基于事件触发的全信息粒子群优化器及其应用

针对标准粒子群优化算法存在早熟收敛和容易陷入局部最优的问题,本文提出了一种基于事件触发的全信息粒子群优化算法(Event-triggering-based full-information particle swarm optimization, EFPSO).首先,引入一类基于粒子空间特性的事件触发策略实现粒子群优化算法(Particle swarm optimization, PSO)的模态切换,更好地维持了算法搜索和收敛能力之间的动态平衡.然后,鉴于引入历史信息能够降低算法陷入局部最优的可能性,提出一种全信息策略来克服PSO算法搜索能力不足的缺陷.数值仿真实验表明, EFPSO算法在种群多样性、收敛率、成功率方面优于其他改进的PSO算法.最后,应用EFPSO算法对变分模态分解(Variational mode decomposition, VMD)去噪算法进行改进,并在现场管道信号去噪取得了很好的效果.     

单帧红外图像超分辨率重建算法研究

针对目前基于插值的红外图像超分辨率重建算法主要把重心置于原始图像的像素上的问题,提出了一种将原始图像像素和插值像素相结合的红外图像超分辨率重建算法。该算法在最近邻插值算法的基础上,将其与自适应高斯滤波相结合,采用边插值边滤波的方式对红外图像进行超分辨率重建处理。由红外数据集的大量对比试验结果可知,该算法能够在不以时间消耗为代价的前提下使重建结果得到有效提升。具体表现为其重建结果的客观评价指标与经典的图像插值算法相比提高了约2.8%～3.2%,并且能够有效减少噪声、锯齿和模糊现象。该算法有助于推动红外图像超分辨率重建在军事、医疗等领域的发展。     

基于BSRGAN的集气站仪表读数识别

为解决集气站的巡检机器人采集到的仪表图像分辨率低、常伴有噪点和仪表图像畸变、不便于读数算法直接应用等问题,提出了一种基于盲超分辨率生成对抗网络(BSRGAN)的仪表读数算法。首先,利用BSRGAN提高输入仪表图像的分辨率,较传统方法能够显著增强仪表图像的视觉感知水平。自然图像质量评估(NIQE)在测试集中表现较好,结构相似性指数(SSIM)值均大于0.85。利用尺度不变特征变换(SIFT)算法对重建图像进行特征提取。特征点数量在重建后显著增加,有助于表盘图像的校正。然后,采用连通域划分和指针细化等形态学操作提取指针中心线。最后,利用角度法识别表盘读数。试验读数结果与真实值的平均相对误差为0.625%。试验结果表明,所提算法可行、有效、精准,能够提高仪表图像清晰度和视觉感知,适用于集气站及其他复杂环境的仪表读数。     

基于空洞卷积的医学图像超分辨率重建算法

为解决现有医学图像超分辨率重建中存在的图像细节模糊、全局信息利用不充分等问题,提出一种基于空洞卷积与改进的混合注意力机制的医学图像超分辨率重建算法。首先,将深度可分离卷积与空洞卷积相结合,使用不同大小的感受野对图像进行不同尺度的特征提取,从而增强特征表达能力;其次,引入边缘通道注意力机制,在提取图像高频特征的同时融合边缘信息,从而提高模型的重建精度;再次,混合L1损失与感知损失函数作为整体损失函数,使重建后的图像效果更符合人类视觉感观。实验结果表明,在放大因子为3时,与基于卷积神经网络的图像超分辨率（SRCNN）算法、VDSR(Very Deep convolutional networks Super-Resolution)相比,所提算法的峰值信噪比（PSNR）平均提高了11.29%与7.85%;结构相似性（SSIM）平均提高了5.25%和2.44%。可见,所提算法能增强医学图像的效果与纹理特征,且对图像整体结构还原更加完整。     

一种用于接触作业的全驱动旋翼飞行机械臂设计与实现

传统欠驱动旋翼无人机的动力单元推力方向平行,无法在不改变姿态的情况下产生横向推力,限制了飞行机械臂的交互能力与应用场景。针对此问题,本文设计了一种全驱动旋翼飞行机械臂,通过倾斜动力单元的安装角度改变推力的方向,根据该结构设计了控制分配矩阵进而验证其全驱动特性,并从控制结构上实现了位置与姿态的独立控制;提出了用于接触作业的飞行机械臂的接触力控制方法,将接触检测任务分为接近阶段与移动接触阶段,采用力/运动混合控制器完成接触面法线方向上的力控制。户外实验结果表明,所设计的全驱动旋翼飞行机械臂实现了稳定飞行和移动接触作业,与欠驱动平台相比,飞行过程中的位置移动不依赖于姿态改变,姿态角稳定在±1.5?以内,且在移动接触过程中实现了接触面法线方向上的接触力控制。     

身份保持约束下的面部图像超分辨率重建方法

低分辨率是影响人脸识别精度的重要因素。一种有效方法是使用图像超分辨率技术对低分辨率图像重建,生成超分辨率图像后再对其作人脸识别,从而克服低分辨率面部图像对人脸识别的限制。但是,现有超分辨率方法在重建过程中往往忽略了保持其原始身份信息,这直接影响生成图像的人脸识别结果。针对上述问题,提出了一种身份保持约束下的面部超分辨率重建方法IPNet,在提高低分辨率面部图像质量的同时,能保持重建后的面部图像身份。IPNet方法将语义分割网络和面部生成器相结合,通过语义分割网络提取低维隐码和多分辨率空间特征,进而指导面部生成器输出接近于原图的真实面部图像。在此基础上引入人脸识别网络,将身份信息整合到超分辨率方法中,从而约束重建前后的面部图像身份保持一致。实验结果表明,IPNet方法在超分辨率图像质量和身份保持上均优于其他对比方法。     

小目标检测研究综述

随着计算机视觉和人工智能技术的快速发展,目标检测受到了更加广泛的关注。由于小目标像素占比小、语义信息少、易受复杂场景干扰以及易聚集遮挡等问题,导致小目标检测一直是目标检测领域中的一大难点。目前,视觉的小目标检测在生活的各个领域中日益重要。为了进一步促进小目标检测的发展,提高小目标检测的精度与速度,优化其算法模型,本文针对小目标检测中存在的问题,梳理了国内外研究现状及成果。首先,分别从小目标可视化特征、目标分布情况和检测环境等角度对小目标检测的难点进行了分析,同时从数据增强、超分辨率、多尺度特征融合、上下文语义信息、锚框机制、注意力机制以及特定的检测场景等方面系统总结了小目标检测方法,并整理了在框架结构、损失函数、预测和匹配机制等方面发展的较为成熟的单阶段小目标检测方法。其次,本文对小目标检测的评价指标以及可用于小目标检测的各类数据集进行了详细介绍,并针对部分经典的小目标检测方法在MSCOCO(Microsoft common objects in context)、VisDrone2021(vision meets drones2021)和Tsinghua-Tencent100K等数据...     

边界信息保持的全染色肾脏切片多粒度分割

目的 肾小球图像的准确分割对肾脏病理学的疾病诊断和定量分析起到关键作用,然而全染色肾脏切片图像存在由肾小球个体差异大导致的空间尺度和上下文形状变化大,以及图像分辨率过高的问题,给高精度、高性能分割任务带来挑战。为此,提出一种边界信息保持的全染色肾脏切片多粒度分割方法。方法 使用一种多粒度上下文的空间注意力机制生成多粒度和多形状变化的空间注意力图,以限制上下文特征,减弱背景对目标的影响,强化网络对目标的感知能力,使网络更多地关注小目标特征;将原图像切分为若干小图来解决全染色图像分辨率高的问题,使用增广路径边界补零策略处理卷积核存在的贡献偏移效应,解决了肾小球目标处于图像边界所导致的分割困难问题,保证图像块的信息无损失地向高层传递,提高处于图像块边界的肾小球目标的分割精度;进一步地,针对图像块拼接带来的边缘肾小球容易漏检、计算开销大的问题,采用特征复用的概率累积滑窗策略,同时提高了分割精度和效率。结果 在小鼠肾脏细胞切片和HuBMAP（human biomolecular atlas program）人体肾脏数据上,本文方法提高了分割精度,并使预测速度提高50%左右。结论 对于全染色肾脏切片的肾小球分割问题,多粒度上下文特征和增广路径边界补零策略解决了边界区域肾小球目标分割困难、分割精度低的问题,并通过概率累积滑窗策略提高分割速度,相较传统的分割方法有更优秀的性能。     

基于3D路径聚合高分辨率网络的胰腺分割

目的 胰腺的准确分割是胰腺癌识别和分析的重要前提。现有基于深度学习的主流胰腺分割网络大多是编码—解码结构,对特征图采用先降低再增加分辨率的方式,严重丢失了胰腺位置和细节信息,导致分割效果不佳。针对上述问题,提出了基于3D路径聚合高分辨率网络的胰腺分割方法。方法 首先,为了捕获更多3D特征上下文信息,将高分辨率网络中的2D运算拓展为3D运算;其次,提出全分辨特征路径聚合模块,利用连续非线性变换缩小全分辨率输入图像与分割头网络输出特征语义差异的同时,减少茎网络下采样丢失的位置和细节信息对分割结果的影响;最后,提出多尺度特征路径聚合模块,利用渐进自适应特征压缩融合方式,避免低分辨率特征通道过度压缩导致的信息内容损失。结果 在公开胰腺数据集上,提出方法在Dice系数（Dice similarity coefficient,DSC）、Jaccard系数（Jaccard index,JI）、精确率（precision）和召回率（recall）上相比3D高分辨率网络（3D high-resolution net,3DHRNet）分别提升了1.41%、2.09%、2.35%和0.49%,相比具有代表性编码—解码结构的胰腺分割方法,取得了更高的分割精度。结论 本文提出的3D路径聚合高分辨率网络（3D pathaggregation high-resolution network,3DPAHRNet）具有更强的特征位置和细节信息的保留能力,能够显著改善在腹部CT（computed tomography）图像中所占比例较小的胰腺器官的分割结果。开源代码可在https：//github.com/qiuchengjian/PAHRNet3D获得。     

基于改进ResNet-50的图像特征提取网络

为了提高图像的特征质量,保证最后提取到的特征高度精炼,提出了一种新的方法;该方法首先将低分辨率图像经过小波变换分解成高频分量和低频分量,并结合插值法进行插值,最后通过小波逆变换得到高分辨率图像来为后续的特征提取提供高质量的图片输入;接着,选取ResNet-50网络作为基础网络,将Efficient Channel Attention(ECA)模块与ResNet残差结构结合形成一个全新的ECA-ResNet50模块,ECA模块具有的通道级的注意力机制,可以让整个网络更加专注于提取显著特征;经实验测试,该方法对于图像特征提取的质量有着明显的提升,均方误差下降可达6.65;结果表明,该方法可行有效,具有良好的工程应用前景;