1 北京空间机电研究所，北京 100094
2 先进光学遥感技术北京市重点实验室，北京 100094
3 中国人民解放军63768部队，西安 710000
特征点提取与匹配是遥感图像处理中关键的一环，目前成熟的算法大多面向对地成像类型的遥感图像，对于空间目标的遥感图像，没有考虑成像条件与探测平台的影响因素，特征点匹配质量较差。针对空间目标的匹配精度不高这一问题，文章提出了一种基于聚类的特征点匹配算法。首先，根据空间目标的重复弱纹理进行特征点提取与描述，再利用特征点的空间位置进行聚类，并对特征点簇进行匹配；之后将特征点的主方向减去目标整体方向，利用特征点主方向对每一个点簇进行再分组，并完成特征点匹配；最后利用最近邻次近邻比率方法和随机样本一致算法（RANSAC）剔除外点。采用该特征点匹配方法进行的模拟成像数据实验结果表明，对于空间目标图像，基于聚类的特征点匹配较直接匹配，匹配数量的提升最高可达50%，重投影误差优于1/4个像元。文章提出的这一方法使用目前通用的各种特征描述子，能够大幅度提高空间目标图像特征点匹配的数量与精度。
特征点匹配 聚类 结构张量 重复纹理 空间目标 feature point matching clustering structural tensors repeated texture spatial object
1 西安建筑科技大学资源工程学院，陕西 西安 710055
2 西安建筑科技大学西安市智慧工业感知、计算与决策重点实验室，陕西 西安 710055
针对露天矿无人矿卡运输作业中路况差、光照强和灰尘大等原因导致小尺寸落石检测困难和实时性差的问题，提出一种使用固态激光雷达检测露天矿非结构化运输道路小尺寸落石的方法。首先使用具有双回波技术的激光雷达进行数据采集，减少灰尘干扰并提取车辆前方可行驶区域；然后采用基于扇面的直线拟合地面分割算法分割地面，实现对有坡度的非结构化粗糙路面的彻底分割；之后引入八叉树的分层网格树模型进行邻域查找，提高邻域查找的速度，引入双色最近对构建图，快速生成聚类簇，引入自适应聚类半径ε，进行聚类并输出小尺寸落石的盒模型。实验结果表明：相较于使用k-d树加速的DBSCAN算法，所提方法的正检率提升9.61个百分点，检测时间缩短379.77 ms。
露天矿 无人驾驶 障碍物检测 激光雷达点云 密度聚类 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0812006
1 鲁东大学信息与电气工程学院，山东 烟台 264025
2 烟台理工学院信息工程学院，山东 烟台 264003
3 山东大学软件学院，山东 济南 250014
图像分割是计算机视觉领域的重要研究方向。模糊聚类方法由于其无监督的特性，在图像分割中得到了广泛的应用。然而，传统的模糊聚类方法在处理含高强度噪声和复杂形状的图像时，往往分割效果不理想。为了解决这一问题，提出了一种基于显著性检测的权重因子，用于构建加权滤波器和像素相关性模型，从而提高算法的抗噪能力。所提加权滤波器在结构相似性上比传统滤波器的最优结果高出0.1。此外，引入核度量以适应复杂图像的分割需求。在合成图像、自然图像、遥感图像和医学图像上进行了大量实验，结果表明，所提算法在视觉效果上优于传统方法，并且在分割精度上比传统方法的最优结果高出2%。
图像分割 模糊聚类 加权滤波 核度量 像素相关性 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0837005
1 弱光非线性光子学教育部重点实验室，南开大学物理科学学院，泰达应用物理研究院，天津 300071
2 药物化学生物学全国重点实验室，南开大学生命科学学院，细胞应答交叉科学中心，天津 300071
3 南开大学深圳研究院，广东 深圳 518083
4 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
核孔复合物（NPC）是细胞核膜上由多种蛋白组装而成的复杂结构，在细胞核质交换和信息传递中起着关键作用。单分子定位超分辨成像（SMLM）以其特异性和高成像分辨率成为研究NPC超微结构的主要方法之一。然而，由于抗体标记不完全等因素导致的数据丢失，给后续分析带来了困难。笔者使用SMLM提供的定位信息，结合基于密度的空间聚类算法（DBSCAN）和层次聚类算法进行数据的提取和分类，建立了NPC筛选和定位的分析流程，并采用该处理流程得到了缺失较少且形貌比较均匀的核孔。进一步，基于最小二乘法原理对筛选得到的大量NPC进行质心对齐的重构处理，成功复现出了其经典的八重对称结构，并揭示了核孔蛋白Nup133与Nup98的精确相对位置关系。本研究通过建立核孔筛选和重构的标准流程，填补了SMLM数据的缺失。采用该流程对多种核孔蛋白进行分析，揭示它们的结构特性。所建流程为理解核孔的复杂结构提供了一种高通量的定量分析方法。
生物光学 超分辨成像 单分子定位 核孔复合物 聚类算法 重构
1 厦门大学航空航天学院，福建 厦门 361005
2 北京宇航系统工程研究所，北京 100076
针对分布式光纤传感器在航空航天领域应用中存在的应变读数异常现象，提出一种可检测和快速清除分布式光纤传感器应变读数异常的自适应后处理算法，以提高传感器监测精度与数据可靠性。该算法采用K均值聚类方法进行自适应定义阈值，以区分不同结构特征及不同服役环境导致的数据分布与噪声响应的差异性。在此基础上，对扭曲的应变曲线实行连续的几何偏置来消除应变读数异常。最后以航天燃料贮箱压力循环实验中采集的分布式光纤传感数据处理为例验证所提方法的有效性，使用Pearson相关系数来表征后处理曲线与无异常曲线的相关性，并与其他后处理算法进行对比。结果表明，针对2种主要类型、8种典型案例的应变异常现象，所提方法均能获得最佳的后处理结果，与无异常曲线的相关性系数不低于0.917。
光纤光学 瑞利散射 分布式光纤传感 K均值聚类 自适应阈值 复合材料贮箱
彭罗曼 1,2,3张海洋 1,2,3,*王文鑫 1,2,3白莎莎 1,2,3[ ... ]赵长明 1,2,3
1 光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
2 信息光子技术工业和信息化部重点实验室，北京 100081
3 北京理工大学 光电学院，北京 100081
相邻障碍物的分割是无人驾驶领域的技术难点，低线激光雷达点云稀疏，无法聚类远距离物体，但激光雷达线束越多越昂贵。为了实现低成本聚类分割相邻障碍物，实验场景选取常用交通场景对象相邻的人/人、人/车，提出了一种基于多帧融合的相邻障碍物分割方法。基于惯性测量单元、激光雷达融合多帧点云，解决了低线激光雷达因分辨率低而无法聚类远距离相邻行人的问题。提出改进的欧式聚类，加入自适应阈值和向量角度约束两个新的分割标准，提高相邻障碍物的分割效果。实验结果表明，该方法具有成本低、聚类精准等特点，与单帧传统欧式聚类算法相比，该方法针对相邻障碍物分割的准确度提升约30.7%，对低线激光雷达在障碍物聚类以及后续的检测具有一定参考意义。
多帧融合 自适应阈值 相邻障碍物分割 稀疏点云聚类 multi-frame fusion adaptive threshold segmentation of adjacent obstacles sparse point cloud clustering
1 中国地质大学（武汉） 工程学院，武汉 430074
2 内蒙古生力中伟爆破有限责任公司，鄂尔多斯 010300
了解和掌握岩体可爆性分级是确定合理爆破参数和提高工程效率的重要依据。结合魏家峁矿区台阶爆破开挖实际，在现场调查、取样基础上，根据矿区工程地质资料得到岩样的普氏系数和抗拉强度。采用蜡封法密度试验和岩石声波试验对已揭露台阶面岩样的岩石密度、声波波速进行了测试分析。依据获取的四个指标，基于加权聚类分析原理对矿区岩体可爆性进行了研究。研究表明:魏家峁矿区剥离层岩石有粗砂岩、中砂岩、细砂岩、砂砾岩和泥砂岩等。试验得到的五种岩石密度中，泥砂岩密度最大，为2.75 g/cm3; 粗砂岩密度最小，为2.01 g/cm3，砂砾岩、细砂岩、中砂岩密度位于泥砂岩和粗砂岩之间。在声波试验得到的平盘所对应岩样的声波波速中1064平盘的岩石纵波波速最大，为2.615 km/s，1096平盘的岩石纵波波速最小，为2.029 km/s。根据所取岩样对应的平盘分布状况，魏家峁矿区剥离岩体的可爆性从1112平盘至1064平盘自上而下逐渐变差，其中1112平盘主要是砂砾岩，可爆性为中等难爆; 1096平盘以粗砂岩为主，可爆性为易爆; 1080平盘是中砂岩，可爆性为中等难爆; 1064平盘主要岩性为细砂岩，可爆性为难爆。
声波测试 力学参数 加权聚类 可爆性评价 acoustic testing mechanical parameters weighted clustering evaluation of blastability
1 中国地质大学(武汉)工程学院, 武汉 430074
2 内蒙古生力中伟爆破有限责任公司, 鄂尔多斯 010300
为了对魏家峁煤矿深孔台阶爆破效果进行综合评价, 考虑爆破质量、安全、经济三方面目标, 选取大块率、根底率、后裂距离、松散系数、单耗、延米爆破量、振动速度、飞散距离等8个参量作为评价指标。通过无人机、高速摄影、振动监测等技术手段对魏家峁煤矿4个生产爆破平盘开展现场监测, 并利用Split-desktop、Motion studio等软件进行数据分析, 得到了上述参量的量化指标。分别利用层次分析法和CRITIC法, 获得评价指标的主、客观权重, 然后基于离差平方和最大原则确定了各指标的组合权重。利用中心点三角白化权函数对灰色聚类法进行优化, 建立了爆破效果的灰色聚类评估模型, 对魏家峁煤矿深孔台阶爆破效果进行了综合评价, 并根据综合聚类系数得到了4个平盘的爆破效果优劣顺序。最后对比指标数据分析了爆破效果最差的平盘主要存在的问题。研究结果表明:炸药单耗、大块率、根底率的组合权重都大于0.15, 对爆破效果的影响较大; 4个平盘的爆破效果优劣顺序为：1080平盘>1064平盘>1096平盘>1112平盘; 1112平盘需要结合地质条件, 针对后裂距离大、单耗高、延米爆破量小、飞散距离大等问题进行台阶爆破参数优化。
深孔台阶爆破 爆破效果评价 现场监测 组合赋权 灰色聚类评估 deep hole step blasting blasting effect evaluation on-site monitoring combination weighting grey clustering evaluation
空军工程大学装备管理与无人机工程学院, 西安 710000
现代战场的高复杂性和各种态势信息的不完备性使得传统的空中目标威胁评估方法难以适用于数据缺失的情况。针对该问题, 首先采用引入等距对数比变换(ILT)和球坐标变换的改进的量化双聚类算法(IQBA)补全目标属性缺失数据; 然后采用改进的基于灰靶理论和指标相关性的熵权法分析各属性的影响程度, 客观计算目标属性权重; 最后使用改进的灰色关联TOPSIS法来实现对作战任务目标的威胁评估, 划分威胁等级。仿真实验结果表明, 所提方法可以有效实现信息缺失条件下的空中目标威胁评估, 评估结果更加客观可靠。
空中目标 威胁评估 信息缺失 双聚类算法 改进熵权法 TOPSIS法 air target threat assessment information shortage biclustering algorithm improved entropy weight method TOPSIS method
