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自然场景下基于卷积神经网络的人脸检测与人脸性别识别研究

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自然场景下基于卷积神经网络的人脸检测与人脸性别识别研究

作者：石学超河北工业大学

学位级别：硕士

人脸特征因其所包含的性别、表情、身份及年龄等大量信息,在公共安全、智能服务、人机交互等领域显得至关重要。基于人脸特征的人脸检测及人脸性别识别如今已是计算机视觉领域的研究重点,但因自然场景下的人脸图像会受到光照、姿态、表... 详细信息

人脸特征因其所包含的性别、表情、身份及年龄等大量信息,在公共安全、智能服务、人机交互等领域显得至关重要。基于人脸特征的人脸检测及人脸性别识别如今已是计算机视觉领域的研究重点,但因自然场景下的人脸图像会受到光照、姿态、表情、遮挡、尺寸等因素影响,从而影响人脸检测与人脸性别识别效果。本文在卷积神经网络理论框架下,就自然场景下的人脸检测与人脸性别识别问题开展研究,主要研究内容如下:（1）基于四级级联全卷积神经网络的人脸检测研究传统的人脸检测存在提取特征表征能力较差,以及特征与分类器匹配程度不高等问题。针对上述情况,本文设计了一种基于四级级联全卷积神经网络的人脸检测算法。基本思路是通过构建四级级联网络,采用级联分级训练来代替端到端训练,以避免只共享一个网络权值的局限,进而获得有区分性功能的深度网络,提高检测精度;另外每级网络均设计为全卷积结构,用于提升检测速率;采用自举法进行网络模型的优化训练;最后通过前三级网络逐步检测过滤,同时借助最后一级网络矫正输出来得到人脸检测结果。实验结果表明,本文算法对于自然场景下的多姿态、遮挡、不同肤色人脸等均具有良好的鲁棒性,同时检测速度达到单张86ms,在人脸公开测试集FDDB上的召回率达到90.62%。（2）基于深度残差网络的多尺度人脸检测研究目前不少卷积神经网络因其结构简单与检测模型单一,对于自然场景下存在尺寸较小、姿态变化较大、遮挡较严重的人脸图像,还是会有很多漏检情形。针对以上问题,本文提出了一种基于深度残差网络的多尺度人脸检测算法。基本思路是以18层深度残差网络结构作为基础网络,在基础网络的末端不同位置上设计了针对不同尺度人脸的检测模块,来增加模型对于人脸尺度问题的辨识能力;同时引入CReLU作为激活函数,在保证精度不变的同时提升检测速率。经对多组人脸数据集测试实验表明,此算法在FDDB数据集上的召回率达到95.52%,在Wider Face测试集上的平均检测精度可达到93.30%,可有效地检测到尺度变换及遮挡等复杂场景下的人脸图像,具有较高的检测精度与鲁棒性。（3）基于多层特征融合卷积神经网络的人脸性别识别研究目前对于人脸性别识别,一些传统性别识别算法与卷积神经网络算法的识别精度还不是很高。为了进一步提高人脸性别识别的准确率,本文提出了一种基于多层特征融合卷积神经网络的人脸性别识别算法。基本思路是以AlexNet网络结构为基础,把浅层Conv2卷积层输出的特征图,与深层Conv4与Conv5卷积层输出的特征图经两倍上采样后相融合,利用多个卷积层的特征来提高网络模型的表征能力;另外引入具有可调目标监督机制的大边界交叉熵函数当作网络的损失函数,来增强对深层卷积网络学习的引导,使得同种性别间的类内间距更小,不同性别间的类间间距更大,进一步提高性别识别精度;经六组标准人脸数据集的测试结果表明,本文算法的识别准确率要高于其它传统的卷积网络算法。

关键词：人脸检测人脸性别识别卷积神经网络四级级联网络残差网络多层特征融合

基于多层特征融合可调监督函数卷积神经网络的人脸性别识别

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计算机应用研究 2019年第3期36卷 940-944页

作者：石学超周亚同池越河北工业大学电子信息工程学院天津市电子材料与器件重点实验室天津300401

为了进一步提高性别识别的准确率,提出了一种基于多层特征融合与可调监督函数机制结合的卷积神经网络(L-MFCNN)模型,并将之用于人脸性别识别。与传统卷积神经网络(CNN)不同,L-MFCNN将多个浅层中间卷积层特征输出与最后卷积层特征输出相... 详细信息

为了进一步提高性别识别的准确率,提出了一种基于多层特征融合与可调监督函数机制结合的卷积神经网络(L-MFCNN)模型,并将之用于人脸性别识别。与传统卷积神经网络(CNN)不同,L-MFCNN将多个浅层中间卷积层特征输出与最后卷积层特征输出相结合,融合多层卷积层的特征,不仅利用了深层卷积的整体语义信息,还考虑了浅层卷积的细节局部纹理信息,使得性别识别更加准确。此外L-MFCNN还引入具有可调目标监督函数机制的large-margin softmax loss作为输出层,利用其调节不同的间隔(margin)的机制来有效引导深层卷积网络学习,使得同种性别间的类内间距更小,不同性别间的类间距更大,获得更好的性别识别效果。在多个人脸数据集上的性别识别实验结果表明,L-MFCNN的识别准确率要高于其他传统的卷积网络模型。L-MFCNN模型也为将来的人脸性别识别研究提供了新的思路与方向。

关键词：人脸性别识别多层特征融合卷积神经网络深度学习

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变电站系统抗震冗余性量化方法

东南大学学报（自然科学版） 2024年第1期54卷 72-79页

作者：李吉超尚庆学王涛中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室哈尔滨150080 地震灾害防治应急管理部重点实验室哈尔滨150080 清华大学土木工程系北京100084

为定量评价冗余性对变电站系统抗震性能的影响,提出了基于状态树方法的系统抗震冗余性分析方法.首先,在功能单元层面提出了冗余度、冗余效果指标、冗余系数的定义;其次,给出了系统冗余度的线性加权组合和非线性加权组合计算方法,将功能... 详细信息

为定量评价冗余性对变电站系统抗震性能的影响,提出了基于状态树方法的系统抗震冗余性分析方法.首先,在功能单元层面提出了冗余度、冗余效果指标、冗余系数的定义;其次,给出了系统冗余度的线性加权组合和非线性加权组合计算方法,将功能单元的冗余度和冗余系数进行集成;最后,建立了系统冗余度和冗余效果指标之间的关联模型.结果表明,变电站系统的抗震性能与其冗余度呈正相关性,系统冗余度-冗余效果指标模型可采用过原点直线表达,斜率为系统性能指标最大增量与系统最大冗余度的比值.母线单元具有汇集、分配电能的作用,对进线单元、变压器单元的冗余作用具有提升效果.采用线性加权和非线性加权组合计算方法时,变电站系统的最大冗余度分别为0.870和0.980,系统冗余度-冗余效果指标模型的斜率分别为0.698 9和0.618 1.

关键词：变电站系统抗震冗余性量化分析冗余度冗余效果指标冗余系数

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带角度约束的三维积分二阶滑模拦截制导律

宇航学报 2024年第4期45卷 590-602页

作者：尤浩常新龙赵久奋石学乾火箭军工程大学导弹工程学院西安710025

针对导弹在三维场景中以期望角度拦截加速度未知的机动目标问题,提出了一种考虑角度约束的三维拦截制导律。首先,建立了三维弹目非线性拦截制导模型;其次,设计了一种全滑动模态的积分滑模面,省去了传统滑模制导律中的滑模趋近阶段,有效... 详细信息

针对导弹在三维场景中以期望角度拦截加速度未知的机动目标问题,提出了一种考虑角度约束的三维拦截制导律。首先,建立了三维弹目非线性拦截制导模型;其次,设计了一种全滑动模态的积分滑模面,省去了传统滑模制导律中的滑模趋近阶段,有效地降低了拦截制导过程中的能量消耗;而后,基于设计的积分滑模面和二阶滑模控制理论,在弹目视线法向和侧向上分别设计了一种带角度约束的三维积分二阶滑模拦截制导律,有效地抑制了抖振现象,同时对目标机动造成的未知干扰进行了在线补偿;此外,对所设计算法进行了严格的Lyapunov稳定性数学证明;最后,数值仿真结果验证了本文所提三维拦截制导律的有效性、优越性以及抗干扰的鲁棒性。

关键词：导弹角度约束三维拦截制导积分滑模面机动目标

中国澳门福德祠等土地社稷神坛与海上丝绸之路研究

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民俗研究 2024年第1期 145-155,159页

作者：谭世宝谭学超山东大学历史文化学院山东济南250100

在中国传统宗教文化体系之中,土地社稷崇拜是最广为盛行和不可缺少的元素。从古至今,无论是在城市中的福德祠庙宇,还是遍及乡镇的土地神坛,它们不仅作为中国官方宗教信仰的代表,更是中国人对华夏宗亲血统身分和文化认同的纽带。在中国... 详细信息

在中国传统宗教文化体系之中,土地社稷崇拜是最广为盛行和不可缺少的元素。从古至今,无论是在城市中的福德祠庙宇,还是遍及乡镇的土地神坛,它们不仅作为中国官方宗教信仰的代表,更是中国人对华夏宗亲血统身分和文化认同的纽带。在中国澳门社区,福德祠和土地社稷神坛是凝聚华人团结,保存中国文化和民族认同的场所,这与东南亚各国的情况极为相似,充分展现了中华历史文化在时空和文化上的关联和相互影响,也是中国海上丝绸之路发展史上的杰出文化象征。

关键词：土地社稷崇拜福德祠澳门地区海上丝绸之路

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云元素在日用陶瓷设计中的应用研究

云元素在日用陶瓷设计中的应用研究

作者：汪学超景德镇陶瓷大学

学位级别：硕士

云元素是一种常见的设计元素,自古以来就在各种艺术与纹样中得到了广泛的运用,在某种程度上体现着我们民族的精神风貌与审美趣味。在这样的大环境下,笔者尝试着把云元素与当代美学相融合,并运用到日用陶瓷上,设计出既能体现中国传统文... 详细信息

云元素是一种常见的设计元素,自古以来就在各种艺术与纹样中得到了广泛的运用,在某种程度上体现着我们民族的精神风貌与审美趣味。在这样的大环境下,笔者尝试着把云元素与当代美学相融合,并运用到日用陶瓷上,设计出既能体现中国传统文化底蕴,又能体现当代审美潮流,更能体现时代特征的日用陶瓷制品。本论文以日用陶瓷为载体,对云元素进行创新设计和应用探索。首先,在查阅资料的基础上,尝试对各种题材的云进行系统性的梳理,以加深对云多元文化内涵的认识。其次,结合实例,对云元素具象与抽象的特点进行剖析,把握云元素的形态特征、装饰风格与使用功能之间的互动关系,在此基础上,对当前日用陶瓷中云元素的设计特性进行了深入研究。最后,运用有关于符号学的知识体系,将可设计的元素进行提取分析,确定好设计构思,并对云元素各种表现手法加以亲身实践,完成三套日用瓷作品。

关键词：云元素日用陶瓷设计应用

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教育数字化时代自主学习的偏离与回归

江苏高教 2024年第5期 61-67页

作者：王永超戚万学曲阜师范大学教育学院山东曲阜273165 青岛理工大学科研与学科建设办公室山东临沂273400

数字化时代的自主学习具有学习机制的不可计算性、学习过程的相对独立性、学习阶段的渐进转换性等特征。数字技术在教育领域的广泛应用重塑了学习者的自主学习方式,在助力自主学习发展的同时,也存在束缚学习者自主学习的动机、切割自主... 详细信息

数字化时代的自主学习具有学习机制的不可计算性、学习过程的相对独立性、学习阶段的渐进转换性等特征。数字技术在教育领域的广泛应用重塑了学习者的自主学习方式,在助力自主学习发展的同时,也存在束缚学习者自主学习的动机、切割自主学习的内容、干扰自主学习的节奏、抑制学习者的情绪等风险。为了促进人的自主成长与持续发展,要以数字技术应用的理性反思回望自主学习前行之路。这意味着必须回归自主学习的本真,遵循自主学习的动机驱动方式,提高学习者的内容鉴别力,顺应学习者的时间节奏,敞开学习者的生命空间。

关键词：自主学习数字技术学习模式

基于双对数正态分布的电瓷型电气设备地震易损性研究

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工程力学 2024年第2期41卷 125-136页

作者：李吉超尚庆学罗清宇王涛中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080 地震灾害防治应急管理部重点实验室黑龙江哈尔滨150080 清华大学土木工程系北京100084 中国建筑科学研究院北京100013

总结了110 kV和220 kV典型电气设备的地震易损性曲线研究成果,考虑不同研究成果的离散性,基于双对数正态分布给出了抗震能力中值、随机性和不确定性建议值。进一步开展220 kV变电站系统的抗震性能分析,定量评价了变电站的功能性。研究... 详细信息

总结了110 kV和220 kV典型电气设备的地震易损性曲线研究成果,考虑不同研究成果的离散性,基于双对数正态分布给出了抗震能力中值、随机性和不确定性建议值。进一步开展220 kV变电站系统的抗震性能分析,定量评价了变电站的功能性。研究结果表明:双对数正态分布可以较好地反映电气设备地震易损性的离散性,尤其是模型、方法等原因导致的不确定性。变电站系统的抗震能力低于电气设备的抗震能力,设计中应采取措施提高变电站的冗余性。变电站系统抗震性能与电气设备抗震能力中值正相关,与随机性和不确定性呈负相关。

关键词：电气设备地震易损性双对数正态分布变电站系统系统功能

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苦参碱对椎间盘退变大鼠髓核细胞凋亡的影响

中国组织工程研究 2024年第27期28卷 4281-4287页

作者：王冲孔丽崔学超鲍铁周河南中医药大学骨伤学院河南省郑州市450000 河南省洛阳正骨医院(河南省骨科医院)颈肩腰腿痛中心河南省洛阳市471002

背景:髓核细胞凋亡是引发椎间盘退变的主要病理基础,炎症和过氧化反应是导致髓核细胞凋亡的重要因素。研究表明苦参碱具有抗氧化、衰老、炎症和细胞凋亡等作用,可作为治疗椎间盘退变的潜在药物。目的:观察苦参碱调节环状GMP-AMP合成酶-... 详细信息

背景:髓核细胞凋亡是引发椎间盘退变的主要病理基础,炎症和过氧化反应是导致髓核细胞凋亡的重要因素。研究表明苦参碱具有抗氧化、衰老、炎症和细胞凋亡等作用,可作为治疗椎间盘退变的潜在药物。目的:观察苦参碱调节环状GMP-AMP合成酶-干扰素基因刺激因子(cGAS-STING)信号通路对椎间盘退变大鼠髓核细胞凋亡的影响。方法:①将处于对数生长期的大鼠髓核细胞分6组处理:除对照组外,模型组、苦参碱低剂量组、苦参碱高剂量组、空载组、苦参碱高剂量+cGAS过表达组采用氧糖剥夺建立椎间盘退变细胞模型,造模同时苦参碱低剂量组、苦参碱高剂量组分别给予0.4,0.8 mmol/L苦参碱处理,空载组转染空载质粒,苦参碱高剂量+cGAS过表达组给予0.8 mmol/L苦参碱处理并转染cGAS过表达质粒。处理24 h后,检测细胞活性与凋亡,细胞内活性氧、超氧化物歧化酶、肿瘤坏死因子α及白细胞介素1β水平,以及细胞内凋亡蛋白、cGAS-STING通路蛋白表达。②将60只SD大鼠随机分为6组,每组10只:除对照组外,模型组、苦参碱低剂量组、苦参碱高剂量组、空载组、苦参碱高剂量+cGAS过表达组建立椎间盘退变模型;造模12周后,苦参碱低剂量组、苦参碱高剂量组分别灌胃给予60,120 mg/kg苦参碱(1次/d),空载组尾静脉注射空载质粒(2次/周),苦参碱高剂量+cGAS过表达组灌胃给予120 mg/kg苦参碱+尾静脉注射cGAS过表达质粒,连续治疗3周。给药结束后取材,检测细胞凋亡,活性氧、超氧化物歧化酶、肿瘤坏死因子α及白细胞介素1β水平,以及凋亡蛋白、cGAS-STING通路蛋白表达。结果与结论:①与对照组比较,模型组细胞活性、超氧化物歧化酶水平降低(P<0.05),细胞凋亡率、活性氧含量、肿瘤坏死因子α和白细胞介素1β水平及cGAS、STING、cleaved caspase-3和Bax蛋白表达升高(P<0.05);苦参碱可呈剂量依赖性地改善上述因细胞造模造成的各指标变化(P<0.05),而cGAS过表达可部分拮抗高剂量苦参碱的改善作用。②在动物实验中获得了与体外细胞实验类似的结果。③结果表明,苦参碱可通过阻断cGAS-STING信号传导抑制炎症和氧化应激反应,进而减轻椎间盘退变大鼠髓核细胞凋亡、提升其活性。

关键词：苦参碱 cGAS-STING通路椎间盘退变髓核细胞细胞凋亡