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基于MDL-U2-Net的盆底超声图像轻量级分割及参数测量

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计算机辅助设计与图形学学报 2024年

作者：刘孝保甘博敏姚廷强申吉泓昆明理工大学机电工程学院昆明医科大学第一附属医院

对超声图像中盆底区域进行准确地分割，是实现对盆底疾病计算机辅助诊断的重要环节. 针对盆底形态复杂、边界模糊、分割算法参数量庞大以及参数测量精度有限等问题，提出一种轻量级语义分割网络MDL-U2-Net以及修补算法AC-F. 首先， ... 详细信息

对超声图像中盆底区域进行准确地分割，是实现对盆底疾病计算机辅助诊断的重要环节. 针对盆底形态复杂、边界模糊、分割算法参数量庞大以及参数测量精度有限等问题，提出一种轻量级语义分割网络MDL-U2-Net以及修补算法AC-F. 首先，对基准U2-Net进行结构优化和通道数调整，以有效地降低网络参数量; 其次，融入复合损失函数以缓解训练损失波动并提升边界保持能力，提高网络对模糊边界的分割准确性; 之后，提出深度非对称多尺度混洗卷积模块捕获特征空间采样的位置偏移信息，弥补轻量网络感受野不足和特征提取能力较弱的缺陷，提高网络对盆底复杂形态的建模能力; 最后，采用修补算法对分割盆底进行精细化填补，以提高盆底完整性和参数测量的精度. 在自制数据集上的实验结果表明， MDL-U2-Net对盆底分割的Jaccard， Recall和HD95指标分别达到91.226%， 93.589%和1.074，与基准U2-Net相比，模型参数量缩减了94.37个百分点; 此外，经AC-F算法处理后的区域面积测量百分误差降至1.25%， ICC达到0.998且有95%(76/80)的数据在95%LoA内，能够实现轻量级分割和精确参数测量.

关键词：盆底超声图像轻量化复合损失函数深度非对称通道混洗卷积模块参数测量

基于参数化多体动力学模型的内齿式回转支承动态优化设计

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工程设计学报 2024年第2期31卷 168-177页

作者：曹望城韩佳轩姚廷强昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500

内齿式回转支承兼有滚动轴承的回转支承特点和齿轮啮合传动特点,在联合载荷作用下其动态性能的影响因素众多,容易出现轮齿磨损或断齿、套圈滚道磨损和运行精度变差等问题。综合考虑钢球与内外套圈滚道、保持架兜孔的动态接触作用及内齿... 详细信息

内齿式回转支承兼有滚动轴承的回转支承特点和齿轮啮合传动特点,在联合载荷作用下其动态性能的影响因素众多,容易出现轮齿磨损或断齿、套圈滚道磨损和运行精度变差等问题。综合考虑钢球与内外套圈滚道、保持架兜孔的动态接触作用及内齿圈轮齿间的啮合传动作用,建立了内齿式回转支承参数化多体接触动力学模型。分析了沟道曲率半径、保持架兜孔孔径、初始接触角和轮齿变位系数等关键设计参数对回转支承齿轮啮合力、1号钢球与N1滚道的接触力、内齿圈质心轴向和径向振动位移的影响规律。在此基础上,采用试验设计(design of experiment,DOE)方法,对内齿式回转支承的关键设计参数进行全因子试验设计及计算,获得了多参数影响下回转支承的动态性能。结合线性加权法,运用统一量纲法和权系数法构造新的多目标优化函数,提出了回转支承动态性能的多变量多目标优化设计方法,得到回转支承的轮齿啮合力下降了49.27%,1号钢球与N1滚道的接触力下降了29.6%,内齿圈质心轴向振动位移减小了5.41%,内齿圈质心径向位移减小了15.88%,回转支承的性能得到了优化。研究结果为回转支承的动态设计提供了参考。

关键词：回转支承多体动力学试验设计动态优化设计多目标优化

基于融合Canny-SIFT算法的MRI细微特征提取

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激光杂志 2024年第3期45卷 126-132页

作者：刘浩宇刘孝保姚廷强申吉泓昆明理工大学机械工程学院昆明650500 昆明医科大学第一附属医院昆明650093

针对磁共振影像(MRI)中的细微特征难提取、易缺失问题,提出一种基于融合Canny-SIFT算法的磁共振影像细微特征提取方法。该算法首先解决因图像的灰度不均匀以及噪声信号繁杂导致图中纹理、细微特征信息不清晰问题,采用自动Gamma变换增加... 详细信息

针对磁共振影像(MRI)中的细微特征难提取、易缺失问题,提出一种基于融合Canny-SIFT算法的磁共振影像细微特征提取方法。该算法首先解决因图像的灰度不均匀以及噪声信号繁杂导致图中纹理、细微特征信息不清晰问题,采用自动Gamma变换增加图像对比度,由泛洪填充和离散余弦变换构成的混合滤波器对背景和观察区域噪声做分别处理;针对重点观测区域细微特征提取不完整问题,根据实际诊断要求进行重要程度划分,通过特征匹配和拓扑关系推理获取重要区域的位置、面积等方面信息,同时完成自适应选取相应So-bel算子;最后通过阈值化分割和二值化处理获得输出图像;实验表明:该方法与已有Canny边缘检测精度有明显提升,结构相似性相较于传统常见方式提升了38.9%,均方误差下降了31.33%,与所提及的其他算法相比性能表现为最优。

关键词：图像处理特征匹配磁共振影像 Canny算法

薄壁四点接触球轴承-腕部关节系统接触动力学分析

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机电工程 2024年第5期41卷 870-877页

作者：赵宝旭姚廷强钱建伟赵德春昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500

在机器人实际工况中,针对含有薄壁四点接触球轴承的机器人腕部关节系统的运动稳定性问题,对腕部系统模型进行了简化设计和仿真研究。在考虑薄壁结构的弹性变形和动态接触作用耦合影响的基础上,建立了刚柔耦合工业机器人腕部关节系统模型... 详细信息

在机器人实际工况中,针对含有薄壁四点接触球轴承的机器人腕部关节系统的运动稳定性问题,对腕部系统模型进行了简化设计和仿真研究。在考虑薄壁结构的弹性变形和动态接触作用耦合影响的基础上,建立了刚柔耦合工业机器人腕部关节系统模型,分析了不同受载工况和正反转驱动下的变形规律和动态特性。首先,基于多体动力学和Hertz接触理论,设计了包含薄壁四点接触球轴承和中空轴及基座的腕部关节系统刚柔耦合接触动力学仿真模型;然后,考虑薄壁中空轴、基座、轴承套圈和保持架的结构弹性变形、钢球和套圈滚道、保持架的动态接触作用,研究了机器人腕部关节系统两种实际工况对保持架和钢球角速度、保持架和薄壁基座振动位移、钢球与套圈的动态接触力的影响;最后,计算分析了两种工况下腕部关节系统的动态载荷规律和振动响应特性。研究结果表明:在相对较大的径向载荷作用下,保持架和钢球会出现打滑现象,速度呈现周期波动,保持架和基座具有更好的运动稳定性,其薄壁轴承内部载荷降低,主副接触对均承担联合载荷,轴承内部载荷稳定性也更好。该仿真模型及结果可以为薄壁腕部关节系统的动力学分析与设计提供参考。

关键词：刚柔耦合工业机器人腕部关节系统模型薄壁四点接触球轴承结构弹性变形振动特性动态接触薄壁中空轴-球轴承-基座的刚柔耦合多体接触动力学模型

基于端边云协同和MIRF＿WPSO的流程工艺参数自适应实时优化模型

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控制与决策 2024年第7期39卷 2447-2456页

作者：刘孝保李佳炜刘鑫易斌顾文娟阴艳超姚廷强昆明理工大学机电工程学院云南中烟工业有限责任公司技术中心

针对流程工业生产过程中因工序间相互耦合、工艺数据量庞大且处理时延高而导致的工艺参数优化实时性难以保证的问题,提出一种基于端边云协同和MIRF＿WPSO的流程工艺参数自适应实时优化模型.首先,基于边缘计算技术搭建多源异构流程工艺... 详细信息

针对流程工业生产过程中因工序间相互耦合、工艺数据量庞大且处理时延高而导致的工艺参数优化实时性难以保证的问题,提出一种基于端边云协同和MIRF＿WPSO的流程工艺参数自适应实时优化模型.首先,基于边缘计算技术搭建多源异构流程工艺参数端边云协同实时优化架构;其次,构建基于互信息随机森林MIRF和自适应惯性权重粒子群WPSO的工艺参数优化算法MIRF＿WPSO,并将MIRF＿WPSO算法部署在边缘端以实现工艺参数的实时优化,同时通过在云端部署自更新机制来实现边缘端算法模型的自感知更新,从而形成集算法训练-更新-调用的端边云高效协同自动化闭环网络;最后,搭建实验平台,实验结果表明,“端-边-云”协同模式可以有效缓解云端计算压力,能够实时、高效地对流程工艺参数进行自优化调控,将质量指标平均标偏从1.86%降到1.25%,优化速度提高11.4%,为流程工业生产过程智能化进一步发展提供新的思路.

关键词：边缘计算流程工业工艺参数优化端边云架构边云协同边边协同

同质材料多凸体摩擦磨损行为的分子动力学模拟

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材料科学与工程学报 2024年第1期42卷 69-75页

作者：郜家伟姚廷强谢家琛李廷涛霍冀鲁昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500

从纳米级微凸体间剪切运动的角度研究干摩擦机理。考虑同质弹性材料接触过程中存在黏附力、原子转移和凸体间相互作用对纳观黏附摩擦接触过程的影响,采用分子动力学方法研究纳米尺度下同质单晶铜材料的弹性刮头与弹性多凸体基体接触过... 详细信息

从纳米级微凸体间剪切运动的角度研究干摩擦机理。考虑同质弹性材料接触过程中存在黏附力、原子转移和凸体间相互作用对纳观黏附摩擦接触过程的影响,采用分子动力学方法研究纳米尺度下同质单晶铜材料的弹性刮头与弹性多凸体基体接触过程的表面摩擦响应,分析了弹性刮头与多凸体多点连续接触的摩擦规律以及刮头接触变形与基体变形的相互作用。研究结果表明:晶格方向差异会导致凸体间不同程度的磨损,摩擦系数随着晶格角度的增大而减小;在控温条件下,摩擦系数随着晶格角度的增加而降低;速度的增加具有一定的减摩作用。由于多凸体模型考虑到凸体间相互作用对材料变形和失效的影响,发现在不同工况下材料表现出不同的抵抗刮擦和变形的能力,弹性刮头以及凸体间相互作用对纳观黏附摩擦特性产生重要影响。

关键词：三维多凸体接触模型单晶铜摩擦黏附分子动力学模拟

基于智能合约和CPSO_DNN的流程工艺参数可信自决策模型

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控制与决策 2024年第6期39卷 1869-1878页

作者：刘孝保袁智慧张雨东孙海彬阴艳超姚廷强顾文娟昆明理工大学机电工程学院昆明650500

针对流程制造过程中工艺关系复杂、优化效率难保证和数据安全问题,提出一种基于智能合约和改进混沌粒子群算法的工艺参数可信自决策模型PPO-TS.首先,基于区块链技术设计适合流程制造工艺特性的数据集成与存储机制,通过数据上链技术实现... 详细信息

针对流程制造过程中工艺关系复杂、优化效率难保证和数据安全问题,提出一种基于智能合约和改进混沌粒子群算法的工艺参数可信自决策模型PPO-TS.首先,基于区块链技术设计适合流程制造工艺特性的数据集成与存储机制,通过数据上链技术实现数据的可信存储;然后,设计工艺参数自决策智能合约机制,利用智能合约搭建基于区块链广播式通信协议的工艺参数优化网络,启动网络并编译质量指标访问、优化自决策和决策自执行智能合约,通过自动触发工艺参数优化事务完成自决策和自执行过程;在此基础上构建基于改进混沌粒子群算法CPSO和深度神经网络DNN的优化算法CPSO_DNN,实现流程制造工艺参数优化;最后,以现场采集的某流程生产线数据为例,验证了PPO-TS模型的实用性和有效性,为流程制造工艺参数优化提供了一种新思路.

关键词：流程制造区块链智能合约数据可信存储工艺参数自决策工艺参数优化

基于集成学习和改进粒子群优化算法的流程制造工艺参数优化

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中国机械工程 2023年第23期34卷 2842-2853页

作者：刘孝保严清秀易斌姚廷强顾文娟昆明理工大学机电工程学院昆明650500 云南中烟工业有限责任公司技术中心昆明650500

针对流程制造过程中工艺过程复杂、多工序耦合严重、工艺参数优化困难等问题,提出一种基于长短期记忆(LSTM)神经网络、极限梯度提升(XGBoost)算法和改进粒子群优化(IPSO)算法的多工序工艺参数融合优化方法。基于LSTM神经网络建立了数据... 详细信息

针对流程制造过程中工艺过程复杂、多工序耦合严重、工艺参数优化困难等问题,提出一种基于长短期记忆(LSTM)神经网络、极限梯度提升(XGBoost)算法和改进粒子群优化(IPSO)算法的多工序工艺参数融合优化方法。基于LSTM神经网络建立了数据预处理模型,通过LSTM神经网络提取流程工艺数据的时序特征,进而实现了对工艺数据中异常值的处理。在此基础上,通过XGBoost算法拟合工艺参数与质量指标间的非线性关系,并结合粒子群算法构建了PSO-XGBoost质量预测模型,再将预测模型的输出作为适应度,调用改进粒子群算法反向搜索全局最优工艺参数,得到各工序的最优工艺参数组合,从而实现了流程制造加工质量的融合优化。以某企业的一条流程生产线为例,验证了多工序工艺参数融合优化模型的有效性。

关键词：流程制造多工序工艺参数优化改进粒子群优化算法长短期记忆神经网络极限梯度提升

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面向制造业产业链图状区块链模型

计算机集成制造系统 2023年第12期29卷 4267-4281页

作者：刘孝保孙海彬阴艳超姚廷强杨林昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500

针对传统区块链构建制造业产业链区块链模型所面临的复杂业务关系难以处理的问题,提出一种图状区块链模型。首先,将原有区块分解为业务关系与业务数据两部分,由业务关系构建关系模型,并通过业务数据构建物理区块;然后,由双映射机制建立... 详细信息

针对传统区块链构建制造业产业链区块链模型所面临的复杂业务关系难以处理的问题,提出一种图状区块链模型。首先,将原有区块分解为业务关系与业务数据两部分,由业务关系构建关系模型,并通过业务数据构建物理区块;然后,由双映射机制建立图状区块链中的顶点与物理区块的对应关系;最后,针对制造业产业链业务特点建立制造业联盟图运行机制,并基于制造业的业务场景构建制造业联盟图框架,结合Hyperledger Fabric平台,对图状区块链进行了验证,得到了初步的效果,为制造业产业链在业务处理与区块链瓶颈突破方面提供了一种新的方法与思路。

关键词：制造业产业链图状区块链共识机制智能合约