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深度卷积神经网络在计算机视觉中的应用研究综述

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数据采集与处理 2016年第1期31卷 1-17页

作者：卢宏涛张秦川上海交通大学计算机科学与工程系上海200240

随着大数据时代的到来,含更多隐含层的深度卷积神经网络(Convolutional neural networks,CNNs)具有更复杂的网络结构,与传统机器学习方法相比具有更强大的特征学习和特征表达能力。使用深度学习算法训练的卷积神经网络模型自提出以来在... 详细信息

随着大数据时代的到来,含更多隐含层的深度卷积神经网络(Convolutional neural networks,CNNs)具有更复杂的网络结构,与传统机器学习方法相比具有更强大的特征学习和特征表达能力。使用深度学习算法训练的卷积神经网络模型自提出以来在计算机视觉领域的多个大规模识别任务上取得了令人瞩目的成绩。本文首先简要介绍深度学习和卷积神经网络的兴起与发展,概述卷积神经网络的基本模型结构、卷积特征提取和池化操作。然后综述了基于深度学习的卷积神经网络模型在图像分类、物体检测、姿态估计、图像分割和人脸识别等多个计算机视觉应用领域中的研究现状和发展趋势,主要从典型的网络结构的构建、训练方法和性能表现3个方面进行介绍。最后对目前研究中存在的一些问题进行简要的总结和讨论,并展望未来发展的新方向。

关键词：深度学习卷积神经网络图像识别目标检测计算机视觉

分子氢通过PTEN改善腹膜透析相关腹膜纤维化的作用及机制研究

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分子氢通过PTEN改善腹膜透析相关腹膜纤维化的作用及机制研究

作者：卢宏涛中国人民解放军海军军医大学

学位级别：硕士

研究背景腹膜透析是终末期肾脏病的主要替代治疗方式之一,全球大约有11%的终末期肾脏病患者需要接受腹膜透析治疗。但是长期腹膜透析治疗会导致腹膜纤维化。炎症是腹膜纤维化最关键的病理生理过程,巨噬细胞参与透析后腹膜炎症反应。目... 详细信息

研究背景腹膜透析是终末期肾脏病的主要替代治疗方式之一,全球大约有11%的终末期肾脏病患者需要接受腹膜透析治疗。但是长期腹膜透析治疗会导致腹膜纤维化。炎症是腹膜纤维化最关键的病理生理过程,巨噬细胞参与透析后腹膜炎症反应。目前防治腹膜纤维化主要有两大策略:一是腹腔内给药抑制纤维化进展,二是换用理化性质温和的非葡萄糖腹膜透析液。从临床转化角度看,第一种策略会增加潜在腹腔感染风险且全身作用不明确;第二种策略即便换为非葡萄糖透析液长期应用仍可能出现腹膜纤维化。因此为开发安全高效的新型腹膜透析液,寻找安全、无毒的抗纤维化物质是预防腹膜纤维化的难点。氢气是无色无味的小分子气体,可中和活性氧,发挥抗氧化抗炎症作用。据报道分子氢可以预防肾脏、肝脏、心脏和肺组织纤维化。然而分子氢对腹膜纤维化的保护机制仍未不明确,需要进一步研究。PTEN是作用于多肽和磷酸肌醇底物的磷酸酶,主要功能是催化PIP3去磷酸化,抑制PI3K/AKT/mTOR途径来控制多种细胞过程。本研究旨在探讨分子氢是否具有治疗腹膜纤维化的潜力及是否能够通过PTEN发挥其抗纤维化作用。研究目的一、明确分子氢对于改善腹膜透析相关腹膜纤维化的作用。二、探索分子氢发挥抗纤维作用的可能分子机制,为分子氢的生物学作用提供理论依据。研究方法一、动物模型与分组27只体重在22-26g之间的C57BL/6雄性小鼠被随机平均分成3组,分别是生理盐水组(Saline)、高糖腹膜透析液组(HG)和富氢高糖腹膜透析液治疗组(HGH;氢浓度为1.0-1.5mg/L)。生理盐水组小鼠腹腔注射2ml生理盐水,一天一次,连续注射28天。高糖腹膜透析液组小鼠腹腔注射4.25%高糖腹膜透析液2ml,一天一次,连续注射28天。富氢高糖腹膜透析液治疗组小鼠腹腔注射富氢高糖腹膜透析液2ml,一天一次,连续注射28天。二、组织病理染色小鼠腹膜组织取材固定后,进行石蜡包埋,切片。按照HE、Masson、免疫组织化学和组织免疫荧光的实验步骤进行染色。使用白光或荧光显微镜进行拍照。三、腹膜功能检测造模28天后,各组小鼠腹腔注射2ml生理盐水,两小时后麻醉小鼠,并打开腹腔用干燥棉球吸取未被腹膜吸收的生理盐水来间接评估小鼠腹膜功能(计算公式:吸收率=(总注射生理盐水质量-干湿棉球质量差)/总注射生理盐水质量*100%)。四、细胞培养与干预细胞采用M199培养基,10%FBS,1%双抗,37℃,5%CO2的条件进行培养。使用浓度梯度的葡萄糖(0mM、25 mM、50 mM、100 mM、150 mM、200 mM)处理MET5A细胞24h;使用含氢细胞培养箱培养MET5A细胞(培养基氢浓度0.6-0.8mg/L);细胞干预分甘露醇对照组(Mannitol)、高糖刺激组(HG)、高糖刺激加氢组(HGH)和甘露醇加氢组(MH)。五、细胞内ROS检测按照1:1000用无血清培养液稀释DCFH-DA,使终浓度为10微摩尔/升。加入到处理好的细胞当中,37℃孵育20min。使用流式细胞仪和荧光成像技术检测细胞DCF荧光强度。六、细胞线粒体膜电位检测按照试剂盒要求对待检测细胞进行JC-1染色,细胞培养箱中37℃孵育20min。利用流式细胞仪检测细胞线粒体膜电位。七、细胞免疫荧光使用腔室载玻片培养细胞,细胞刺激干预之后,用多聚甲醛固定2h。用0.5%TritonX-100室温打孔20min,用含5%山羊血清的PBS封闭1h。一抗4℃孵育过夜。加入荧光标记的二抗(1:500),37℃避光孵育1h。用DAPI避光孵育5min染细胞核。滴加防荧光淬灭剂之后进行封片,通过荧光显微镜观察结果并拍照。八、细胞转染(miRNA mimic)以6孔板为例进行细胞转染操作。A管125μl Opti-MEM无血清培养基中加入5ul20μM浓度的RNA mimic。B管125μl Opti-MEM无血清培养基中加入3.75μl lipo3000试剂,混匀室温放置12 min。然后将试剂加入到6孔板当中,放入细胞培养箱继续培养。九、过表达细胞株构建利用外源性接入目的基因的方式进行过表达质粒的构建。对质粒进行转化扩增与抽提之后,用慢病毒包被质粒形成过表达病毒。用过表达PTEN的慢病毒感染细胞后,使用嘌呤毒素进行细胞株抗药性筛选,RNA或蛋白进行验证后得到稳转细胞株。十、组织与细胞蛋白检测使用总蛋白提取试剂提取组织和细胞蛋白(按照1:100将PMSF、蛋白酶抑制剂和磷酸化酶抑制加入到蛋白裂解液中)。通过BCA法测的蛋白浓度,加入蛋白上样缓冲液煮沸负20℃冰箱保存。通过western blot蛋白免疫印迹法进行组织和细胞蛋白表达水平检测。十一、组织与细胞RNA检测使用Trizol法提取组织或细胞总RNA,通过酶标仪检测RNA浓度。使用mRNA反转录试剂或者miRNA茎环法反转录试剂得到

关键词：分子氢腹膜纤维化上皮间质转化活性氧磷酸酶和张力蛋白同源物

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氢气医学研究的进展、争议和挑战

第二军医大学学报 2018年第11期39卷 1181-1187页

作者：卢宏涛孙学军海军军医大学(第二军医大学)海军医学系海军航空医学教研室上海200433

氢气是一种无色、无味、具有生物活性的还原性小分子气体,可与机体内的活性氧发生反应。目前认为氢气具有抗氧化、抗炎、抗凋亡等生物学作用,且氢气具有极高生物安全性。近年来氢气相关研究的范围不断扩大,氢气应用的模型从急性病到慢... 详细信息

氢气是一种无色、无味、具有生物活性的还原性小分子气体,可与机体内的活性氧发生反应。目前认为氢气具有抗氧化、抗炎、抗凋亡等生物学作用,且氢气具有极高生物安全性。近年来氢气相关研究的范围不断扩大,氢气应用的模型从急性病到慢性病、从良性病到恶性病都有所涉及。此外,氢气应用的手段也在逐渐丰富,包括氢气吸入、氢水饮用、含氢溶液静脉注射或局部使用以及含氢透析液透析等。与此同时逐渐增多的临床研究也进一步证明,氢气在疾病治疗方面的重要作用和独特优势。然而,氢气生物学效应的分子机制目前仍未阐明,许多学者和普通大众对氢气生物学效应的研究进展缺乏了解,这限制了氢气医学的发展及相关产品的研发,氢气医学的研究和普及依然任重而道远。

关键词：氢抗氧化剂作用机制临床研究

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油页岩地下热解模拟实验及动力学研究

油页岩地下热解模拟实验及动力学研究

作者：卢宏涛中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

本文以广东茂名油柑窝组矿区油页岩为研究对象,首先进行了含油率分析、工业分析、热值分析和元素分析等基本性质分析。结果表明,茂名油页岩品位较高,含油率为11.15%,可用于干馏炼油。挥发分含量为36.38%,热值高达9870kJ·kg,可以作为燃... 详细信息

本文以广东茂名油柑窝组矿区油页岩为研究对象,首先进行了含油率分析、工业分析、热值分析和元素分析等基本性质分析。结果表明,茂名油页岩品位较高,含油率为11.15%,可用于干馏炼油。挥发分含量为36.38%,热值高达9870kJ·kg,可以作为燃料使用。油页岩含氧量较大,氢碳比较高。利用高压釜模拟油页岩地下热解实验,收集不同反应条件得到的热解产物,考察热解终温、恒温时间和升温速率对茂名油页岩热解特性和产物性质的影响。结果表明,热解温度升高以及延长恒温时间能促进油页岩干酪根的热解释放出页岩油。400℃时油收率达到最高,而后温度继续提高,页岩油发生二次裂解导致收率下降,但是气体收率持续增大。升温速率在一定范围内对热解产物收率影响较小,但较大的升温速率会增大油页岩热解速度,使页岩油收率增大。对不同热解条件下的产物进行检测分析,结果表明,适当升高热解终温和延长恒温时间有助于改善页岩油品质以及热解气体热值的提高。温度升高,页岩油中汽油和重油馏分的含量先增加后减小,柴油馏分的含量先减小后增大。芳香分和饱和分含量先增大后降低,胶质沥青质含量则先降低后小幅增大。页岩油中C含量随温度和恒温时间的增加而上升,H和O含量则随之减少,N和S含量基本不变。气体产物最开始主要由CO和CO组成,温度升高或恒温时间延长,CO和CO占比下降,C15烃类气体占比上升,导致气体产物热值增大。但是在低速加热条件下,升温速率的改变对页岩油性质以及气体产物组成和热值的影响较小。利用微机差热天平对茂名油页岩分别在五种升温速率条件下进行热重实验,在五组热失重数据的基础上进行了动力学研究。结果表明,总包一级反应积分法和微分法得出的活化能差别较小,分别为116.30 kJ·mol和126.30 kJ·mol。利用Freidman法计算的结果表明,随着热解转化率的升高,活化能也不断增大,且活化能E与lnA之间呈线性关系:E=18.865+6.694lnA。这对于进一步研究干酪根的化学结构特征具有一定的指导意义。利用最大速率热解法求得热解反应活化能为169.61kJ·mol。利用由总包一级反应模型所求得的动力学参数求出了茂名油页岩在转化率为95%时恒温热解所需要的时间。结果表明,当热解温度为500℃时茂名油页岩基本完成热解只需要4.59min。

关键词：油页岩地下干馏模拟实验热解动力学

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抗击算法偏见

物理 2021年第6期50卷 399-400页

作者：卢宏涛(编译) 上海交通大学

2011年,在佐治亚理工学院读本科期间,计算机科学家Joy Buolamwini发现,她与机器人一起玩躲猫猫这个简单游戏是不可能的,因为这个机器人不能识别她黑肤色的脸。2015年,已是麻省理工学院媒体实验室硕士生的她也在人脸分析软件中遇到了类... 详细信息

2011年,在佐治亚理工学院读本科期间,计算机科学家Joy Buolamwini发现,她与机器人一起玩躲猫猫这个简单游戏是不可能的,因为这个机器人不能识别她黑肤色的脸。2015年,已是麻省理工学院媒体实验室硕士生的她也在人脸分析软件中遇到了类似的问题:只有当她带上一个白色面具的情况下,系统才能检测到她的脸。这是巧合吗?

关键词：计算机科学家机器人媒体实验室麻省理工学院人脸分析躲猫猫硕士生算法偏见

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基于深度学习的计算机视觉研究新进展

数据采集与处理 2022年第2期37卷 247-278页

作者：卢宏涛罗沐昆上海交通大学计算机科学与工程系上海200240

近年来,深度学习在计算机视觉各个领域中的应用成效显著,新的深度学习方法和深度神经网络模型不断涌现,算法性能被不断刷新。本文着眼于2016年以来的一些典型网络和模型,对基于深度学习的计算机视觉研究新进展进行综述。首先总结了针对... 详细信息

近年来,深度学习在计算机视觉各个领域中的应用成效显著,新的深度学习方法和深度神经网络模型不断涌现,算法性能被不断刷新。本文着眼于2016年以来的一些典型网络和模型,对基于深度学习的计算机视觉研究新进展进行综述。首先总结了针对图像分类的主流深度神经网络模型,包括标准模型及轻量化模型等;然后总结了针对不同计算机视觉领域的主流方法和模型,包括目标检测、图像分割和图像超分辨率等;最后总结了深度神经网络搜索方法。

关键词：深度学习目标检测图像分割超分辨率计算机视觉

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带时延的细胞神经网络的无条件稳定性

电子学报 1997年第1期25卷 1-4页

作者：卢宏涛何振亚东南大学无线电系

本文利用泛函微分方程稳定性分析的方法之一──Ｌｉａｐｕｎｏｖ泛函法给出了带时延的细胞神经网络ＤＣＮＮ无条件稳定的一些充分条件．这些条件可用于设计出全局稳定的网络，因而具有重要的理论意义和应用价值．

关键词：带时延细胞神经网络泛函无条件稳定

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基于JPEG二进制压缩流的隐写分析

计算机工程 2009年第6期35卷 142-144页

作者：刘谦卢宏涛上海交通大学电子信息与电气工程学院计算机科学与工程系上海200240

提出一种基于JPEG二进制压缩数据流的隐写分析方法。该方法不同于在基于离散余弦变换频率域以及图像空间域上的隐写分析方法,利用嵌入信息引起二进制压缩流熵的变化,应用多重嵌入方法得到一组特征向量,以此训练一类支持向量机。针对JSte... 详细信息

提出一种基于JPEG二进制压缩数据流的隐写分析方法。该方法不同于在基于离散余弦变换频率域以及图像空间域上的隐写分析方法,利用嵌入信息引起二进制压缩流熵的变化,应用多重嵌入方法得到一组特征向量,以此训练一类支持向量机。针对JSteg和Outguess嵌入方法的检测实验达到了较理想的效果。

关键词：隐写分析二进制压缩流多重嵌入方法一类支持向量机

基于矩阵分解学习的科学合作网络社区发现研究

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数据分析与知识发现 2017年第9期1卷 49-56页

作者：施晓华卢宏涛上海交通大学图书馆上海200240 上海交通大学计算机系上海200240

【目的】在科学合作网络的发展及主要社区发现方法的基础上,提出发现合作网络社区信息的方法。【方法】以情报领域部分相关期刊2012年–2016年发表论文的共著网络为实验数据,基于贝叶斯对称非负矩阵分解方法,结合自动相关确定稀疏压缩原... 详细信息

【目的】在科学合作网络的发展及主要社区发现方法的基础上,提出发现合作网络社区信息的方法。【方法】以情报领域部分相关期刊2012年–2016年发表论文的共著网络为实验数据,基于贝叶斯对称非负矩阵分解方法,结合自动相关确定稀疏压缩原理,实现社区数量的自动获取,并在分解过程中应用对称矩阵分解原理。【结果】通过与现有方法的比较与分析,本文方法得到较好的实验结果。【局限】网络数据获取中未引入学者甄别的优化方法。【结论】本文提出的方法能有效解决合作网络社区发现需求。

关键词：科学网络文献共著网络社区发现非负矩阵分解贝叶斯方法