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监督流形学习在图像特征提取中的应用

监督流形学习在图像特征提取中的应用

作者：戴志阳兰州理工大学

学位级别：硕士

特征提取是模式识别的基本步骤之一,其实质是将高维数据映射到低维特征子空间中以更好地完成分类任务。在过去的一些年里,诞生了一些经典的特征提取方法,如主成分分析(PCA)、线性判别分析(LDA)等。然而这些方法更多地应用于呈线性分布... 详细信息

特征提取是模式识别的基本步骤之一,其实质是将高维数据映射到低维特征子空间中以更好地完成分类任务。在过去的一些年里,诞生了一些经典的特征提取方法,如主成分分析(PCA)、线性判别分析(LDA)等。然而这些方法更多地应用于呈线性分布的数据集,对于非线性结构的数据集降维效果并不理想。作为非线性降维方法的流形学习(Manifold Learning),能够有效发掘非线性数据的内蕴特征,因而受到研究者们的广泛关注。目前一些成熟的流形学习算法多是无监督降维方法,不考虑样本潜在的类别信息。实际中,当样本具有先验类别标记时,可以在无监督流形学习方法中融合类别信息,提升分类性能。本文尝试对无监督流形学习方法进行监督化拓展,并用于人脸图像的特征提取,主要做了以下几点工作： 1.结合流形学习方法融合样本类别信息的两种主要方式：基于图嵌入的方式和基于类散度的方式,对局部保持投影算法(LPP)进行监督化拓展,提出了最大类间相斥的局部保持投影(MRLPP)。该算法能够使样本从高维空间投影至低维特征空间后,类内数据点保持紧凑,各类中心则相斥远离,从而带动异类样本的分散,达到较LPP更好的分类性能。 2.基于稀疏表示投影(SPP)能够自觉地捕捉样本“局部”结构且具有自然鉴别的特性,本文进一步对其进行监督化拓展,提出了监督稀疏保持投影(SSPP)。SSPP最小化由类内样本重建所引起的误差,同时最大化由类间样本重建所引起的误差,旨在保持同类样本之间的相似性,扩大异类样本之间的差异性。 3.针对SPP在对一些特殊样本(如受光照、表情、姿态等影响的人脸图像)进行降维时,忽略了样本空间存在的流形结构,本文设计了一种融合样本流形信息的降维方法：稀疏鉴别嵌入(SDE)。SDE在保持全局样本稀疏重构关系不变的同时,尽可能地保留了样本的局部结构。该算法可用于人脸图像特征提取,并能够取得良好的识别效果。

关键词：监督流形学习特征提取图嵌入类散度稀疏表示

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上地幔密度异常驱动小尺度对流及实验模型

地震学报 2005年第1期27卷 25-32页

作者：傅容珊王景贇常筱华黄建华戴志阳查显杰中国科学技术大学地球和空间科学学院中国合肥230026

　建立了由密度异常驱动上地幔小尺度对流的数学物理模型, 发展了利用地震层析成像数据反演上地幔小尺度对流的基本理论和方法. 该模型建立在三维直角坐标系框架上, 假设地震层析成像所显示的地震波速度异常对应于上地幔物质密度异常,... 详细信息

　建立了由密度异常驱动上地幔小尺度对流的数学物理模型, 发展了利用地震层析成像数据反演上地幔小尺度对流的基本理论和方法. 该模型建立在三维直角坐标系框架上, 假设地震层析成像所显示的地震波速度异常对应于上地幔物质密度异常, 而该密度异常反映了上地幔小尺度热对流系统的温度异常场. 模型首先将地震层析成像确定的地震波速度异常转换为密度异常, 并视其为对流的驱动力; 进而利用三维傅立叶变换, 在波数域内, 在给定的边界条件下, 求解控制流体行为的运动方程和连续性方程, 最后求得对流的流场. 为检验本研究提出的理论和方法的有效性, 本文使用了两个简单的实验模型: 热体和冷体模型; 俯冲断离( break off)板片模型, 计算了其驱动的地幔流场. 结果表明, 本文提供的理论和方法,可以直接应用于与区域岩石层构造动力学相关的上地幔小尺度对流的研究.

关键词：地幔对流动力学地震层析成像

用D-InSAR技术测量地面形变位移三分量

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地球物理学进展 2005年第4期20卷 997-1002页

作者：查显杰傅容珊戴志阳中国科学技术大学壳幔物质与环境实验室合肥230026

SAR图像按轨道和天线视向划分有升轨左视、升轨右视、降轨左视和降轨右视四种类型,仅采用其中的一种SAR图像测量地面形变,会因为D-InSAR技术仅对视线方向位移敏感而产生误差.本文在介绍D-InSAR测量原理的基础上,详细导出了由视线方向形... 详细信息

SAR图像按轨道和天线视向划分有升轨左视、升轨右视、降轨左视和降轨右视四种类型,仅采用其中的一种SAR图像测量地面形变,会因为D-InSAR技术仅对视线方向位移敏感而产生误差.本文在介绍D-InSAR测量原理的基础上,详细导出了由视线方向形变量计算真实形变位移三分量的一般表达式,分析了用D-InSAR技术测量形变位移三分量存在的困难,最后给出了可能解决途径.

关键词：差分合成孔径雷达干涉测量形变测量遥感

利用地震层析成像数据修正中国西北地区莫霍界面深度

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地震学报 2005年第6期27卷 598-604页

作者：许萍傅容珊黄建平戴志阳查显杰中国科学技术大学地球和空间科学学院中国合肥230026

考虑到地壳和上地幔密度异常对地表重力的影响,本文提出了修正单纯利用重力资料反演地壳厚度的算法．该算法利用地震层析成像结果推算出地壳和上地幔密度异常分布,然后计算由此分布引起的地表重力异常,再从观测布格重力异常中扣除上... 详细信息

考虑到地壳和上地幔密度异常对地表重力的影响,本文提出了修正单纯利用重力资料反演地壳厚度的算法．该算法利用地震层析成像结果推算出地壳和上地幔密度异常分布,然后计算由此分布引起的地表重力异常,再从观测布格重力异常中扣除上述密度异常引起的重力效应,最后在地壳均衡假设的基础上顾及到对反演参考深度的修正,直接反演区域地壳厚度．本文利用胥颐等地震层析成像的数据,修正了中国西北地区莫霍界面的深度．结果表明, 该区域地壳和上地幔密度异常引起的地表重力异常值为—60×1O-5m／s2～30×10-5m／s2．与直接使用布格重力异常反演地壳厚度相比较,该密度异常对该区域莫霍界面将产生约6 km 的修正．本方法使得利用重力数据反演地壳厚度在理论上更为完备,实际应用中也比较可行,为更进一步逼近莫霍界面的真实形态提供了一种途径．

关键词：地震层析成像傅立叶变换布格重力异常莫霍界面

中国西北及周边地区上地幔密度异常驱动小尺度对流

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地震学报 2006年第5期28卷 513-522页

作者：许萍傅容珊黄建平查显杰戴志阳中国科学技术大学地球与空间科学学院中国科学院壳幔物质与环境实验室

假设地震层析成像提供的地震波速异常对应于上地幔物质的密度异常分布,而该密度异常直接源于上地幔热对流相应的温度扰动.在给定边界条件下,利用三维傅里叶变换,在波数域内求解控制流体行为的运动方程和连续性方程,得到上地幔小尺度对... 详细信息

假设地震层析成像提供的地震波速异常对应于上地幔物质的密度异常分布,而该密度异常直接源于上地幔热对流相应的温度扰动.在给定边界条件下,利用三维傅里叶变换,在波数域内求解控制流体行为的运动方程和连续性方程,得到上地幔小尺度对流流场.利用密度异常驱动上地幔小尺度对流的数学-物理模型,采用胥颐、刘福田等提供的地震层析成像数据计算得到了我国西北及周边地区上地幔对流模式.结果表明,对流流场的顶部在岩石圈较薄的盆地区域呈现上升发散流动特征,如塔里木盆地、柴达木盆地、哈萨克斯坦块体及准噶尔盆地;岩石圈较厚的山脉则对应了会聚下降的流动特征,如天山山脉、昆仑山山脉和祁连山山脉.同时,塔里木盆地处于拉张状态,驱动其上地幔物质南下向青藏高原北部西昆仑运动,以及北上向天山下部流动,这可能是天山隆升的原因之一.

关键词：地幔对流西北及周边地区地震层析成像

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黏滞分层地幔中密度异常驱动对流模型的研究

地球物理学报 2005年第4期48卷 824-833页

作者：傅容珊王毅黄建华常筱华查显杰戴志阳中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026

在地震层析成像计算的地幔密度异常直接驱动地幔对流的新方法的基础上,发展了在上、下地幔不同黏性结构框架下,密度异常驱动地幔对流的物理模型.利用Grands和S12WM13等地震层析成像模型推得的地幔密度异常分布,设置板块绝对运动极型场... 详细信息

在地震层析成像计算的地幔密度异常直接驱动地幔对流的新方法的基础上,发展了在上、下地幔不同黏性结构框架下,密度异常驱动地幔对流的物理模型.利用Grands和S12WM13等地震层析成像模型推得的地幔密度异常分布,设置板块绝对运动极型场为运动上边界,考虑深度660km地震波不连续面为界的上、下地幔之间存在黏滞性的差异,直接反演了不同黏滞系数的双层地幔结构下地幔对流的模式.研究中选取地幔平均密度为ρ=5500kgm3,上层地幔平均黏滞系数为μ=1021Pa·s,计算了上、下地幔黏滞系数之比为1∶1,1∶10,1∶100和1∶1000时地幔大圆剖面、以及区域剖面上的流场.结果表明,两种模型在球谐展开1～13阶的范围内其对流的基本格局相似.当下地幔黏滞性超过上地幔的100倍时,下地幔流场速度与上地幔的流场速度相比显著减小,但是对流仍然表现出单层对流环的基本格局.论文还用240km深度球面上的对流格局讨论了对流和全球构造之间的关系.

关键词：地幔对流地震层析成像地幔黏滞性

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基于深度卷积神经网络的剪切波分裂质量检测

中国地震 2020年第3期36卷 539-549页

作者：张彭达戴志阳查显杰中国科学技术大学地球与空间科学学院合肥230026

剪切波分裂是分析地震各向异性的一种重要手段,常规方法是利用网格搜索获取分裂参数,再通过不同方法的测量结果对比测量结果进行质量检测,这一过程会耗费大量计算时间。本文针对这一问题提出了一种利用深度卷积神经网络对剪切波分裂进... 详细信息

剪切波分裂是分析地震各向异性的一种重要手段,常规方法是利用网格搜索获取分裂参数,再通过不同方法的测量结果对比测量结果进行质量检测,这一过程会耗费大量计算时间。本文针对这一问题提出了一种利用深度卷积神经网络对剪切波分裂进行质量检测的新方法,对使用了Resnet残差结构的深度神经网络进行训练,直接对二分量剪切波波形数据的质量进行分类。整个过程为:神经网络通过卷积层提取波形特征,计算损失函数后反向传播训练模型参数,完成迭代训练后的模型对输入波形数据正向计算自动输出类型。本文利用川西台站接收到的实际数据以及随机生成的合成数据分别对该网络进行训练,均可以获得准确的分类结果。相比于通过多种剪切波分裂方法对比测量结果的质量检测方法,基于神经网络的方法可以省略网格搜索的计算过程直接判断质量类型,在运算速度上的优势明显,并可继续通过训练提高模型的精度,为提升剪切波分裂方法在数据处理过程中的操作效率提供帮助。

关键词：深度神经网络剪切波分裂质量检测

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地震波场模拟中的褶积微分算子法

吉林大学学报（地球科学版） 2005年第4期35卷 520-524页

作者：戴志阳孙建国查显杰中国科技大学地球与空间科学学院安徽合肥230026 吉林大学地球探测科学与技术学院吉林长春130026

褶积微分算子是将偏导数算子的带限傅氏谱进行反傅氏变换得到的,具有对称或反对称和衰减速度快的特点。根据频谱分析理论,选用序列在结束时能光滑趋于零的截断窗口将褶积算子截断,结合考虑微分算子守恒定律,将褶积算子中心值进行修正,... 详细信息

褶积微分算子是将偏导数算子的带限傅氏谱进行反傅氏变换得到的,具有对称或反对称和衰减速度快的特点。根据频谱分析理论,选用序列在结束时能光滑趋于零的截断窗口将褶积算子截断,结合考虑微分算子守恒定律,将褶积算子中心值进行修正,得到适合于波场模拟的最优权系数。给出用褶积微分算子模拟声波波场的实现途径与实例。理论分析与模型试算证明了褶积微分算子法的正确性与有效性。

关键词：波场模拟褶积微分算子傅氏变换最优权系数

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地震波混合阶褶积算法模拟

物探化探计算技术 2005年第2期27卷 111-114页

作者：戴志阳孙建国查显杰中国科技大学地球与空间科学学院合肥230026 吉林大学地球物理系长春130026

基于正反傅立叶变换,提出了地震波模拟的混合阶褶积算法。该方法原理简单、易于实现,结合了有限差分与伪谱法的优点,具有较高的精度和计算效率,适用于地震波场的正演计算,同时还给出了二维地震波场的理论计算实例。计算结果表明,此算法... 详细信息

基于正反傅立叶变换,提出了地震波模拟的混合阶褶积算法。该方法原理简单、易于实现,结合了有限差分与伪谱法的优点,具有较高的精度和计算效率,适用于地震波场的正演计算,同时还给出了二维地震波场的理论计算实例。计算结果表明,此算法模拟结果正确、精度高、速度快、能适应较为复杂地质模型,并且易于推广到各向异性介质中去。

关键词：混合阶褶积算子正演模拟傅立叶变换地震波