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基于小波和动态互补滤波的图像与事件融合方法

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工程科学学报 2024年第11期46卷 2076-2084页

作者：王瑞琳王立贺盈波北京控制工程研究所北京100190

本文探讨了事件相机和传统帧相机数据的融合,引入了一种旨在增强复杂光照条件下成像质量的新型融合方法.事件相机作为创新性视觉传感器的代表,以其高时域分辨率和极低功耗受到广泛关注.然而,事件相机产生的数据往往存在噪声和特征丢失... 详细信息

本文探讨了事件相机和传统帧相机数据的融合,引入了一种旨在增强复杂光照条件下成像质量的新型融合方法.事件相机作为创新性视觉传感器的代表,以其高时域分辨率和极低功耗受到广泛关注.然而,事件相机产生的数据往往存在噪声和特征丢失等问题.相反,传统帧相机具有较高的空间分辨率,但在捕捉涉及快速运动或包含广泛动态范围场景时表现不佳.基于此,本文引入了一种创新方法,将离散小波变换与动态增益互补滤波相结合,有效地融合图像和事件数据.该方法首先通过计算图像的信息熵评估曝光水平.然后,采用离散小波变换来从事件数据和帧图像数据中分离高频和低频细节.随后,该方法应用动态增益互补滤波器来实现图像和事件数据的融合.该方法的核心在于其能够自适应地平衡每种数据源的贡献,从而确保在不同条件下实现最佳的图像重建质量.通过利用事件相机的高频时域信息和帧相机的高分辨率空间信息,该方法旨在克服每种传感器固有的局限性.这种融合不仅可以减轻事件相机数据中遇到的噪声和特征丢失,还可以解决帧相机在捕捉高速运动和具有明显亮度变化的场景时的缺点.该融合方法的有效性已经在HDR Hybrid Event-Frame数据集上进行了测试,该数据集具有高动态范围和复杂光照环境的真实场景.实验结果展示了该方法在提高图像质量方面实现的改进.与传统图像重建方法相比,本文方法在几个关键指标上表现出色:均方误差为0.0199,结构相似性指数为0.90,Q-score为6.07.这些结果不仅验证了所提出的融合方法在改善在挑战性条件下成像质量方面的有效性,还凸显了整合不同类型视觉数据以实现更优重建结果的潜力.

关键词：小波变换互补滤波图像与事件融合图像重建事件相机

高精度超声波流量测量系统设计与关键技术研究

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高精度超声波流量测量系统设计与关键技术研究

作者：全贺中北大学

学位级别：硕士

提升高中生获取与解读生物学信息能力的研究与实践

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提升高中生获取与解读生物学信息能力的研究与实践

作者：贺霜贵州师范大学

学位级别：硕士

《关于深化教育体制机制改革的意见》和《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》都表明:教师要培养学生的关键能力,其中信息加工能力是发展学生关键能力的一项基础能力。《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》指明... 详细信息

《关于深化教育体制机制改革的意见》和《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》都表明:教师要培养学生的关键能力,其中信息加工能力是发展学生关键能力的一项基础能力。《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》指明生物学课程需要学生主动获取信息。《中国高考评价体系》也说明获取信息能力是高考考查能力之一。因此,在高中生物学教学中应该落实对学生获取与解读生物学信息能力的培养。“圈点勾画”是用符号标记需要注意的句子或词语,能够起到强调的作用,从而加强学生对相关信息的注意。“图文转化”是根据需要将学习内容的呈现形式进行转换的过程,有助于理解、准确解读信息。本研究将“圈点勾画”、“图文转化”两种教学方法应用到高三生物学试题的讲解过程中,期望提升学生获取与解读生物学信息能力。本研究采用问卷调查、教师访谈、课堂观察、文献研究等方法,主要从以下几个方面进行研究:(1)获取与解读生物学信息能力的内涵、构成维度和水平划分;(2)学生获取与解读生物学信息能力的水平状况;(3)学生在获取与解读生物学信息时存在的问题与原因;(4)采取“圈点勾画”、“图文转换”的教学方法进行教学设计与实践;(5)实践后进行检测,并对比分析前后测结果,最后基于研究结果从教学设计和教学实施方面提出一些教学建议和进一步探索的方向。本研究主要得到以下几个结果:(1)基于生物学科特点,解析获取与解读生物学信息能力的内涵,根据学生解题思维过程将其划分为三个构成维度,依据普通高中生物学课程标准学业质量标准将其划分为能力递进的四个水平。(2)学生对获取与解读生物学信息能力有一定认识,但并不全面;(3)学生存在读不懂题目、不能准确获取图表中的信息、忽略或漏掉部分信息等问题,其原因与题目信息隐蔽、学生基础知识掌握不牢、阅读能力较差等有关。教师可采用专题复习、典型案例分析、引入新情境等方法培养获取信息能力;(4)整体来看学生在前后测选择题部分的达成度高于非选择题部分,在后测不同水平问题中学生的达成度普遍提高,特别是在高水平问题中。本研究得到以下结论:(1)获取与解读生物学信息能力提升;(2)“圈点勾画”、“图文转化”能够培养获取与解读生物学信息能力;(3)鉴别并提取生物学信息能力、整合并应用生物学信息能力的联系更紧密,并低于发现并收集生物学信息能力。

关键词：获取与解读信息能力高中生物圈点勾画图文转化

基于中华优秀传统文化传承的高中古诗文典故教学研究

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基于中华优秀传统文化传承的高中古诗文典故教学研究

作者：贺芮湖南理工学院

学位级别：硕士

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基于数据与特征增强的自监督图表示学习方法

计算机工程与应用 2024年第17期60卷 148-157页

作者：许云峰范贺荀河北科技大学信息科学与工程学院石家庄050000

图表示学习在处理图数据结构中起着非常重要的作用,但它面临着严重依赖于标记信息的挑战。为了克服这一挑战,提出了一种新的自监督图表示学习框架,通过使用对比学习方法,融合原始图的结构与属性以及频谱的高低频信息,在保留节点信息的... 详细信息

图表示学习在处理图数据结构中起着非常重要的作用,但它面临着严重依赖于标记信息的挑战。为了克服这一挑战,提出了一种新的自监督图表示学习框架,通过使用对比学习方法,融合原始图的结构与属性以及频谱的高低频信息,在保留节点信息的基础上进行增强。同时,利用残差融合机制和无偏特征增强方法,在保证特征有效性的同时进一步减少增强样本的偏差。此外,在对比部分估计负样本为真的概率,并使用权重来度量负样本的硬度和相似度。通过在3个公开数据集上实验证明,在节点分类的下游任务中表现不仅优于当前最先进的无监督方法,而且还在多数任务中超过了以往的有监督方法。

关键词：自监督学习图对比学习特征增强节点分类图表示学习

面向可见光和红外同步探测的图像描述方法研究

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面向可见光和红外同步探测的图像描述方法研究

作者：贺姗中北大学

学位级别：硕士

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面向复杂动态网络的事件演化与溯源研究

面向复杂动态网络的事件演化与溯源研究

作者：张钧贺吉林大学

学位级别：硕士

复杂动态网络广泛存在于现实世界中,将人们以各种各样的方式连接起来并影响着人们的生活。这种广泛的实际应用使人们越来越重视对复杂动态网络的分析与管理,通过分析和管理复杂动态网络可以使人们掌握有关网络状态、属性以及演化趋势等... 详细信息

复杂动态网络广泛存在于现实世界中,将人们以各种各样的方式连接起来并影响着人们的生活。这种广泛的实际应用使人们越来越重视对复杂动态网络的分析与管理,通过分析和管理复杂动态网络可以使人们掌握有关网络状态、属性以及演化趋势等信息,进而有助于进行资源优化和决策制定。由于人们在复杂动态网络中会产生大量的事件,使得研究事件的演化模式成为分析和管理复杂动态网络的重要方式。社交网络作为一种典型的复杂动态网络,它使人们的交流变得更加快速和便利。但是这也加剧了谣言或恶意信息的传播,对社会产生巨大危害。准确溯源这类恶意信息并切断其传播路径对于社会稳定有着重要意义。因此,本文对复杂动态网络中的事件演化与溯源进行了深入研究,主要包括以下两个方面:(1)基于常微分方程和超网络的复杂动态网络事件演化模型:当前面向复杂动态网络的事件演化研究主要利用图神经网络(GNN)和循环神经网络(RNN)建模网络结构以及实体表示在时间上的演化模式,然后使用这些模式推断未来事件的演化。但是这些方法没有考虑到网络结构稳定时网络中依旧存在着信息传播过程,这会对实体产生连续、非线性的影响。另外,这些方法利用单一模型处理所有事件,忽略了事件之间因背景信息和时间信息不同而产生的差异,即事件的个体特征。为了解决这些问题,本文出了基于常微分方程和超网络的事件演化模型ODEH。该模型首先利用基于图神经网络的常微分方程模拟网络结构稳定时的信息传播过程和实体特征通道之间的交互,进而建模事件对实体的连续、非线性影响。然后,采用消息传递机制建模网络结构发生变化时事件对实体的瞬时、离散影响,以补充事件的演化模式。最后,引入超网络对事件强度进行微调,以建模事件的个体特征。本文将ODEH应用于事件预测任务以实现对未来事件的预测,在多个数据集上进行对比实验和消融实验,实验结果表明ODEH的性能优于其它基线方法,证明了模型的有效性。(2)基于标签传播和常微分方程的复杂动态网络溯源模型:针对面向复杂动态网络的溯源研究,目前常用的方法是基于信息传播的特征和标签传播思想实现在底层传播模型未知情况下的溯源。但是这些方法主要基于静态网络进行溯源研究,忽略了现实网络的动态性。此外,仅用节点的感染状态作为节点标签会导致标签信息过少,进而影响了溯源的准确性。为了解决上述不足,本文出了基于标签传播和常微分方程的溯源模型ODESI。该模型首先为网络中的节点分配初始整数标签,以表示节点的感染状态。然后,利用标签扩展算法将整数标签扩展成向量标签,使向量标签的不同维度表示节点的不同信息,丰富了标签信息。最后,利用常微分方程和消息传递机制实现向量标签在复杂动态网络中的传播并根据传播结果定位信息源的位置。本文设计了多个实验对出的溯源模型ODESI的性能进行验证,实验结果证明了模型的优越性以及其组成模块的有效性。

关键词：复杂动态网络动态图神经网络常微分方程超网络信息溯源

沉浸式体验在博物馆藏品展示中的交互性设计研究

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沉浸式体验在博物馆藏品展示中的交互性设计研究

作者：孙雪贺东北电力大学

学位级别：硕士

博物馆是传承与保护人类文明的重要阵地,在科技飞速发展的时代中,沉浸式体验逐渐成为了博物馆藏品展示的主要趋势,如今人们对博物馆的体验需求已经转变为了追求精神与情感层面的共鸣。随着虚拟现实技术、影像互动装置、全息投影等数字... 详细信息

博物馆是传承与保护人类文明的重要阵地,在科技飞速发展的时代中,沉浸式体验逐渐成为了博物馆藏品展示的主要趋势,如今人们对博物馆的体验需求已经转变为了追求精神与情感层面的共鸣。随着虚拟现实技术、影像互动装置、全息投影等数字技术的广泛运用,博物馆藏品展示设计形式、体验模式等都发生了巨大的变化,通过趣味性的、互动性的展示形式为参观者营造了沉浸式体验的氛围,有效地拓宽了博物馆藏品展示交互性设计的深度,为博物馆藏品展示的创新与优化提供了新的思路与方向。但不容忽视的是,部分博物馆在借助数字技术来创新藏品展示交互设计形式时,没有与文化内容进行紧密结合,仅仅浅层次地使用虚拟科技,而忽视了博物观藏品所具有的文化属性,并且交互方式也较为单一化,一些博物馆藏品展示交互设计的形式基本上是相同的,创新性不足,体验感还有待进一步提升,如若这一现实情况得不到改善,将会导致参观者对博物观藏品展示交互设计失去兴趣与好奇心,不利于满足参观者沉浸体验的需求,为此,急需要采取针对性的措施加以解决。本文以沉浸式体验为理论指导,综合使用文献研究法、案例分析法、跨学科研究法等多种研究方式,对沉浸式体验、博物馆藏品展示以及交互性设计的内涵进行了阐述,重点探究了博物馆藏品沉浸式展示中交互性设计的方法与应用。综合上述研究路径,得出如下研究结论:一是沉浸式体验引入博物馆藏品展示交互性设计中具有一定的必要性与可行性,为博物馆藏品展示的创新注入了活力。二是博物馆藏品展示中可以将各种数字技术、多媒体技术与互动元素进行深度融合,为参观者带来新的视角与体验。三是根据博物馆藏品展示交互性设计的目标,在以后可以更加重视游客需求,注重沉浸感的环境设计,并且为参观者提供交互的体验项目,借助技术复原场景。总之,沉浸式体验下博物馆藏品展示交互性设计拥有广阔的发展空间,各个博物馆应该针对沉浸式体验进行多方面的尝试,合理地借助沉浸式展示交互设计来为参观者提供更加多元化的审美体验。

关键词：沉浸式体验博物馆藏品展示交互性设计

用于伤口应变监测和抗菌治疗的传感缝合线的制备及性能研究

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用于伤口应变监测和抗菌治疗的传感缝合线的制备及性能研究

作者：王晓贺吉林大学

学位级别：硕士

手术缝合线是应用最广泛的医疗器械之一,通过将创伤或手术后的组织固定在一起,促进伤口愈合。然而,在伤口愈合过程中,伤口周围组织的肿胀和变形如果不能及时发现和处理,将导致伤口愈合延迟,造成伤口愈合失败和组织感染恶化。尤其是一些... 详细信息

手术缝合线是应用最广泛的医疗器械之一,通过将创伤或手术后的组织固定在一起,促进伤口愈合。然而,在伤口愈合过程中,伤口周围组织的肿胀和变形如果不能及时发现和处理,将导致伤口愈合延迟,造成伤口愈合失败和组织感染恶化。尤其是一些皮肤感知能力下降的外伤患者或一些无法表达自己真实情况的患者,如儿童、老人、智力低下人群、植物人等。这就导致病情往往需要达到一定程度才能被发现,延误治疗时机,加重感染的严重程度。因此,迫切需要开发一种能够持续监测伤口周围组织应变的缝合线来监测伤口愈合情况,以协助医生进行临床诊断和治疗。除了监测伤口的愈合情况外,合理的治疗是加速伤口愈合的另一关键因素。目前,主要是通过涂敷抗生素制备的抗菌缝合线治疗伤口感染;虽然取得了一定的治疗效果,但由于细菌耐药菌的出现,增加了伤口迁延不愈形成慢性伤口的风险。此外,传统的抗菌缝合线无法控制抗菌作用的发挥时间;抗菌剂在缝合完成后立即释放,但此时伤口中的细菌数量较少,导致抗菌效果的发挥与需求不匹配。可见,在一个阶段内将监测和治疗有机地结合起来是十分困难的。因此,开发一种既能持续监测伤口周围组织应变,又能按需发挥抗菌作用以促进伤口愈合的缝合线成为一种迫切的需求。实验目的:将碳纳米管(CNTs)、聚多巴胺(PDA)、MXene和吲哚菁绿(ICG)逐层的负载在弹性聚氨酯纤维(PU)上,制备一种能够实时监测伤口周围组织应变并按需发挥抗菌作用的传感缝合线(IMPC-PU)。通过电气性能实验和体内外抗菌实验验证其监测组织应变和治疗细菌感染的性能。实验方法:1.利用超声振荡将CNTs负载在PU上合成C-PU缝合线,然后利用涂层技术将PDA、MXene、ICG逐层负载,依次合成了PC-PU、MPC-PU、IMPC-PU缝合线。2.利用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)等检测各组缝合线的结构及表面化学特性。3.通过电气性能实验检测各组缝合线的应变传感性能以及在体外动物模型上传感性能的稳定性;通过万能试验机检测各组缝合线的机械性能。4.通过光热和活性氧检测实验评价各组缝合线的光热性能和光动力性能,并通过CCK-8法测试各组缝合线的体外生物安全性。5.通过细菌平板计数法、细菌扫描电子显微镜、细菌活/死染色,评估各组缝合线对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和大肠杆菌(Escherichia coli)的抗菌性能。6.通过小鼠体内实验,评价缝合线的体内抗菌性能和促进伤口愈合的性能,并通过H&E染色、Masson染色及免疫组化进一步评估各组伤口愈合情况。实验结果:1.各组缝合线形貌良好,IMPC-PU表面粗糙,可见材料堆叠形成的褶皱及微裂纹结构。FTIR和XPS证明了IMPC-PU的成功制备,随着CNTs、PDA、MXene、ICG的逐层负载在PU缝合线上,缝合线的化学键和表面元素种类发生相应改变。2.通过电气性能实验,证明了IMPC-PU缝合线具有良好的应变传感性能,与其他缝合线相比,IMPC-PU缝合线具有更高的灵敏度,更好的耐久性以及稳定性;并且IMPC-PU缝合线在体外动物模型实验上展示出良好的可适用性和稳定性。同时IMPC-PU缝合线还表现出了良好的机械性能。3.光热性能检测实验证明IMPC-PU缝合线具有更好的光热性能,升温降温循环实验证明IMPC-PU缝合线具有良好的光热稳定性;活性氧检测实验发现只有IMPC-PU缝合线产生了活性氧,具有良好光动力性能;表明IMPC-PU具有PTT/PDT协同的抗菌的能力;同时体外细胞毒性实验证明各组缝合线均具有良好的生物安全性。4.体外抗菌实验显示,在近红外光的照射下,IMPC-PU组对感染早期粘附的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率达99%。细菌活/死染色证明了IMPCPU缝合线良好的抗生物膜特性。5.体内动物实验结果表明,IMPC-PU缝合线在治疗细菌感染伤口方面具有较好的效果,可以杀死细菌,加速伤口愈合。结论:本研究成功将伤口应变监测和PDT/PTT协同抗菌功能集成于单根缝合线上。IMPC-PU缝线的电阻变化与应变发生密切关联,具有优异的应变监测性能;同时利用NIR可触发IMPC-PU的PTT及PDT性能,发挥协同抗菌作用,加速伤口愈合。这项研究为伤口愈合的监测治疗以及功能缝合线的研发提供了新思路。

关键词：缝合线伤口感染应变传感抗菌光热治疗光动力治疗