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基于图像恢复和YOLO的水下目标实时识别算法研究

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基于图像恢复和YOLO的水下目标实时识别算法研究

作者：王杰超哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

海洋具有较丰富的资源,随着经济的发展和科技的进步,海洋装备的研发取得了重要进展。水下目标识别系统能否快速准确地检测目标,对水下目标的识别以及实时监测工作至关重要,具有较大研究价值和较好应用前景。本文给出一种高效的水下图像... 详细信息

海洋具有较丰富的资源,随着经济的发展和科技的进步,海洋装备的研发取得了重要进展。水下目标识别系统能否快速准确地检测目标,对水下目标的识别以及实时监测工作至关重要,具有较大研究价值和较好应用前景。本文给出一种高效的水下图像恢复算法,用于提高水下图像质量,改善检测精度。与此同时,针对水下目标检测中实时性与精度难以平衡的问题,本文在YOLO模型的基础上进行改进,在保证实时性的前提下,能够获得较高的检测精度。针对水下图像存在的色彩失真和视觉质量差问题,给出了一种高效的水下图像恢复网络。该网络包含三个卷积神经网络:第一个CNN将输入的水下图像转换成灰度图像;第二个CNN对水下灰度图像进行增强;第三个CNN对输入的水下图像进行颜色校正;最后,通过整合三个CNN的输出,得到色彩校正后的图像。实验结果表明,采用本文给出的水下图像恢复算法,水下图像质量评价指标PCQI为0.9626,优于蓝绿通道去雾和红通道校正方法的0.8357以及Water GAN方法的0.8334。本文方法在水下图像恢复中具有较好的性能,有利于水下目标检测准确率的提升。针对YOLO算法在水下嵌入式系统中难以实时检测的问题,对YOLO算法进行改进,在特征提取过程中减少卷积层数目,对YOLO模型进行精简,降低模型复杂度;为了克服YOLO模型小目标漏检的问题,采用深层特征与浅层特征相融合的方式进行回归预测,提高网络的检测精度;引入Faster R-CNN中锚点的思想,避免YOLO模型对重叠目标漏检的问题。实验结果表明,本文给出的U-YOLO算法检测速度为12.2FPS,是YOLOv3算法检测速度的3.13倍,满足实时性需求;检测精度达到55.5%,高于Mobile Net的40.6%。本文给出的U-YOLO能够兼顾检测速度和精度,在工程应用中具有重要价值。

关键词：水下目标检测水下图像恢复深度学习卷积神经网络

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基于稀疏性与低秩性的高光谱图像异常检测

基于稀疏性与低秩性的高光谱图像异常检测

作者：王杰超中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)

学位级别：硕士

近数十年,光学遥感影像从多光谱影像阶段进入到高光谱影像的新阶段。高光谱图像相较于传统多光谱图像,具有波段多、光谱分辨率更高、空间分辨率低等特点。高光谱图像不仅仅拥有描述地物分布的二维信息,还具有描述地物特征属性的一维光... 详细信息

近数十年,光学遥感影像从多光谱影像阶段进入到高光谱影像的新阶段。高光谱图像相较于传统多光谱图像,具有波段多、光谱分辨率更高、空间分辨率低等特点。高光谱图像不仅仅拥有描述地物分布的二维信息,还具有描述地物特征属性的一维光谱信息,两者组合构成“图谱合一”的三维立体图像。因此在军事战场侦察、海事搜救救援、地质探索稀有矿石以及医学诊断癌细胞等方面,高光谱图像都作为重要数据之一。其中高光谱图像异常检测作为重要应用之一。它的优势是无需借助光谱库和反演算法等的帮助,就可以完成对离群点的提取。基于低秩性和稀疏性的特点,并结合低维空间结构与空间距离的约束的先验知识,本文分别提出两种算法:首先本文提出一种利用隐藏低秩表示模型与拉普拉斯矩阵约束相结合的异常检测算法。高光谱图像中存在着同类的背景像元,他们的光谱曲线近似。因此在表示中这些同类背景像元对应的权重系数大。而其他类的背景像元仅仅贡献少部分权重,组成的表示系数将会处在低秩空间中。在低秩表示中,背景字典的构建会影响高光谱图像中背景像元的重建。利用在高光谱图像中所有像元来构建背景字典,提取出背景的主要特征,分离出异常像元。由于高光谱图像数据存在高维几何结构特点,引入拉普拉斯矩阵来约束空间中低维局部结构,获得更准确的表示系数。然后本文提出另一种利用稀疏表示与空间距离约束的快速软阈值迭代异常检测算法。通过背景字典中的原子来线性组合重构出高光谱图像中背景像元的光谱特征。由于在背景字典中的仅有少部分原子参与合成。因此利用范数约束表示系数的稀疏性。同时将引入背景字典原子与待检测像元的距离来约束表示能力。字典原子与待检测像元的空间距离远时对表示的贡献小,反之距离近时则贡献大。高光谱图像的光谱和空间维度的提高,使数据量攀升。为满足实时性的要求,利用高效简单的快速软阈值迭代算法进行求解目标方程,可以提高检测速度。

关键词：高光谱图像低秩稀疏拉普拉斯矩阵距离约束异常检测

窄粒度分布含能复合微球的膜乳化辅助制备及性能研究

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窄粒度分布含能复合微球的膜乳化辅助制备及性能研究

作者：王杰超中北大学

学位级别：硕士

六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、奥克托金(HMX)、黑索金(RDX),因具有较高的能量水平而广泛应用于混合炸药、推进剂等各类武器能源中。然而,这些炸药的机械感度较高,在很多场合需对其钝化处理以提高其使用安全性。将炸药颗粒与粘结剂复合... 详细信息

六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、奥克托金(HMX)、黑索金(RDX),因具有较高的能量水平而广泛应用于混合炸药、推进剂等各类武器能源中。然而,这些炸药的机械感度较高,在很多场合需对其钝化处理以提高其使用安全性。将炸药颗粒与粘结剂复合是一种提高安全性能的可行途径。本文将快速膜乳化技术与水悬浮组装技术相结合,制备了三种具有球形度高、粒度分布窄的含能复合微球,并对其性能进行测试与分析。主要内容如下:(1)以CL-20和CAB(醋酸丁酸纤维素)的乙酸乙酯溶液为分散相,水为连续相,制备水包油(O/W)预乳液,并利用快速膜乳化技术制备出均一稳定的水包油乳液。以乳液为模板,通过驱溶剂,粘结剂与CL-20炸药共同析出,在悬浮状态下实现组装,制备不同比例(CAB的含量分别为3%、5%、10%、15%、20%)的含能复合微球。采用扫描电子显微镜(SEM)对制备的样品进行形貌分析,结果表明,随着CAB含量的增加,颗粒趋于球形,当含量为20%时,样品的粒度分布较窄,粒度分布跨度(SPAN)为0.87;由X射线衍射(XRD),傅立叶红外光谱(FT-IR)结果分析,含能复合微球的晶型发生了改变,为β-CL-20,且CAB含量为20%的XRD图谱显示出非晶态,表明CAB膜已包覆于CL-20晶体上;通过差示扫描量热仪(DSC)对不同样品进行热分析,当CAB含量超于10%,样品的热稳定性下降,但由撞击感度测试结果表明,随着CAB的增加含能复合微球的安全性提高。(2)以GAP(聚叠氮缩水甘油醚)和NC(硝化棉)的乙酸乙酯溶液为分散相,以水为连续相,利用快速膜乳化技术制备了水包油乳液,将细化的HMX粉体悬浮于乳液模板中,通过驱除溶剂,实现了粘结剂与超细HMX颗粒的悬浮组装,制备了三种不同粘结剂含量的含能复合微球。由SEM、图像颗粒分析和激光粒度测试表明复合微球具有较高的圆形度和较窄的粒度分布,其中粘结剂含量为80%和3%的复合物的SPAN值分别为0.51和0.45;通过XRD、FT-IR、XPS(X射线光电子能谱)结果显示粘结剂与HMX颗粒之间并没有发生化学键的反应,同时HMX的晶型并未发生改变;当粘结剂含量为80%时,由SEM图可以看到复合颗粒的核-壳结构,以GAP/NC为壳的复合物并未有晶体外露,表明粘结剂已完全包覆在细化颗粒表面,同时也可以说明复合物的特性落高较高(95.2cm)的原因;DSC测试显示复合物具有两个分解峰温(200.16℃和244.91℃),在粘结剂的放热条件下,HMX的活性增强,热分解提前。当粘结剂含量为3%时,由TEM(透射电子显微镜)对复合物的结构进行表征,可以明显的看到颗粒之间的结构组成,粘结剂涂覆于颗粒表面的同时颗粒之间粘结成球;通过对样品的热分解性能比较发现,复合材料的表观活化能(E)比细化HMX提高33.61k J?mol,而爆炸临界温度(T)略低(0.28K),近乎无变化,表明复合物的热稳定性更好;撞击感度测试结果显示复合微球的安全性较原料有所提高,但感度比细化HMX略高,虽然安全性比细化颗粒相对较差,但静力压缩试验可以看到,复合微球的抗压性能较好。(3)以GAP和NC的乙酸乙酯溶液为分散相,通过快速膜乳化技术制备水包油粘结剂乳液模板,将细化的RDX颗粒悬浮于乳液体系后,通过驱溶剂使炸药与粘结剂组装成型。通过SEM测试结果显示,复合微球的结构为炸药颗粒被粘结剂包覆再粘结成球状;经图像颗粒分析和激光粒度分布测试表明,复合微球的圆形度为0.875,粒度分布跨度为0.47,具有圆形度高且粒度分布窄的特点;由XRD和FT-IR图谱可以看到复合微球的晶型并未发生变化且分子间并未有化学键的反应,这使得粘结剂与炸药颗粒之间存在一种性能互补的关系;将DSC测试所得数据对样品进行热性能分析,结果显示复合材料具有较高的E,具有较高的稳定性,但T略低,表明粘结剂促进了炸药颗粒的分解;撞击感度实验显示复合微球比原料具有更高的特性落高,表明安全性能有一定的提升。

关键词：快速膜乳化技术乳液模板复合微球窄粒度分布性能表征

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拉普拉斯约束低秩表示的高光谱图像异常检测

光谱学与光谱分析 2018年第11期38卷 3507-3515页

作者：王杰超孙大鹏张长兴谢锋王建宇中国科学院上海技术物理研究所中国科学院空间主动光电重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049 上海科技大学上海200120

伴随高光谱图像的广泛使用,高光谱图像技术得到长足的发展,其中高光谱图像异常检测技术越发受到重视。为了解决传统高光谱图像异常检测技术的实用性和检测效果不佳的问题,提出一种新颖的低秩表示检测算法。对于高光谱图像,大部分背景像... 详细信息

伴随高光谱图像的广泛使用,高光谱图像技术得到长足的发展,其中高光谱图像异常检测技术越发受到重视。为了解决传统高光谱图像异常检测技术的实用性和检测效果不佳的问题,提出一种新颖的低秩表示检测算法。对于高光谱图像,大部分背景像元均可以被少量主要的背景像元组合近似地表示,且它们的表示系数将会位于低秩的空间中。在剩下无法被主要背景像元表示的稀疏部分中存在着异常像元,则可以被检测算法提取出来。在低秩表示中,背景像元字典的构建将会影响高光谱图像中背景像元的表示。如直接从现有高光谱图像中提取背景像元构建字典,会导致异常像元对背景像元字典的污染。而利用待检测高光谱图像观测数据和由光谱组成原理可合成的潜在未观测数据来构建背景像元字典,提取出背景像元的主要特征,有利于更好地分离出稀疏异常像元的信息。并且高光谱图像数据存在高维几何结构特点,通过引入拉普拉斯矩阵来约束空间中局部相似的像元对于待检测像元的表示作用,获得更接近于真实的表示系数。实验结果分别在仿真数据和真实数据上验证,与传统方法相比,提出的方法通过有效地突出异常像元提高了检出率和抑制了背景像元,降低了误检率。

关键词：高光谱图像拉普拉斯低秩表示异常检测

基于深度神经网络的时空编码磁共振成像超分辨率重建方法

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物理学报 2022年第5期71卷 357-365页

作者：向鹏程蔡聪波王杰超蔡淑惠陈忠厦门大学电子科学系厦门361005

单扫描时空编码磁共振成像是一种新型超快速磁共振成像技术,它对磁场不均匀和化学位移伪影有较强的抵抗性,但是其固有的空间分辨率较低,因此通常需要进行超分辨率重建,以在不增加采样点数的情况下提高时空编码磁共振图像的空间分辨率.然... 详细信息

单扫描时空编码磁共振成像是一种新型超快速磁共振成像技术,它对磁场不均匀和化学位移伪影有较强的抵抗性,但是其固有的空间分辨率较低,因此通常需要进行超分辨率重建,以在不增加采样点数的情况下提高时空编码磁共振图像的空间分辨率.然而,现有的重建方法存在迭代求解时间长、重建结果有混叠伪影残留等问题.为此,本文提出了一种基于深度神经网络的单扫描时空编码磁共振成像超分辨率重建方法.该方法采用模拟样本训练深度神经网络,再利用训练好的网络模型对实际采样信号进行重建.数值模拟、水模和活体鼠脑的实验结果表明,该方法能快速重建出无残留混叠伪影、纹理信息清楚的超分辨率时空编码磁共振图像.适当增加训练样本数量以及在训练样本中加入适当的随机噪声水平,有助于改善重建效果.

关键词：磁共振成像时空编码超分辨率重建深度神经网络

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动脉弹性功能研究的现状和意义

临床荟萃 2006年第24期21卷 1798-1800页

作者：王杰超王建华河北省老年病医院普通内科河北石家庄050011 河北医科大学第二医院功能科河北石家庄050000

动脉弹性(AE)是指动脉应力变化所引起的容量改变。是反映动脉缓冲系统功能的最佳临床指标。AE功能在相当程度上反映了动脉内皮功能状况,已经成为心血管危险的重要标记之一。因此,AE异常与预后的确切关系已经引起学术界的高度重视。现就... 详细信息

动脉弹性(AE)是指动脉应力变化所引起的容量改变。是反映动脉缓冲系统功能的最佳临床指标。AE功能在相当程度上反映了动脉内皮功能状况,已经成为心血管危险的重要标记之一。因此,AE异常与预后的确切关系已经引起学术界的高度重视。现就其影响因素及研究进展作一综述。[第一段]

关键词：动脉硬化心内膜发病年龄内皮

黄芪注射液治疗心脑血管疾病时对失眠症状的改善

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中国新药与临床杂志 1999年第6期18卷 377-378页

作者：王杰超吕晓红任九思河北省医学科学院附属医院内科石家庄050011

目的：探讨黄芪注射液对失眠的疗效。方法：３８例有心、脑血管疾病的失眠病人，男性３１例，女性７例，年龄７１ａ±ｓ９ａ（６０～８２ａ），先后用安慰剂（淀粉胶囊，２粒，ｑｎ，共４ｗｋ）和黄芪注射液（３０ｍ ... 详细信息

目的：探讨黄芪注射液对失眠的疗效。方法：３８例有心、脑血管疾病的失眠病人，男性３１例，女性７例，年龄７１ａ±ｓ９ａ（６０～８２ａ），先后用安慰剂（淀粉胶囊，２粒，ｑｎ，共４ｗｋ）和黄芪注射液（３０ｍＬ加５％葡萄糖注射液或０．９％氯化钠注射液２５０ｍＬ，ｉｖ，ｇｔｔ，ｑｄ，共４ｗｋ）治疗。结果：安慰剂治疗ｗｋ４和ｗｋ１期间昼、夜睡眠时间相比无明显变化（均Ｐ＞０．０５）。黄芪注射液治疗ｗｋ１与安慰剂治疗ｗｋ４期间昼、夜睡眠时间相比亦无明显变化（均Ｐ＞０．０５）。但黄芪注射液治疗ｗｋ４昼、夜睡眠时间（１４ｈ ±３ｈ，３９ｈ ±７ｈ）较安慰剂治疗ｗｋ４时（１３ｈ ±４ｈ，３１ｈ ±１０ｈ）明显延长（Ｐ＜０．０５和Ｐ＜０．０１）。结论：黄芪注射液能明显延长心、脑血管疾病病人的昼、夜睡眠时间，疗效优于安慰剂，且未发现不良反应。

关键词：黄芪睡眠障碍失眠症心脑血管疾病

中西医结合治疗肺原性心脏病心力衰竭36例观察

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河北中医 1994年第4期16卷 43-45页

作者：刘翠绵王杰超张刚潘洁河北省医学科学院附属医院

以中西医结合的方法治疗肺心衰３６例，并设３４例作为对照。治疗组病死率为５．６％，对照组为１７．６％；全血粘度、血浆粘度、红细胞压积及纤维蛋白原，治疗组与对照组相比，有显著性差异，Ｐ＜０．０５～０．０１；临床效果出现时... 详细信息

以中西医结合的方法治疗肺心衰３６例，并设３４例作为对照。治疗组病死率为５．６％，对照组为１７．６％；全血粘度、血浆粘度、红细胞压积及纤维蛋白原，治疗组与对照组相比，有显著性差异，Ｐ＜０．０５～０．０１；临床效果出现时间，治疗组平均为４．５±０．６天，对照组６．８±０．７天；低钾血症、心率失常及洋地黄中毒等并发症，治疗组与对照组相比，Ｐ＜０．０５～０．０１。

关键词：肺原性心力衰竭中西医结合治疗