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基于FPGA的卷积神经网络手势识别系统设计

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基于FPGA的卷积神经网络手势识别系统设计

作者：张僮潼哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

手势识别作为一种更加自然、更加灵活的人机交互方式越来越受到人们的青睐。传统的手势识别方法主要依赖数学和图像处理技术,识别率底、鲁棒性差。目前,研究人员使用深度学习算法进行手势识别,该算法对图像具有平移和旋转不变性,并且对... 详细信息

手势识别作为一种更加自然、更加灵活的人机交互方式越来越受到人们的青睐。传统的手势识别方法主要依赖数学和图像处理技术,识别率底、鲁棒性差。目前,研究人员使用深度学习算法进行手势识别,该算法对图像具有平移和旋转不变性,并且对光照等影响较低,因此具有识别率高、鲁棒性好特征。但是算法的计算密集,实时性较差。在GPU(Graphics Processing Unit),ASIC(Application Specific Integrated Circuit)平台加速存在体积大、功耗高、成本高的问题,限制了其在嵌入式移动平台的使用。针对上述问题,本文在FPGA(Field Programmable Gate Array)端搭建手势识别系统,实现实时的手势识别。针对卷积神经网络计算密集型的特征,本文首先对卷积神经网络的时间复杂度和空间复杂度进行分析,通过上述分析,对已有网络模型进行修改,优化了一个能够在FPGA上实现的卷积神经网络模型。在该模型中,我们省略了卷积层中的池化操作。在分析了输出层与softmax层输出之间呈正相关关系后,省略网络的softmax层,通过比较输出层中值得大小,将输入归属为输出层中值最大所代表的类。然后在PC端使用GPU对网络进行训练,训练完成后将模型参数提取出来用于卷积神经网络在FPGA上的前项推理。针对卷积神经网络的实时性问题,本文通过对卷积神经网络算法的详细分析,充分挖掘卷积神经网络中潜在的并行性计算。其中包括图像局部感知域与卷积核进行卷积运算时的并行性;不同特征图与卷积核不同通道之间的并行性计算;网络结构中不同层之间的并行性计算。结合FPGA情况,提出对矩阵卷积运算采用全展开的方式进行加速;在不同卷积核之间提出使用流水线(PIPELINE)这种伪并行性计算的方式进行加速;对于网络中的层间并行性,采用多个层同时加速的方式加速。由于全连接层神经元数量一定,因此在FPGA上实现网络的前项推理过程中,必须对摄像头获取的1080p图像先进行缩放后才能作为网络的输入。为保证图像缩小过程中保留尽可能多的信息,本文采用双线性插值算法对图像进行缩放。最后在Xilinx Zynq-7000 SoC处理器上实现卷积神经网络模型,实验表明FPGA可以完成对卷积神经网络的加速,提高网络运行的实时性。

关键词：手势识别卷积神经网络 FPGA 并行性计算

含电压源换流器的交直流混联电网状态估计快速解耦法

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电力系统自动化 2018年第21期42卷 70-76页

作者：张潼王毅翟明玉黄煜赵凌骏南瑞集团(国网电力科学研究院)有限公司江苏省南京市211106 智能电网保护和运行控制国家重点实验室江苏省南京市211106 东南大学电气工程学院江苏省南京市210096

多端柔性直流输电技术的发展迫切需要改进和完善现有的状态估计算法以支撑调度系统应用。根据含多端柔性直流的交直流混联系统状态估计模型的结构特点,提出了一种含电压源换流器的交直流电网快速解耦状态估计算法。在传统交流状态估计... 详细信息

多端柔性直流输电技术的发展迫切需要改进和完善现有的状态估计算法以支撑调度系统应用。根据含多端柔性直流的交直流混联系统状态估计模型的结构特点,提出了一种含电压源换流器的交直流电网快速解耦状态估计算法。在传统交流状态估计模型上扩展了柔性直流电网模型,并根据交直流系统的稳态物理特性按有功、无功类对交直流量测和状态量进行分类,在保留系统耦合关系的基础上忽略雅可比矩阵中的某些次要因素,通过正常工况下的矩阵元素常数化,从而实现交直流系统的快速解耦估计计算。通过含3端柔性直流系统的IEEE 14和IEEE 118节点交直流系统算例仿真,验证了算法的有效性和实用性。

关键词：多端柔性直流系统状态估计快速解耦交直流混联系统

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基于频移的速率自适应方法

太原理工大学学报 2023年

作者：张潼李灯熬赵菊敏山西省空间信息网络工程技术研究中心太原理工大学大数据学院大数据融合分析与应用山西省重点实验室山西省智能感知工程研究中心太原理工大学信息与计算机学院

近年来对于反向散射网络的关注度日益提升。在反向散射网络中反向散射节点如射频识别(RFID)标签等可吸收环境中的电磁波作为能量进行通信，并且可以在环境内大规模部署，使得其可在复杂环境中进行通信。然而，由于多径效应和信道衰落的... 详细信息

近年来对于反向散射网络的关注度日益提升。在反向散射网络中反向散射节点如射频识别(RFID)标签等可吸收环境中的电磁波作为能量进行通信，并且可以在环境内大规模部署，使得其可在复杂环境中进行通信。然而，由于多径效应和信道衰落的存在，信息传输速率的选择不当会导致系统吞吐量下降。因此，根据环境及标签自身变化进行速率自适应是提升系统吞吐量的必要手段。但近年来速率自适应研究过程中存在触发器时效性不高和速率选择方案普适性较差等问题。针对以上问题本文提出了基于频移的速率自适应方法RAFS。RAFS中首先基于频移波动性设计了触发器。并在商用阅读器上实现了该触发器。在此基础上设计了基于两个数据包时间差的速率切换方案。根据实验结果，本算法在标签静止、运动的情况下系统吞吐量均有不同程度的提升，动态环境下更为明显。总体来说，系统总体吞吐量相较于只使用FM0编码提高了约15%。

关键词：射频识别反向散射网络速率自适应信号频移

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巨大先天性色痣伴部分毛发逆行生长一例

中国皮肤性病学杂志 1993年第3期 196-197+2页

作者：张潼生张晓红河南省偃师县中医医院皮肤科 471900 河南省偃师县中医医院皮肤科

患者女,36岁。出生时颈背及四肢即有多处大小不等,形状和颜色深浅不一的带毛色痣。随年龄增长面积扩大,颜色加深,毛发增多变粗硬,四肢另有新痣发生。既往无癫痫及其他病史。月经、生育史及家族史无

关键词：毛痣四肢痣样多毛症解剖部位皮肤毛发静止痣皮内痣

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遗传性对称性色素异常症伴雀斑一例

中国皮肤性病学杂志 1993年第2期 130-131页

作者：张潼生张晓红河南省偃师县中医院皮肤科 471900 河南省偃师县中医院皮肤科

遗传性对称性色素异常症为一比较少见的显性遗传性皮肤病,该病伴雀斑更为少见。现将我科新见1例报告如下。患者女,34岁,农民。自一岁始两手足背出现米粒大的褐色斑,逐渐增大,并向两上下肢及躯干部发展,

关键词：色素异常症雀斑皮肤色素异常遗传性

CZ法硅单晶生长电阻网络建模及MPC仿真分析

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西安理工大学学报 2016年第2期32卷 142-148,206页

作者：弋英民张潼西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048

CZ法硅单晶生长系统具有强非线性及大滞后的特点。本文就该系统建立了传热传质的低阶模型,计算了该模型在初始条件下的稳态解,并进行线性化处理及分析,根据系统的可控性及稳定性确定控制策略,并设计控制器。结果表明:在低阶模型中,采用G... 详细信息

CZ法硅单晶生长系统具有强非线性及大滞后的特点。本文就该系统建立了传热传质的低阶模型,计算了该模型在初始条件下的稳态解,并进行线性化处理及分析,根据系统的可控性及稳定性确定控制策略,并设计控制器。结果表明:在低阶模型中,采用Gevelber提出的简化辐射角系数能较好的反映工业中晶体生长过程特性;系统线性化后的性能分析表明,仅将加热器功率作为输入时,系统是不可控不稳定的,故采用模型预测控制算法作为控制策略,设计了无干扰无延迟的无约束模型预测控制器和无干扰有延迟的无约束模型预测控制器,仿真结果验证了所设计的方法的有效性。

关键词：单晶硅 CZ法电阻网络类比低阶模型模型预测控制

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化探方法在某金矿床中的初步应用

中国地质 1965年第5期 16-23页

作者：張潼

利用化探方法寻找石英脉型金矿的成功实例,在近期报导中时有所見;然而多数是采用与金伴生的某些含量較高、易于分析的有色或特种金属元素作为找金的指标。与金伴生的元素,它們的原生分布特点与金可能一致,也可能不同;它們的分布范围較

关键词：金矿床片岩自然金方铅矿黄铜矿贵金属矿床变质岩金矿物硫化矿物铜矿物含金石英脉矿脉矿体金属元素分布范围化探方法

利用金屬量測量成果評价有色金屬矿床呈矿现象

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中国地质 1963年第10期 26-31+17页

作者：张潼

金属量測量这一化探方法,目前已成为一种使用甚为普遍,效果很好的找矿方法。随着此方法使用范围的扩展,找矿詳細程度的提高,对其成果的利用程度,相应的有了长足的进展。然而此項工作的具体实例还是不多的。現将在某区、利用金属量測量成... 详细信息

金属量測量这一化探方法,目前已成为一种使用甚为普遍,效果很好的找矿方法。随着此方法使用范围的扩展,找矿詳細程度的提高,对其成果的利用程度,相应的有了长足的进展。然而此項工作的具体实例还是不多的。現将在某区、利用金属量測量成果,評价有色金属矿床呈矿現象的一些嘗試,叙述于次。

关键词：次生晕金属元素次生异常矿床矿藏矿脉矿体金属量测量

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生产小农具用复合周期断面钢材的几个问题

钢铁 1964年第4期 41-46页

作者：张潼上海第二钢铁厂

农用复合周期断面钢材,是综合双金属轧制和周期断面钢材轧制的加工方法而设计出来的新品种。由于它是以各种铁制小农具使用性能和目前手工业生产特点为依据,并尽可能提高手工制造农具的劳动生产率、提高质量和降低农具成本而设计的,因... 详细信息

农用复合周期断面钢材,是综合双金属轧制和周期断面钢材轧制的加工方法而设计出来的新品种。由于它是以各种铁制小农具使用性能和目前手工业生产特点为依据,并尽可能提高手工制造农具的劳动生产率、提高质量和降低农具成本而设计的,因此它是作为小农具制造原料的一种经济断面钢材。这种钢材于1963年试轧成功,今年即将投入生产,本文主要将这种钢材的有关生产技术问题作一初步介绍。一、目前小农具的生产简况根据全国手工业管理总局提供的资料,1963年全国手工业系统共用钢材33.6万吨(其中13.6万吨为边角废料),仅锄头、镰刀、镐、锹等四个主要品种农具就生产了约两

关键词：农具成品前孔成品孔型刃口厚度周期断面钢材劳动生产率变断面断面尺寸焊合