实现物理域的对抗攻击。这类新型的对抗样本攻击能够轻易突破市面上现有绝大部分人脸活体检测方法的拦截,直接影响人脸识别系统的结果。尽管已有不少文献提出数字域的对抗攻击方法,但在物理域中复现对抗样本的生成并不容易且成本高昂。本文提出一种可从数字域方便地推广到物理域的对抗样本生成方法,通过在原始人脸样本中添加特定形状的对抗扰动来攻击人脸识别系统,达到误导或扮演攻击的目的。主要贡献包括:利用人脸关键点根据脸型构建特定形状掩膜来生成对抗扰动;设计对抗损失函数,通过训练生成器实现在数字域的对抗样本生成;设计打印分数损失函数,减小打印色差,在物理域复现对抗样本的生成,并通过模拟眼镜佩戴、真实场景光照变化等方式增强样本,改善质量。实验结果表明,所生成的对抗样本不仅能在数字域以高成功率攻破典型人脸识别系统VGGFace10,且可方便、大量地在物理域复现。本文方法揭示了人脸识别系统的潜在安全风险,为设计人脸识别系统的防御体系提供了很好的帮助。     

考虑样本不平衡的电力系统鲁棒暂态稳定评估

由于实际电力系统中暂态失稳样本稀少,基于数据驱动的暂态稳定评估方法面临训练样本类别分布失衡问题,严重影响暂态稳定评估结果的可靠性。针对此问题,提出了一种基于MAHAKIL过采样和BCLM的鲁棒暂态稳定评估方法。首先,通过MAHAKIL过采样改善原始样本集的类别分布;然后,基于BCLM构建电力系统鲁棒暂态稳定评估模型。在新英格兰10机39节点系统上的测试结果表明,所提方法能够显著降低原始样本类别失衡的影响,并对数据缺失和数据噪声具有较强鲁棒性。     

一种运用SVM分类的多源态势数据关联方法

阐述如何利用多手段获取的战场多源目标态势数据生成战场态势一张图,进一步提高海上方向的监控能力。针对多源目标态势数据存在的时空误差、属性模糊等问题,提出一种运用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)分类的多源态势数据关联方法。运用机器训练学习方式,获取不同误差下的多源态势关联,识别非线性特征参数,构建多源态势数据关联算法模型,有效形成目标批号和时空位置的唯一性。通过模拟真实数据进行验证,结果表明该算法实现效果较好,在多源态势融合方面具有较好的实用价值。