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基于自监督学习的人体骨架动作识别方法研究

基于自监督学习的人体骨架动作识别方法研究

作者：杨怀港东莞理工学院

学位级别：硕士

人体动作识别作为当前计算机视觉领域内重要分支之一,在实际场景中应用十分广泛,主要包括视频监控、人机交互、体育运动分析等领域,具有重要的现实意义和广阔的探索空间。基于深度学习的人体动作识别主要以可见光数据和骨架序列作为输入... 详细信息

人体动作识别作为当前计算机视觉领域内重要分支之一,在实际场景中应用十分广泛,主要包括视频监控、人机交互、体育运动分析等领域,具有重要的现实意义和广阔的探索空间。基于深度学习的人体动作识别主要以可见光数据和骨架序列作为输入,模型识别效果会受到背景环境、光照变化、视角变化等噪声信息干扰。可见光数据包括有RGB视频和深度图序列,其中RGB视频具有丰富的颜色信息、纹理信息,但缺少三维场景信息;深度图序列包含了几何信息,但却丢失了颜色、纹理等外观特征,给精准化多样化的人体动作识别带来严峻挑战。随着传感器数据采集设备的普及和姿态估计算法的发展,人体骨架数据包含了更加丰富的体型结构和姿态信息,并且具有尺度不变性、较低计算成本优越性和数据隐私保护性,因此基于骨架序列的人体动作识别得到了广泛关注。由于基于有监督学习方法需要大量的带标签数据训练,在人工标注过程中由于动作相似性导致标记不确定性增大,甚至出现错误标记。在这种情况下,设计出一种有效的方法对未标注数据进行特征表示引起越来越多的关注。因此研究者们提出一种自监督学习的方法,以避免所带来过高的人工标注成本和减小过拟合风险。然而,基于自监督学习的方法存在预训练模型所提取到的特征信息很难利用,扩展到其他数据集和下游任务时模型的泛化能力受限等困难,如何提取具有区分度的高层次特征表示信息,是动作识别研究中一个亟待解决的重要问题。本文从动作的全局性、局部性和更细粒度的关节点级三个层面开展研究工作:1.从动作全局方面,针对三维骨架动作不同视角下会带有噪声或者不完整姿态,导致模型识别精度较低的问题。本文提出了一种基于多视角数据增强和三元组自监督学习的人体骨架动作识别方法。首先,对原始骨架序列使用欧拉旋转矩阵从不同视角上变换。其次,设计一种三元组架构进行预训练,包括有一个在线分支和两个目标分支网络,最小化三元组高层次特征之间的距离设计对比损失函数,实现样本间的分布互信息最大化。探索出了一种针对三维骨架从不同视角建模的有效性和高效性方法。2.从动作局部方面,针对细粒度动作在全局表示学习中本身具有挑战性,而在度量空间中的局部特征也存在相似性,导致模型获得的高层语义信息也极为类似的问题。本文设计出一种跨部分双向知识蒸馏自监督学习方法。在数据预处理阶段,通过对动作姿态进行骨架分割,将分离后的骨架序列组成上半身和下半身。在预训练阶段,根据上述两部分提出基于跨部分双向知识蒸馏的自监督学习框架,通过动作编码网络分别提取特征表示信息,这两部分高层表示特征被输入到跨部分流双向知识蒸馏模型中,并通过损失函数调整样本间的相似性信息。3.从骨架关节点方面,针对现有方法仅仅聚焦于骨架的空间信息或序列的时间跨度信息,而忽略了不同帧之间的关节点时序关联性的问题。本文提出了一种基于时空掩码数据增强的自监督对比学习方法。在关节点上使用随机掩码方式,对骨架时空拓扑图掩盖其中一部分的关节点,通过动作编码器提取剩余骨架的特征信息,并充分利用那一部分重要的局部序列,能够使模型学习到遮盖不变性,保证了原始序列的一致性,促使模型学习到更广义和更具区分度的特征表示。此外,为了获得显著性的识别特征信息,通过引入自注意力模块作为汇聚层,用于融合编码器输出特征的局部和全局时空信息。最后,提出了一个分布散度最小化损失函数以减少特征空间中的分布散度,挖掘更多的正样本,最大化样本间的相似度。

关键词：人体动作识别自监督学习对比学习人体骨架图卷积网络

基于DEM与MFBD双向耦合的反铲挖掘机工作装置分析

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机械设计与制造 2024年

作者：徐庆港林谢昭福州大学机械工程及自动化学院

为正确评价挖掘机工作装置在作业过程中的动态性能，需要准确模拟工作装置在挖掘过程中所受的载荷变化以及铲斗的装料过程。在RecurDyn中构建了工作装置的刚柔耦合模型，并与基于离散单元法的土壤模型进行双向协同仿真。结果表明，结合... 详细信息

为正确评价挖掘机工作装置在作业过程中的动态性能，需要准确模拟工作装置在挖掘过程中所受的载荷变化以及铲斗的装料过程。在RecurDyn中构建了工作装置的刚柔耦合模型，并与基于离散单元法的土壤模型进行双向协同仿真。结果表明，结合离散单元法的刚柔耦合仿真能提供更符合真实工况的动态变化数据，能正确地反应挖掘全过程中斗杆和动臂的强度/刚度的动态变化，避免了传统计算只取个别特征位姿的不足。仿真得到的挖掘阻力比传统解析解大约38%，所确定的工作装置危险姿态也与现国标中的构型略有差异。

关键词：挖掘阻力工作装置离散单元法刚柔耦合

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取自体肌腱重建ACL对下肢力线的影响

取自体肌腱重建ACL对下肢力线的影响

作者：冯港承德医学院

学位级别：硕士

目的:探讨膝关节镜下前交叉韧带(Anterior cruciate ligament,ACL)重建术中取自体肌腱(半腱肌、股薄肌)对下肢力线的影响,以及对保膝治疗前交叉韧带损伤合并膝内翻患者的展望。方法:收集2019年1月至2023年1月期间,在保定市第一中心医院... 详细信息

目的:探讨膝关节镜下前交叉韧带(Anterior cruciate ligament,ACL)重建术中取自体肌腱(半腱肌、股薄肌)对下肢力线的影响,以及对保膝治疗前交叉韧带损伤合并膝内翻患者的展望。方法:收集2019年1月至2023年1月期间,在保定市第一中心医院行取自体肌腱(半腱肌、股薄肌)重建前交叉韧带手术的39例(39膝)患者资料。其中男21例,女18例,平均年龄37.81±12.15岁。所有患者均行同一术式,移植物均是取自体股薄肌、半腱肌移植,重建ACL,均由本院高年资骨科医师完成。观察并测量的指标包括患者手术前和手术后的腿长(leg length,LL)、机械轴偏差(MAD,Mechanical axis deviation)、股骨远端外侧角(Lateral distal femoral angle,LDFA)、胫骨近端内侧角(Medial proximal tibial angle,MPTA)等指标。以Lysholm评分、2000-IKDC评分、KSS评分等评估膝关节功能。通过比较以上指标健侧和患侧的术前、术后的变化情况,来分析该术式对下肢力线、功能的改变情况,以P0.05),但在术后有增大趋势,平均增大1.23±2.53°,t=1.08,P=0.33。4.术前至术后再到术后1年左右随访时患者的膝关节功能指标(Lysholm评分、2000-IKDC评分、KSS评分)均显著改善(P值均<0.05),差异有统计学意义。结论:膝关节镜下前交叉韧带(ACL)重建术中取自体肌腱(半腱肌、股薄肌)对下肢全长、LDFA、MPTA等方面无显著改变,同时术后膝关节功能及稳定性显著改善,临床效果满意,预后效果可靠。术后MPTA可能增大,可能促使膝外翻的这一趋势将给ACL损伤伴有膝内翻患者的治疗带来新的治疗思路和展望。

关键词：前交叉韧带重建术自体腘绳肌腱移植下肢力线股骨远端外侧角胫骨近端内侧角

基于六维细胞神经网络的混沌系统设计及应用研究

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基于六维细胞神经网络的混沌系统设计及应用研究

作者：解庆港西北师范大学

学位级别：硕士

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高精度转台测角误差分析与补偿研究

高精度转台测角误差分析与补偿研究

作者：冉港重庆理工大学

学位级别：硕士

转台在航空航天、武器系统、工业机器人和精密机床等领域起着至关重要的作用,转台的测角精度是转台最重要的性能指标之一,该性能指标的优劣直接影响着转台应用的领域。但是由于设计、制造、装配等多方面因素的影响,转台在运行过程中存... 详细信息

转台在航空航天、武器系统、工业机器人和精密机床等领域起着至关重要的作用,转台的测角精度是转台最重要的性能指标之一,该性能指标的优劣直接影响着转台应用的领域。但是由于设计、制造、装配等多方面因素的影响,转台在运行过程中存在着偏心、偏角等误差,这些误差影响着转台的测角精度。为了提高转台的精度,除了在设计制造以及装配过程中提高技术水平,从源头减小误差,常用的方法是对转台的误差进行分析,通过建立误差模型补偿转台的误差,从而提高转台的精度。转台精度达到一定水准后,限于生产力发展水平,从设计制造方面提高转台精度的效果不太明显。而利用误差模型补偿转台精度的方法,就具有性价比高的特点,而且补偿效果也比较可观。所以本文使用建立误差模型补偿转台精度的方法来提高转台的精度,本文的主要研究内容可以分为以下几个方面:(1)本文从转台的误差分析入手,分析了导致转台误差的原因,包括传感器带来的误差、转台自身结构带来的误差以及其它环境因素带来的误差。并且利用有限元仿真对本课题的转台进行了静力学和模态分析,验证了结构设计的合理性,分析了转台在最大载重时可能存在的误差来源。以及利用多体系统理论分析了多面棱体安装带来的转台测量误差。(2)根据分析得到的转台误差的规律,分别对比归纳了随机误差、粗大误差和系统误差的几种处理方法。主要针对系统误差用傅里叶谐波拟合法与最小二乘法结合的方法建立了数学模型,提出一种自动分段拟合的方法。为了验证两种数学模型的拟合效果,利用光学自准直仪测量转台测角系统的误差,数据采集系统的硬件与软件设计都运用了模块化设计的思想,该部分介绍了各个模块的设计方案。(3)最后通过误差补偿实验验证误差模型的补偿效果,并且根据转台误差圆封闭的特点利用两步法分离转台的角度误差,分离出来的转台原始误差最大值为31″,将分离出来的误差用两种拟合方法拟合误差曲线,通过对比两种拟合方法的实验效果,得出了自动分段拟合法更适合对本课题转台测角误差进行拟合的结论,利用自动分段拟合法对转台测角误差进行补偿,补偿后的转台最大误差值为2.4″,实现了转台精度的提高。

关键词：高精度转台误差分析误差补偿时栅传感器

基于深度学习的孤独症脑电分析系统的设计与实现

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基于深度学习的孤独症脑电分析系统的设计与实现

作者：陈德港北京邮电大学

学位级别：硕士

曲柄-滑道-弹齿滚筒式花生捡拾机构设计与参数优化

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农业工程学报 2024年第4期40卷 62-71页

作者：许涛刘志侠高连兴梁港平辽宁石油化工大学机械工程学院抚顺113001 沈阳农业大学工程学院沈阳110866 吉林农业大学工程技术学院长春130118

为进一步解决花生捡拾过程植株漏捡、掉果损失等问题,该研究在分析捡拾过程中曲柄-滑道式弹齿滚筒捡拾机构弹齿摆动、花生植株运动规律基础上,建立凸轮理论滑道,运用目标函数法对机构进行了优化设计。以弹齿在地面铲拾距离最大和护板半... 详细信息

为进一步解决花生捡拾过程植株漏捡、掉果损失等问题,该研究在分析捡拾过程中曲柄-滑道式弹齿滚筒捡拾机构弹齿摆动、花生植株运动规律基础上,建立凸轮理论滑道,运用目标函数法对机构进行了优化设计。以弹齿在地面铲拾距离最大和护板半径最小为目标函数,采用非支配排序遗传算法对捡拾机构参数中的弹齿铲拾段初始安装角、弹齿捡拾长度、曲柄夹角、滚筒半径、上护板倾角、弹齿长度进行了优化求解。利用ADAMS软件建立了机构模型并进行了仿真分析,获得弹齿摆角和齿端运动轨迹仿真曲线,验证了机构参数的正确性和可行性。通过对比仿真分析,较优化前弹齿捡拾长度增大至135 mm、护板直径减小至159 mm,铲拾面积增加近30%。制作样机并进行田间试验,获得捡拾装置最优工作参数为:前进速度为48.0 m/min,转速为45 r/min,弹齿入土深度为17 mm。在花生植株含水率15%~17%的两段收获条件下,花生植株捡拾率为99.1%,掉果损失率为1.85%。研究结果可为两段式花生捡拾收获机捡拾装置的研究提供参考。

关键词：农业机械优化花生弹齿滚筒式捡拾装置凸轮滑道设计目标函数法

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结合桥梁难分样本优化的大清河流域水坝遥感检测

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自然资源遥感 2024年

作者：郭勇张琳翔许泽宇蔡中祥中国科学院空天信息创新研究院国家遥感应用工程技术研究中心信息工程大学地理空间信息学院

水坝的检测对于城市规划、生态环境评估等有着重要意义。目前基于遥感的水坝检测研究主要是基于样本集的算法改进或在小区域上的检测，缺乏在大尺度地学区域的实践应用。而在大区域中，水坝分布稀疏，地表存在更多的桥梁等地物会对水坝... 详细信息

水坝的检测对于城市规划、生态环境评估等有着重要意义。目前基于遥感的水坝检测研究主要是基于样本集的算法改进或在小区域上的检测，缺乏在大尺度地学区域的实践应用。而在大区域中，水坝分布稀疏，地表存在更多的桥梁等地物会对水坝的检测形成显著干扰。为应对这一问题，该文以大清河流域为例，研究大尺度区域内的水坝遥感检测。该文研究主要分为两个阶段，第一阶段是将容易与水坝混淆的桥梁作为难分负样本(即容易产生假阳性的样本)参加训练，基于DIOR公开数据集改进适合于水坝提取的神经网络结构；第二阶段是基于优化后的网络以及大区域多源样本数据进行微调训练获取模型，并实现大清河区域的水坝检测。优化后的模型模型在第一阶段测试得到了78.3%的水坝检测精度，在第二阶段大清河流域检测得到了330处水坝，其结果与现有公开的水坝空间分布数据集GRandD相符，且更为详细。结果表明，结合桥梁样本优化训练后的模型可以有效避免对桥梁的误提取，从而提高检测精度。

关键词：水坝难分负样本大清河流域 CenterNet网络目标检测

全局性DNA去甲基化参与男性减数分裂重组调控

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科学通报 2024年第4期69卷 476-478页

作者：陈军薛盛恩赵小阳常港深圳大学医学部深圳518060 南方医科大学基础医学院广州510515

精子发生是一个复杂的发育过程,基因突变或表观遗传变异对精子发生功能的破坏可导致男性不育[1~3].在精子发生过程中,减数分裂是生殖细胞获得遗传多样性的关键,其中涉及一系列重要事件,包括前细线期精母细胞中DNA的复制、细线期中DNA双... 详细信息

精子发生是一个复杂的发育过程,基因突变或表观遗传变异对精子发生功能的破坏可导致男性不育[1~3].在精子发生过程中,减数分裂是生殖细胞获得遗传多样性的关键,其中涉及一系列重要事件,包括前细线期精母细胞中DNA的复制、细线期中DNA双链断裂(DSBs)的形成、合子期及粗线期中发生的减数分裂重组,以及联会复合体在双线期的解离[2,4,5].随着单细胞测序技术在生殖发育领域的应用,先前的研究已初步绘制了人类精子发生过程的基因转录图谱[6~8].

关键词：男性不育联会复合体基因突变精子发生生殖发育减数分裂精母细胞细线期

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