中国电子科技集团公司第十研究所航空电子信息系统技术重点实验室，四川 成都 610036
针对人工描述子在多模态匹配任务中辨识能力不足导致匹配效果不佳的问题，基于构造的累积结构特征图对多模态图像特征匹配方法的特征点提取、主方向分配和描述子构造等3方面进行扩展。在特征提取阶段，在不同尺度的累积结构特征图上提取混合特征点，兼顾特征点重复性和定位精度；在主方向分配阶段，采用累积结构特征和方向构造局部结构特征场提取特征点主方向，缓解特征点主方向估计容易出错的问题；在描述子构造阶段，对累积结构特征描述子进行L1距离归一化及开方操作替代L2距离归一化，提高描述子在特征匹配阶段的辨识能力。多模态匹配对比实验结果表明：相较于LHOPC、RIFT和HAPCG，所提方法在平均匹配正确点数目和平均匹配正确率等综合指标上明显占优；相较于CSF，所提方法平均正确率提升6.6%，平均匹配精度提升5.8%，表明其有效性。
多模态遥感图像 非线性辐射差异 累积结构特征 特征场 特征匹配 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0428002
1 贵州师范大学喀斯特研究院/地理与环境科学学院，贵州 贵阳 550001
2 国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心，贵州 贵阳 550001
近年来颜色指数与激光雷达（LiDAR）点云数据被广泛应用于农业和林业遥感中，但同时带来了异物同谱与数据冗余的问题。以喀斯特高原峡谷区火龙果植株为例，利用无人机可见光影像和影像匹配点云数据，设置方法实验区和精度验证区。通过融合可见光波段差异颜色指数（VDVI）、红绿蓝颜色指数（RGBVI）、归一化绿蓝差异指数（NGBDI）、归一化绿红差异颜色指数（NGRDI）4种颜色指数计算结果和冠层高度模型（CHM）数据，构建融合颜色指数与点云数据空间结构的火龙果单株识别规则进行分割提取，以真实火龙果植株轮廓为参考数据对植株提取精度进行评价，将4种颜色指数融合提取的精度分别与单一因子颜色指数和CHM分割提取精度进行比较分析，得到最优识别提取方案并验证方法的可行性。实验结果表明：融合颜色指数与空间结构的方法提取精度更高，F测度都超91%，匹配面积值与绘制真实值平均值相差约0.1 m2；VDVI指数融合提取结果精度最高，单株面积值最接近真实值，均方根误差（RMSE）达0.28 m2，且面积值数据整体集中不分散；精度验证区F测度达88.12%，RMSE为0.27 ㎡，火龙果植株整体提取效果较好，低矮灌木在一定程度上会影响火龙果植株的识别精度。所提融合影像光谱特征与点云数据空间结构的方法有效增强了植株识别特征，对喀斯特山地火龙果植株识别具有较好适应性，可为喀斯特山地火龙果单株提取提供一定参考。
遥感 空间结构特征 颜色指数 冠层高度模型 影像匹配点云 喀斯特山地 激光与光电子学进展
2022, 59(10): 1028010
中国科学院天然气水合物重点实验室, 中国科学院广州能源研究所, 广东 广州 510640
天然气水合物是蕴含着巨大能源潜力的非常规能源, 2017年和2020年两次我国南海探索性试采的成功, 加快了天然气水合物项目的进展。 二氧化碳置换开采法, 既能开发CH4, 又能封存CO2。 同时水合物法分离烟气中CO2具有很好的应用前景, 而CO2在气体水合物的微观结构和特性尚不明确, 实际应用存在一定的未知影响。 为了考察其特性, 利用13C固体核磁技术(NMR)和拉曼光谱(Raman)进行CO2置换CH4水合物、 合成13CO2-H2-CP混合水合物实验表征, 讨论CO2在水合物中的定量问题, 研究CO2分子在笼型结构中的分布, 探讨CO2分子在气体水合物中的结构类型和特性。 结果表明: (1)利用Raman费米低频共振1 277.5 cm-1峰积分得到CO2在I型大笼(51262笼)的占有率为0.978 2, CH4在Ⅰ型小笼(512笼)和大笼(51262笼)的占有率为0.059 3和0.009 5, 水合数7.61, Raman费米高频共振1 381.3 m-1峰积分得到CO2在51262笼的占有率为0.984 3, CH4在512笼和51262笼的占有率为0.023 7和0.003 3, 水合数7.70, CO2几乎占满了大笼, CO2气体的加入会导致水合物中, CH4的大、 小笼占有率均大幅度降低, 置换后水合数略低于纯甲烷水合物, 未标记的CO2水合物在核磁中较难测出信号, CO2气体置换后CH4在小笼的占有率仅0.097 5, 大笼占有率为0.317 2, 两种方法差异主要原因为核磁的CO2未出峰。 (2)利用拉曼费米低频共振1 273.4 cm-1峰积分得到H2、 CO2在512笼、 CP在51262的占有率分别为0.124 8, 0.304 2和0.997 8, 水合数9.16; Raman费米高频共振1 380.6 cm-1峰积分得到H2、 CO2在512笼、 CP在51262的占有率分别为0.123 6, 0.577 1和0.985 1, 水合数7.12。 13C标记CO2分子在水合物中达到较好的固体核磁分辨率, 首次确认CO2在Ⅱ型小笼中的化学位移为124.8 ppm, 计算得到CO2的小笼占有率为0.783 1, CP的大笼占有率为0.971 8, 水合数6.70, Raman高频频费米共振峰(1 380.6 cm-1)定量计算与13C NMR结果更接近。 (3)对CO2的13C NMR化学位移进行了归属, 并结合Raman与13C NMR的对比分析, 为CO2水合物的13C NMR研究和拉曼定量提供参考。
固体核磁 拉曼光谱 二氧化碳 气体水合物 结构特征 定量分析 Raman Solid-state 13C NMR CO2 Gas hydrate Structure feature Quantitative analysis
天津大学电气自动化与信息工程学院, 天津 300072
为了解决变电站智能巡检机器人对环境的预判断缺乏有效评估的问题,以雾环境下的表计读数为研究对象,提出一种基于支持向量回归机(SVR)的表计读数环境预判断模型。该模型利用离散余弦变换(DCT)频域特征和基于局部二值模式旋转不变算子的空间结构特征来反映雾浓度,利用深度图像的统计特征来反映距离,利用SVR对所有图像特征进行训练拟合,从而综合考虑雾浓度与距离对表计读数造成的影响,提高判别准确率。在采集的图像数据库上对算法进行测试并与其他算法进行对比。实验结果表明,与未加入深度图特征相比,深度图特征的加入显著提升各算法的性能,有效反映占屏比对表计读数的影响;与其他相关算法相比,所提算法的性能最优,能够有效解决环境预判断的问题。
图像处理 智能巡检机器人 环境感知 频域特征 结构特征 深度图特征 激光与光电子学进展
2021, 58(12): 1210026
湖南科技大学智能制造研究院难加工材料高效精密加工湖南省重点实验室,湖南 湘潭 411201
激光增材制造（LAM）涉及了复杂的热作用加工过程,在该工艺下制备的多层结构成形件也具有复杂的微观组织结构特征。而成形件的微观组织结构特征决定了其机械性能,优化微观组织结构特征是进一步实现机械性能的精确调控的关键所在。本文综述了LAM多层结构成形件的微观组织结构特征,总结了其微观组织结构特征演变的影响因素,为实现LAM多层结构成形件的微观组织结构特征优化提供参考。
激光光学 激光增材制造 多层结构成形 微观组织结构特征 影响因素 激光与光电子学进展
2021, 58(1): 0100007
1 西北工业大学自动化学院, 西安 710072
2 四川工程职业技术学院基础教学部, 四川 德阳 618000
3 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳 471000
4 华东交通大学理学院, 南昌 330013
针对去除遥感图像条带噪声时易造成模糊或细节丢失等问题, 分析研究干净图像及条带噪声的方向和结构特征, 提出了遥感图像条带噪声分离方法。对于条带噪声, 其稀疏结构特征表征为条带的组稀疏性和平滑性, 结合条带的L2,1范数和沿条带方向的梯度的L0范数实现特征约束; 对于干净图像, 其边缘连续性采用L1范数进行约束。考虑该约束模型的非凸性, 采用基于近端交替方向乘子(PADMM)的算法进行快速求解。模拟数据和实际数据的实验结果表明, 所提算法有效去除了图像中的条带噪声, 同时高效保留原图像的细节信息, 充分验证了算法的可行性和可靠性。
条带噪声 非凸优化 组稀疏 方向特征 结构特征 stripe noise non-convex optimization group sparsity directional feature structural feature
1 黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所, 黑龙江省土壤环境与植物营养重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150086
2 黑龙江省农业科学院博士后科研工作站, 黑龙江 哈尔滨 150086
3 东北农业大学资源与环境学院, 黑龙江 哈尔滨 150030
4 北京市农林科学院植物营养与资源研究所, 北京 100097
土壤有机质的重要性和复杂性一直是国内外学者研究的热点。 土壤腐殖质作为土壤有机质的主体, 是土壤肥力的重要物质基础, 在土壤养分循环和土壤结构方面发挥着重要作用。 胡敏素是土壤腐殖质重要组分, 它占土壤有机C和有机N的绝大部分, 同时也是较稳定的腐殖质组分, 对营养元素(C, N, S等)固持和有效性, 以及在土壤肥力和生态环境等方面起着重要作用。 以黑土长期定位试验(始于1979年)为基础, 利用差热分析、 红外光谱和核磁共振光谱分析Hu分子结构变化特征。 结果表明, 各施肥处理可以明显增加土壤有机碳含量, 以有机无机肥配施增加效果最为显著, 各施肥处理土壤Hu含量之间有差异, 但不显著。 土壤Hu的热性质表明, 土壤施入有机肥后具有较高的可分解有机质和脂族结构, 而单施化肥处理具有较高可分解有机质的同时, 芳香结构较多。 Hu的红外光谱也表明, 单施有机肥和有机无机肥配施均可提高土壤Hu的2 920/1 620比值, 其脂族性增强, 芳香性减弱, 单施有机肥处理增加土壤Hu分子中脂族链烃的比例效果高于其他处理。 13C核磁共振波谱分析显示, 与CK相比有机无机肥配施可以提高土壤有机碳稳定性, 而单施化肥处理有机质分解程度增加, 稳定性降低。
黑土 长期定位实验 胡敏素结构特征 光谱学特征 Black soil Long term positioning test Structural characteristics of Humin Spectroscopic characteristics 光谱学与光谱分析
2020, 40(7): 2194
1 宁夏大学 物理与电子电气工程学院, 宁夏 银川 750021
2 宁夏大学 沙漠信息智能感知重点实验室, 宁夏 银川 750021
结合全局特征和局部特征是提高行人再识别精度的一种途径。现有的算法通常从人体特定的语义区域提取特征, 由于没有将人体结构考虑在内, 增加了学习难度, 在差异较大的场景下效率和鲁棒性较差。为了较好地解决上述问题, 本文提出一种融合了全局特征、局部特征以及人体结构特征的多粒度特征融合的行人再识别算法。本算法不引入任何人体结构先验知识, 在特征提取方面, 采用均值池化和最大池化对特征图加权得到强辨识性的全局特征。对特征图切片得到局部特征, 在原有局部特征的基础上, 引入局部相对特征作为人体结构特征。在度量方面, 采用三元组损失与ID损失在不同尺度下的多级监督机制。在Market1501、DukeMTMC-reID的实验表明, 算法的Rank-1指标相比于部分卷积基线(PCB)方法提升了1.3%、3.9%, 平均精度均值(mAP)提升了5.1%、9.8%。
全局特征 局部特征 人体结构特征 特征融合 深度学习 卷积神经网络 行人再识别 global feature local feature human structural feature feature fusion deep learning convolutional neural network person re-identification
1 四川大学电气信息学院, 四川 成都 610065
2 西南技术物理研究所, 四川 成都 610041
为提高三维激光扫描点云的配准精度以及效率,解决数据点缺失、点云散乱时的配准问题,结合点云的全局和局部结构特征的不变特性,提出基于全局结构特征的初始配准算法和利用局部结构特征的快速精确配准算法。首先,给出全局结构特征的定义,并阐明初始配准方法,证明在点云样本集缺失数据时初始配准算法的有效性;然后,给定一种空间区域的划分方式,并找出划分的空间区域中两个点云的对应点;最后,通过找出的有限个对应点实现点云的精确配准。在仿真和实验数据处理时,该精确配准算法能够有效地完成缺失、散乱点云的精确、快速配准,且在效率和精度上比其他几种算法具有明显优势。
成像系统 图像配准 结构特征 最小二乘法 数据缺失 散乱点云
