概念表示增强的知识追踪模型

知识追踪模型以学习者的历史学习行为数据作为输入,通过概念表示来描述学习者的概念掌握状态,从而预测学习者未来的学习表现。然而在概念的外延表示方面,当前知识追踪研究的概念外延信息被限制在一阶相关的范畴内,无法表征概念的一阶以上外延信息。为了解决这一问题,提出方法首先使用图结构描述概念内涵信息及其相互关系;其次使用图神经网络的池化操作等提取概念的外延表示,这保证了概念的外延信息来源于多阶相关关系;再与概念的内涵表示进行融合;最后预测学习者未来的答题情况。为了验证该模型的有效性和效率,选取了四个主流知识追踪模型作为对比模型,在四个常用的知识追踪数据集上进行实验。结果表明,提出模型在若干评价指标上均取得了一定的优势,说明了它的有效性;在模型性能方面,提出模型达到最优评价指标所需的迭代次数最少,说明了它的效率;在实际应用方面,以该模型为基础实现了一个智能学习平台,在三门线下课程的教学过程中判断和预测学习者未来答题情况,取得了优于其他知识追踪模型的表现。     

Deconvolution with partially known kernel of nonnegative signals

This paper extends the Bayesian direct deconvolution method to the case in which the convolution kernel depends on few unknown nuisance parameters. Moreover, an acceleration procedure is proposed that drastically reduces the computational burden. Finally, the implementation of the method by means of the fast Fourier transform is fully discussed in the multidimensional case.     

基于改进结构保持数据降维方法的故障诊断研究

传统基于核主成分分析(Kernel principal component analysis, KPCA)的数据降维方法在提取有效特征信息时只考虑全局结构保持而未考虑样本间的局部近邻结构保持问题, 本文提出一种改进全局结构保持算法的特征提取与降维方法.改进的特征提取与降维方法将流形学习中核局部保持投影(Kernel locality preserving projection, KLPP)的思想融入核主成分分析的目标函数中, 使样本投影后的特征空间不仅保持原始样本空间的整体结构, 还保持样本空间相似的局部近邻结构, 包含更丰富的特征信息.上述方法通过同时进行的正交化处理可避免局部子空间结构发生失真, 并能够直观显示出低维结果, 将低维数据输入最近邻分类器, 以识别率和聚类分析结果作为衡量指标, 同时将所提方法应用于故障诊断中.使用AVL Boost软件模拟的柴油机故障数据和田纳西(Tennessee Eastman, TE)化工数据仿真, 验证了所提方法的有效性.     

基于软测量的化工精馏过程推断控制策略

针对化工精馏过程产品成分无法在线检测及其用温度间接控制产品成分的常规控制策略存在着控制精度低的问题,提出基于软测量的精馏过程成分非线性串级推断控制策略。该控制策略首先提出核岭回归的实时软测量方法,即利用满足Mercer条件的核函数改进线性岭回归算法,实现精馏过程产品成分的在线检测;然后在此基础上,提出一种新的非线性串级推断控制策略,即副环采用常规的温度间接控制,主环采用基于核岭回归软测量的推断控制策略。通过Mejedell等建立的精馏塔动态模型分别对单端和双端成分非线性串级推断控制策略性能进行分析,仿真结果表明,与传统控制方案比较,新控制策略的控制质量有了较大提高,控制结构简单,易于实施。     

高斯颜色模型在瓷片图像分类中的应用

由于RGB颜色空间不能很好贴近人的视觉感知,同时也缺少对空间结构的描述,因此采用兼顾颜色信息和空间信息的高斯颜色模型以获取更全面的特征,提出了一种基于高斯颜色模型和多尺度滤波器组的彩色纹理图像分类法,用于瓷器碎片图像的分类。首先将原始图像的RGB颜色空间转换到高斯颜色模型;再用正规化多尺度LM滤波器组对高斯颜色模型的3个通道构造滤波图像,并借助主成分分析寻找主特征图,接着选取各通道的最大高斯拉普拉斯和最大高斯响应图像,与特征图联合构成特征图像组用以进行参数提取;最后以支持向量机作为分类器进行学习和分类。实验结果表明,与基于灰度的、基于RGB模型的和基于RGB_bior 4.4小波的方法相比,本文方法具有更好的分类结果,其中在Outex纹理图像库上获得的分类准确率为96.7%,在瓷片图像集上获得的分类准确率为94.2%。此方法可推广应用到其他彩色纹理分类任务。     

核空间散度阈值法

提出了一种核空间散度阈值分割方法。首先定义了一种参数型Bregman散度;其次提出了参数型Bregman散度阈值法,并将现有交叉熵阈值法和Otsu阈值法统一起来;再次基于参数型Bregman散度构造了核空间中一种新的不对称核函数,将图像灰度级从欧氏空间变换到再生核空间,获得了一种核空间的散度阈值分割法;最后研究了该分割法中核函数参数选取方法。实验结果表明,基于核空间的散度分割法具有一定的普适性,并能改善现有交叉熵阈值法和Otsu阈值法的分割性能,同时也可将这两种经典阈值分割法看做核空间散度阈值法的特殊情形。     

一种动态场景下运动对象分割新算法

视频运动对象分割是计算机视觉和视频处理的基本问题。在摄像机存在全局运动的动态场景下,准确分割运动对象依然是难点和热点问题。本文提出一种基于全局运动补偿和核密度检测的动态场景下视频运动对象分割算法。首先,提出匹配加权的全局运动估计补偿算法,消除动态场景下背景运动对运动对象分割的影响;其次,采用非参数核密度估计方法分别估计各像素属于前景与背景的概率密度,通过比较属于前景和属于背景的概率及形态学处理得到运动对象分割结果。实验结果证明,该方法实现简单,有效地提高了动态场景下运动对象分割的准确性。     

基于改进U-net和CNN的绝缘子自爆检测方法研究

针对绝缘子自爆故障人工检测效率低,成本高的问题,基于改进U-net和卷积神经网络（CNN）模型,提出一种可有效识别绝缘子自爆故障的双阶段目标检测算法。首先,在语义分割阶段使用改进U-net模型,通过翻倍提高图像分辨率的方法有效提高图像分割精度。其次,在图像分类阶段提出更适合所提问题且有效提高分类准确度的新型CNN模型。最后,使用无人机拍摄的绝缘子图片为实验数据进行实验。实验结果表明所提算法识别精度较高。     

Multi-Scale Dilated Convolutional Neural Network for Hyperspectral Image Classification

基于多尺度空洞卷积神经网络的高光谱图像分类

郑姗姗¹,刘文¹,单锐¹,赵静一²,江国乾³,张智⁴

（1. 燕山大学理学院,河北 秦皇岛 066004;2. 燕山大学机械工程学院,河北 秦皇岛 066004;3. 燕山大学电气工程学院,河北 秦皇岛 066004;4. 北京航天研究所,北京 100094）

创新点说明：

1）将图像分割方法——空洞卷积用于卷积神经网络进行高光谱图像分类,提取更加广泛、抽象的图像特征。

2）构建基于多尺度空洞卷积神经网络的高光谱图像分类方法。搭建多尺度聚合结构,在每个通道中使用快捷连接和空洞卷积结构,有效提取图像特征,避免信息丢失。

研究目的：

针对图像信息丢失问题,得到高精度的高光谱图像分类方法。

研究方法：

在Indian Pines和Pavia University数据集上,与4个已有的高光谱图像分类方法进行对比实验,比较OA, AA和Kappa值。

研究结果：

多尺度空洞卷积神经网络在Indian Pines和Pavia University数据集上OA值分别达到了99.58%,99.92%。AA值分别达到了99.57%,99.90%。Kappa分别达到了99.52%,99.89%。

结论：

1）在卷积神经网络中引入空洞卷积,可以有效避免图像信息丢失。

2）多尺度空洞卷积神经网络能提取更佳的判别性特征,实现高分类性能。

关键词：多尺度聚合;空洞卷积;高光谱图像分类;快捷连接

     

基于多任务卷积神经网络的虹膜图像质量评估方法

为了自动、准确、高效地评估采集图像的质量,设计了一个名为MTIQA的卷积神经网络。该网络能够输出与主观评价指标保持较高一致性的客观评估结果。MTIQA采用多任务学习策略,包含网络训练质量评估和失真类型分类两个任务,将两个任务的损失融合并构成新的损失函数。为了评估算法所得到的客观指标的可靠性,建立了名为SIR2019的单眼虹膜质量评估数据集,并召集志愿者进行主观实验以得到主观评价指标。在SIR2019和CASIA-Iris-Distance-Lamp数据集上的实验结果表明,该网络在虹膜图像质量评估上具有较好的可行性、准确性和鲁棒性。