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作者：许桢杰江苏大学

学位级别：硕士

婴儿心率是评价婴儿健康状况的重要指标,婴儿心率监测是婴儿监护的重要项目之一。多种原因可导致婴儿心率的变化,如发烧,排尿、排便,间歇性窒息,感染性疾病(如肺炎,呼吸道感染,腹泻,电解质紊乱等),器质性心脏病(如病毒性心肌炎,先天性... 详细信息

婴儿心率是评价婴儿健康状况的重要指标,婴儿心率监测是婴儿监护的重要项目之一。多种原因可导致婴儿心率的变化,如发烧,排尿、排便,间歇性窒息,感染性疾病(如肺炎,呼吸道感染,腹泻,电解质紊乱等),器质性心脏病(如病毒性心肌炎,先天性心脏病),甲状腺功能低下,颅内压升高,败血症等。因此视需要可间断性或连续性对婴儿心率进行实时监测,以及时了解婴儿心率信息,尽早发现上述不良症状,起到预警作用。目前对婴儿心率的监测多采用接触式测量方法,如心电监测仪、脉搏血氧仪、智能手环等,接触式心率监测要求被测者与设备间有特定的物理接触,使用较为繁琐、不便,且婴儿皮肤娇嫩未发育成熟,长期使用接触式心率监测设备会造成皮肤损伤,产生身体不适,给婴儿带来生理负担。非接触式心率监测不需要各类传感器及连接线与身体接触,具有无创、便捷、舒适监测等优点,但现有非接触式心率监测技术尚未成熟,心率监测的精确性和对面部表情变化及光照变化的鲁棒性差,未能达到日常使用的要求。由于现有非接触式心率监测方法多采用单个固定敏感区域进行脉搏波的提取,且要求被测者保持头部静止,对于婴儿来说,因婴儿头部存在不可控的动作及面部表情变化,导致现有非接触式心率监测方法用于婴儿心率监测时存在精确性差,对头部动作及面部表情变化抗干扰能力弱的问题。另外,现有非接触式心率监测大多未考虑监测过程中环境光变化引起的干扰,当外界光照存在变化时,易对监测结果产生干扰,影响心率监测的精确性。针对上述问题,本文引入联合面部检测与对齐方法,以能够在婴儿存在头部动作与面部表情变化时仍能快速、鲁棒地提供精确的面部特征点,从而削弱因婴儿头部动作与面部表情变化引起的跟踪伪影;提出一种非固定敏感区域(局部块)的自适应选择方法,以能够对婴儿哭笑等面部表情变化自适应地选择确定仅含皮肤区域且监测过程中受面部表情变化影响较小的尺寸稳定的局部块,从而提高心率监测对婴儿头部动作与面部表情变化的鲁棒性;提出一种改进的反射光强模型,通过引入背景区域的反射光强模型,将前景与背景区域信号作比值处理来消除模型中随时间变化的光照强度项,从而削弱环境光变化带来的干扰,以提高婴儿心率监测对环境光变化的鲁棒性。本文首先从接触式和非接触式两类方法综述现有婴儿心率监测的方法与设备,并从头部动作与面部表情变化干扰和光照变化干扰两方面来详细阐述非接触式心率监测的研究现状;接着,从理论基础、工作原理、实现条件三个方面对成像式光电容积描记法进行理论分析,为下文脉搏波信号的提取奠定基础;然后,为削弱因婴儿头部动作与面部表情变化引起的跟踪伪影,提出使用一种联合面部检测与对齐方法,以能够在婴儿存在较大头部动作与面部表情变化时快速、鲁棒地提供精确的面部特征点;其次,基于上述所得面部特征点,提出一种自适应选择非固定大小局部块的方法,通过朴素贝叶斯模型构建皮肤概率图(SPM),以滤除非皮肤局部块,并通过局部块的箱型图计算四分位距,以此对婴儿哭笑等面部表情变化自适应地选择确定仅含皮肤区域且监测过程中受面部表情变化影响较小的尺寸稳定的局部块,有效地改善了脉搏波信号信噪比,从而提高了心率监测对婴儿头部动作与面部表情变化的鲁棒性;此外,为消除光照变化引起的干扰,推导出一种改进的反射光强模型,通过引入背景区域的反射光强模型,将前景与背景区域信号作比值处理来消除模型中随时间变化的光照强度项,从而消除环境光变化带来的干扰,以提高婴儿心率实时监测对环境光变化的鲁棒性;最后,根据婴儿心率实时监测系统的要求,构建系统软硬件平台,通过网络监控摄像头+PC上位机开发本系统,以Visual C++为开发环境和调试工具开发上位机人机交互界面,并结合OpenCV与Matlab完成本文算法的实现,并基于该系统,与现有采用单个固定敏感区域的常规方法进行对比实验,实验结果表明了本文方法具有更高的精确性和更好的鲁棒性。此外,本系统利用摄像头自带的红外自主光源,结合本文算法可实现日间和夜间多场景下的婴儿心率实时监测,且后期该系统软件平台可从PC端移植到手机端,开发手机APP实现相应功能,增加用户使用的便利性。本文研究的非接触式婴儿心率自适应鲁棒实时监测方法对婴儿头部动作与面部表情变化及光照变化干扰具有较好的精确性和鲁棒性,即使在婴儿有较大头部动作与面部表情变化时,甚至在环境光有显著变化的实际场景下,本文方法仍能进行精确且鲁棒的心率监测,为家庭婴儿监护及医疗病患监护提供了切实可行的新思路,为非接触式婴儿心率监测的广泛应用奠定了基础,具有较高的学术价值与实际应用价值。

关键词：面部检测与对齐非接触心率监测光电容积描记自适应局部块选择反射光强模型

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一种基于区域分割的直方图均衡算法

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红外技术 2022年第6期44卷 587-592页

作者：朱家乙杨宏双何伟王伟男沙怡中黄晓江许桢杰江苏北方湖光光电有限公司江苏无锡214000 北京富吉瑞光电科技股份有限公司北京顺义101300

红外原始图像对比度低,动态范围高,而且不同场景信号动态范围不一样,为了得到更好的图像效果,需要对红外图像原始数据进行灰度变换。本文针对全局直方图均衡增强算法的不足,提出了一种基于区域分割的直方图均衡增强方法。通过将图像分... 详细信息

红外原始图像对比度低,动态范围高,而且不同场景信号动态范围不一样,为了得到更好的图像效果,需要对红外图像原始数据进行灰度变换。本文针对全局直方图均衡增强算法的不足,提出了一种基于区域分割的直方图均衡增强方法。通过将图像分割成多个区域,每个区域分别做直方图均衡,然后通过线性插值对图像做像素重构,有效地改善了红外热成像系统的图像质量,对比度和图像细节信息得到很大的增强。该算法易于在FPGA中实现,且取得了较好的效果。

关键词：红外图像直方图均衡灰度变换 FPGA

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基于面部图像的非接触式婴儿心率监测

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软件导刊 2019年第10期18卷 12-18,26页

作者：许桢杰高国琴方志明江苏大学电气信息工程学院

为实现便捷、可靠的日常婴儿心率实时监测,提出一种基于面部图像的非接触式婴儿心率实时监测方法。首先引入欧拉视频放大技术,对一定时间间隔内视频的每一帧图像进行颜色增强处理,从而改善婴儿面部颜色变化微弱、所含心率信息不明显的问... 详细信息

为实现便捷、可靠的日常婴儿心率实时监测,提出一种基于面部图像的非接触式婴儿心率实时监测方法。首先引入欧拉视频放大技术,对一定时间间隔内视频的每一帧图像进行颜色增强处理,从而改善婴儿面部颜色变化微弱、所含心率信息不明显的问题;然后,通过Adaboost算法从每一视频帧中识别出婴儿面部,并从婴儿面部选取脸颊区域作为敏感区域以提取脉搏波信号,以此为基础提出一种改进的反射光强模型,抑制日间因环境光变化引起的干扰以及运动噪声干扰,提高脉搏波信号信噪比;此外采用摄像头的红外自主光源,通过一种基于相空间重构的单通道独立成分分析法分离夜间脉搏波信号的运动噪声,解决因夜间光照条件差引起的婴儿心率监测困难的问题;最后开发整个系统上位机应用程序,并通过实验验证该方法正确性和有效性。

关键词：面部识别心率监测光电容积描记反射光强模型运动噪声光照变化干扰

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紫外光活化亚硫酸盐降解水中卡马西平

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环境科学 2024年第3期45卷 1553-1560页

作者：林涛苑宇杰河海大学环境学院南京210098

研究了紫外光活化亚硫酸盐高级氧化工艺降解水中典型新污染物——卡马西平(CBZ)的效能和降解机制.探究了不同溶解氧浓度[ρ(DO)]对紫外光活化亚硫酸盐降解CBZ的影响,并在模拟自然水体环境控制初始ρ(DO)为(8.0±0.2) mg·L^(-1)条件下,... 详细信息

研究了紫外光活化亚硫酸盐高级氧化工艺降解水中典型新污染物——卡马西平(CBZ)的效能和降解机制.探究了不同溶解氧浓度[ρ(DO)]对紫外光活化亚硫酸盐降解CBZ的影响,并在模拟自然水体环境控制初始ρ(DO)为(8.0±0.2) mg·L^(-1)条件下,考察了不同工艺参数(亚硫酸盐投加量、反应pH)与水环境要素(碳酸氢根离子、氯离子、腐殖酸)对CBZ降解效能的影响.结果表明,紫外光活化亚硫酸盐工艺可在30 min内降解85.3%的CBZ,降解过程遵循拟一级动力学,动力学常数为0.055 7 min^(-1).并采用电子顺磁共振波谱技术、活性物质淬灭实验和竞争反应动力学实验发现,CBZ的降解主要来自紫外光活化亚硫酸盐工艺中硫酸根自由基(SO_(4)^(-)·)与羟基自由基(·OH)等活性物质,且降解贡献率分别为43.9%和56.1%.而且CBZ降解率随HCO_(3)^(-)浓度升高而降低,但Cl-浓度变化对CBZ降解率影响不大,水中存在的腐殖酸可显著抑制CBZ的降解.反应过程中硫酸盐的积累量显著低于《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2022)限值,且亚硫酸盐消耗速率(0.004 4 min^(-1))显著低于CBZ的降解速率,说明亚硫酸盐可被紫外光高效活化用于降解水中存在的CBZ.

关键词：紫外光亚硫酸盐卡马西平活性物质降解

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基于轻量化特征选择的镜片多尺度缺陷检测系统研究

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计量学报 2024年第6期45卷 786-794页

作者：许桢英杨钰峂雷英俊王匀武子乾韩丽玲江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

为解决对镜片缺陷识别和定位困难的问题,设计了一种基于轻量化特征选择(LFSN)的镜片多尺度缺陷检测系统。首先通过四步相移栅格光成像系统采集缺陷图像,基于傅里叶变换对图像进行融合以提高图像质量;然后,LFSN使用自动特征层选择结构,... 详细信息

为解决对镜片缺陷识别和定位困难的问题,设计了一种基于轻量化特征选择(LFSN)的镜片多尺度缺陷检测系统。首先通过四步相移栅格光成像系统采集缺陷图像,基于傅里叶变换对图像进行融合以提高图像质量;然后,LFSN使用自动特征层选择结构,在训练过程中计算无锚框分支损失,获得最优特征层信息,更新参数,从而优化模型对不同缺陷大小信息的学习能力;还使用了深度分离可变卷积,通过双线性插值增加像素点在平面的偏移量,从而提升模型对缺陷形貌的主动学习能力,并一定程度减少模型训练参数量,降低检测时间,同时优化回归定位损失明确各阶段训练任务,利用一次惩罚项指导前期预测框中心距离回归;利用归一化二次项,指导后期预测框大小比例回归,使预测框更接近真实值;最后,通过实验采集镜片缺陷图像,并构建数据集进行对比实验。实验结果表明:识别和定位镜片的缺陷的准确率为96.3%,单幅检测时间为24.9 ms。为了解决现有图像采集、处理和识别方法对镜片缺陷识别和定位困难的问题,设计了一种基于轻量化特征选择(LFSN)的镜片多尺度缺陷检测系统。首先,通过设计四步相移栅格光成像系统采集缺陷图像,并基于傅里叶变换对图像进行融合以提高图像质量;然后,LFSN使用自动特征层选择结构,在训练过程中计算无锚框分支损失,获得最优特征层信息,更新参数,从而优化模型对不同缺陷大小信息的学习能力;该系统还使用了深度分离可变卷积,通过双线性插值增加像素点在平面的偏移量,从而提升模型对缺陷形貌的主动学习能力,并一定程度减少模型训练参数量,降低检测时间,同时优化回归定位损失明确各阶段训练任务,利用一次惩罚项指导前期预测框中心距离回归;利用归一化二次项,指导后期预测框大小比例回归,使预测框更接近真实值;最后,通过实验采集镜片缺陷图像,并构建数据集进行对比实验。实验结果表明:该检测系统识别和定位镜片的划痕、麻点、水印以及毛絮缺陷的准确率为96.3%,单幅检测时间为24.9 ms;基于同样的缺陷数据集,该研究缺陷识别算法和定位算法及现有方法在检测速度相当的同时,精度提升了7%。

关键词：光学计量镜片缺陷检测栅格光成像轻量化特征选择混合交并比

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基于长脉冲热激励的红外序列图像处理方法

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光学学报 2024年第8期44卷 63-73页

作者：魏延杰肖瑶石家庄铁道大学工程力学系河北石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043

针对长脉冲热波激励后采集到的红外原始热图中缺陷对比度低、缺陷边缘模糊等问题,本文提出了一种基于傅里叶变换、频域相位积分和保边滤波的红外序列图像处理方法,该算法首先对冷却时间段内采集到的红外原始热图进行消背景处理,再利用... 详细信息

针对长脉冲热波激励后采集到的红外原始热图中缺陷对比度低、缺陷边缘模糊等问题,本文提出了一种基于傅里叶变换、频域相位积分和保边滤波的红外序列图像处理方法,该算法首先对冷却时间段内采集到的红外原始热图进行消背景处理,再利用傅里叶变换将试样表面的红外辐射信息转化为相位信息,频域相位积分处理可以将不同频率下缺陷的相位信息整合至一幅相位积分图中,最后通过保边滤波器及自适应伽马变换对积分图像进行增强和量化。该算法克服了传统方法需要人工从多张频率或成分图中甄别出最优检测结果的缺点,并且可以消除加热不均匀的影响,改善缺陷的可视化。试验结果从定性和定量两个角度验证评估了该算法的有效性,并讨论了采集参数的影响。

关键词：长脉冲热像法傅里叶变换相位增强复合材料

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各向异性界面动力学对深胞晶生长形态稳定性的影响

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物理学报 2024年第11期73卷 325-335页

作者：孙思杰蒋晗桂林电子科技大学数学与计算科学学院桂林541004

本文采用匹配渐近法和多重变量法,基于深胞晶生长的定常解,在考虑了各向异性界面动力学后,导出胞晶界面扰动振幅变化率满足的色散关系式及界面形态满足的量子化条件,研究在各向异性界面动力学的影响下定向凝固过程中深胞晶生长界面形态... 详细信息

本文采用匹配渐近法和多重变量法,基于深胞晶生长的定常解,在考虑了各向异性界面动力学后,导出胞晶界面扰动振幅变化率满足的色散关系式及界面形态满足的量子化条件,研究在各向异性界面动力学的影响下定向凝固过程中深胞晶生长界面形态的稳定性.结果表明,考虑了各向异性界面动力学的深胞晶体生长的定向凝固系统包含两种整体不稳定机制:整体振荡不稳定机制和低频不稳定机制.通过稳定性分析发现,低阶近似下各向异性界面动力学对整体振荡不稳定机制有着显著影响,随着各向异性界面动力学参数的增大,中性模式产生强振荡的枝晶结构的整体振荡不稳定区域减小.同时,界面动力学各向异性参数对系统整体波动不稳定性的影响随着界面动力学参数的增大而增大.

关键词：深胞晶生长界面动力学稳定性

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基于边缘引导的纺织品纹样数字化修复方法

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纺织学报 2024年第2期45卷 101-111页

作者：张婧辛斌杰袁智杰许颖琦上海工程技术大学纺织服装学院上海201620

针对破损纺织品文物人工修复周期长、易造成二次破坏等问题,提出一种用改进的Criminisi算法修复破损传统纺织品纹样的数字化方法。该算法通过对缺失边缘进行重构还原纺织品纹样的结构,用于引导进一步的纹理修复。首先使用线性或二阶贝... 详细信息

针对破损纺织品文物人工修复周期长、易造成二次破坏等问题,提出一种用改进的Criminisi算法修复破损传统纺织品纹样的数字化方法。该算法通过对缺失边缘进行重构还原纺织品纹样的结构,用于引导进一步的纹理修复。首先使用线性或二阶贝塞尔曲线拟合缺失边缘,以恢复结构;然后利用多分辨率图像中的结构信息计算更有效的优先权,确定当前待修复块;再在多分辨率图像中根据颜色、梯度和边界特征计算多个候选匹配块,从中选择最佳匹配块以减少选择过程中的随机性;最后通过分割复制的最佳匹配块进行填补,以减少对已知信息区域的覆盖,迭代完成全部破损区域的修复。实验结果表明,本文算法对存在较多结构破坏的真实纺织品彩色图像可快速实现较为自然的修复效果。

关键词：纺织品文物修复图像修复多分辨率图像结构信息

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基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 245-257页

作者：程继杰刘毅中国矿业大学(北京)人工智能学院北京100083

冲击地压和煤与瓦斯突出容易造成煤矿重特大事故。针对目前煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故发生主要靠人工发现,结合灾害造成不同于正常工况下采掘工作面和巷道空间的颜色和深度特征,提出了一种基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突... 详细信息

冲击地压和煤与瓦斯突出容易造成煤矿重特大事故。针对目前煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故发生主要靠人工发现,结合灾害造成不同于正常工况下采掘工作面和巷道空间的颜色和深度特征,提出了一种基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法:在煤矿井下巷道顶板、巷帮靠近顶板以及采掘工作面液压支架顶部或靠近顶部等位置多点布置带有补光灯的彩色双目摄像机,实时采集采掘工作面和巷道空间彩色图像和深度图像;以煤矿井下与灾害抛出煤岩有着鲜明颜色差别的生产设备作为背景,监测识别是否出现彩色图像颜色发生较大变化;如果掘进巷道端头、巷道中间、巷道入口,或回采工作面,或进风巷道入口、巷道中间,或回风巷道入口、巷道中间,或主运输、辅助运输大巷等位置彩色双目摄像机监测到图像颜色发生较大变化,则监测彩色图像平均亮度是否小于设定的亮度阈值;如果平均亮度小于设定的亮度阈值,则以与灾害抛出煤岩有鲜明颜色差别的生产设备为背景,监测深度图像是否发生较大变化;如果深度图像发生较大变化,那么监测导致深度图像发生较大变化物体的移动速度是否大于设定的速度阈值(v>13 m/s);当移动速度大于设定速度阈值时,利用多点布置的甲烷传感器监测监视区域内甲烷浓度,当采煤工作面、掘进工作面、进风巷道、回风巷道、总回风巷道等多个不同地点均监测到甲烷浓度大幅升高或达到报警值,那么进行煤与瓦斯突出报警,反之,则进行冲击地压报警。提出了彩色双目摄像机感知灾害最佳倾角的确定方法,以及导致深度图像发生较大变化物体移动速度的确定方法。在确保安全性的前提下,简化了灾害模拟试验,设计了一套煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出颜色和深度特征模拟试验装置:采用与煤岩颜色和比重相近的10 mm橡胶球替代灾害抛出煤岩;利用直径315 mmPVC管模拟煤矿井下巷道受限空间以及与抛出煤岩有着鲜明颜色差异的背景设备;利用轴流式高压鼓风机作为动力装置,进行模拟冲击地压和煤与瓦斯突出发生时大量煤岩抛出造成的采掘工作面和巷道空间颜色和深度异常特征;利用3.4 mm焦距、30FPS、71°×55°视场角的彩色双目摄像机,完成对整个灾害模拟过程的监视与彩色双目图像采集。研究分析表明,提出的方法可识别出灾害发生时颜色和深度特征,验证了基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法的可行性与有效性。

关键词：冲击地压煤与瓦斯突出颜色特征深度特征速度特征图像识别

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空间耦合低密度奇偶校验码残差滑窗译码算法

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电子与信息学报 2024年第3期46卷 867-874页

作者：周华李子杰南京信息工程大学电子与信息工程学院南京210044

针对空间耦合低密度奇偶校验(SC-LDPC)码滑窗译码(SWD)算法中错误传播导致的高误码率问题,该文提出基于动态残差的滑窗译码(RSWD)算法。通过在窗口内计算边信息更新前后的残差值,动态选择可靠度最低(残差值最大)的边信息优先更新,降低... 详细信息

针对空间耦合低密度奇偶校验(SC-LDPC)码滑窗译码(SWD)算法中错误传播导致的高误码率问题,该文提出基于动态残差的滑窗译码(RSWD)算法。通过在窗口内计算边信息更新前后的残差值,动态选择可靠度最低(残差值最大)的边信息优先更新,降低边信息无效更新的频率,提高窗内译码收敛速度。仿真结果表明:相比于传统SWD算法,RSWD算法在窗口中各位置的误比特数明显降低,抑制错误传播效果明显;在高信噪比(SNR)区域或者低迭代次数的情况下,RSWD算法的误码率性能优于SWD算法;此外,将动态残差应用到消息复用(MR)和窗口扩展(WE)两种窗译码算法中,亦能得到类似结论,提升窗译码性能。

关键词：空间耦合低密度奇偶校验码错误传播滑窗译码残差算法

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