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融合Dead-ends和离线监督Actor-Critic的动态治疗策略生成模型

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计算机科学 2024年第7期51卷 80-88页

作者：杨莎莎于亚新王跃茹许晶铭魏阳杰李新华东北大学计算机科学与工程学院沈阳110169 医学影像智能计算教育部重点实验室(东北大学) 沈阳110169

强化学习对数学模型依赖性低,利用经验便于架构和优化模型,非常适合用于动态治疗策略学习。但现有研究仍存在以下问题:1)学习策略最优性的同时未考虑风险,导致学到的策略存在一定的风险;2)忽略了分布偏移问题,导致学到的策略与医生策略... 详细信息

强化学习对数学模型依赖性低,利用经验便于架构和优化模型,非常适合用于动态治疗策略学习。但现有研究仍存在以下问题:1)学习策略最优性的同时未考虑风险,导致学到的策略存在一定的风险;2)忽略了分布偏移问题,导致学到的策略与医生策略完全不同;3)忽略患者的历史观测数据和治疗史,从而不能很好地得到患者状态,进而导致不能学到最优策略。基于此,提出了融合Dead-ends和离线监督Actor-Critic的动态治疗策略生成模型DOSAC-DTR。首先,考虑学到的策略所推荐的治疗行动的风险性,在Actor-Critic框架中融入Dead-ends概念;其次,为缓解分布偏移问题,在Actor-Critic框架中融入医生监督,在最大化预期回报的同时,最小化所学策略与医生策略之间的差距;最后,为了得到包含患者关键历史信息的状态表示,使用基于LSTM的编码器解码器模型对患者的历史观测数据和治疗史进行建模。实验结果表明,DOSAC-DTR相比基线方法有更好的性能,可以得到更低的估计死亡率以及更高的Jaccard系数。

关键词：动态治疗策略 Dead-ends Actor-Critic 状态表征

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ROS2多线程执行器上DAG任务的优先级分配方法

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计算机研究与发展 2023年第5期60卷 1086-1098页

作者：纪东魏阳杰李宇溪王义东北大学计算机科学与工程学院沈阳110819 医学影像智能计算教育部重点实验室(东北大学) 沈阳110819

随着机器人操作系统(robot operating system, ROS)的日益普及,系统也变得更加复杂,这类系统的计算平台正逐渐转变为多核心平台.在ROS中,任务执行的顺序取决于底层任务调度策略和分配给任务的优先级,而最大限度地缩短所有任务的执行时... 详细信息

随着机器人操作系统(robot operating system, ROS)的日益普及,系统也变得更加复杂,这类系统的计算平台正逐渐转变为多核心平台.在ROS中,任务执行的顺序取决于底层任务调度策略和分配给任务的优先级,而最大限度地缩短所有任务的执行时间是并行系统任务调度的一个重要目标.受强化学习在解决各种组合优化问题的最新研究成果的启发,在考虑ROS2多线程执行器的调度机制和执行约束的前提下,提出了一种基于强化学习的任务优先级分配方法,该方法提取了基于有向无环图形式表示的任务集的时间和结构特征,通过策略梯度和蒙特卡洛树搜索(Monte Carlo tree search, MCTS)方法有效地学习ROS2调度策略并给出合理的优先级设置方案,最终达到最小化并行任务的最大完工时间的目的.通过模拟平台环境下随机生成的任务图以评估所提方法,结果表明所提方法明显优于基准方法.作为一种离线分析方法,所提方法可以很容易地扩展到复杂的ROS中,在可接受的时间内找到接近最优的解决方案.

关键词：机器人操作系统强化学习 DAG任务优先级分配蒙特卡洛树搜索

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显微光学模糊图像的景物深度提取及应用

中国图象图形学报 2022年第2期27卷 461-474页

作者：苗国超魏阳杰侯威翰东北大学计算机科学与工程学院沈阳110004

目的显微光学成像有景深小和易模糊等缺陷,很难根据几何光学中的点扩散函数准确评估图像的模糊程度,进而很难计算景物深度。同时,传统的使用边缘检测算子衡量图像模糊程度变化的方法缺少与景物深度之间的函数关系,影响深度计算的精度。... 详细信息

目的显微光学成像有景深小和易模糊等缺陷,很难根据几何光学中的点扩散函数准确评估图像的模糊程度,进而很难计算景物深度。同时,传统的使用边缘检测算子衡量图像模糊程度变化的方法缺少与景物深度之间的函数关系,影响深度计算的精度。为此,本文提出一种显微光学系统成像模糊程度与景物深度关系曲线的获取方法。方法从显微光学系统中的光学传递特性出发,建立光学传递函数中的光程差、高频能量参数和景物深度之间的数学关系,并通过归一化和曲线拟合得到显微光学系统的成像模糊程度与景物深度之间的解析函数。结果为了验证本文获取的图像模糊程度和景物深度之间的函数关系,首先使用纳米方形栅格的模糊图像进行深度计算,实验测得的深度平均误差为0.008μm,即相对误差为0.8%,与通过清晰图像和模糊图像的逐个像素亮度值比较,根据最小二乘方法搜索两幅图像的亮度差最小时求得深度的方法相比,精度提高了约73%。然后基于深度测量结果进行模糊栅格图像的清晰重构,重构后的图像在平均梯度和拉普拉斯值两个方面都明显提高,且相对于传统基于高斯点扩散函数清晰重构方法,本文方法的重构精度更高,稳定性更强;最后通过多种不同形状和亮度特性的栅格模糊图像的深度计算,证明了本文的模糊程度—深度变化曲线对不同景物的通用性。结论本文建立的函数关系能够更加直观地反映系统参数对光学模糊成像过程的影响。使用高频能量参数表征图像的模糊特性,既可以准确测量图像模糊程度,也与景物深度具有直接的函数关系。固定光学系统参数后,建立的归一化系统成像模糊程度与景物深度之间的函数关系不会受到景物图像的纹理、亮度等特性差异的影响,鲁棒性强、更方便、更省时。

关键词：光学显微系统模糊程度景物深度解析函数光学传递特性高频能量参数

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复杂阴影背景下的USV自动水域边界检测

中国科学：技术科学 2018年第1期48卷 101-109页

作者：魏阳杰东北大学计算机科学与工程学院沈阳110004

准确的水域边界检测是无人水面平台(unmanned surface vehicle,USV)自主导航和避障的关键技术.然而,当前基于光学图像的导航避障方法在实际USV系统中的可行性和准确性都偏低,其中,户外复杂自然光照引起的图像阴影是主要的误差源之一.本... 详细信息

准确的水域边界检测是无人水面平台(unmanned surface vehicle,USV)自主导航和避障的关键技术.然而,当前基于光学图像的导航避障方法在实际USV系统中的可行性和准确性都偏低,其中,户外复杂自然光照引起的图像阴影是主要的误差源之一.本文提出了一种结合光学阴影处理和能量优化的自动水域边界检测方法,并且在实际的USV系统中得到了验证.首先,详细分析了阴影不敏感的本征图像的基本原理,并用于复杂光照条件下的背景分割;接着,使用光学阴影验证方法区分了不同目标区域,并利用阴影区域和非阴影区域的亮度差值定位水域边界;然后,将水域边界检测问题转化为全局能量优化问题,并为了提高算法的鲁棒性提出了算法的补充条件;最后,使用实际USV系统采集的多组光学图像验证了算法的有效性和鲁棒性.

关键词：无人水面平台阴影水域边界检测能量优化

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基于光学扩散的景物3D形貌重建

中国科学：技术科学 2016年第2期46卷 204-212页

作者：魏阳杰吴成东东北大学信息科学与工程学院沈阳110004

基于光学扩散的景物3D重建方法具有小透镜下深度恢复精度高、重建深度范围广、只需要一台摄像机、不需要调整相机参数或者改变相机和景物之间距离等优势.但是目前并没有一种描述光学扩散中深度变化和扩散能量分布之间关系的严谨数学模型... 详细信息

基于光学扩散的景物3D重建方法具有小透镜下深度恢复精度高、重建深度范围广、只需要一台摄像机、不需要调整相机参数或者改变相机和景物之间距离等优势.但是目前并没有一种描述光学扩散中深度变化和扩散能量分布之间关系的严谨数学模型.本文引入了物理学中的热量辐射方程,建立了光扩散过程中的连续能量分布模型,并提出了一种基于光扩散的精确单目视觉全局景物3D深度信息获取方法.首先,详细分析了物理学中热辐射机理,建立了用来描述光扩散成像过程中的连续能量分布模型;然后,结合光扩散引起的图像模糊(点扩散函数扩散程度)与景物深度之间的数学关系,提出了一种基于光学扩散的景物3D形貌重建方法.最后,使用合成图像和真实图像分别验证了本文算法在3D重建中的有效性和精确性.

关键词： 3D重建光学扩散热辐射能量分布

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新的Otsu阈值改进方法的红外小目标检测

光电工程 2004年第11期31卷 23-26页

作者：魏阳杰董再励缪磊张正忠中国科学院研究生院北京100039 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学重点实验室辽宁沈阳110016

针对红外小目标区域灰度对比度很差的现象,以及红外小目标实时性检测的要求,在对Otsu阈值方法进行研究的基础上,结合红外小目标图像的自身特点,提出了一种新的Otsu阈值改进的红外小目标检测方法。该方法不仅继承了Otsu阈值方法比较简单... 详细信息

针对红外小目标区域灰度对比度很差的现象,以及红外小目标实时性检测的要求,在对Otsu阈值方法进行研究的基础上,结合红外小目标图像的自身特点,提出了一种新的Otsu阈值改进的红外小目标检测方法。该方法不仅继承了Otsu阈值方法比较简单,计算速度较快的优点,更重要的是很好地解决了照度不均匀的图像分割时候多个红外小目标粘连的问题,使红外小目标能够被清晰地检测出来。实验结果表明,新的Otsu阈值改进方法检测出红外小目标的准确率比Otsu阈值检测方法提高了20%。

关键词：目标检测红外目标 Otsu阈值图像分割

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微纳米压电陶瓷驱动器的迟滞特性建模

东北大学学报（自然科学版） 2014年第2期35卷 166-169页

作者：魏阳杰吴成东东北大学信息科学与工程学院辽宁沈阳110819

为了高精度地测量微纳米压电陶瓷的驱动特性,研究了一种基于最优模板尺寸的改进图像块匹配位移测量算法;结合Preisach模型,建立了压电陶瓷驱动器迟滞特性模型.首先,研究了不同模板尺寸对位移测量精度的影响,得到了基于标准模板的最优模... 详细信息

为了高精度地测量微纳米压电陶瓷的驱动特性,研究了一种基于最优模板尺寸的改进图像块匹配位移测量算法;结合Preisach模型,建立了压电陶瓷驱动器迟滞特性模型.首先,研究了不同模板尺寸对位移测量精度的影响,得到了基于标准模板的最优模板尺寸;然后,介绍了Preisach模型用于压电陶瓷驱动器迟滞建模的原理;最后,使用纳米平台系统验证了改进的亚像素模板匹配算法和迟滞特性建模方法的有效性和准确性.

关键词：压电陶瓷驱动器迟滞特性图像块匹配 Preisach模型最优模板尺寸

基于亚像素图像块匹配方法的压电陶瓷驱动特性测量

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机械工程学报 2010年第17期46卷 151-158页

作者：魏阳杰吴成东董再励中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳110016 中国科学院研究生院北京100039 东北大学信息科学与工程学院沈阳110004

为了高精度地测量压电陶瓷的驱动特性,提出一种基于计算机视觉的亚像素图像块匹配位移测量方法。对困扰亚像素图像块匹配方法的三个重要因素:搜索区域大小、模板图像大小、亚像素拟合精度进行详细分析和试验,提出根据试验结果和微纳米... 详细信息

为了高精度地测量压电陶瓷的驱动特性,提出一种基于计算机视觉的亚像素图像块匹配位移测量方法。对困扰亚像素图像块匹配方法的三个重要因素:搜索区域大小、模板图像大小、亚像素拟合精度进行详细分析和试验,提出根据试验结果和微纳米图像序列的测量特点选择最佳的搜索区域、模板大小、匹配准则函数和亚像素拟合方法的原则;使用高精度纳米平台、高倍显微镜以及标准栅格所组成的试验系统对该方法进行位移测量精度的验证试验;使用改进的亚像素图像块匹配方法对实际的压电陶瓷驱动器的驱动特性曲线进行测量。结果表明,该方法得到的压电陶瓷驱动特性曲线符合物理分析结果;并且方法本身操作简单、测量结果可靠,能够满足高精度的微纳米测量要求。

关键词：微纳米操作压电陶瓷图像块匹配亚像素

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自适应B样条小波函数模糊距离测量

中国图象图形学报 2021年第3期26卷 503-515页

作者：梁锐魏阳杰东北大学计算机科学与工程学院沈阳110004

目的双目测距和单目测距是目前常用的两种基于光学传感器的测距方法,双目测距需要相机标定和图像配准,计算量大且测量范围有限,而单目测距减少了对设备和场地的要求,加快了计算时间。为了解决现有的单目测距方法存在精度低、鲁棒性差等... 详细信息

目的双目测距和单目测距是目前常用的两种基于光学传感器的测距方法,双目测距需要相机标定和图像配准,计算量大且测量范围有限,而单目测距减少了对设备和场地的要求,加快了计算时间。为了解决现有的单目测距方法存在精度低、鲁棒性差等缺点,本文提出了一种基于单模糊图像和B样条小波变换的自适应距离测量方法。方法引入拉普拉斯算子量化评估图像模糊程度,并根据模糊程度值自动定位阶跃边缘;利用B样条小波变换代替高斯滤波器主动模糊化目标图像,并通过分析图像模糊程度、模糊次数以及测量误差之间的关系模型,自适应地计算不同景物图像的最优模糊次数;根据最优模糊图像中阶跃边缘两侧模糊程度变化求解目标边缘和相机之间的相对距离。结果本文方法与基于高斯模糊图像的距离测量方法相比精度更高,平均相对误差降低5%。使用不同模糊次数对同样的图像进行距离测量时,本文算法能够自适应选取最优模糊次数,保证所测量距离的精度更高。结论本文提出的单视觉测距方法,综合了传统的方法和B样条小波的优点,测距结果更准确,自适应性和鲁棒性更高。

关键词：单目视觉距离测量 B样条小波拉普拉斯算子模糊程度评估