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面向水下的图像增强和轻量级YOLOv4目标检测模型研究

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面向水下的图像增强和轻量级YOLOv4目标检测模型研究

作者：王宏妫杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着科技的进步,计算机视觉技术的发展,人类生活已经进入了信息化的时代。同时,海洋的建设与发展也亟需转型升级、与时俱进。借助信息技术构建智慧海洋将是未来重要的研究方向,对海底资源探索和开发具有重要意义。其中,水下图像增强技... 详细信息

随着科技的进步,计算机视觉技术的发展,人类生活已经进入了信息化的时代。同时,海洋的建设与发展也亟需转型升级、与时俱进。借助信息技术构建智慧海洋将是未来重要的研究方向,对海底资源探索和开发具有重要意义。其中,水下图像增强技术作为人类探索水下世界的眼睛,是进行水下勘探的第一步,而水下目标检测技术也是实现海洋牧场捕捞和海洋生物监测的重要手段。如何克服并适应水下环境的特殊性,是本文研究水下图像增强和轻量级目标检测技术的目的。因此,本文针对水下图像增强和轻量级目标检测技术在应用中存在的问题进行分析和研究,主要工作内容如下:（1）由于水下环境具有未知性,水下图像可能会出现偏色、对比度低以及运动模糊等退化现象。针对这些问题,本文提出适用于水下图像的增强算法,其实现需要依次经过颜色恢复和去模糊这两个阶段。在第一阶段中,本文增强算法先利用高斯滤波和均值漂移对图像进行锐化;然后,通过对比图像各颜色通道的均值所得到补偿值对图像颜色进行校正;最后通过线性拉伸来调整图像的对比度。在第二阶段中,采用带有残差思想的生成对抗网络,其中利用9个连续的残差网络能够很好地提取图像中的特征,可起到消除模糊和增强图像特征的作用。实验表明,本文方法不仅在视觉效果上明显优于CLAHE、Gray World和简单白平衡,而且本文方法处理结果具有较高的清晰度,图像的平均UIQM和UCIQE分别达到2.6404和0.5418。与UDCP、IBLA和DCP这三种增强方法相比,本文算法具有明显的优势。（2）针对小型水下设备内存和计算能力有限的问题,本文对YOLOv4模型进行改进,提出一种适用于水下目标检测的轻量级网络。在训练模型之前,对水下图像进行带色彩恢复的多尺度视网膜增强预处理,有助于在不同环境下正确识别目标。本文在改进YOLOv4网络结构时,首先,引入Shuffle Net和卷积块注意力机制构建主干网络,在保证网络特征提取能力的同时,可有效减少参数量;其次,使用深度可分离卷积代替普通网络卷积,以减少模型的体积;最后,采用可模拟人类视觉感受野的RFB-s代替YOLOv4中的SPP模块作为中间层。结果表明,本文模型权重文件大小从原来的224M降到47.2M。在实验中,对水下图像视频里的海参进行目标识别时,每秒传输帧数可达35.6,目标检测AP为92.01%。与YOLOv4、YOLOv4-tiny和NSN-R-YOLOv4相比,本文模型具有复杂度低和检测精度高的特点,在小型水下目标检测设备中应用的性价比更高。（3）除了水下目标检测模型的结构外,模型的训练迭代过程也是影响目标检测精确度的重要因素。因此,本文将优化模型的损失函数和训练策略。基于YOLO损失函数的构成,本文进行三个改进:将原来基于CIo U的位置损失通过幂函数改变正则项;将CIo U作为相应置信度损失的权重;根据置信度损失、位置损失和分类损失这三个任务重要性差异按0.4:0.3:0.3的加权融合。另外,在模型训练时,先冻结预训练模型的前306层网络来微调参数,然后再解冻网络,以训练整个模型的参数。实验结果表明优化后的NSN-R-YOLOv4比原NSN-R-YOLOv4的训练时间少4.25个小时,同时检测精度提高0.21%。

关键词：水下图像增强去模糊目标检测技术轻量化 YOLOv4 ShuffleNet

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水下图像基于GAN去模糊的增强技术

海洋科学进展 2022年第2期40卷 342-350页

作者：王宏妫史先鹏国家深海基地管理中心山东青岛266237 杭州电子科技大学自动化学院浙江杭州310018

由于水下环境具有不稳定性,水下图像可能会出现偏色、对比度低以及运动模糊等退化现象。针对这些问题,本文提出了适用于水下图像的增强算法,其实现需要依次经过颜色恢复和去模糊这2个阶段。在第一阶段中,本文增强算法先利用高斯滤波和... 详细信息

由于水下环境具有不稳定性,水下图像可能会出现偏色、对比度低以及运动模糊等退化现象。针对这些问题,本文提出了适用于水下图像的增强算法,其实现需要依次经过颜色恢复和去模糊这2个阶段。在第一阶段中,本文增强算法先利用高斯滤波和均值漂移对图像进行锐化;然后,通过对比图像各颜色通道的均值得到补偿值对图像颜色进行校正;最后通过线性拉伸来调整图像的对比度。在第二阶段中,采用带有残差思想的生成对抗网络(Generative Adversarial Networks,GAN),利用9个连续的残差网络能够很好地提取图像中的特征,可起到消除模糊和增强图像特征的作用。利用本文算法处理水下图像时,发现本文方法不仅能去除图像模糊,而且能消除图像的色偏现象且不携带红色伪影。同时,通过对比水下图像质量度量(Underwater Image Quality Measures,UIQM)和水下彩色图像质量评估(Underwater Color Image Quality Evaluation,UCIQE)这2项指标发现,本文算法有较好的图像处理效果。

关键词：水下图像颜色恢复生成对抗网络(GAN) 去模糊

面向可穿戴电子产品的自供能摩擦电纺织品研究进展

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纺织学报 2024年第4期45卷 41-49页

作者：王宁龚维王宏志东华大学材料科学与工程学院上海201620 安徽农业大学安徽省汽车用高功能性纤维制品工程研究中心安徽合肥230036

伴随着人们对智能穿戴的需求日益增加,为解决可穿戴电子产品的供能问题,各种能源转化技术接连涌现,摩擦电纺织品凭借其在低频机械能收集和自驱动传感器等方面的优异表现脱颖而出,成为能源织物领域的佼佼者。为提高摩擦电纺织品的能量转... 详细信息

伴随着人们对智能穿戴的需求日益增加,为解决可穿戴电子产品的供能问题,各种能源转化技术接连涌现,摩擦电纺织品凭借其在低频机械能收集和自驱动传感器等方面的优异表现脱颖而出,成为能源织物领域的佼佼者。为提高摩擦电纺织品的能量转换效率与舒适自然的穿戴感,基于摩擦电技术的理论,探讨了接触起电的物理机制,从材料、结构、运行模式以及功能性等角度出发,总结了纱线基摩擦纳米发电机、织物基摩擦纳米发电机与非织造布基摩擦纳米发电机的发展历程,综述了摩擦电纤维在柔性传感、电子皮肤、智能机器人、交互式设备等领域的应用情况,指出目前摩擦电纺织品所面临的挑战以及未来的机遇,以期为摩擦电技术与传统纺织业的高值化结合提供一些理论参考。

关键词：可穿戴电子产品摩擦起电摩擦电纺织品摩擦电纤维自供能

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清代前期台湾厂战船修造制度研究

清史研究 2024年第4期 93-107页

作者：王宏斌陕西师范大学人文科学高等研究院

清代前期，台湾厂承担台湾、澎湖水师战船修造任务。乾隆时期，台、澎水师主力战船是赶缯船和双篷船；嘉庆、道光时期，主力战船为米艇、同安梭和白底艍船。台湾厂造船原料主要采购自闽江上游山区，通过商船海运到台湾。造船经费全部为... 详细信息

清代前期，台湾厂承担台湾、澎湖水师战船修造任务。乾隆时期，台、澎水师主力战船是赶缯船和双篷船；嘉庆、道光时期，主力战船为米艇、同安梭和白底艍船。台湾厂造船原料主要采购自闽江上游山区，通过商船海运到台湾。造船经费全部为公款，包括部拨“正价”、司库“津贴”和台湾府“耗羡”。由于清朝战船修造制度僵化，在原料上涨和营员“挑剔百端”情况下，要求企业经手人自掏腰包，通过“赔贴”完成修造任务，是违背常理的。尤其是公款动支、报销制度非常严格，虽在某种程度上起到了节约成本、防止冒领浮费的作用，而不良后果则是堵死了企业内部通过技术改良的发展路径。

关键词：台湾厂赶缯船米艇同安梭白底艍船

CEBPA突变CN-AML伴不同功能基因突变患者的临床特征及预后分析

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中国实验血液学杂志 2024年第2期32卷 335-341页

作者：朱静亢叶芳高媛王宏炜郝壮辉王宏伟山西医科大学第二医院血液科山西太原030000

目的:分析CEBPA突变正常核型急性髓系白血病(CN-AML)患者伴随基因突变发生的情况,及其对患者临床特征及预后的影响。方法:回顾性分析2013年6月至2020年6月就诊于山西医科大学第二医院的151例初诊CN-AML患者,通过第二代DNA测序技术检测3... 详细信息

目的:分析CEBPA突变正常核型急性髓系白血病(CN-AML)患者伴随基因突变发生的情况,及其对患者临床特征及预后的影响。方法:回顾性分析2013年6月至2020年6月就诊于山西医科大学第二医院的151例初诊CN-AML患者,通过第二代DNA测序技术检测34种常见血液肿瘤基因突变情况;比较CEBPA^(+)与CEBPA^(-)患者的伴随基因突变发生情况,分析不同功能的基因突变与CEBPA^(+)CN-AML患者临床特征及预后的相关性。结果:在151例CN-AML患者中共检测到55例(36.42%)CEBPA^(+)突变(包括36例CEBPA双突变,19例CEBPA单突变),其中41例(74.55%)与其他基因存在共突变,主要突变基因为:GATA214例(25.45%)、TET212例(21.82%)、FLT311例(20.00%)、NRAS 7例(12.73%)和WT15例(9.09%),部分病例同时存在2种及2种以上伴随基因突变。将突变基因按照功能进行分组后发现,CEBPA^(+)组较CEBPA^(-)组具有更低的组蛋白甲基化及染色质修饰基因伴随突变率(P=0.002,P=0.033)、更高的转录因子基因伴随突变率(P=0.037)。55例CEBPA^(+)CN-AML患者中,伴信号通路基因突变阳性组患者初诊时血小板计数低于突变阴性组(P=0.005),伴转录因子基因突变阳性组的骨髓原始细胞比例高于突变阴性组(P=0.003),伴DNA甲基化基因和染色质修饰基因突变阳性组的发病年龄均明显大于相应突变阴性组(P=0.002,P=0.008)。伴随信号通路基因突变阳性组CEBPA^(+)CN-AML患者的DFS短于阴性组(12个月vs未达到)(P=0.034)。伴DNA甲基化基因突变阳性组较阴性组患者具有更低的CR率(P=0.025),且OS和DFS均显著短于阴性组(中位OS:20个月vs未达到,P=0.006;中位DFS:15个月vs未达到,P=0.049)。伴组蛋白甲基化基因突变阳性组患者的OS显著短于阴性组(中位OS:12个月vs 40个月)(P=0.008)。多因素分析显示,骨髓原始细胞比例(HR=4.306)、伴DNA甲基化基因突变(HR=9.917)及组蛋白甲基化基因突变(HR=5.764)是影响CN-AML患者预后的独立危险因素。结论:CEBPA^(+)CN-AML患者有其特定的伴随基因表达谱,且伴随不同功能基因突变对患者的临床特征及预后有一定影响。

关键词： CEBPA 正常核型急性髓系白血病伴随基因突变二代测序

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韩非子“术”论新探

人文杂志 2024年第2期 83-97页

作者：王宏强兰州大学历史文化学院

韩非子“术”论包含两个层面:一是“法术”对官僚系统的常规控制,二是“术”对“重臣”的重点控制。前者为官僚系统确立明确的行动规则,划定臣僚的行为边界,通过将臣僚行为“确定化”来实现官僚机器的高效运转从而提高治理的“效率”;... 详细信息

韩非子“术”论包含两个层面:一是“法术”对官僚系统的常规控制,二是“术”对“重臣”的重点控制。前者为官僚系统确立明确的行动规则,划定臣僚的行为边界,通过将臣僚行为“确定化”来实现官僚机器的高效运转从而提高治理的“效率”;后者则聚焦于防范、伺察并清除对君权有威胁的一切力量,关注的是君权的“安全”。前者注重君之“宣明”,后者则强调君之“周密”,但在实际运用中“明法”往往反噬于“暗术”。韩非子的治道设计意在佐助“中主之治”,使“中主”摆脱能力有限、才德不足的个人缺陷,在有效治吏的基础上实现高效治理,但能够得当用“术”者绝非“中主”,而恰恰是具有极高修养和超凡智慧的“明主”,于是“术”的有效性最终完全取决于君主一人是否“圣明”,以佐助“中主之治”为旨归的“术”论也无法从根本上解决君主个体有限性与国家事务无限性之间的矛盾。

关键词：韩非子术治吏中主之治明主理想

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数字经济与城市绿色发展：赋能还是负能?

科学学研究 2024年第7期 1397-1408页

作者：庞瑞芝王宏鸣南开大学企业研究中心南开大学数字经济交叉科学中心南开大学经济学院

协同建设“数字中国”和“美丽中国”是我国高质量发展的重要内容。本文以2011-2019年全国274个地级市的平衡面板数据为样本，在剖析数字经济自身特性的基础上，从作用机制与门槛效应两方面探讨了数字经济对城市绿色发展的影响。研究发... 详细信息

协同建设“数字中国”和“美丽中国”是我国高质量发展的重要内容。本文以2011-2019年全国274个地级市的平衡面板数据为样本，在剖析数字经济自身特性的基础上，从作用机制与门槛效应两方面探讨了数字经济对城市绿色发展的影响。研究发现：数字经济显著促进了城市绿色发展，并且这种促进作用在东部城市、智慧城市试点城市以及知识产权保护力度强的城市中更为明显。进一步研究表明，数字经济可以通过推动经济结构服务化、激励绿色技术创新、提升公众环境关注度促进城市绿色发展。随着当前数字基础设施的广泛建设，社会用电量和碳排放不断增加，数字经济对城市绿色发展的影响存在边际效应递减的非线性特征。本文结论在积极推动城市拥抱绿色发展新范式的同时，也为构建集约化、低碳化的现代基础设施体系，实现数字化绿色化协同发展提供了有益借鉴。

关键词：数字经济绿色发展数字基础设施数字化绿色化协同门槛效应

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基于注意力机制的高容量通用图像隐写模型

软件学报 2024年第3期35卷 1502-1514页

作者：袁超王宏霞何沛松四川大学网络空间安全学院四川成都610065

随着深度学习与隐写技术的发展,深度神经网络在图像隐写领域的应用越发广泛,尤其是图像嵌入图像这一新兴的研究方向.主流的基于深度神经网络的图像嵌入图像隐写方法需要将载体图像和秘密图像一起输入隐写模型生成含密图像,而最近的研究... 详细信息

随着深度学习与隐写技术的发展,深度神经网络在图像隐写领域的应用越发广泛,尤其是图像嵌入图像这一新兴的研究方向.主流的基于深度神经网络的图像嵌入图像隐写方法需要将载体图像和秘密图像一起输入隐写模型生成含密图像,而最近的研究表明,隐写模型仅需要秘密图像作为输入,然后将模型输出的含密扰动添加到载体图像上,即可完成秘密图像的嵌入过程.这种不依赖载体图像的嵌入方式极大地扩展了隐写的应用场景,实现了隐写的通用性.但这种嵌入方式目前仅验证了秘密图像嵌入和恢复的可行性,而对隐写更重要的评价标准,即隐蔽性,未进行考虑和验证.提出一种基于注意力机制的高容量通用图像隐写模型USGAN,利用注意力模块,USGAN的编码器可以在通道维度上对秘密图像中像素位置的扰动强度分布进行调整,从而减小含密扰动对载体图像的影响.此外,利用基于CNN的隐写分析模型作为USGAN的目标模型,通过与目标模型进行对抗训练促使编码器学习生成含密对抗扰动,从而使含密图像同时成为攻击隐写分析模型的对抗样本.实验结果表明,所提模型不仅可以实现不依赖载体图像的通用嵌入方式,还进一步提高了隐写的隐蔽性.

关键词：图像隐写注意力机制生成对抗网络对抗样本

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电加热服加热区域分布对人体热舒适感的影响

纺织学报 2024年第4期45卷 188-194页

作者：柯莹林磊郑晴王宏付江南大学设计学院江苏无锡214122 江南大学纺织科学与工程学院江苏无锡214122

为探究加热区域分布对电加热服热舒适性的影响规律,设计了3种加热区域,在环境温度为(5±0.5)℃,相对湿度为(50±5)%的条件下进行真人着装实验,记录受试者客观生理数据和主观感受并对其进行分析。实验结果表明:在加热面积一定的情况下,... 详细信息

为探究加热区域分布对电加热服热舒适性的影响规律,设计了3种加热区域,在环境温度为(5±0.5)℃,相对湿度为(50±5)%的条件下进行真人着装实验,记录受试者客观生理数据和主观感受并对其进行分析。实验结果表明:在加热面积一定的情况下,将加热片集中分布在上半身躯干位置能显著提高平均躯干温度,对平均皮肤温度的提高作用不大;相比之下,躯干加上腿部的加热区域组合能有效提高平均皮肤温度0.8℃以上,躯干、大腿和大臂的加热区域组合能将平均皮肤温度提高0.5℃;另外,将加热片分布到四肢相较于集中加热躯干对改善热感觉和热舒适的效果更好。建议当加热面积一定时,将加热片分布到躯干以及腿部位置,可使电加热服具有较好的功能性和舒适性。

关键词：电加热服加热区域皮肤温度热感觉热舒适性