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求解RSSI定位问题的果蝇视觉神经网络优化

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软件 2020年第12期41卷 24-29页

作者：谢莉莎张洪贵州大学大数据与信息工程学院贵州贵阳550025

针对无线传感器网络中未知节点的定位精度极大依赖于接收信号强度指示物理测量的问题,探讨基于梯度的果蝇视觉神经网络优化模型。模型设计中,基于果蝇视觉神经网络的生物原理,设计改进型人工果蝇视觉神经网络,其输出作为梯度下降法的自... 详细信息

针对无线传感器网络中未知节点的定位精度极大依赖于接收信号强度指示物理测量的问题,探讨基于梯度的果蝇视觉神经网络优化模型。模型设计中,基于果蝇视觉神经网络的生物原理,设计改进型人工果蝇视觉神经网络,其输出作为梯度下降法的自适应学习率,获得可解决未知节点定位的果蝇视觉神经网络。比较性的数值实验显示,该神经网络对未知节点的定位精度高且收敛速度快。

关键词：接收信号强度指示果蝇视觉神经网络梯度下降法

求解约束函数优化的改进型果蝇视觉进化神经网络

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微电子学与计算机 2022年第4期39卷 41-48页

作者：刘健张洪贵州大学大数据与信息工程学院贵州贵阳550025 贵州省系统优化与科学计算特色重点实验室贵州贵阳550025

具有广泛工程应用背景的强非线性约束优化是最优化领域极为困难的科技问题,如何寻找快速有效的优化算法求解其全局最优化解,仍然是该问题研究的关键.为此,针对强非线性约束函数优化求解难的问题,融合果蝇视觉系统的信息处理机制与种群... 详细信息

具有广泛工程应用背景的强非线性约束优化是最优化领域极为困难的科技问题,如何寻找快速有效的优化算法求解其全局最优化解,仍然是该问题研究的关键.为此,针对强非线性约束函数优化求解难的问题,融合果蝇视觉系统的信息处理机制与种群进化思想,提出一种基于状态矩阵转移的改进型果蝇视觉进化神经网络.模型设计中,将候选解视为状态,构建以状态作为元素的状态矩阵,进而将状态矩阵中各元素对应的目标值形成的灰度图视为输入;依据果蝇视觉系统的分层视觉信息处理特性,构建能有效处理约束条件的改进型果蝇视觉前馈神经网络,进而将其输出作为状态转移的全局学习率;依据鲸鱼捕食的行为特性建立转移状态的更新策略.由此,获得仅含两个可调参数且计算复杂度仅由输入灰度图分辨率确定的视觉进化神经网络.比较性的数值实验表明,此神经网络的寻优质量具有明显优势,对工程优化问题的解决具有重要参考价值.

关键词：视觉进化优化约束函数优化果蝇视觉神经网络鲸鱼优化约束处理

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重叠社区检测及其果蝇视觉进化神经网络

智能计算机与应用 2022年第2期12卷 83-90页

作者：罗兰张洪贵州大学大数据与信息工程学院贵阳550025

针对社区发现中,部分节点划分难的问题,探讨重叠社区检测的优化模型和求解的视觉进化神经网络。模型通过设计节点隶属度矩阵和节点分割规则,建立以模糊分割阈值为变量,且能评估社区划分效果的改进型模块度函数;算法设计中,以候选解构成... 详细信息

针对社区发现中,部分节点划分难的问题,探讨重叠社区检测的优化模型和求解的视觉进化神经网络。模型通过设计节点隶属度矩阵和节点分割规则,建立以模糊分割阈值为变量,且能评估社区划分效果的改进型模块度函数;算法设计中,以候选解构成的状态矩阵对应函数值矩阵作为输入,依据果蝇视觉系统的信息处理机制,建立以输出作为状态学习率的果蝇视觉前馈神经网络,进而借助灰狼优化的位置更新规则,设计状态更新策略,获得基于重叠社区检测的果蝇视觉进化神经网络及其算法。该神经网络的计算复杂度,由状态矩阵的大小及社区网络的节点数确定。比较性的数值实验显示,该求解重叠社区检测问题具有明显优势,有较好的应用潜力。

关键词：模糊聚类重叠社区检测果蝇视觉神经网络灰狼优化状态更新

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动态社区检测模型及其求解的优化算法研究

动态社区检测模型及其求解的优化算法研究

作者：罗兰贵州大学

学位级别：硕士

社区检测或社区发现因社区网络结构的复杂性、多样性、动态性等特性,使得社区结构研究变得较为困难,其已成为复杂网络研究的重要科技问题之一。如何探究社区检测算法,快速、有效地将社区网络划分为社团内节点连接强度大、社团间连接强... 详细信息

社区检测或社区发现因社区网络结构的复杂性、多样性、动态性等特性,使得社区结构研究变得较为困难,其已成为复杂网络研究的重要科技问题之一。如何探究社区检测算法,快速、有效地将社区网络划分为社团内节点连接强度大、社团间连接强度小的系列子网络,提升社区检测的准确度,是社区检测研究关注的重要研究内容。为此,针对静态重叠社区检测、符号社区检测和动态社区检测问题,在建立社区检测优化模型基础上,借助果蝇视觉系统的信息处理机制,研究果蝇视觉神经网络模型及其与种群进化思想的结合,建立求解社区检测问题的果蝇视觉进化神经网络模型与算法。研究成果不仅有助于充分掌握社区网络的演变规律,而且也有助于为复杂社区网络工程问题的解决提供重要的参考方案。主要工作和取得的成果概述如下:1、针对重叠社区的节点划分难问题,利用节点隶属度矩阵、节点分割规则及模糊分割阈值,建立能凸显重叠节点对社区检测影响程度的改进型模块度函数,进而将重叠社区检测问题描述为有界变量约束的函数优化问题。随后,以候选解作为状态构建状态矩阵,并将状态的目标函数值视为灰度值,得到灰度图;基于果蝇的视觉神经生理学理论,建立改进型果蝇视觉神经网络模型。随后,以此神经网络的输出作为学习率,引导灰狼优化算法中灰狼的位置更新,获得果蝇视觉进化神经网络模型与算法,并用于重叠社区检测。比较性的实验结果表明,该算法求解重叠社区检测问题具有明显优势,搜索效果稳定。2、针对符号社区检测问题,利用节点间的隶属关系,改进以上模型中的性能指标,获得能刻画符号社区网络划分且含有界变量约束的离散型函数优化模型。算法设计中,在以上视觉神经网络基础上,引入神经节点的状态实时调节方案,获得改进型视觉神经网络。在基本差分进化算法的个体更新框架下,通过设计离散型变异、交叉选择策略,对个体实施变异、交叉与选择,获得离散变量环境下的状态更新方案。进而,以视觉神经网络的输出为学习率,引导状态转移,获得离散型果蝇视觉进化神经网络模型与算法。比较性的实验结果表明,该算法能有效求解符号网络社区检测问题,且收敛速度快,搜索性能稳定。3、针对动态社区检测问题,借助网络划分的编码规则、已有模块度及归一化互信息NMI指标,将其描述为有界变量约束的离散型动态函数优化问题。结合社区检测的实时性要求,借助相邻优化模型的性能指标设计环境变化检测方案;通过适当改进已有果蝇视觉神经网络中m2节点的行为量计算模型,获得改进型视觉神经网络;随后,在基本粒子群优化的粒子更新框架下,设计离散型粒子更新规则,获得适合动态社区检测的状态矩阵更新方案,进而将此更新方案与视觉神经网络结合,获得改进型果蝇视觉进化神经网络模型与算法。比较性的数值实验显示,该算法的搜索效果稳定,实时环境跟踪能力强,能满足动态社区检测的要求。

关键词：社区检测果蝇视觉神经网络智能优化模块度

基于DSP的人工果蝇视觉碰撞预警系统研究与实现

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基于DSP的人工果蝇视觉碰撞预警系统研究与实现

作者：罗荣成贵州大学

学位级别：硕士

果蝇是一种视觉和嗅觉均较为灵敏的昆虫,它能借助嗅觉确定食物的远近和利用视觉判断食物的大致方位,这种生物机理为果蝇优化算法的研究提供了重要生物资源。另一方面,果蝇对视域内运动目标的高度敏感性和具有避障行为的能力为计算机视... 详细信息

果蝇是一种视觉和嗅觉均较为灵敏的昆虫,它能借助嗅觉确定食物的远近和利用视觉判断食物的大致方位,这种生物机理为果蝇优化算法的研究提供了重要生物资源。另一方面,果蝇对视域内运动目标的高度敏感性和具有避障行为的能力为计算机视觉的研究提供又一新途径,但研究工作较为匮乏。为此,本文基于果蝇视觉系统的行为特征设计改进型人工果蝇视觉碰撞预警计算模型,并借助TI公司的DSP芯片TMS320DM642,探讨果蝇视觉碰撞预警系统。研究成果有助于加快果蝇视觉系统的生物机理在计算智能中的应用,也有助于人工果蝇视觉计算模型与硬件的结合。主要工作和取得的研究成果如下:1、针对DSP开发平台和基于CCD采集的视频图像格式的特点,介绍开发碰撞预警系统所需的相关硬件知识,确定本文的硬件开发环境。介绍RGB彩色模型与YCrCb色彩空间的关系,分析阈值对图像二值化的影响。对图像处理中多种噪声处理和目标提取方法的原理进行介绍,并结合图像实例,分析各种方法的优缺点、适用范围以及各种方法间的区别与联系、各自的优势,获得适合于DSP硬件环境的去噪和目标提取方法。最后,对果蝇视觉碰撞预警系统所使用的模拟电视制式进行介绍,为后续研发奠定基础。2、对果蝇视觉系统的结构特性和生物学原理进行描述,概括和分析已有的人工果蝇视觉碰撞检测模型的原理、设计思想和存在的问题,改进模型中的Medulla层和碰撞检测方案,获得改进型碰撞预警模型。最后,借助玻璃小球运动视频图像序列,检测该模型是否能有效、合理地发送预警信号且不出现误报现象。数值实验结果表明,该模型是有效的。3、基于TMS320DM642芯片、CCD摄像机、视频图像输出设备及LED灯,搭建果蝇视觉碰撞预警系统的硬件平台;结合硬件设计的需要,通过目标所在区域标定的思想改进碰撞预警模型的执行效率,并将该模型移植入硬件平台,获得基于DSP的碰撞预警样机。最后,借助于实际场景的视频图像序列检测该样机的预警效果和实时性。结果表明,该样机在实时环境测试中已初步展现其有效性,能有效发送预警信号。

关键词：计算机视觉碰撞预警果蝇视觉神经网络目标提取 DSP

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基于果蝇视觉神经的目标检测与跟踪

基于果蝇视觉神经的目标检测与跟踪

作者：王磊贵州大学

学位级别：硕士

果蝇视觉系统对运动目标非常敏感,它为运动目标的位置、速度检测与跟踪的研究提供了丰富生物信息,也为探讨人工果蝇视觉神经网络奠定了生物理论基础。基于此,本文针对静态、动态场景下运动目标检测与跟踪问题,借助图像处理方法和果蝇视... 详细信息

果蝇视觉系统对运动目标非常敏感,它为运动目标的位置、速度检测与跟踪的研究提供了丰富生物信息,也为探讨人工果蝇视觉神经网络奠定了生物理论基础。基于此,本文针对静态、动态场景下运动目标检测与跟踪问题,借助图像处理方法和果蝇视觉系统的运行机理,研究改进型人工果蝇视觉神经网络模型,探讨单、多运动目标的位置、运动方向的检测与目标跟踪算法,并借助实际环境下拍摄的视频图像序列测试算法的有效性。取得的研究成果概述如下:1.针对静态场景下单目标运动方向检测问题,利用背景差分法和形态学处理方法对图像中运动目标进行提取;基于果蝇复眼的运动检测原理,获得复眼结构的运动方向检测模型。2.针对静态场景下多运动目标的位置、运动方向的检测与目标跟踪问题,利用帧间差分法与形态学处理方法对图像中背景信息进行去除;设计多目标识别方法,判断图中目标的数目以及每个目标所在位置;基于果蝇视觉神经的内结构机理,提出改进型人工果蝇视觉神经网络,对各个目标的位置及运动方向进行检测。3.针对动态场景下单个运动目标的方向检测问题,利用帧间差分法检测相邻两帧图的亮度变化信息;通过改进人工果蝇视觉神经网络的Medulla层的结构设计,建立改进型人工果蝇视觉神经网络,增强目标运动方向检测的鲁棒性。

关键词：计算机视觉果蝇视觉神经网络运动方向检测目标跟踪

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基于果蝇视觉机理的车辆预警算法及其应用

基于果蝇视觉机理的车辆预警算法及其应用

作者：胡常俊贵州大学

学位级别：硕士

复杂道路场景下车辆视频序列分析是智能交通研究的重要问题;如何实时、快速、有效地处理视频图像,充分利用图像中运动目标的实时信息,准确且有效地发出安全预警信息,是交通安全领域关注的重要课题。果蝇是一种对运动目标反应灵敏的昆虫... 详细信息

复杂道路场景下车辆视频序列分析是智能交通研究的重要问题;如何实时、快速、有效地处理视频图像,充分利用图像中运动目标的实时信息,准确且有效地发出安全预警信息,是交通安全领域关注的重要课题。果蝇是一种对运动目标反应灵敏的昆虫,其视觉系统能实时、准确地对运动目标进行碰撞检测,可有效完成目标识别、目标跟踪、碰撞检测、碰撞回避等任务。受此启发,本文在研究图像稳像、天气识别、目标提取和目标跟踪等算法基础上,探讨基于果蝇视觉生物原理的车辆安全碰撞预警算法,并将此算法移植于DSP硬件平台上进行测试。主要工作和取得的成果如下:1、针对图像稳像、天气识别和目标提取等问题,借助摄像机采集的图像,将图像区域等分的思想与灰度投影算法融合,获得改进型灰度投影稳像算法;在已有天气识别与目标提取算法基础上,引入标准方差、平滑度、图像熵特征量,获得改进型目标提取算法;将此算法与已有人工果蝇视觉神经网络碰撞预警模型结合,获得改进型碰撞预警算法。借助实际场景下的视频图像序列,比较性的实验结果显示,该算法能获得较好的预警效果。2、针对复杂道路场景中车辆碰撞预警问题,通过设计目标标定算法和目标跟踪算法,确定图像序列中目标车辆的数目和位置;利用相邻帧之间目标车辆位置的变化特征及已有人工果蝇视觉神经网络计算运动目标的运动方向斜率,进而通过设计碰撞预警方案,获得目标跟踪与碰撞预警算法。比较性的实验结果表明,该算法能及时、有效地发出预警信号。3、将目标跟踪与碰撞预警算法移植于DSP硬件环境,获得车辆碰撞预警样机。借助不同场景下的视频图像序列,比较性的实验结果表明,该样机能处理多种场景下的车辆碰撞预警问题,可实时、有效发出预警信号。

关键词：碰撞检测目标跟踪车辆预警 DSP 果蝇视觉神经网络