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基于雷达回波光流场的天气预报数据误差识别

计算机仿真 2023年第4期40卷 499-503页

作者：郭艳萍高云吕丙东彭炜山西大同大学计算机与网络工程学院山西大同037009

天气预报数据具有相似度高、关联性强的特点,导致挖掘和分类的误差识别难度较大。为此提出新的天气预报数据误差识别方法。将雷达回波图划分为多个小空间区域,求解得到各空间的回波光流场。通过整合得到多普勒天气雷达测得的整个雷达回... 详细信息

天气预报数据具有相似度高、关联性强的特点,导致挖掘和分类的误差识别难度较大。为此提出新的天气预报数据误差识别方法。将雷达回波图划分为多个小空间区域,求解得到各空间的回波光流场。通过整合得到多普勒天气雷达测得的整个雷达回波光流场。利用解得的实际与预报回波相关系数,定量描述数据误差相关性,结合平均绝对误差与探测概率指标,定性补充预报数据误差分析结果。将预报数据误差的识别转换为数据挖掘与分类问题,以监督决策树理念为基础,建立误差识别模型。仿真以降水强度、位置以及形态展开误差识别检验。通过对错误、缺漏识别次数与识别时间等指标的验证,证明了所设计模型具有较高的误差识别精度,且短时预报的误差识别实时性较强。

关键词：雷达回波外推技术预报数据误差误差识别光流场有监督决策树

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非刚性稠密匹配大位移运动光流估计

电子学报 2019年第6期47卷 1316-1323页

作者：张聪炫陈震熊帆黎明葛利跃陈昊南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室江西南昌330063 南昌航空大学江西省图像处理与模式识别重点实验室江西南昌330063 中国科学院自动化研究所北京100190

光流场是目标检测,无人机定位等众多计算机视觉任务的重要基础.本文针对非刚性大位移运动等困难运动类型图像序列光流计算的准确性与鲁棒性问题,提出一种基于非刚性稠密匹配的TV-L1(Total Variational with L1 norm,TV-L1)大位移光流计... 详细信息

光流场是目标检测,无人机定位等众多计算机视觉任务的重要基础.本文针对非刚性大位移运动等困难运动类型图像序列光流计算的准确性与鲁棒性问题,提出一种基于非刚性稠密匹配的TV-L1(Total Variational with L1 norm,TV-L1)大位移光流计算方法.首先,使用非刚性稠密块匹配计算图像序列初始最近邻域场,其次根据图像相邻块区域的相似性消除初始最近邻域场中的非一致性区域以得到准确的图像最近邻域场.然后,在图像金字塔分层计算框架下,将图像最近邻域场引入基于非局部约束的TV-L1光流估计模型,通过Quadratic Pseudo-Boolean Optimization (QPBO)融合算法在金字塔分层图像光流计算时对TV-L1模型光流估计进行大位移运动补偿.最后,采用标准测试图像序列对本文方法和当前代表性的变分方法LDOF(Large Displacement Optical Flow,LDOF)、Classic+NL、NNF(Nearest Neighbor Fields,NNF)以及深度学习方法FlowNet2.0进行对比分析.实验结果表明,本文方法能有效提高非刚性运动、大位移运动以及运动遮挡等困难运动类型光流估计的精度与鲁棒性.

关键词：光流场目标检测无人机计算机视觉非刚性块匹配大位移运动最近邻域场深度学习

多视角观测下小天体环境智能感知与自配准研究

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多视角观测下小天体环境智能感知与自配准研究

作者：王光泽青岛科技大学

学位级别：硕士

小天体环境具有先验信息少、环境暗弱、地貌复杂的特点,这对探测器进行环境感知有更高的要求。另外,探测器通过单视角感知时,存在感知视野受限、抗遮挡能力差等问题。对此为保证小天体探测任务安全圆满完成,本文针对探测器着陆过程中所... 详细信息

小天体环境具有先验信息少、环境暗弱、地貌复杂的特点,这对探测器进行环境感知有更高的要求。另外,探测器通过单视角感知时,存在感知视野受限、抗遮挡能力差等问题。对此为保证小天体探测任务安全圆满完成,本文针对探测器着陆过程中所需要的环境感知增强方法、多视角信息融合方法与多视角观测信息配准方法进行深入研究。首先,针对小天体先验信息不足的特点,为提升训练模型效果,提出使用GAN金字塔进行数据增强。每层GAN在上层输出基础上,根据输入随机高斯噪声,进一步生成更精细特征,直至最后一层完成图像生成。同时,针对探测器与小天体相对运动与探测器自身位姿变化导致的感知结果不稳定情况,提出使用图像序列间光流场信息,估计历史感知结果运动状态,对当前时刻感知信息进行修正,提高环境感知稳定性。仿真实验结果表明,基于历史信息修正后陨石坑感知数量提高16.7%。其次,对于探测器通过单视角感知存在感知视野受限、抗遮挡能力差等问题,提出多视角感知信息融合方法。根据成像原理获得多视角之间的投影模型,将各视角感知信息映射到主视角下,基于感知信息间冗余或互补关系进行融合,扩大感知野,提高感知效果。仿真结果显示,多视角感知信息融合后,主视角相比纯单视角提高陨石坑感知数量1.4倍。同时,为了着陆点选择与导航需要,提出陨石坑感知信息匹配方法,根据陨石坑感知区域像素梯度信息,确定主方向并构建具有尺度、旋转、亮度不变性的描述符,并根据描述符间相对距离完成匹配。经过大量实验,感知信息匹配正确率可达95%。最后,针对陨石坑特征缺乏的小天体环境,为满足导航需要,提出小天体表面纹理曲线精准匹配方法。根据曲线生长算法进行曲线提取,将多视角纹理曲线提取信息进行融合。在曲线周边进行支撑区域划定,基于区域内梯度信息沿曲线方向构建曲线描述符,以描述符间最近邻距离比率进行匹配程度量化,完成曲线粗匹配。之后根据曲率积分特性,计算尺度不变性曲率信息,基于快速互相关归一化算法定位最佳匹配位置,完成曲线精准匹配。实验结果表明,该算法在尺度、旋转与亮度变换下可以达到84%以上精准匹配率。

关键词：小天体着陆感知增强光流场多视角特征配准

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非交互式人脸活体检测方法研究

非交互式人脸活体检测方法研究

作者：朱政安徽理工大学

学位级别：硕士

伴随着近年来科技水平的高速发展,在这之中,人脸活体检测也受到了更为广泛的关注。不同于单一的人脸识别,人脸活体检测需要判定目标人脸是真实人脸还是伪造人脸,这项技术对于人身财产安全极为重要。然而,在社交媒体高度发达的今天获取... 详细信息

伴随着近年来科技水平的高速发展,在这之中,人脸活体检测也受到了更为广泛的关注。不同于单一的人脸识别,人脸活体检测需要判定目标人脸是真实人脸还是伪造人脸,这项技术对于人身财产安全极为重要。然而,在社交媒体高度发达的今天获取伪造的人脸图像只需要很低的成本,这势必会带来非常大的安全隐患。针对人脸活体检测系统容易受到非法攻击、安全系数较低等问题,本文基于三个不同角度设计了三种不同的检测方法,具体的研究内容如下:(1)为了充分利用图像的颜色属性与纹理特征之间的相关性,本文提出了一种基于颜色空间子通道改进的特征融合方法,将待测人脸对应的HSV和YCb Cr空间拆分为六个独立的颜色子通道,采用SEMB-LBP和Haar小波分解这两个算子来描述对应子通道图像的纹理特征,将SEMB-LBP的直方图向量和Haar分解后四个不同分量系数矩阵的方差与均值作为特征向量逐级拼接得到两个颜色空间的融合特征,最后利用PCA对融合特征进行降维处理并送入ELM中得到分类结果。(2)为了克服纹理等手工特征客观存在的不完备性与局限性,本文从深度学习的角度出发,选用Mobile Net-V2这一轻量化网络架构并在该网络原有的基础上对其结构进行优化继而提取图像的深度特征,在输入端加入了自注意力机制扩大感受野区域并将原始网络结构中的两个普通卷积模块替换成了C-CDC模块,同时将三个不同颜色空间的图像作为输入,分别进行前端信息融合和深层信息融合丰富细节信息。通过实验对比,该方法在OULU-NPU、REPLAY-ATTACK、MSU-MFSD这三个数据集上的准确率分别可以达到99%、99.2%、99.3%。(3)为了提高真伪活体之间的区分度和分类算法的性能以及泛化能力,本文将运动特征和图像质量纳入同一维度,设计了一种基于决策融合策略的人脸活体检测方法。选取真伪人脸的光流场信息作为运动特征,将光流场的运动幅度信息送入ELM进行训练。其次,选取PSNR、SSIM以及MSCN系数的方差作为评估图像质量的指标,将特征向量送入SVM训练,最后采用加权多数投票法进行两次决策融合的操作,配比置信度然后输出结果。该方法在MSU-MFSD数据集上表现最理想,达到了99.7%的准确率和0.82%的半错误率。图[51] 表[13] 参[97]

关键词：活体检测颜色空间子通道小波分解 MobileNet-V2 光流场决策融合

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光流场在光纤材料离面位移测量中的应用

光子学报 2021年第12期50卷 88-97页

作者：赵冉王雅楠李苗刘波孙勇张洋贾金升中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室北京100024 太阳能与建筑节能玻璃材料加工技术北京市重点实验室北京100024 中科信工程咨询(北京)有限责任公司北京100039 中建材光芯科技有限公司山东枣庄277100

为实现工业生产中光纤传像材料的微纳米尺度形变的检测,建立了图像楔面化模型,提出了一种基于光流的离面位移测量技术。实验装置由一部带有工业相机的光学显微镜和一个放置倒像器的支架构成,通过支架的倾斜可对光纤传像材料加载形变。首... 详细信息

为实现工业生产中光纤传像材料的微纳米尺度形变的检测,建立了图像楔面化模型,提出了一种基于光流的离面位移测量技术。实验装置由一部带有工业相机的光学显微镜和一个放置倒像器的支架构成,通过支架的倾斜可对光纤传像材料加载形变。首先,在显微镜下用工业相机采集变形前后的两幅二维图像。接着,用Brox光流算法得到两幅图像之间的光流运动场。最后,根据图像楔面化模型,由两幅图像之间的光流场得到两幅图像之间的离面位移场并分析了实验结果。实验结果表明,在光学放大50倍的显微镜下多次测量结果的绝对误差均小于0.1μm,相对误差均小于2%。该方法只需要一部工业相机拍摄显微镜下两幅图像即可完成测量,提取离面位移时无需转换到频域和相位解包操作,适合动态原位测量。该方法测量误差较小,目前已被应用于光纤传像材料的微纳米尺度形变与均匀度工业监测。

关键词：离面位移提取工业检测光流场光纤传像材料动态监测

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航空图像光流场的逆向金字塔计算方法

测绘学报 2016年第9期45卷 1059-1064,1072页

作者：李佳田李显凯李应芸钱堂慧李果家林艳昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 中国人民公安大学警务信息工程学院北京100038

航空图像光流场是低空运动目标检测与变化信息获取的基础,通常将图像金字塔结构引入数值过程以增强全局收敛性。然而,金字塔结构往往是由底层至顶层的递进方式构建,其忽略图像的几何成像过程,造成微小光流或不能得到光流的问题,导致难... 详细信息

航空图像光流场是低空运动目标检测与变化信息获取的基础,通常将图像金字塔结构引入数值过程以增强全局收敛性。然而,金字塔结构往往是由底层至顶层的递进方式构建,其忽略图像的几何成像过程,造成微小光流或不能得到光流的问题,导致难以支撑后续建模与分析。本文提出了一种以顶层图像为基准的逆向金字塔结构,首先依据中心投影定量地计算出顶层图像的降采样因子,使得顶层图像光流能够反映所设定的地面目标位移阈值;其次,结合顶层与原始图像,以等比方式确定中间层降采样因子;最后,利用高斯平滑与图像插值得到中间层图像,并形成金字塔。对比试验与分析表明,逆向金字塔可准确地计算航空图像光流场,在抑制地面微小位移方面具有优势。

关键词：航空图像光流场逆向金字塔中心投影降采样

基于分数阶微分的TV-L^1光流模型的图像配准方法研究

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自动化学报 2017年第12期43卷 2213-2224页

作者：张桂梅孙晓旭刘建新储珺南昌航空大学江西省图像处理与模式识别重点实验室南昌330063 西华大学机械工程学院成都610039

图像的非刚性配准在计算机视觉和医学图像分析中有着重要的作用.TV-L^1(全变分L^1范数、Total variation-L^1)光流模型是解决非刚性配准问题的有效方法,但TV-L^1光流模型的正则项是一阶导数,会导致纹理特征等具有弱导数性质的信息模糊.... 详细信息

图像的非刚性配准在计算机视觉和医学图像分析中有着重要的作用.TV-L^1(全变分L^1范数、Total variation-L^1)光流模型是解决非刚性配准问题的有效方法,但TV-L^1光流模型的正则项是一阶导数,会导致纹理特征等具有弱导数性质的信息模糊.针对该问题,将G-L(Grünwald-Letnikov)分数阶引入TV-L^1光流模型,提出基于G-L分数阶微分的TV-L^1光流模型,并应用原始–对偶算法求解该模型.新的模型用G-L分数阶微分代替正则项中的一阶导数,由于分数阶微分比整数阶微分具有更好的细节描述能力,并能有效地、非线性地保留具有弱导数性质的纹理特征,从而提高图像的配准精度.另外,通过实验给出了配准精度与G-L分数阶模板参数之间的关系,从而为模板最佳参数的选取提供了依据.尽管不同类型的图像其最佳参数是不同的,但是其最佳配准阶次一般在1～2之间.理论分析和实验结果均表明,提出的新模型能够有效地提高图像配准的精度,适合于包含较多弱纹理和弱边缘信息的医学图像配准,该模型是TV-L^1光流模型的重要延伸和推广.

关键词：分数阶微分 Grünwald-Letnikov TV-L^1模型光流场弱纹理非刚性配准

基于遥感数据光流场的2021年郑州“7·20”特大暴雨动力条件和水凝物输送特征分析

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大气科学 2021年第6期45卷 1384-1399页

作者：孙跃肖辉杨慧玲丁建芳付丹红郭学良冯亮中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 河南省人工影响天气中心郑州450003

本文针对2021年7月20日河南省郑州市发生的"7·20"特大暴雨天气过程,主要基于FY-4A静止气象卫星成像仪和地基天气雷达遥感数据,利用光流法分别计算遥感数据图像的光流场(Optical Flow Field)。经与FNL数据水平风和地面风速观测对比表明... 详细信息

本文针对2021年7月20日河南省郑州市发生的"7·20"特大暴雨天气过程,主要基于FY-4A静止气象卫星成像仪和地基天气雷达遥感数据,利用光流法分别计算遥感数据图像的光流场(Optical Flow Field)。经与FNL数据水平风和地面风速观测对比表明,气象卫星和雷达光流场可以近似反映大气和云系的高空和低空的运动特征。在此基础上,分析了与暴雨天气过程有关的动力条件和水凝物输送特征。结果显示,在20日午后,存在从华南经河南延伸至华北"西南—东北"走向的水汽和云水输送带,其中对流活动非常明显,并一直延伸至河南中北部的既有云系中,为河南郑州地区特大暴雨的形成提供了有利的水汽和云水输送条件。20日午后至16时(北京时)最强降水发生前,郑州地区低空由辐散转为强烈的气旋状辐合,并且高空的反气旋涡度增强,表明郑州地区整个降水系统上升运动增强。在最强降水发生前,从郑州地区南侧输入的水凝物急剧增加。这些结果表明,郑州地区不仅存在大量水汽输入,同时还有大量水凝物随强对流云输送进入到大范围降水系统的上升运动区,可能极大地加速了水汽转化为云水进而形成降水的微物理过程转化速率,这可能是此次郑州特大暴雨快速增强的主要成因。本文提出的基于遥感数据光流场的分析方法在暴雨短临预报和预警中有显著的应用潜力。

关键词： FY-4A卫星云图天气雷达光流场 “7·20”郑州特大暴雨水凝物输送

基于PDE的自适应各向异性图像配准方法研究

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通信学报 2013年第5期34卷 192-199页

作者：蒋淑静黑保琴张九星李倩男中国科学院光电研究院北京100094 中国科学院研究生院北京100080 中国科学院空间应用工程与技术中心北京100094 解放军信息工程大学密码工程学院河南郑州450004

针对传统光流场配准模型会造成图像模糊和细节丢失的问题,提出了一种基于偏微分方程的自适应各向异性配准模型。新模型将具有自适应性的扩散滤波方法引入图像配准,定义具有图像结构保持能力的各向异性扩散函数作为模型的正则项;数据项... 详细信息

针对传统光流场配准模型会造成图像模糊和细节丢失的问题,提出了一种基于偏微分方程的自适应各向异性配准模型。新模型将具有自适应性的扩散滤波方法引入图像配准,定义具有图像结构保持能力的各向异性扩散函数作为模型的正则项;数据项采用作用于亮度常量假设的非二次惩罚函数以增加模型的稳健性。实验结果表明,新模型能够有效保持图像特征,实现对大脑等复杂图像的有效配准。

关键词：光流场图像配准自适应各向异性边缘对齐度