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基于细节特征提取融合的中国山水画风格迁移

工程科学与技术 2024年

作者：胡景浩耿国华熊美均李思怡张雨禾西北大学信息科学与技术学院

中国山水画风格迁移的目标是在保持原有山水真实场景图像内容的前提下，引入传统中国画作特征，以生成具有中国山水画艺术特征的图像。近年，由于深度学习的快速发展，卷积神经网络和对抗生成网络几乎主导了包括风格迁移在内的大部分图... 详细信息

中国山水画风格迁移的目标是在保持原有山水真实场景图像内容的前提下，引入传统中国画作特征，以生成具有中国山水画艺术特征的图像。近年，由于深度学习的快速发展，卷积神经网络和对抗生成网络几乎主导了包括风格迁移在内的大部分图像生成任务，但也存在部分问题，如真实场景在风格迁移过程中易丢失语义、GAN网络训练出现模型坍塌、CNN风格迁移方法出现棋盘效应等。视觉Transformer模型为图像处理任务提供了新的解决方案，但训练需大量数据且计算复杂。为了解决生成中国画过程中由上述因素引起的图像质量低及细节特征丢失等问题，本文提出一种基于细节特征提取融合的中国山水画风格迁移网络SSTR（Swin Style TRansfer TRansformer）。该网络在StyTr2网络的基础上，引入了Swin-Transformer模型，利用视觉Transformer的强语义性保留山水场景的特征，同时利用Swin-Transformer模型的分层体系结构以及滑窗操作计算注意力机制，提取更多的山水画艺术风格细节，同时降低模型训练复杂度，最后，引入一个CNN解码器细化生成目标图像。本文利用公开视觉数据集COCO与公开山水画数据集进行训练、验证与测试，并将结果与基线方法进行比较。实验结果表明，SSTR在处理中国山水画风格迁移任务中，风格损失和内容损失分别为1.35和1.88，在风格损失上超过了StyTr2，表现出了优异的特征提取能力和图像生成能力。

关键词：计算机视觉风格迁移视觉Transformer模型 Swin-Transformer模型中国画孪生编码器

华南鲤昼夜摄食节律与agrp基因表达水平相关性研究

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南方水产科学 2024年第3期20卷 101-111页

作者：赵淑皓朱华平马冬梅耿国华钟再选樊佳佳田园园刘贤德韩芳集美大学水产学院/海水养殖生物育种全国重点实验室福建厦门361021 中国水产科学研究院珠江水产研究所/农业农村部热带亚热带水产资源利用与养殖重点实验室广东广州510380 广东省水产动物免疫与绿色养殖重点实验室广东广州510380

鱼类的摄食节律表现出种间甚至种内差异。为阐明华南鲤(Cyprinus carpio rubrofuscus)的昼夜摄食节律,为其室内标准化养殖方法的建立提供科学依据,研究了在自然光照下华南鲤的昼夜摄食节律以及刺鼠相关蛋白(Agouti-related protein,AgRP... 详细信息

鱼类的摄食节律表现出种间甚至种内差异。为阐明华南鲤(Cyprinus carpio rubrofuscus)的昼夜摄食节律,为其室内标准化养殖方法的建立提供科学依据,研究了在自然光照下华南鲤的昼夜摄食节律以及刺鼠相关蛋白(Agouti-related protein,AgRP)基因表达水平与摄食昼夜节律的关系。采用分段连续投喂的方法对春分和秋分时节广州地区华南鲤的昼夜摄食量进行测定,运用实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qRT-PCR)技术检测agrp基因在华南鲤脑、前肠、中肠和后肠中的昼夜表达节律特点。结果显示,春分和秋分时节华南鲤摄食量有相似的昼夜节律。春分时华南鲤的摄食量在8:00最低,分别在12:00和24:00出现摄食高峰;秋分时华南鲤的摄食量也在8:00最低,分别在12:00和20:00出现摄食高峰。qRT-PCR结果表明,agrp1和agrp2基因的表达量都具有昼夜节律。agrp1和agrp2在脑中的表达量分别在8:00和20:00最高,24:00和4:00最低。agrp1基因在前肠、中肠和后肠的表达量分别在16:00、20:00和24:00最高,8:00最低;agrp2基因在前、中、后肠的表达量分别在16:00、24:00、24:00最高,在12:00、4:00、20:00最低。综上,华南鲤摄食量最低时agrp1基因在脑中的表达量最高以促进后续摄食行为,在2次摄食高峰之间(12:00—20:00)agrp1基因在前、中、后肠的表达量依次出现最高点,其变化趋势与食物在肠道中的运动过程一致,推测agrp1基因可能参与了华南鲤摄食昼夜节律的调控;而agrp2基因的表达水平与摄食节律无相关的变化趋势,推测agrp2基因在进化过程中可能出现了功能分化。

关键词：华南鲤刺鼠相关蛋白基因表达昼夜节律

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笔谈：数字化为文明赋彩——文物和文化遗产数字技术应用现状与实践路径

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中国文化遗产 2024年第2期 4-22页

作者：刁常宇刘建国邓非耿国华周蓬勃何捷王超群马昭仪杨红杨晨浙江大学艺术与考古学院中国社会科学院考古研究所武汉大学测绘学院智能测绘研究中心西北大学信息科学与技术学院文化遗产数字化国家地方工程研究中心北京师范大学艺术与传媒学院艺术科技融合创新中心哈尔滨工业大学(深圳)建筑学院南洋理工大学人文学院中国传媒大学文化产业管理学院非遗传播研究中心同济大学建筑与城市规划学院

数字技术在文化遗产领域的应用已从最初的信息储存和传输，发展到数据处理分析，进而进化到今天的自动化和智能化处理与展示，在文化遗产研究、记录、保护、利用等方面起到了至关重要的作用。当前，我国基本形成覆盖文物保护工作全链条... 详细信息

数字技术在文化遗产领域的应用已从最初的信息储存和传输，发展到数据处理分析，进而进化到今天的自动化和智能化处理与展示，在文化遗产研究、记录、保护、利用等方面起到了至关重要的作用。当前，我国基本形成覆盖文物保护工作全链条的数字化解决方案，并不断创新核心技术与设备，形成通用技术与国际并驾齐驱、特色技术引领国际潮流的发展趋势。数字技术在考古遗址三维空间信息的获取、分析、模拟、研究和展示等全过程中发挥着重要作用，为古代遗址与自然环境之间的人地关系等研究开辟了新的途径。新一代测绘技术，可实现对建成遗产三维数字形式的记录与保存，在精度、纹理、展示分析、交互以及文物古建的数字修复等方面具有不可替代的价值。通过“空间历史大数据”途径，可以打破过往人文学科与空间操作之间的知识鸿沟与技术壁垒，促进文化遗产以体系化技术操作实现“公众化”，通过文化空间实践达成未来城乡高质量发展和历史人文知识存续之间的良性互动。数字化实践在非物质文化遗产保护中的应用范围在不断扩大，已然从保存、宣传扩展到传承、振兴的层面。从全球视野审视数字化这一新兴领域的发展历程和前沿动态，文化遗产数字化面临着建立更完善的数据资源等挑战。

关键词：文化遗产数字化文物数字化非遗数字化考古遗址建成遗产城市文化遗产实景三维空间历史大数据

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耿国华美术作品欣赏

红豆 2013年第12期 2-2页

作者：耿国华广西美术家协会南宁市公安局文联南宁市美术家协会南宁市公安局宣传处

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基于特征区域划分的文物碎片自动匹配算法

电子学报 2022年第6期50卷 1436-1443页

作者：赵夫群耿国华西安财经大学信息学院陕西西安710100 西北大学信息科学与技术学院陕西西安710127

在破损文物虚拟复原过程中,碎片匹配是重要研究内容之一,而传统几何驱动匹配算法对断裂面重叠率较低碎片的匹配误差较大,因此针对具有一定厚度的文物,本文提出一种基于特征区域划分的文物碎片自动匹配拼接算法.首先提取文物碎片的断裂面... 详细信息

在破损文物虚拟复原过程中,碎片匹配是重要研究内容之一,而传统几何驱动匹配算法对断裂面重叠率较低碎片的匹配误差较大,因此针对具有一定厚度的文物,本文提出一种基于特征区域划分的文物碎片自动匹配拼接算法.首先提取文物碎片的断裂面,并在断裂面上点的局部区域内构造法向量特征,计算断裂面的特征点和特征点集;然后将特征点集划分为多个小规模的点云区域,并通过区域匹配将碎片断裂面初步对齐;最后利用基于阈值约束的迭代最近点(Iterative Closest Point,ICP)算法对特征点进行精确对齐,从而实现碎片的最终匹配.实验结果表明,该基于特征区域划分的文物碎片匹配算法的时间效率和匹配精度,比多数已有算法至少可以分别提高10%和20%,适用于低重叠断裂面的文物碎片匹配.

关键词：碎片匹配特征点区域划分阈值约束迭代最近点

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基于动态图注意力机制的秦俑点云鲁棒配准

光学精密工程 2022年第24期30卷 3210-3224页

作者：海琳琦耿国华杨兴李康张海波西北大学信息科学与技术学院陕西西安710127

针对目前的点云配准方法在处理秦俑等文物模型时不能很好地解决分辨率不匹配、点云部分重叠、噪声点较多等问题,提出一种基于动态图注意力机制的ResUNet配准模型。该模型将残差模块融入U-Net网络中,使用三维稀疏体素卷积计算点云特征,... 详细信息

针对目前的点云配准方法在处理秦俑等文物模型时不能很好地解决分辨率不匹配、点云部分重叠、噪声点较多等问题,提出一种基于动态图注意力机制的ResUNet配准模型。该模型将残差模块融入U-Net网络中,使用三维稀疏体素卷积计算点云特征,并引入一种新的归一化技术:批邻域归一化(Batch-Neighborhood Normalization,BNHN),来提高特征对于点密度变化的鲁棒性;为了进一步提高配准性能,该模型通过自注意力机制和交叉注意力机制聚合局部特征和上下文特征,最后结合随机抽样一致性算法来估计源点云与目标点云之间的变化矩阵,完成秦俑文物模型的鲁棒配准。为了验证本文方法的有效与鲁棒,使用四组数据集(3DMatch、3DLoMatch、分辨率不匹配的3DMatch数据集以及两组秦俑数据)对配准模型进行测试,实验结果表明,该算法在3DMatch数据集和3DLoMatch数据集上的配准召回率分别达到90.1%和61.0%;在分辨率不匹配的3DMatch数据集,相比与基于特征学习的配准算法,该算法在配准召回率上提升了5%~20%;在秦俑数据集上,相对旋转误差均小于0.071,相对平移误差均小于0.016,相较于同类算法减少了一个量级或几倍。因此,本文的模型能够提取三维点云的关键特征信息,并且对点密度和重叠度变化具有更高的鲁棒性。

关键词：点云配准动态图注意力机制低重叠点云点密度变化残差网络

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视图特征和形状特征融合的颅骨身份识别

激光与光电子学进展 2022年

作者：杨稳周明全耿国华刘晓宁西北大学信息科学与技术学院

颅骨身份识别是法医学研究的重要课题。针对以往颅骨身份识别研究中颅骨和面貌内在特征表示能力不足的问题，为了充分利用颅骨和面皮模型的有效识别信息，提高颅骨识别能力，本文提出一种基于视图特征和形状特征融合的颅骨身份识别方法...

颅骨身份识别是法医学研究的重要课题。针对以往颅骨身份识别研究中颅骨和面貌内在特征表示能力不足的问题，为了充分利用颅骨和面皮模型的有效识别信息，提高颅骨识别能力，本文提出一种基于视图特征和形状特征融合的颅骨身份识别方法。首先采用多视图神经网络学习颅骨和面皮的多视图特征，在该过程中提出基于双谐波距离的LS-MDS算法对颅骨和面皮计算其标准形，提出池化融合方法聚合多个特征来减少视图池化阶段的信息丢失；然后，为了解决波核特征对尺度变换敏感的问题，提出根据特征值归一化思想提取颅骨和面皮的尺度不变波核特征；最后，采用核典型相关分析将视图特征和波核特征进行融合，得到颅骨和面皮的最终特征向量；通过计算颅骨特征向量和面皮特征向量的相关系数实现颅骨的身份识别。实验结果表明，本文方法的识别准确率是最优的，正确识别率结果为95.0%，优于其他识别方法，是一种有效的颅骨身份识别方法。

关键词：

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局部-整体双向推理的文物无监督表征学习

光学精密工程 2022年第18期30卷 2241-2252页

作者：刘杰耿国华田煜王毅刘阳洋周明全西北大学文化遗产数字化国家地方联合工程研究中心陕西西安710127 西北大学信息科学与技术学院陕西西安710127

针对现有陶制文物表征学习方法是基于大量带标签数据的有监督学习方法,人工标记费时耗力且不能有效地学习到点云内在结构信息等问题,本文提出一种基于局部-整体双向推理的无监督表征学习方法。首先,提出多尺度壳卷积层级结构编码器提取... 详细信息

针对现有陶制文物表征学习方法是基于大量带标签数据的有监督学习方法,人工标记费时耗力且不能有效地学习到点云内在结构信息等问题,本文提出一种基于局部-整体双向推理的无监督表征学习方法。首先,提出多尺度壳卷积层级结构编码器提取不同尺度的文物碎片局部特征。其次,利用局部到整体推理模块将提取的局部特征映射得到全局特征,通过度量学习衡量两者之间差异,进行反复学习。然后,利用整体到局部推理模块以确保获取到的全局特征的质量。最后,在不同层次的局部结构和整体形状之间通过双向推理来学习文物点云表征,并将学习到的点云表征应用于分类下游任务。该网络模型在兵马俑数据集和ModelNet40公开数据集上的分类精度分别达到了93.33%和92.02%,分别高于PointNet 4.4%和2.82%。同时缩小了下游分类任务中无监督和有监督学习方法之间的差距。

关键词：无监督表征学习多尺度深度学习点云分类文物虚拟修复

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文化遗产活化关键技术研究进展

中国图象图形学报 2022年第6期27卷 1988-2007页

作者：耿国华何雪磊王美丽李康贺小伟西北大学信息科学与技术学院西安710127 西北农林科技大学信息工程学院杨凌712100 西安市影像组学与智能感知重点实验室西安710127

中华民族文化资源丰富、种类繁多且艺术形式多样,源于民族,植根民间,承载着历史记忆,延续着文化血脉,是中华民族的根与魂。文化遗产分布广、流传年代长,具有多样性、独特性和不可再生性等特点,是研究古代人类文明发展的珍贵资料。目前... 详细信息

中华民族文化资源丰富、种类繁多且艺术形式多样,源于民族,植根民间,承载着历史记忆,延续着文化血脉,是中华民族的根与魂。文化遗产分布广、流传年代长,具有多样性、独特性和不可再生性等特点,是研究古代人类文明发展的珍贵资料。目前随着信息技术的迅猛发展以及全球化的冲击,其传承形式发生了根本性变化,特别是非物质文化遗产的人际传承方式,因此亟待在资源与媒介、内容与技术之间搭建技术的桥梁,支撑中华文化遗产的数字化传承。本文基于先进的智能计算、数字媒体和虚拟现实/增强现实技术,结合文化遗产的传播过程和艺术特点,对文化遗产收集理解、虚实结合智能展示交互和智慧化平台建设等活化关键技术的发展现状、前沿动态、热点问题和发展趋势进行分析和综述。在文化遗产收集理解方面,针对复杂文物数字化所存在的瓶颈问题,介绍数字化采集与重建关键技术;介绍文化遗产元素、主题和风格等特征提取算法,分析文化遗产的构图特征、分布特征、色彩特征和造型特征等数字化模拟过程中的关键技术,介绍基于语义特征分析、理解和识别的文化遗产理解及建设关键技术。对比和分析传统图形图像处理和深度学习方法在民族文化数字化仿真过程的优缺点,比较算法特点和算法效率,阐述存在的问题和难点,并对民族文化数字化仿真进行展望。在虚实结合智能展示交互方面,针对文化遗产的实体化展示和虚拟化展示特点,结合前沿信息技术,以多模态图像处理、小样本学习以及风格化图像生成方法为技术手段,基于多源异构大数据分析、知识图谱及深度学习等研究,综述文化遗产数字化修复的关键技术。面向文化遗产3D交互展示的需求,结合文本、音频、视频、语义和故事检索,介绍基于内容的自然人机交互技术;通过实时逼真、虚实融合渲染以及基于增强现实技术介绍相应的数字展品虚拟交互展示新技术。在智慧化平台建设方面,针对目前文化遗产智慧化平台系统管理分散导致业务协同不畅、数据缺乏统一规范导致数据难以共享,系统维护难度大、管理成本高以及用户使用不便等诸多问题,介绍文化遗产大数据模型与私有云架构关键技术研究以及相关的智慧平台建设项目。通过以上文化遗产活化的关键技术主动融入国家发展重大战略,有利于挖掘和提升民族文化遗产保护传承技术,促进文化遗产活化技术的合理利用,扩大传播影响,对弘扬中华文明、促进文化繁荣、建设少数民族示范区以及构筑文化自信具有重要意义。

关键词：文化遗产数字化虚拟修复虚拟交互智慧平台