1 无锡学院 物联网工程学院，江苏 无锡 214105
2 长春工业大学 计算机科学与工程学院，吉林 长春 130012
3 中国北方车辆研究所，北京 100072
4 吉林农业大学 信息技术学院，吉林 长春 130118
实时多目标跟踪算法取得了理想的跟踪性能，但大多数现有算法的跟踪速度较慢，且随着背景复杂度的增加，跟踪精度也随之降低。针对此问题，本文提出了基于在线数据关联的行人实时跟踪算法。首先，设计了核相关滤波和卡尔曼滤波双轨道预测机制，配合DeepSORT中的级联匹配形成了预测-跟踪-校准体系，使数据关联更加可靠。此外，在目标检测部分引入了注意力机制，通过强化目标对象的位置信息增强特征表示能力，从而提升跟踪的精度。该模型在MOT16数据集上的MOTA达到了66.5%、IDF1达到了64.2%、IDSW达到了641。与DeepSORT算法对比，MOTA和IDF1分别提升了13%和13.2%，IDSW下降了410。本文算法有助于解决行人实时跟踪时出现的目标误检、漏检等问题，在跟踪中对严重遮挡情况仍保持了较高的跟踪精度，在复杂环境下可以实现行人实时稳定跟踪。
多目标跟踪 实时跟踪 YOLOv5 核相关滤波算法 DeepSORT multiple object tracking online tracking YOLOv5 kernelized correlation filters DeepSORT
1 无锡学院 物联网工程学院，江苏无锡2405
2 长春工业大学 计算机科学与工程学院，吉林长春13001
3 中国北方车辆研究所，北京100072
针对卷积网络模型的稳定性能较差，对抗训练方法会使得网络结构过于复杂并占用大量运算资源的问题，提出了一种基于人体视觉神经系统生物特征的卷积神经网络模型改进方法（VVNet）。在卷积神经网络的基础上，融合人体视觉的结构特征，在不增加网络层数或保持准确率不变的情况下，提高神经网络面对噪声干扰的稳定性。在数据集Cifar10上对3种不同神经网络模型（VVNet，VOneNet以及原网络模型）进行测试。实验结果表明，使用VVNet网络模型、VOneNet网络模型和原始的网络模型DenseNet121对四类图像（噪声图像、模糊图像、遮挡图像和饱和曝光图像）的分类准确率进行对比，验证了提出的VVNet网络结构对不同类型图像的分类准确率几乎不变，在使用对抗样本情况下，VVNet网络结构的图像分类准确率提高了约10%。与深度学习网络相比，基于人体视觉系统结构的网络能够在保持准确率的同时有效地提高神经网络的稳定性，并具有可移植性。
计算机视觉 机器学习 图像识别 视觉皮层 computer vision machine learning image recognition visual cortex 光学 精密工程
2023, 31(15): 2287
1 生态环境部卫星环境应用中心, 北京 100094
2 鄂尔多斯市生态环境局鄂托克旗分局, 内蒙古 鄂尔多斯 016100
3 中国科学技术大学工程科学学院, 安徽 合肥 230026
4 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
5 中国地质大学 (武汉), 湖北 武汉 430074
6 国家航天局对地观测与数据中心成果转化部, 北京 100101
“五基”协同天空地一体化生态环境立体遥感监测体系，是一种综合天基卫星、空基遥感、航空无人机、移动巡护监测车和地面观测五种技术手段为一体的监测体系。“五基”协同大气环境立体遥感监测系统是该体系的重要组成部分，其核心是运用协同联动机制和技术方法，构建数据协同融合的核心算法模型，以期弥补常规遥感手段在监测时效、精度、周期等方面的短板。以棋盘井工业园区为示范区域，重点介绍了“五基”协同监测体系中五种不同技术手段的组成架构，展示了多技术手段协同监测以及应用分析成效，并讨论了该协同监测体系在解决大气污染防治工作关键技术问题上的效果。通过“五基”协同联动、多源数据融合，获得了本地污染排放特征及区域污染物传输的定量化贡献，实现精准溯源及执法，最终形成针对性的大气污染全面治理方案建议，有效支撑了当地大气污染防治工作。
“五基”协同 大气环境监测系统 立体遥感 multilevel platform atmospheric environmental monitoring system stereoscopic remote sensing 大气与环境光学学报
2023, 18(3): 214
1 吉林农业大学 信息技术学院， 吉林 长春 130118
2 长春工业大学 计算机科学与工程学院， 吉林 长春 130012
3 长春中医药大学附属医院 医药影像科， 吉林 长春 130000
4 长春中医药大学 医药信息学院， 吉林 长春 130117
对血液涂片图像中的红细胞进行精确分割是一项重要的技术，也是一个难题，主要是因为红细胞经常重叠，没有明显边界。针对此问题，本文提出一种基于U-Net++和神经常微分方程（Neural Ordinary Differential Equations，NODE）的深度学习网络NODE-UNet++用于红细胞的初步分割，再利用标记分水岭算法分割血液涂片图像中的粘连红细胞。首先对图像进行裁剪和标注，突出待分割区域；然后应用新的语义分割体系结构NODE-UNet++对预处理后的图像进行初始分割得到概率灰度图；最后采用标记分水岭算法将灰度图中的粘连红细胞分离，得到最终红细胞分割结果图。实验结果表明，Dice系数达到96.89%、平均像素准确率达到98.97%、平均交并比达到96.33%。通过对不同血液涂片图像的分割结果表明，该方法能高效精确地提取每个红细胞，满足后续红细胞图像处理的需求。
图像分割 红细胞 神经常微分方程 标记分水岭算法 image segmentation red blood cell neural ordinary differential equations marked watershed algorithm
1 长春工业大学计算机科学与工程学院, 吉林 长春 130012
2 长春理工大学光电信息学院信息工程学院, 吉林 长春 130114
在眼科疾病的诊断中, 对视网膜血管进行分割是非常有效的一种方法。在方法使用中, 经常会遇到由于视网膜血管背景对比度低及血管末梢细节复杂导致的血管分割难度较大的问题, 通过在设计网络的过程中在基础 U-net网络中引入残差学习, 注意力机制等模块, 并将两者巧妙地结合在一起, 提出一种新型的基于 U-net的 RAU-net视网膜血管图像分割算法。首先, 在网络的编码器阶段加入残差模块, 解决了模型网络加深导致梯度爆炸以及梯度消失的问题。其次, 在网络的解码器阶段引入注意力门(attention gate, AU)模块, 用来抑制不必要的特征, 从而使模型产生更高的精度。通过在 DRIVE数据集上进行验证, 该算法的准确率、灵敏度、特异性和 F1-score分别达到了 0.7832, 0.9815, 0.9568和 0.8192。分割效果相对于普通监督学习算法较为良好。
图像分割 视网膜血管 全卷积网络 残差模块 注意力机制 image segmentation retinal vessels fully convolutional network residual module attention mechanism
1 长春工业大学 计算机科学与工程学院, 吉林 长春 130012
2 吉林农业大学 信息技术学院, 吉林 长春 130118
3 空军航空大学 航空作战勤务学院, 吉林 长春 130022
由于医疗图像质量差、对比度低、患者之间差异大导致全自动分割方法很难获得足够准确、鲁棒的结果。为了解决全自动分割方法的局限性, 本文提出一种基于神经网络改进的区域生长法, 并与全卷积神经网络相结合对肝脏CT图像进行交互式分割。首先对图像进行预处理, 突出待分割肝脏区域; 接着计算像素在不同边缘检测算子下的梯度值作为该像素的特征, 形成像素特征向量训练网络: 该网络以一对像素特征向量为输入, 以两像素的关联度系数为输出; 然后将训练好的神经网络模型作为区域生长算法的生长准则, 手动交互选取一点产生分割结果; 最后将分割结果作为原图的交互信息和原图灰度通道连接在一起一同输入全卷积神经网络。实验结果表明: 平均Dice系数达到96.69%, 像素准确率达到99.62%, 平均交并比达到9665%。不同的腹部CT图像序列中肝脏的分割结果表明, 该方法能精确提取肝脏区域, 满足临床应用的需求。
全卷积神经网络 区域生长法 交互式分割 fully convolutional neural network region growing method interactive segmentation
氧化亚氮是一种重要的温室气体和臭氧损耗物。 利用热红外反演大气温湿廓线, 由于大气氧化亚氮含量较少且变化幅度不大, 一般都当作常量处理。 但是在反演氧化亚氮时, 由于大气温湿廓线和地表温度等参数相对氧化亚氮变化较大, 可能很小的扰动就会覆盖掉氧化亚氮的吸收信号。 因此有必要在上千个通道中, 选取信噪比最高的通道, 反演分析氧化亚氮浓度的时空变化特征, 进而掌握我国氧化亚氮浓度的变化规律, 为研究我国氧化亚氮排放对气候变化的贡献, 制定合理的氧化亚氮减排政策等, 提供可靠数据支撑。 采取一种优化后的最优敏感廓线通道选取法, 利用AIRS数据, 基于最优估计法反演氧化亚氮浓度, 与TCOON观测网中加拿大站点进行比对, 结果显示卫星遥感与地面观测结果一致性较好, 相关系数r为0.73, 该算法可以推广到IASI和CrIS等热红外高光谱数据, 使对氧化亚氮的观测数据增加到20多年, 这种长时间序列的产品是对目前地面观测的有效补充。 在氧化亚氮反演验证的基础上分析了我国氧化亚氮的年均值变化和月均值变化情况, 以及它的空间分布特征。 时空变化结果显示, 我国氧化亚氮浓度在低纬度地区浓度相对较高, 每年在华南地区的夏季达到峰值, 月度间变化幅度较大, 相比于月度变化, 年度之间的变化幅度相对较小。 监测结果同时显示, 印度、 巴基斯坦等国在紧邻我国地区, 夏季氧化亚氮浓度较高, 因此我国氧化亚氮浓度的时空变化特征除本地排放贡献外, 也有一定的外部区域传输影响。
热红外数据 氧化亚氮浓度 时空分布特征 Thermal infrared data Nitrous oxide concentration Temporal and spatial distribution characteristics
1 中国计量大学生命科学学院, 浙江 杭州 310018
2 浙江省农业科学院食品科学研究所, 农业部果品产后处理重点实验室, 浙江省果蔬保鲜与加工技术研究重点实验室, 浙江 杭州 310021
为了提高对蓝莓果渣的开发利用, 探索了近红外光谱测定三种蓝莓(北陆、 蓝美1号、 灿烂)果渣中花色苷含量的可行性。 通过DA7200采集三种蓝莓果渣的近红外光谱, 利用PCA-MD对北陆、 蓝美1号、 灿烂果渣分别剔除1, 4和8个异常样本。 运用K-S划分样本集得到校正集(686个样本)和验证集(171个样本)。 对样本集分别进行归一化、 变量标准化(SNV)、 多元散射校正(MSC)、 Norris一阶导数(NFD)、 Norris二阶导数(NSD)、 SG卷积一阶导数(SGCFD)、 SG卷积二阶导数(SGCSD)、 Savitzky-Golay(SG)卷积平滑、 正交信号校正预处理, 并建立相应全谱PLS模型。 比较并选择MSC、 SGCSD、 SG卷积平滑、 正交信号校正, 进行预处理方法顺序组合的比较, 结果显示, 全谱PLS模型中最优预处理方法为正交信号校正+SGCSD+SG卷积平滑, 其R2c为0.940 0、 R2p为0.886 7、 RMSEC为0.722 5、 RMSECV为0.246 2、 RMSEP为1.000 5、 RPD为2.970 8。 利用SPA和CARS对预处理过的光谱数据分别进行波长变量的筛选, 依次建立PLS回归模型, 并定量分析其对蓝莓果渣花色苷的预测能力。 在所有预处理方法进行波长变量筛选中, SPA与CARS算法均可以有效地筛选出波长变量, 但SPA筛选出的波长变量, 无法全部建立PLS回归模型, 而CARS算法筛选出的波长变量, 均可建立PLS回归模型。 数据表明, CARS-PLS最佳组合为正交信号校正+MSC+SG卷积平滑+SGCSD, 选择波长数为25个, 相较于原始光谱, 其R2c从0.900 8增长到0.940 3, R2p从0.881 8增长到0.885 7, RMSEC从0.929 1减少到0.720 9, RMSECV从0.317 6减少到0.245 6, RMSEP从1.021 8减少到1.004 9, RPD从2.908 8增长到2.957 5。 近红外光谱的蓝莓果渣花色苷含量测定中, 正交信号校正表现出强大的去噪效果, CARS算法具有简化模型、 适用性较好和预测精度较高等优点。 研究结果表明, 应用近红外光谱技术可以较好地实现三种不同品种蓝莓果渣中花色苷含量的测定, 可为蓝莓果渣品质分级提供一种快速、 支持大样本量的检测方法。
蓝莓果渣 花色苷 近红外光谱 预处理方法 波长变量筛选 Blueberry pomace Anthocyanin Near-infrared spectroscopy Pretreatment method Wavelength variable screening 光谱学与光谱分析
2020, 40(7): 2246
1 江南大学理学院计算光学实验室, 江苏 无锡 214122
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
3 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
为了准确测量残余应力的分布情况,提出一种基于反射式暗场白光数字全息的残余应力三维检测技术。该技术将激光损伤点附近区域沿着轴向以数值化的形式离散成多层,每层的暗场反射光强度正比于该层光学双折射的轴向梯度,因此利用白光数字全息测量每层暗场反射光强度,即可结合光弹效应重建各层的剪切应力。通过对激光损伤的熔石英玻璃测量,实际验证所提技术可以对样品的三维残余应力分布进行准确重建,且轴向分辨率可达10 μm。实验结果表明,所提技术可以提高加工工艺和衡量产品的质量。
测量 光弹性 残余应力检测 白光全息 中国激光
2020, 47(10): 1004001
1 山西大学 理论物理研究所,量子光学与光量子器件国家重点实验室,太原 030006
2 山西大学 物理电子工程学院,太原 030006
3 山西大学 现代教育技术学院计算机中心,太原 030006
4 中科院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室,北京 100083
5 晋中学院 数理学院,晋中 030619
本文基于新型材料狄拉克半金属(Dirac semimetals,DSs),设计了一款高纯度宽频带可调谐线偏振转换器,偏振转换率(PCR)超过99％的相对带宽为15.72％。在频段5.25～6.14 THz内,椭度角接近0°,偏振方位角约等于-90°。这种转换性能主要是源于顶层超表面的各向异性和局域的表面等离子体激元谐振(LSPRs)的激发。此外,通过改变费米能的大小可以使所设计的偏振转换器在不同的频带范围内实现宽频带偏振转换。最后,通过半解析的方法对偏振转换特性进行了理论分析。该设计在太赫兹通信、成像、无损检测等领域具有一定的应用价值,同时为宽频带可调谐太赫兹线偏振转换器的设计提供了新思路。
狄拉克半金属 太赫兹 宽频带 可调谐 偏振转换器 Dirac semimetals terahertz broadband tunable polarization converter
