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Prediction of ultimate tensile strength of Al-Si alloys based on multimodal fusion learning

Materials Genome Engineering Advances 2024年第1期2卷 104-119页

作者： Longfei Zhu Qun Luo Qiaochuan Chen Yu Zhang Lijun Zhang Bin Hu yuexing han Qian Li State Key Laboratory of Advanced Special Steels&Shanghai Key Laboratory of Advanced Ferrometallurgy&School of Materials Science and Engineering Shanghai UniversityShanghaiChina School of Computer Engineering and Science Shanghai UniversityShanghaiChina College of Materials Science and Engineering Chongqing UniversityChongqingChina State Key Laboratory of Powder Metallurgy Central South UniversityChangshaChina CSMET Group Co. Ltd.ShanghaiChina Zhejiang Laboratory HangzhouChina National Engineering Research Center for Magnesium Alloy Chongqing UniversityChongqingChina National Key Laboratory of Advanced Casting Technologies Chongqing UniversityChongqingChina

Exploring the“composition-microstructure-property”relationship is a long-standing theme in materials ***,complex interactions make this area of research *** on the image processing and machine learning techniques,this paper proposes a multimodal fusion learning framework that comprehensively considers both composition and microstructure in prediction of the ultimate tensile strength(UTS)of Al-Si ***,the composition and image information are collected from the literature and supplementary experi-ments,followed by the image segmentation and quantitative analysis of eutectic Si ***,the quantitative analysis results are combined with other features for three-step feature screening,and 12 key features are ***,four machine-learning models(i.e.,decision tree,random forest,adaptive boosting,and extreme gradient boosting[XGBoost])are used to predict the UTS of Al-Si *** results show that the quantitative analysis method proposed in this paper is superior to Image-Pro Plus(IPP)software in some *** XGBoost model has the best prediction performance with R^(2)=***,five mixed features and their critical values that significantly affect UTS are *** study provides enlightenment for the prediction of UTS of Al-Si alloys from composition and microstructure,and would be applicable to other alloys.

关键词： Al-Si alloys image processing machine learning multimodal property prediction

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基于机器学习的含LPSO相镁合金腐蚀

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中国有色金属学报 2024年第6期34卷 1964-1981页

作者：裴三略王海涛韩越兴李谦王敬丰重庆大学材料科学与工程学院重庆404100 广东腐蚀科学与技术创新研究院广州510530 上海大学计算机科学与工程学院上海200444

含LPSO相镁合金具备优异的综合力学性能,在轨道交通、航空航天、生物医疗等领域具有广泛的应用前景,然而其易腐蚀的特性极大制约了该类合金的广泛应用。本文聚焦机器学习辅助研究合金腐蚀这一新兴领域,首先重点概述了机器学习在合金腐... 详细信息

含LPSO相镁合金具备优异的综合力学性能,在轨道交通、航空航天、生物医疗等领域具有广泛的应用前景,然而其易腐蚀的特性极大制约了该类合金的广泛应用。本文聚焦机器学习辅助研究合金腐蚀这一新兴领域,首先重点概述了机器学习在合金腐蚀研究等领域的应用进展,以期通过机器学习方法构建含LPSO相镁合金腐蚀预测模型,阐明LPSO相腐蚀机理;其次系统总结了镁合金中LPSO相含量、形状、结构、分布等显微组织对合金腐蚀性能的影响,为建立准确可靠的腐蚀模型提供借鉴与理论指导。最后,讨论了机器学习在含LPSO相镁合金腐蚀领域的发展机遇和挑战,展望了其发展前景。

关键词：镁合金 LPSO相腐蚀性能机器学习腐蚀预测

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DNA机器人在AFM图像中的分割和识别

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计算机工程与应用 2019年第11期55卷 192-198,220页

作者：童麟韩越兴小长谷明彦上海大学计算机工程与科学学院上海200444 中国科学院大学上海高等研究院上海200000 东京工业大学综合理工研究科东京226-8502 国立情报学研究所东京101-8430

DNA机器人是一种由DNA大分子通过折纸技术制作的纳米级别的机器人,可以用于癌症的诊断和治疗。为了对DNA机器人形态进行研究,研究人员利用原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)拍摄出机器人的AFM图像。针对AFM图像多噪声及被观察... 详细信息

DNA机器人是一种由DNA大分子通过折纸技术制作的纳米级别的机器人,可以用于癌症的诊断和治疗。为了对DNA机器人形态进行研究,研究人员利用原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)拍摄出机器人的AFM图像。针对AFM图像多噪声及被观察的DNA机器人大规模重叠的特点,从除噪、分割、识别三个过程展开,提出了一种基于多尺度改进的分水岭AFM图像切割算法,以傅里叶描述子、曲率尺度空间描述符和Hu矩作为特征,实现DNA纳米机器人的分类和识别。

关键词：原子力显微镜(AFM)图像分水岭算法 DNA机器人物体识别噪声消除

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基于深度学习的虚拟边界检测方法

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计算机应用 2018年第11期38卷 3211-3215页

作者：赖传滨韩越兴顾辉王冰上海大学计算机工程与科学学院上海200444 上海大学上海先进通信与数据科学研究院上海200444 上海大学材料基因组工程研究院上海200444 上海大学材料科学与工程学院上海200444

针对传统边缘检测方法无法对材料微观图像中不同区域间存在的"虚拟边界"(VB)进行准确检测的问题,提出一种基于卷积神经网络(CNN)的虚拟边界检测模型,称之为"虚拟边界网络"(VBN)。该模型对VGGNet深度学习模型进行了简化,并在模型训练过... 详细信息

针对传统边缘检测方法无法对材料微观图像中不同区域间存在的"虚拟边界"(VB)进行准确检测的问题,提出一种基于卷积神经网络(CNN)的虚拟边界检测模型,称之为"虚拟边界网络"(VBN)。该模型对VGGNet深度学习模型进行了简化,并在模型训练过程中采用了dropout以及Adam算法等优化策略。VBN以图像中每个像素为中心所取的图像块作为输入,然后输出该图像块所属的类别并据此判断中心像素是否属于虚拟边界。在对两类材料图像进行虚拟边界检测的实验中,VBN的平均检测精度到达92.5%,平均召回率达到89.5%,证明该模型能够准确、有效地对图像中的虚拟边界进行检测,是一种替代低效率人工分析方法的有效手段。

关键词：虚拟边界检测边缘检测卷积神经网络深度学习图像分割

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三值光学计算机的MSD迭代除法算法和实现技术

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中国科学：信息科学 2016年第4期46卷 539-550页

作者：徐群金翊沈云付李卫民韩越兴上海大学计算机工程与科学学院上海200444 国家电网青岛市黄岛区供电公司青岛266400

本文建立了三值光学计算机第一个除法例程的算法,设计了该例程的操作步骤.该算法根据三值光学计算机数据位众多、按位可分配、每一位的计算功能可随时配置、采用MSD并行加法器等特点,选用MSD迭代除法算法为数学模型.该算法设计的后台模... 详细信息

本文建立了三值光学计算机第一个除法例程的算法,设计了该例程的操作步骤.该算法根据三值光学计算机数据位众多、按位可分配、每一位的计算功能可随时配置、采用MSD并行加法器等特点,选用MSD迭代除法算法为数学模型.该算法设计的后台模块分别与三值光学计算机监控软件中的任务管理模块、三值光学处理器重构模块和三值光学处理器的底层硬件控制软件相融合,构成了软硬件结合的计算例程.实现MSD迭代除法算法的例程将纳入三值光学计算机的底层软件系统,供应用程序调用.文中详细讨论了这个算法需要的三值光学处理器的数据位数、对处理器的重构策略、与三值光学计算机监控软件各部分的协作方式、迭代次数、商的小数点位置,并对相应例程的工作过程做了详尽描述.文中还介绍了模拟实验系统的设置和实验用例,并通过模拟实验证实了实现该算法的例程的有效性.本文提出用有效数字位数作为确定用户所需数据位资源的依据,并以此来确定MSD迭代除法计算方法中的迭代次数.本文描述的工作为开发三值光学计算机其他常用计算例程提供了技术路线和例证.

关键词：三值光学计算机可重构处理器 MSD迭代除法除法例程 MSD加法器

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基于数字图像处理技术的热障涂层形貌特征识别方法

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上海大学学报（自然科学版） 2022年第3期28卷 523-533页

作者：刘宇虹韩越兴汪语嫣曾毅上海大学计算机工程与科学学院上海200444 之江实验室浙江杭州311100 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室上海200050

针对人工检测热障涂层形貌特征所具有的繁复性、误差大等缺点,提出一种利用机器视觉自动化识别热障涂层形貌特征并计算形貌特征参数的方法.完成了基于数学形态学的片层轮廓自动提取及铺展形貌参数的计算,用最大类间方差法求取二值分割阈... 详细信息

针对人工检测热障涂层形貌特征所具有的繁复性、误差大等缺点,提出一种利用机器视觉自动化识别热障涂层形貌特征并计算形貌特征参数的方法.完成了基于数学形态学的片层轮廓自动提取及铺展形貌参数的计算,用最大类间方差法求取二值分割阈值,运用均值滤波和形态学操作为图片去噪并保证单个片层的连通性,通过轮廓提取来获得片层边缘信息,最后根据所提取出的轮廓计算片层的实度参数.同时,进一步完成了基于遍历搜索的热障涂层中裂纹的自动识别及长度计算.首先,识别出图像中的片层并去除,运用闭运算完成断裂裂纹的修复,通过图像细化得到裂纹骨架;然后,遍历搜索每条裂纹,完成长度计算.结果表明,采用所提出方法检测片层轮廓和识别裂纹的效果良好,具有较好的抗噪声干扰能力,可以精确计算出形貌特征参数,对研究热喷涂熔滴在基材表面的沉积行为有重要的推动作用.

关键词：热障涂层机器视觉阈值分割数学形态学

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结构量计算机——三值光学计算机的应用特点

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中国科学：信息科学 2016年第3期46卷 311-324页

作者：金翊徐群欧阳山韩越兴李卫民上海大学计算机工程与科学上海200444 上海大学高性能计算中心上海200444

本文论证了三值光学计算机用硬件并行计算一个简单结构量的技术,阐述了形成这种强大计算能力的自然根源——三值光电混合处理器具有数据位数众多、按位可重构和加法器无进位过程等天然优势.讨论了如何利用这些优势将三值光学处理器重构... 详细信息

本文论证了三值光学计算机用硬件并行计算一个简单结构量的技术,阐述了形成这种强大计算能力的自然根源——三值光电混合处理器具有数据位数众多、按位可重构和加法器无进位过程等天然优势.讨论了如何利用这些优势将三值光学处理器重构成一个众位数复合处理器,使其包含多个不同功能的计算器,以及如何应用复合处理器,在一条操作指令下用硬件处理具有不同数据类型的多个数据.显然,当这些不同类型的数据组成一个结构型数据时,三值光学计算机就展现出在一条指令下处理一个结构量的能力,因此称这种计算机为结构量计算机,并以此来表征它在应用方面的特征.文中详细介绍了应用三值光学计算机计算一个简单结构量的技术概要,包括SZG文件格式、SZG文件的自动生成方式、对高级程序语言的扩充技术等,还举例计算了具有4个不同数据类型项(分量)的结构量,通过分析对1000组这种结构量的计算过程,展示了三值光学计算机在计算结构量方面的强大并行能力.

关键词：结构型数据类型可重构型处理器众多数据位数 MSD加法器三值光电混合计算机

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基于轻量级网络的防伪标签检测算法

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上海大学学报（自然科学版） 2022年第3期28卷 534-544页

作者：张宏坤韩越兴陈侨川巫金波上海大学计算机工程与科学学院上海200444 之江实验室浙江杭州311100 上海大学材料基因组工程研究院上海200444

近年来,伪造盗版产品带来的经济损失逐年增大,伪造技术不断提升,防伪检测问题受到了广泛关注.为了解决现有防伪检测方法的计算量大、资源占用高、检测耗时较长等问题,提出了一种基于轻量级网络的防伪标签识别检测模型,该模型采用更为轻... 详细信息

近年来,伪造盗版产品带来的经济损失逐年增大,伪造技术不断提升,防伪检测问题受到了广泛关注.为了解决现有防伪检测方法的计算量大、资源占用高、检测耗时较长等问题,提出了一种基于轻量级网络的防伪标签识别检测模型,该模型采用更为轻量的卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)来进行形状和纹理的识别.在形状识别任务中,降低池化层大小以增强模型学习能力;在纹理分类任务中,使用协调注意力(coordinate attention,CA)模块来增强模型对单一特征图的信息获取.通过设计损失函数增强模型对真伪样本识别能力,并通过特征向量最大值得到预测结果.实验结果表明,该方法整体识别检测的准确率可达95.67%,检测时间相较于传统方法有显著减少.

关键词：防伪检测轻量级神经网络形状纹理识别

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应用于材料图像分割的Graph-UNet

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计算机应用研究 2022年第10期39卷 3196-3200页

作者：魏惠姗韩越兴王冰陈侨川上海大学计算机工程与科学学院上海200444 之江实验室杭州311100

小样本材料图像分割是图像分割领域的研究难点之一。材料图像的微观结构大多数形状各异、纹理复杂且边界模糊,会导致材料图像的分割不准确。Graph-UNet被提出融合U-Net和图卷积神经网络来解决小样本材料图像自动分割的挑战,它将卷积神... 详细信息

小样本材料图像分割是图像分割领域的研究难点之一。材料图像的微观结构大多数形状各异、纹理复杂且边界模糊,会导致材料图像的分割不准确。Graph-UNet被提出融合U-Net和图卷积神经网络来解决小样本材料图像自动分割的挑战,它将卷积神经网络的多维特征融合和跳跃连接的思想迁移到图卷积神经网络中实现图卷积和图注意力的有效结合,并且建立了一个通用的模块实现特征图和图结构相互转换。在材料图像数据集上进行了对比和消融实验,证明了Graph-UNet的分割结果优于很多先进方法,准确地识别了多种材料结构,推动了探究材料结构和性能关系的发展。

关键词：语义分割图卷积神经网络图注意力材料图像深度学习小样本

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前列腺活检组织快速冰冻病理检查结合RP诊治前列腺癌的可行性和安全性

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中华泌尿外科杂志 2022年第8期43卷 593-597页

作者：朱良勇丁雪飞肖芹陈骥栾阳黄天宝卢圣铭陈昊鹏韩悦星刘中江苏省苏北人民医院泌尿外科扬州225001 江苏省苏北人民医院病理科扬州225001 江苏省苏北人民医院影像科扬州225001

目的探讨前列腺活检组织快速冰冻病理检查与根治性前列腺切除术(RP)相结合用于前列腺癌诊治的可行性和安全性。方法收集2021年4—9月苏北人民医院PSA>10 ng/ml且前列腺影像报告和数据系统(PI-RADS)评分均≥4分的可疑前列腺癌患者。采用... 详细信息

目的探讨前列腺活检组织快速冰冻病理检查与根治性前列腺切除术(RP)相结合用于前列腺癌诊治的可行性和安全性。方法收集2021年4—9月苏北人民医院PSA>10 ng/ml且前列腺影像报告和数据系统(PI-RADS)评分均≥4分的可疑前列腺癌患者。采用16G活检针行mpMRI/经直肠超声图像融合引导下经会阴前列腺靶向活检,每例患者活检2~3针,活检组织行快速冰冻病理检查。对快速冰冻病理诊断为前列腺癌者立即行机器人辅助腹腔镜根治性前列腺切除术(RALP);对不能诊断前列腺癌者,应用18G活检针行前列腺靶向+系统活检,系统活检18~22针,行常规病理检查。记录患者的基线数据、冰冻病理检查结果、围手术期情况、术后病理结果和随访资料。结果本研究共纳入11例患者,平均年龄69.9(66~73)岁。平均体质指数22.8(19~26)kg/m^(2)。平均前列腺特异性抗原(PSA)23.2(14.25~32.00)ng/ml,平均前列腺体积45(32~52)ml,平均PSAD 0.54(0.33~0.75)。PI-RADS评分4分3例、5分8例。直肠指检阳性5例。11例活检组织快速冰冻病理检查结果中9例为前列腺腺癌,立即行RALP,手术时间111.5(96~126)min;术中出血量78.9(55~105)ml;术后盆腔引流管拔除时间4.3(3.5~5.0)d;术后住院时间5.8(5.0~6.5)d。术后病理Gleason评分3+4=7分1例,4+3=7分3例,8分4例,10分1例;3例切缘阳性,1例精囊侵犯;清扫淋巴结数量平均10.9(8.5~14.0)枚,均无肿瘤转移;病理T分期为T_(2b)期2例,T_(2c)期5例,T_(3a)期1例,T_(3b)期1例。2例快速冰冻病理检查不能诊断者,其中1例常规病理诊断为前列腺腺癌,Gleason评分4+3=7分,后接受RALP;1例常规病理诊断为前列腺炎症。11例均获得随访,平均随访时间5.2(3~7)个月。10例行RALP患者中,8例术后2周恢复尿控,2例术后2个月恢复尿控。3例切缘阳性患者于术后第2周规律行雄激素剥夺治疗。术后3个月1例切缘阳性和精囊受侵犯患者的PSA未降至0.1 ng/ml以下,余9例PSA均Ⅰ级并发症。结论对高度怀疑前列腺癌患者,将前列腺活检组织行快速冰冻病理检查,对提示为前列腺癌者即刻行RALP,这种诊治模式是可行的,术后无明显并发症。

关键词：前列腺肿瘤前列腺癌快速冰冻病理检查根治性切除诊治

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