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基于样本结构的图像修复技术的研究与应用

基于样本结构的图像修复技术的研究与应用

作者：蔡逸飞浙江工业大学

学位级别：硕士

图像修复技术是数字图像处理和计算机视觉领域中的一大研究热点。该技术利用图像中已知区域的信息,通过特定的修复标准,如已知区域和破损区域具有相似的几何结构或统计特征等,来填补图像的破损区域,使得修复后的图像具有理想的视觉效果... 详细信息

图像修复技术是数字图像处理和计算机视觉领域中的一大研究热点。该技术利用图像中已知区域的信息,通过特定的修复标准,如已知区域和破损区域具有相似的几何结构或统计特征等,来填补图像的破损区域,使得修复后的图像具有理想的视觉效果,让人察觉不出这是经过修补的图像。图像修复技术具有广泛的应用场景,在古文物修复,目标物体的移除,图像有损压缩和高分辨率研究等方面都发挥着重要的作用。基于扩散的图像修复方法和基于样本块的图像修复方法是当前主流的两类图像修复方法。对比于适用于小区域结构信息破损修复的基于扩散的图像修复方法,基于样本块的图像修复方法通过图像纹理信息的统计特性和自相似性来修复图像,适用于自然图像和大区域破损图像。但该类方法也存在修复顺序不合理,匹配准则不精确,搜索过程耗时等缺陷。本文在对图像修复方法调研的基础上,针对基于样本块的图像修复方法中存在的不足进行了深入的研究,提出了样本结构一致性修复算法和基于样本形变的修复算法。(1)样本结构一致性修复算法。本文针对Criminisi算法中修复顺序不可靠问题,提出了基于空间变换的置信度更新策略,消除了因为置信度快速下降而带来的填充顺序问题。并引入新的匹配置信度项,用中间修复结果的质量来指导修复顺序,进一步完善了优先权函数;本文提出一种样本结构一致性匹配准则,消除了因原匹配准则匹配精度不高带来的误匹配,改善修复效果;利用快速傅里叶变换将搜索最佳匹配块转换到频域计算,提高算法效率。(2)基于样本形变的修复方法。经过样本结构一致性算法修复后,图像纹理区域依然存在着一定的非连贯性,在图像结构信息区域的连通性也有待进一步的提高。针对这一问题,本文结合图像配准技术,对最佳匹配块和待匹配块进行亚像素级别的配准,最大程度地提高图像块间的相似度,然后再进行修复。本文方法能修复同时具有结构信息和纹理信息的大面积破损图像,并能较好地保留图像结构和纹理特征。通过对不同的破损图像进行实验分析,发现相比于传统的经典图像修复方法,本文所提出的方法修复效果更符合人眼视觉习惯。另外,本文结合B/S架构模式和ActiveX控件技术,开发了一套图像修复原型系统,并在该平台下实现了本文提出的算法。该系统包括图像导入、待修复区域的确定、修复算法的选择、图像修复等功能。

关键词：图像修复纹理合成样本块块匹配准则优先权函数配准

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异构车联网的频谱资源调度算法研究

异构车联网的频谱资源调度算法研究

作者：蔡逸飞北京邮电大学

学位级别：硕士

智能驾驶是保障道路安全、缓解交通拥堵、减少能源消耗的重要途径,车联网（Internet of Vehicles,IoV）是实现智能驾驶的核心关键技术。现有的基于LTE-V2X无法满足未来宽带低时延业务传输的需求,通过频谱聚合技术聚合LTE-V2X频段和NR-V2... 详细信息

智能驾驶是保障道路安全、缓解交通拥堵、减少能源消耗的重要途径,车联网（Internet of Vehicles,IoV）是实现智能驾驶的核心关键技术。现有的基于LTE-V2X无法满足未来宽带低时延业务传输的需求,通过频谱聚合技术聚合LTE-V2X频段和NR-V2X频段可以实现异构车联网的业务流量卸载,但如何有效的进行异构车联网频谱资源的分配来提升不同业务的服务质量（Quality of Service,QoS）是亟待解决的难题。因此,本文结合频谱资源的特性和多样化业务需求提出了异构车联网的频谱资源调度算法。主要贡献包括:（1）针对现有车联网资源调度方法中业务需求和差异性频谱匹配的问题,设计了频谱质量与业务特性结合的车联网频谱聚合系统,提出了结合效用函数的两步异构车联网资源调度算法,保障了多种业务的QoS,提升资源的利用效率。在此基础上搭建了车联网系统级仿真平台,验证了所提的基于动态规划的资源调度算法可降低基础安全业务时延38%,降低进阶安全业务的平均丢包率23%;（2）针对异构车联网交通环境时变信息无法及时更新导致频谱资源利用效率低下的问题,设计了基于联邦学习的两层车联网资源调度框架。路侧单元（Road Side Unit,RSU）能够根据车辆业务的信息年龄和带宽需求建立累积效用函数模型,通过竞价博弈实现快速资源分配。宏基站基于全局效用函数和联邦学习的联合优化算法可实现全局频谱资源调度的优化。仿真结果表明,所提的基于联邦学习的资源调度算法能够降低实时业务平均等待时延42%、降低非实时业务的平均丢包率17%。本文所提的多业务异构车联网的频谱资源调度方法以及车联网实时业务的频谱资源调度方法,相较于传统方法能够有效降低业务的等待时延和丢包率,增加车联网系统的吞吐量,为车联网频谱资源的有效利用提供了可靠的解决方案。最后,本文对基于移动边缘计算的车联网无线资源调度和车联网毫米波频谱聚合技术进行了展望。

关键词：车联网频谱聚合资源调度服务质量

人口老龄化背景下大学生孝道教育路径探析——基于对甘肃省部分高校的调查

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人口老龄化背景下大学生孝道教育路径探析——基于对甘肃省部分高...

作者：蔡逸飞兰州财经大学

学位级别：硕士

百善孝为先,孝道文化在中华传统文化中有至关重要的作用,孝道文化是人们应该遵守的道德规范准则。在中华民族文化数千年绵延发展的过程中,立足于中华本土的孝道伦理文化在理论和实践中不断调适,已经积累了非常丰富的内涵,成为中国传统... 详细信息

百善孝为先,孝道文化在中华传统文化中有至关重要的作用,孝道文化是人们应该遵守的道德规范准则。在中华民族文化数千年绵延发展的过程中,立足于中华本土的孝道伦理文化在理论和实践中不断调适,已经积累了非常丰富的内涵,成为中国传统文化的重要组成部分。新时代背景下,习近平总书记强调要重视中华传统文化的传承和发扬。孝是作为中华民族从古至今流传下来的传统优秀文化,规范了人们的道德行为准则。孝道文化从产生到现在经历了一系列的发展和演变,它是中华传统道德文化的典型,也是家风家教建设的重要内容。在新时代大力弘扬和宣传孝道教育,能够塑造良好的家庭氛围,促进和谐的家庭关系构建,对解决当前突出的养老问题具有重要意义。孝道文化的伦理内涵包括了促进家庭和谐、维护社会稳定。新时期的孝道教育对于培养大学生的爱国主义精神也起到了重要作用。在这篇文章中,先提出了孝道的概念,以“孝道”为起点,结合新时代大学生的特点,对孝道、孝道教育、大学生孝道教育的含义和特征进行了深刻阐释,并在此基础上阐述包括中国传统孝道文化、马克思主义经典著作当中的德育理论、习近平关于家风家教建设的相关论述,从而为当代大学生孝道教育引导问题提供重要的理论支撑;另外,以甘肃省部分高校大学生作为调查对象,运用问卷调查的研究方法,对调查问卷得出的数据进行分析和探究,指出当代大学生孝道教育的现状、问题、问题存在的原因和解决对策,为进一步研究提升当代大学生孝道文化思想引导方向创造了条件,并做好内容上的伏笔。最后,从社会、高校、家庭和自身着手,提出解决孝道教育缺失而产生的一系列问题,探索出一条引导当代大学生树立正确孝道观的可行性路径,为当代大学生树立正确的孝道观念提供重要依据。

关键词：孝道孝道教育大学生

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基于速度障碍的结伴行人运动模型

基于速度障碍的结伴行人运动模型

作者：蔡逸飞南京理工大学

学位级别：硕士

在大型交通枢纽、购物中心、道路的设计和规划中,行人的安全以及高效运行越来越得到重视。为了帮助设计师和工程师了解行人流在步行设施中的运动特性,需要有一个合理的行人运动模型体系,并在该体系上建立仿真软件。结伴行人是人流的重... 详细信息

在大型交通枢纽、购物中心、道路的设计和规划中,行人的安全以及高效运行越来越得到重视。为了帮助设计师和工程师了解行人流在步行设施中的运动特性,需要有一个合理的行人运动模型体系,并在该体系上建立仿真软件。结伴行人是人流的重要组成部分,但是对结伴效应的研究却十分稀少。在微观上结伴行人是怎样采取避让行为的,在宏观上结伴效用对人流有怎样的影响至今仍然没有定论。正是出于这样的考虑,本文希望建立一种全新的结伴行人模型,其能够直观并且行之有效的表现出结伴行人之间的社会联系,并能够采取合理的避让策略,为建立大型的行人仿真模型提供一些帮助和思路。本文具体研究内容如下:(1)基础理论框架确定。本文分析了现今在独立行人建模中常用模型的优缺点,总结了目前结伴行人的国内外研究现状。由于速度障碍理论在机器人避让运动中的成功运用,因此本文决定采用速度障碍理论作为模型的基础框架,并在这个计算框架下构建结伴行人模型。(2)行人步行特性分析。在微观建模前需要对模型产生的结果有一个基本的认识,这需要足够多的基础数据,并详细的了解行人运动的微观特性以及宏观特性。因此本文从行人速度、空间需求、行人间的交互作用、行人交通流特性、人流的自组织现象,结伴行人空间结构六个方面说明了现在的最新研究情况,提出了建模时需要考虑的因素。(3)模型建立。由于速度障碍理论能够确保单个行人步行时不发生碰撞,因此本文在此基础上构建结伴模型,提出用距离约束线的概念将分散的行人联系起来。先用组内约束线构建双人结伴和三人结伴组,再用组外约束线将独立行人,二人组以及三人组连接起来构成大范围的结伴行人组。随后,本文提出了一种算法,将距离约束转化成速度约束,并确保模型始终有解。(4)模型标定,仿真与验证。首先利用视频数据标定了模型中的系数,其次设计了双人结伴和三人结伴对向实验,分别验证了两种大组组成单元的避让特性。在确保低密度无碰撞后,设计了一种圆形的高密度交互实验,虽然在中心区域难以避免的出现了重叠现象,但是在高密度下的避让特性仍然是可接受的。最后的宏观实验中,模型生成了分层现象,并且有一个合理的基本图结果,因此认为,本文所建立的多人结伴避让模型是有效的。

关键词：交通工程结伴行人行为速度障碍冲突避让模型

中空结构CuCo2S4电极材料的制备及电化学性能研究

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中空结构CuCo2S4电极材料的制备及电化学性能研究

作者：蔡逸飞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

超级电容器是一种新型的高效储能器件。目前在超级电容器领域对于电极材料的研究集中在对先进材料体系进行纳米结构设计和复合材料设计两方面。铜钴硫化合物(CuCoS)由于导电性好、理论容量值高被认为是极具潜力的超级电容器电极材料,但... 详细信息

超级电容器是一种新型的高效储能器件。目前在超级电容器领域对于电极材料的研究集中在对先进材料体系进行纳米结构设计和复合材料设计两方面。铜钴硫化合物(CuCoS)由于导电性好、理论容量值高被认为是极具潜力的超级电容器电极材料,但是团聚问题和赝电容反应动力学慢使得其实际比电容值低,循环稳定性和倍率性能不佳。中空结构因比表面积大、电解液易浸润的结构优势成为了当前材料结构设计方面一个重要的研究方向。随着人们对材料结构设计理念的发展,当前研究者普遍认为合理增加中空纳米结构的多样性将有可能赋予其新的性质和更优异的电化学性能。因此合理设计具有多层中空或分级中空结构CuCoS预期将为下一代高性能超级电容器的制造提供新的途径和思路。同时将中空结构CuCoS和高导电性的石墨烯形成复合结构也是提高电极电化学性能的有效方法。本文从阻止团聚、优化离子扩散和电子传输路径角度出发,设计了双层中空CuCoS、空壳层/纳米线分级结构即中空海胆状CuCoS、中空海胆状CuCoS/石墨烯复合结构三种新颖的CuCoS超级电容器电极材料,实现了超级电容器高性能低成本的制造。为充分利用中空结构比表面积大、电解液易浸润的优势,采用溶剂热法制备了均匀形貌的球状CuCo二元前驱体,然后通过不同硫源进行硫化调控,分别制备了具有厚壳结构的空壳层/实核心CuCoS以及具有薄壳结构的双层中空结构CuCoS材料。电化学测试结果证明,薄壳的双层中空CuCoS电极材料具有更加优异的性能。该电极在1 A·g质量电流密度下具有886 F·g的比电容值。良好的电化学性能源自于薄壳多层中空结构所具有的离子扩散和电子传输路径短、比表面积大、反应活性位点多的结构优势。在活性物质为粉末形式的电极材料中,活性物质颗粒间的电学接触也会对电极的电化学性能产生较大影响。为了有效改善活性物质相邻颗粒间的电学接触,优化短程电子传导路径,进一步提高CuCoS电极的性能,在中空结构基础上,通过溶剂调控的方式制备了一种具有特殊的中空海胆状的CuCoS的电极材料,空壳层表面的一维结构能为相邻颗粒之间提供更多的电学接触点。中空海胆状CuCoS电极在质量电流密度为1 A·g时具有1 069 F·g的比电容值,同时具有优异的循环稳定性和倍率性能。组装的中空海胆状CuCoS//活性炭非对称超级电容器最高能量密度达到49.8 Wh·kg。石墨烯复合结构可以为硫化物颗粒提供良好的分散性和长程的快速导电网络,进一步提高CuCoS电极的性能。通过表面修饰、静电吸附将中空海胆状CuCo前驱体与氧化石墨烯复合,并通过管式炉高温硫化处理在生成CuCoS的同时将氧化石墨烯还原为高导电性的石墨烯,制备出中空海胆状CuCoS/石墨烯复合电极材料。电化学测试结果表明,中空海胆状CuCoS/石墨烯复合电极材料在1 A·g的质量电流密度时具有1 270 F·g的比电容值,和单独的中空海胆状CuCoS电极相比具有更优异的导电性与循环稳定性。该复合结构电极与活性炭组装的非对称超级电容器具有56 Wh·kg的高能量密度,体现了其作为新一代高性能超级电容器电极材料的广阔前景。

关键词：超级电容器 CuCo2S4 中空结构复合电极材料石墨烯复合结构

微乳液法制备油溶性纳米金属铜及其在摩擦学中的应用

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微乳液法制备油溶性纳米金属铜及其在摩擦学中的应用

作者：蔡逸飞武汉工程大学

学位级别：硕士

纳米金属铜作为一种新型的润滑油添加剂材料，由于比传统的润滑添加剂具有更为优异的抗磨减摩性能、热氧化安定性和抗腐蚀等特性而被广泛应用在摩擦学领域，其制备及应用研究越来越受到人们的重视。本文综合胶体化学、界面化学和纳米技... 详细信息

纳米金属铜作为一种新型的润滑油添加剂材料，由于比传统的润滑添加剂具有更为优异的抗磨减摩性能、热氧化安定性和抗腐蚀等特性而被广泛应用在摩擦学领域，其制备及应用研究越来越受到人们的重视。本文综合胶体化学、界面化学和纳米技术，研究了在微乳液体系中还原制备纳米金属铜粒子的方法和工艺;考查了纳米铜在润滑油中的摩擦学性能;对纳米金属粒子在润滑油中的抗磨减摩机理提出了自己的见解，建立了以纳米粒子和表面修饰剂组成的微单元为核心的抗磨减摩模型。主要研究成果和结论： 1．借助微乳液体系中的“微反应器”成功制备出了粒径分布在20 nm左右、分散性良好的纳米铜颗粒。分别从表面活性剂的配比、反应顺序、反应物浓度、微乳液的分散方法及温度等方面，研究在该体系下制备纳米金属铜的适宜工艺条件。最终反应出了纳米铜润滑油添加剂16。 2．研究了纳米铜添加剂16的摩擦学性能。结果显示，按质量分数5％添加16配制成的复合纳米润滑油16／HL68、16／HL46分别比基础油HL68和HL46的P值提高了34.95％和23.47％;其摩擦系数分别下降了78.3％和53.8％;在高速重载条件下16／HL68还出现了负磨损现象。 3．提出了纳米铜粒子的两种可能的润滑机理：①纳米铜粒子不是单独分散在基础油中，而是被表面活性剂包裹着形成类似纳米“单元球”的形态分散在油中，这种具有弹性球体结构使得纳米颗粒既具有易错动的性质又具有较高的承载能力;②摩擦产生的局部高压高温使部分纳米金属铜以熔融状态附着在摩擦副表面，起到隔离作用从而减小摩擦磨损。

关键词：摩擦学润滑纳米铜微乳液

表面官能团和前过渡金属掺杂对Ti3C2 MXene材料储锂性能影响的密度泛函理论研究

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表面官能团和前过渡金属掺杂对Ti3C2 MXene材料储锂性能影响的密...

作者：蔡逸飞华南理工大学

学位级别：硕士

随着新能源和便携设备的兴起,企业和消费者急需一种安全,高效,轻便的储能装置。电极材料作为二次电池和超级电容器等常用储能设备的基础,是目前研究的重点。在种类繁多的电极材料中,MXene作为一种新型二维纳米材料,具有比表面积大,导电... 详细信息

随着新能源和便携设备的兴起,企业和消费者急需一种安全,高效,轻便的储能装置。电极材料作为二次电池和超级电容器等常用储能设备的基础,是目前研究的重点。在种类繁多的电极材料中,MXene作为一种新型二维纳米材料,具有比表面积大,导电性好,力学性能优良,结构可调控等优点,是目前最具潜力的替代电极材料之一。但MXene的性能高度依赖于其表面结构,受氢氟酸刻蚀合成工艺的影响,MXene表面化学环境复杂,物化性能和储能机理还有待进一步的探究。为了理解MXene表面结构对性能的影响,探究MXene的储锂机理,论证表面官能团调控和前过渡金属掺杂等改性手段对MXene的效用,本论文利用密度泛函理论,采用调整表面官能团的种类和分布以及掺杂前周期过渡金属等方法对TiC MXene进行改性,从锂原子吸附的稳定性,迁移的难易程度和理论储锂容量等方面系统地研究了表面结构对TiC MXene储锂性能的影响。并采用似导体屏蔽模型,系统地探究了溶剂效应对锂原子在MXene表面吸附和迁移的影响,为MXene材料的实验研究和改良提供了理论依据和参考。目前已经取得了一些理论研究成果,具体内容如下所述:(1)构建了TiC和6种表面平整且官能团单一的TiCT(T=C,N,O,F,S或OH)模型,系统地分析了以上7种MXene材料在锂原子吸附、迁移和储存方面的性能差异。7种材料都呈金属性且能吸附一定数量的锂原子,其中TiCO和TiCS的理论储锂容量分别超过471和413 m Ah g,并具有较低的迁移势垒,是6种官能化TiC中最有潜力的替代电极材料。(2)以TiCO和TiCS两种理论上最具潜力的官能化TiC为基础,构建了一系列具有不同官能团比例和分布的双官能团模型,从锂原子吸附、迁移和储锂容量的角度系统地探究了O和S两种官能团的协同效应对TiC材料电化学性能和储锂性能的影响。当材料表面官能团均匀分布且O:S=2:1时,锂原子在材料表面的势垒较低,且随着材料表面吸附的锂原子的增加,硫原子会嵌入锂原子层形成吸附中心,增强吸附的稳定性。(3)采用似导体屏蔽模型,系统地研究了溶剂对锂原子在单官能团和O,S双官能团材料表面吸附和迁移的影响。除TiC(OH)以外的TiC MXene材料在介电常数大于20的溶剂中通常都具有更好的性能。(4)以TiC,TiCO和TiCF三种在实验中最常见的MXene材料为基础,系统地研究了在真空和不同溶剂中,Sc,V,Cr,Mn,Y,Zr,Nb和Mo八种前过渡金属掺杂对锂原子在材料表面吸附的影响。从提升锂原子吸附稳定性的角度考虑,对于TiC和TiCO,最佳的掺杂金属元素是Cr;而对于TiCF,最佳的掺杂金属元素则为Mn。在三种材料中,TiCF对掺杂最敏感。锂原子在TiCF表面的Mn掺杂原子附近的吸附能为1.61e V,接近于锂原子在原始TiCF表面吸附能(0.82 eV)的两倍。

关键词： MXene 官能化掺杂密度泛函理论

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以密度为导向的条纹正则优化方法

计算机辅助设计与图形学学报 2015年第11期27卷 2087-2093页

作者：王海霞蔡逸飞蒋莉梁荣华浙江工业大学信息工程学院杭州310014

在光学干涉测量技术中,准确地实现条纹正则化是提取条纹图中的相位信息的前提.文中基于双重正交带通滤波器的正则优化法,提出了以条纹密度信息为质量评估标准来引导条纹正则化的优化方法,包含条纹图局部优化与整体优化两部分,是对双重... 详细信息

在光学干涉测量技术中,准确地实现条纹正则化是提取条纹图中的相位信息的前提.文中基于双重正交带通滤波器的正则优化法,提出了以条纹密度信息为质量评估标准来引导条纹正则化的优化方法,包含条纹图局部优化与整体优化两部分,是对双重正交带通滤波器的正则化方法的改进.首先以条纹背景强度和振幅具有的局部线性与连续性特征设计能量函数,并通过最小化能量函数获取背景强度和条纹振幅的值;然后根据高低密度区域条纹的分析,提出密度对正则化过程的导向作用以及局部优化的可行性.实验结果表明,以密度为导向的条纹正则优化法具有均方误差低、抗噪性高等优点;提出的条纹正则优化方法在操作上不需要对噪声严重的条纹图进行除噪预处理,对背景强度与振幅的线性与非线性变化可同时处理,具有较高的条纹处理效率和准确性,可应用于复杂的条纹图正则化处理.

关键词：图像处理密度导向条纹正则化光学干涉测量

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气动程序气控系统干扰信号处理研究

现代制造工程 2017年第9期 129-132页

作者：袁小会蔡逸飞武汉软件工程职业学院武汉430205 ALSTOM(武汉)工程技术有限公司武汉430205

针对复杂气动程序气控系统干扰信号消除困难,提出了干扰信号处理方案。通过全功能图判断干扰信号的类型,利用单向滚轮杠杆阀将复现长信号变为短信号,然后再将不同步序线上的复现信号与各步序线上处于发信状态的其他控制信号相"与",组合... 详细信息

针对复杂气动程序气控系统干扰信号消除困难,提出了干扰信号处理方案。通过全功能图判断干扰信号的类型,利用单向滚轮杠杆阀将复现长信号变为短信号,然后再将不同步序线上的复现信号与各步序线上处于发信状态的其他控制信号相"与",组合出不同的新信号来消除复现信号干扰;采用双压阀相"与"消除覆盖信号干扰。通过实验验证,提出的干扰信号消除方法确实可行。

关键词：气控系统干扰信号气动回路