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深空环境中基于云边端协同的任务卸载方法

计算机科学 2023年第2期50卷 80-88页

作者：尚玉叶袁家斌南京航空航天大学计算机科学与技术学院南京211106

深空探测是当今世界航天任务的重要领域,深空探测自主技术对未来进行大规模的深空探测具有重大意义。由于深空环境复杂且未知,通信时延长,星上计算资源有限,深空探测自主技术面临严峻挑战。针对此问题,提出了一种面向深空探测任务的数... 详细信息

深空探测是当今世界航天任务的重要领域,深空探测自主技术对未来进行大规模的深空探测具有重大意义。由于深空环境复杂且未知,通信时延长,星上计算资源有限,深空探测自主技术面临严峻挑战。针对此问题,提出了一种面向深空探测任务的数字孪生云边端协同框架,通过云边端协同的任务卸载,为深空探测自主技术提供更加高效的资源服务。首先将复杂深空探测任务分解为多个具有依赖关系的子模块,然后在虚拟空间层分别建立环绕器覆盖时间模型、协同计算模型和模块依赖模型,最后基于以上模型构建了相应的目标优化问题。优化目标是在模块依赖、环绕器的有效通信服务时间以及着陆巡视器发射功率控制约束条件下,最小化着陆巡视器完成深空探测任务的能耗和时间。为了解决该优化问题,提出了一种自适应遗传算法,以确定最优的执行策略交由物理空间层的着陆巡视器执行。仿真结果表明,所提出的自适应遗传算法可以有效减少任务完成时间和能耗。此外,将所提的云边端协同计算模式与另外3种计算模式进行了对比,结果表明,在完成相同目标的情况下,所提的云边端协同框架具有更高的资源利用率。

关键词：深空探测云边端协同自适应遗传算法数字孪生任务卸载任务依赖

基于视频多帧融合的医学超声图像超分辨率重建方法

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计算机科学 2023年第7期50卷 143-151页

作者：赵冉袁家斌范利利南京航空航天大学计算机科学与技术学院南京211106

医学超声成像是临床诊断中应用最广泛的成像方式之一。目前超声图像普遍存在分辨率和对比度较低的问题,并且成像过程易受噪声污染。图像超分辨率重建技术被广泛用于改善超声图像的质量。然而,已有的研究工作缺乏对超声视频帧之间互补信... 详细信息

医学超声成像是临床诊断中应用最广泛的成像方式之一。目前超声图像普遍存在分辨率和对比度较低的问题,并且成像过程易受噪声污染。图像超分辨率重建技术被广泛用于改善超声图像的质量。然而,已有的研究工作缺乏对超声视频帧之间互补信息的充分利用,因此效果并不理想。针对此问题,提出了一种基于视频多帧融合的医学超声图像超分辨率重建方法。首先,构建了一个基于卷积神经网络的无监督多帧融合模型,该模型通过对连续的多帧图像进行特征融合,得到具有丰富信息的融合特征图像;然后,建立一个基于无数据知识蒸馏的轻量级图像超分辨率重建模型,通过训练融合特征图像得到教师超分辨率网络,利用训练好的教师网络和生成对抗网络获取的训练数据得到轻量级学生超分网络,最终得到高质量的医学超声图像;最后,在大型超声数据集上进行实验,采用两种图像客观评价指标以及图像分类任务进行评估。结果表明,所提方法与8种已有的图像超分辨率重建方法相比,在提高超声图像分辨率的同时,获得了包含更多信息且具有更高对比度的超声图像。此外,所提方法得到的超分辨率图像在分类网络的识别准确率可达到97.30%,明显优于其他方法,可提高临床诊断效率与准确性。

关键词：医学超声图像多帧融合超分辨率重建无数据知识蒸馏卷积神经网络

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基于中文发音视觉特点的唇语识别方法研究

计算机工程与应用 2022年第4期58卷 157-162页

作者：何珊袁家斌陆要要南京航空航天大学计算机科学与技术学院南京211106 南京航空航天大学信息化处南京211106

随着深度学习的发展,唇语识别技术在英文方面取得了长足的进步,但针对中文无论是在数据集丰富性还是识别准确率上均存在一定的落差。通过分析中文发音的视觉特点,提出"视觉拼音",意图规避中文在视觉表达上的歧义性。为了验证视觉拼音的... 详细信息

随着深度学习的发展,唇语识别技术在英文方面取得了长足的进步,但针对中文无论是在数据集丰富性还是识别准确率上均存在一定的落差。通过分析中文发音的视觉特点,提出"视觉拼音",意图规避中文在视觉表达上的歧义性。为了验证视觉拼音的有效性,建立了中文句子级唇语识别模型CHSLR-VP。该模型是一个端到端结构,其中以视觉拼音为媒介,将视频帧序列转换成最终的汉字语句。通过实验得出,相比于其他唇语识别方法,基于视觉拼音建立的CHSLR-VP模型性能更优,证明了视觉拼音的参与可明显提高中文唇语识别的准确率,为将来的相关工作提供了基准。

关键词：唇语识别视觉拼音深度学习卷积神经网络(CNN) 序列到序列模型注意机制

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基于场景先验知识的室内人体行为识别方法

计算机科学 2022年第1期49卷 225-232页

作者：刘昕袁家斌王天星南京航空航天大学计算机科学与技术学院南京211106 南京航空航天大学信息化处(信息化技术中心) 南京211106

目前,室内人体行为识别技术被广泛应用于视频内容理解、居家养老、医疗护理等领域,现有研究方法更多的是对人体行为进行建模,忽略了视频中场景与人体行为间的联系。为了充分利用场景信息与室内人体运动的关联性,文中对基于场景先验知识... 详细信息

目前,室内人体行为识别技术被广泛应用于视频内容理解、居家养老、医疗护理等领域,现有研究方法更多的是对人体行为进行建模,忽略了视频中场景与人体行为间的联系。为了充分利用场景信息与室内人体运动的关联性,文中对基于场景先验知识的室内人体行为识别方法进行了研究,提出了一种基于场景先验知识的双流膨胀3D行为识别网络(Scene-Prior Know-ledge Inflated 3D ConvNet,SPI3D)。首先使用ResNet152网络提取场景特征进行场景分类,再基于场景分类的结果,引入量化后的场景先验知识,通过对权值进行约束来优化总体目标函数。另外,针对现有数据集多聚焦于人体行为特征、场景复杂且场景特征不明显的问题,自建了室内场景-行为识别数据集(Scene-Action DataBase,SADB)。实验结果表明,在SADB数据集上,SPI3D网络的识别准确率为87.9%,比直接利用I3D网络的识别准确率高6%。由此可见,引入场景先验知识后的室内人体行为识别模型具有更好的表现。

关键词：场景识别深度学习先验知识行为识别

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微型飞行器新型极化电磁驱动舵机的研究

南京航空航天大学学报 2004年第1期36卷 48-51页

作者：袁家斌刘闯南京航空航天大学自动化学院南京210016

介绍一种新型的可以应用于微型飞行器的极化电磁驱动舵机机构。该舵机机构使用混合励磁方式的电磁驱动器 ,具有体积小、结构简单可靠、响应快和效率高等特点。本文阐述了该系统的设计思想 ,建立了电磁驱动器的电磁模型 ,详细分析了电磁... 详细信息

介绍一种新型的可以应用于微型飞行器的极化电磁驱动舵机机构。该舵机机构使用混合励磁方式的电磁驱动器 ,具有体积小、结构简单可靠、响应快和效率高等特点。本文阐述了该系统的设计思想 ,建立了电磁驱动器的电磁模型 ,详细分析了电磁舵机的吸力和反力特性的关系 ,导出它的控制特性 ,试验分析表明

关键词：微型飞行器极化电磁驱动舵机 PWM 设计混合励磁式电磁驱动器

基于6LoWPAN的IPv6无线传感器网络

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南京理工大学学报 2010年第1期34卷 56-60页

作者：向浩李堃袁家斌北京科技大学信息工程学院北京100083 南京航空航天大学信息科学与技术学院江苏南京210016

IPv6不能直接构建于IEEE802.15.4网络上,为了实现IPv6 over IEEE802.15.4,该文对6LoWPAN的核心技术即适配层帧格式、适配层分片和重组、Mesh支持、报头压缩等进行了深入的研究,并结合TinyOS的系统特点,设计和实现了一个基于TinyOS 2.0的... 详细信息

IPv6不能直接构建于IEEE802.15.4网络上,为了实现IPv6 over IEEE802.15.4,该文对6LoWPAN的核心技术即适配层帧格式、适配层分片和重组、Mesh支持、报头压缩等进行了深入的研究,并结合TinyOS的系统特点,设计和实现了一个基于TinyOS 2.0的6LoWPAN无线传感器网络。阐述了该网络系统的设计方案,构建了测试环境,并对该系统的实现进行了测试分析。测试结果表明,该系统工作正常,能够实现WSN与外部IPv6环境直接交换数据的目标。

关键词：无线传感器网络 IPv6 IEEE802.15.4 6LoWPAN TinyOS 适配层报头压缩

一种基于脉冲神经网络的星体表面岩石检测算法

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计算机科学 2023年第1期50卷 98-104页

作者：马玮琦袁家斌查可可范利利南京航空航天大学计算机科学与技术学院南京211106

深空环境下对星体表面进行岩石障碍物检测是保障巡视器安全探测的重要前提。由于星载计算设备存储容量和数据处理能力受限,大规模复杂计算并不适用于遥远的深空环境;此外,传统的岩石检测算法存在复杂度较高、能耗过大等问题。因此,文中... 详细信息

深空环境下对星体表面进行岩石障碍物检测是保障巡视器安全探测的重要前提。由于星载计算设备存储容量和数据处理能力受限,大规模复杂计算并不适用于遥远的深空环境;此外,传统的岩石检测算法存在复杂度较高、能耗过大等问题。因此,文中提出了一种多分类语义分割算法Spiking-Unet,利用深度脉冲神经网络实现星体表面岩石的有效检测。首先针对星体表面岩石图像中存在的类不平衡问题,构建LovaszS_CE损失函数并训练Unet网络模型;其次,获取Unet网络模型参数,并通过参数归一化方法将其映射到Spiking-Unet网络;最后,使用基于脉冲发放频率的S-softmax函数实现岩石图像像素级分类。在公开数据集Artificial Lunar Landscape上对所提算法进行了实验,结果表明,Spiking-Unet与拓扑结构相同的Unet模型相比,在精度相近的情况下,Flops减少为原来的1/1000左右,能耗降低为原来的1/600左右。

关键词：深空探测脉冲神经网络岩石检测图像分割语义分割

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一种全新的基于置换密钥矩阵加密算法

南京航空航天大学学报 2005年第6期37卷 754-759页

作者：袁家斌叶峰南京航空航天大学信息科学与技术学院南京210016

介绍一种全新的基于置换密钥矩阵(RKM)的非线性多米诺查表加密算法。RKM算法以一个16×16阶置换矩阵为密钥,将分组明文以字节的方式通过置换矩阵查表得到密文;同时RKM加密算法还引入置换密钥矩阵横向和纵向特征因子以及多米诺查表,使其... 详细信息

介绍一种全新的基于置换密钥矩阵(RKM)的非线性多米诺查表加密算法。RKM算法以一个16×16阶置换矩阵为密钥,将分组明文以字节的方式通过置换矩阵查表得到密文;同时RKM加密算法还引入置换密钥矩阵横向和纵向特征因子以及多米诺查表,使其安全性得到进一步提高。

关键词：加密算法置换密钥矩阵多米诺查表分组密码

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AES加密算法的密钥搜索量子线路设计

西南交通大学学报 2010年第2期45卷 302-306,316页

作者：叶峰袁家斌南京航空航天大学信息科学与技术学院江苏南京210016

为验证量子搜索应用于分组密码密钥搜索的可行性,在分析AES算法计算流程和需要实现的计算模块的基础上,设计了一种AES算法密钥搜索的量子线路,包括密钥扩展KeyExpansion模块、量子加密模块和量子比较模块.其中,量子加密模块包含量子轮... 详细信息

为验证量子搜索应用于分组密码密钥搜索的可行性,在分析AES算法计算流程和需要实现的计算模块的基础上,设计了一种AES算法密钥搜索的量子线路,包括密钥扩展KeyExpansion模块、量子加密模块和量子比较模块.其中,量子加密模块包含量子轮密钥加AddRoundKey、量子字节代换SubBytes、量子行移位ShiftRows和量子列混淆MixColumns.为了使辅助比特能被后续计算重用,采用回退计算方法去除量子纠缠,在实现量子加密模块时根据4个子模块的不同计算任务采取相应的回退计算策略,以节省计算时间和量子存储空间.研究结果表明:将量子搜索算法应用于分组密码的密钥穷举搜索攻击以达到二次方加速是可行的.

关键词：量子线路设计密钥搜索 AES加密算法回退计算