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结合深度图和红通道最小强度先验的水下图像复原

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计算机辅助设计与图形学学报 2024年第6期36卷 904-914页

作者：李月梅侯国家王国栋潘振宽黄宝香青岛大学计算机科学技术学院青岛266071

针对水下图像雾化、模糊等问题,提出结合深度图和红通道最小强度先验的水下图像复原变分方法.基于完整的水下成像模型,首先设计了一种自适应加权融合亮度、梯度及色差等信息的场景深度估计方法,计算3个通道的透射率;然后根据前向散射分... 详细信息

针对水下图像雾化、模糊等问题,提出结合深度图和红通道最小强度先验的水下图像复原变分方法.基于完整的水下成像模型,首先设计了一种自适应加权融合亮度、梯度及色差等信息的场景深度估计方法,计算3个通道的透射率;然后根据前向散射分量建立变分模型的数据项,对拟复原图像引入红通道最小强度先验作为变分能量方程规则项,借助图像金字塔,采用粗尺度到细尺度逐步优化策略进行模糊核估计;最后利用交替方向乘子法迭代求解,解决变分模型带来的非光滑优化问题.在UIEB数据集上进行了定性和定量实验,通过UCIQE,FADE和CPBD客观评价指标对比,结果表明,所提方法的评价结果比经典方法平均分别提升15%以上,复原后的图像具有更高的清晰度和更丰富的边缘信息.

关键词：完整水下成像模型深度图红通道最小强度先验变分模型交替方向乘子法

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Research on Image Signal Identification Based on Adaptive Array Stochastic Resonance

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Journal of Systems Science & Complexity 2022年第1期35卷 179-193页

作者： ZHAO Jingjing MA Yumei pan zhenkuan ZHANG Huage College of Computer Science&Technology Qingdao UniversityQingdao 266071China.

Aiming at the problems of low accuracy of image signal identification and poor anti-noise signal interference ability under strong noise environment,a signal identification method of correlated noisy image based on adaptive array stochastic resonance(SR)is proposed in this ***,the two-dimensional grayscale image is transformed to a one-dimensional binary pulse amplitude modulation(BPAM)signal with periodicity by the row or column scanning method,encoding and ***,the one-dimensional low signal-to-noise ratio BPAM signal can be applied to the saturating nonlinearity array SR module for image signal identification processing and part of the noise energy is converted into signal ***,the one-dimensional image signal processed by the nonlinearities is demodulated,decoded and reverse scanned to get the restored grayscale *** simulation results show that the image signal identification method proposed in this paper is highly efficient and accurate for the identification of noisy image signals of different sizes,and the bit error rate(BER)is also significantly reduced.

关键词： Array stochastic resonance bit error rate image restoration saturating nonlinearity signal identification

Identification for the Low-Contrast Image Signal with Regularized Variational Term and Dynamical Saturating Nonlinearity

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Journal of Systems Science & Complexity 2023年第3期36卷 1089-1102页

作者： ZHANG Ning MA Yumei pan zhenkuan HUANG Baoxiang WANG Dongcheng College of Computer Science&Technology Qingdao UniversityQingdao 266071China

In recent years,image processing based on stochastic resonance(SR)has received more and more *** this paper,a new model combining dynamical saturating nonlinearity with regularized variational term for enhancement of low contrast image is *** regularized variational term can be setting to total variation(TV),second order total generalized variation(TGV)and non-local means(NLM)in order to gradually suppress noise in the process of solving the *** addition,the new model is tested on a mass of gray-scale images from standard test image and low contrast indoor color images from Low-Light dataset(LOL).By comparing the new model and other traditional image enhancement models,the results demonstrate the enhanced image not only obtain good perceptual quality but also get more excellent value of evaluation index compared with some previous methods.

关键词： Dynamical saturating nonlinearity image enhancement low contrast regularized variational term stochastic resonance(SR)

基于先验驱动深度神经网络的泊松去噪变分模型

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计算机工程 2024年第2期50卷 273-280页

作者：李倩魏伟波杨光宇宋金涛孙璐潘振宽青岛大学计算机科学技术学院山东青岛266071

泊松去噪是一个典型的病态逆问题,其变分模型需要反复迭代和调节参数且计算效率低下,而纯深度学习模型往往依据经验设计网络且可解释性差。针对以上问题,在泊松噪声去噪变分模型的交替方向乘子法展开的基础上,设计端到端深度卷积神经网... 详细信息

泊松去噪是一个典型的病态逆问题,其变分模型需要反复迭代和调节参数且计算效率低下,而纯深度学习模型往往依据经验设计网络且可解释性差。针对以上问题,在泊松噪声去噪变分模型的交替方向乘子法展开的基础上,设计端到端深度卷积神经网络,结合泊松噪声分布统计量与Bayesian最大后验概率估计推导出改进的泊松去噪变分模型。为了求解泊松去噪能量函数极值问题,采用交替方向乘子法,引入辅助变量、拉格朗日乘子和惩罚参数,将该问题分解为高斯去噪和图像重建两类交替优化子问题,先采用先验驱动的深度卷积神经网络实现高斯去噪,再通过解析迭代求解完成图像重建。实验结果表明,与基于非线性主成分分析、VST+BM3D、I+VST+BM3D和TRDPD的泊松去噪模型相比,改进模型在Set12数据集上的峰值信噪比均值分别提高2.73、0.87、0.57和0.50 dB,结构相似性均值分别提高0.148、0.046、0.020和0.047,在彩色图像及正电子发射断层扫描与计算机断层扫描图像上也明显提升了泊松去噪效果。上述实验结果证明了改进模型不仅有效去除了泊松噪声,而且避免了泊松去噪过程中产生的伪影和散斑等问题。

关键词：泊松去噪卷积神经网络去噪先验变分模型交替方向乘子法

Operational Safety Assessment of a High-Speed Train Exposed to the Strong Gust Wind

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Fluid Dynamics & Materials Processing 2020年第1期16卷 55-66页

作者： Mengge Yu zhenkuan pan Jiali Liu Haiqing Li Postdoctoral Research Station of System Science College of Automation and Electrical EngineeringQingdao UniversityQingdao266071China College of Mechanical and Electronic Engineering Qingdao UniversityQingdao266071China College of Computer Science&Technology Qingdao UniversityQingdao266071China CRRC Qingdao Sifang Co. Ltd.Qingdao266111China

The operational safety characteristics of trains exposed to a strong wind have caused great concern in recent *** the present paper,the effect of the strong gust wind on a high-speed train is investigated.A typical gust wind model for any wind angle,named“Chinese hat gust wind model”,was first constructed,and an algorithm for computing the aerodynamic loads was elaborated accordingly.A vehicle system dynamic model was then set up in order to investigate the vehicle system dynamic *** assessment of the operational safety has been conducted by means of characteristic wind curves(CWC).As some of the parameters of the wind-train system were difficult to measure,we also investigated the impact of the uncertain system parameters on the *** indicate that,the descending order of the operational safety index of the vehicle for each wind angle is 90°-60°-120°-30°-150°,and the worst condition for the operational safety occurs when the wind angle reaches around 90°.According to our findings,the gust factor and aerodynamic side force coefficient have great impact on the critical wind ***,these two parameters require special attention when considering the operational safety of a railway vehicle subjected to strong gust wind.

关键词： Operational safety high-speed train gust wind aerodynamic loads characteristic wind curves

颅骨点云曲面重建的Euler’s Elastica模型

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计算机辅助设计与图形学学报 2022年第10期34卷 1515-1523页

作者：牛慧勤潘振宽赵俊莉周明全青岛大学计算机科学技术学院青岛266071 北京师范大学教育部虚拟现实应用工程研究中心北京100875 西北大学信息科学与技术学院西安710127

为从具有复杂拓扑关系的颅骨点云数据中重建精确、光滑的隐式曲面,提出了基于Euler’s Elastica的变分水平集方法.首先,将Euler’s Elastica作为正则化约束引入变分能量泛函,采用增广拉格朗日方法将变分能量泛函最小化问题转化为一系列... 详细信息

为从具有复杂拓扑关系的颅骨点云数据中重建精确、光滑的隐式曲面,提出了基于Euler’s Elastica的变分水平集方法.首先,将Euler’s Elastica作为正则化约束引入变分能量泛函,采用增广拉格朗日方法将变分能量泛函最小化问题转化为一系列子问题;其次,分别采用广义软阈值公式、解析公式和快速傅里叶变换求解;最后,在计算过程中采用投影算法,有效地避免了水平集函数的重新初始化过程.实验结果表明,相较于现有方法,所提基于Euler’s Elastica的变分水平集方法具有更好的收敛性和有效性,能够提高重建的精确性,避免曲面边缘的缺失.

关键词：曲面重建水平集方法 Euler’s Elastica 增广拉格朗日方法

Optimization of multibody systems based on the generalized-α projection method for DAEs

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Theoretical & Applied Mechanics Letters 2012年第6期2卷 61-64页

作者： Jieyu Ding zhenkuan pan College of Information Engineering Qingdao University Qingdao 266071China

Efficient optimization strategy of multibody systems is developed in this paper. Aug- mented Lagrange method is used to transform constrained optimal problem into unconstrained form firstly. Then methods based on second order sensitivity are used to solve the unconstrained problem, where the sensitivity is solved by hybrid method. Generalized-α method and generalized-α projection method for the differential-algebraic equation, which shows more efficient properties with the lager time step, are presented to get state variables and adjoint variables during the optimization procedure. Numerical results validate the accuracy and efficiency of the methods is presented.

关键词： multibody system optimization augmented Lagrange method differential-algebraic equa-tions generalized-α method

二阶变分图像恢复模型的重启动快速ADMM方法

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中国图象图形学报 2022年第4期27卷 1066-1083页

作者：宋田田潘振宽魏伟波李青青岛大学计算机科学技术学院青岛266071

目的基于二阶导数的图像恢复变分模型可以同时保持图像边缘与光滑特征,但其规则项的非线性、非光滑性,甚至非凸性制约着其快速算法的设计。针对总拉普拉斯(total Laplacian,TL)与欧拉弹性能(Euler’s elastica,EE)两种图像恢复变分模型... 详细信息

目的基于二阶导数的图像恢复变分模型可以同时保持图像边缘与光滑特征,但其规则项的非线性、非光滑性,甚至非凸性制约着其快速算法的设计。针对总拉普拉斯(total Laplacian,TL)与欧拉弹性能(Euler’s elastica,EE)两种图像恢复变分模型,在设计快速交替方向乘子法(fast alternating direction methods of multipliers,fast ADMM)的基础上引入重启动策略,以有效消除解的振荡,从而大幅提高该类模型计算效率,并为其他相近模型的快速算法设计提供借鉴。方法基于原始ADMM方法设计反映能量泛函变化的残差公式,在设计的快速ADMM方法中根据残差的变化重新设置快速算法的相关参数,以避免计算过程中的能量振荡,达到算法加速目的。结果通过大量实验发现,采用原始ADMM、快速ADMM和重启动快速ADMM算法恢复图像的峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio,PSNR)基本一致,但计算效率有不同程度的提高。与原始ADMM算法相比,在消除高斯白噪声和椒盐噪声中,对TL模型,其快速ADMM算法分别提高6%法提高100%动快速ADMM算法分别提高100%ADMM算法的计算效率基本相同。结论对于两种典型的二阶变分图像恢复模型,本文提出的快速重启动ADMM算法比原始ADMM算法及快速ADMM算法在计算效率方面有较大提高,计算效率对不同惩罚参数组合具有鲁棒性。本文设计的算法对于含其他形式二阶导数规则项的变分图像分析模型的重启动快速算法的设计可提供有益借鉴。

关键词：图像恢复二阶变分模型快速交替方向乘子方法(fast ADMM) 重启动总拉普拉斯模型欧拉弹性能模型

基于单目和双目视觉信息的全参考立体图像质量评价模型

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计算机工程 2022年第2期48卷 207-214,223页

作者：王宽杨环潘振宽司建伟青岛大学计算机科学技术学院山东青岛266071

在立体图像质量评价领域,有效地模拟人类视觉系统对图像质量进行评价具有重要意义,考虑到人眼的视觉感知特性,基于单目和双目视觉信息构建一种立体图像质量评价模型MB-FR-SIQA。采用基于结构相似性的立体视差算法得到参考和失真立体图... 详细信息

在立体图像质量评价领域,有效地模拟人类视觉系统对图像质量进行评价具有重要意义,考虑到人眼的视觉感知特性,基于单目和双目视觉信息构建一种立体图像质量评价模型MB-FR-SIQA。采用基于结构相似性的立体视差算法得到参考和失真立体图像的视差矩阵,结合Gabor能量响应图、显著性图和视差矩阵生成中间视图,并优化左右眼加权系数计算方法,以提高生成中间视图的准确性。分别利用单目图像和中间视图提取单目和双目视觉信息,计算单目质量分数和双目质量分数,并融合得到立体图像的质量分数,达到评价立体图像质量的目的。实验结果表明,MB-FR-SIQA模型在LIVE-I数据库上具有较高的预测精度,其斯皮尔曼等级相关系数、皮尔森线性相关系数、均方根误差分别为0.945、0.951、5.318,且预测的质量分数符合人类主观评估。

关键词：立体图像质量评价人类视觉系统单目视觉双目视觉中间视图