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全球尺度下的海洋鱼类图像智能分类研究进展

电子与信息学报 2024年第5期46卷 1853-1864页

作者：周鹏李昌永步雨馨周芷诺王春生沈红斌潘小勇自然资源部第二海洋研究所杭州310012 自然资源部海洋生态系统动力学实验室杭州310012 上海交通大学图像处理与模式识别研究所上海200240

在全球尺度上了解鱼类物种组成、丰度及时空分布等,将有助于其生物多样保护。水下图像采集是获取鱼类物种多样性数据的主要调查手段之一,但图像信息分析工作耗时耗力。2015年以来,海洋鱼类图像数据集更新和深度学习模型算法优化等方面... 详细信息

在全球尺度上了解鱼类物种组成、丰度及时空分布等,将有助于其生物多样保护。水下图像采集是获取鱼类物种多样性数据的主要调查手段之一,但图像信息分析工作耗时耗力。2015年以来,海洋鱼类图像数据集更新和深度学习模型算法优化等方面取得了一系列进展,但细粒度分类表现仍显不足,研究成果的生产实践应用相对薄弱。因此,该文首先分析海洋相关行业对鱼类自动化图像分类的需求,然后综合介绍鱼类图像数据集和深度学习算法应用,并分析了所面临的小样本下的细粒度分析等主要挑战及相应解决方法。最后探讨了基于深度学习的海洋鱼类图像自动化分类对相关图像信息处理研究及应用平台对未来在生态环境监测等海洋相关产业领域的重要性及其前景。该文旨在为快速了解基于深度学习的海洋鱼类图像自动化分类的研究背景、进展和未来方向的工作者提供相关信息。

关键词：深度学习海洋鱼类生物多样性小样本图像分类

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具有复杂纹理的木板表面刮痕缺陷检测模型

计算机集成制造系统 2024年第1期30卷 78-89页

作者：胡勍秦威刘成良石闻天上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 中移(上海)信息通信科技有限公司上海200331

为提高木板加工生产线自动化水平,基于Faster RCNN提出一种木板表面刮痕缺陷检测模型,识别和定位不同纹理背景下的木板表面刮痕缺陷。图像预处理阶段提出改进双边滤波算法,在保持刮痕细节特征的同时对纹理背景进行平滑处理;提出灰度自... 详细信息

为提高木板加工生产线自动化水平,基于Faster RCNN提出一种木板表面刮痕缺陷检测模型,识别和定位不同纹理背景下的木板表面刮痕缺陷。图像预处理阶段提出改进双边滤波算法,在保持刮痕细节特征的同时对纹理背景进行平滑处理;提出灰度自适应刮痕生成方法进行数据增强处理。引入可形变卷积增强模型特征提取能力,使用旋转包围框标注并提出新的包围框回归损失函数,解决水平包围框中刮痕缺陷占比远小于纹理背景的问题。通过实际木板加工生产线采集的图像验证了提出模型的有效性,并将提出的模型与其他缺陷检测方法进行了对比测试,结果证明了所提模型的优越性。

关键词：刮痕缺陷 Faster RCNN 可形变卷积旋转包围框回归损失

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从图卷积网络到图散射网络:回顾与展望

中国图象图形学报 2024年第1期29卷 45-64页

作者：柳世禹戴文睿李成林熊红凯上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240

在图像与图形处理中,非欧氏空间数据与传统欧氏空间数据共同构成了数据的不同表达形式。随着面向图像、音频等传统信号的处理技术已经发展了数十年并趋于成熟,诸如图等非欧氏空间数据的兴起,对非欧氏空间的数据处理提取提出了更高的要... 详细信息

在图像与图形处理中,非欧氏空间数据与传统欧氏空间数据共同构成了数据的不同表达形式。随着面向图像、音频等传统信号的处理技术已经发展了数十年并趋于成熟,诸如图等非欧氏空间数据的兴起,对非欧氏空间的数据处理提取提出了更高的要求。图卷积网络的出现将面向传统信号的深度学习网络模型和卷积操作拓展到了图上,在一定程度上解决了学术界和工业界对图信号处理的需求。然而,空域特征聚合的图卷积网络容易产生过平滑问题。本文回顾了从图卷积网络到图散射网络的发展进程,分别梳理空域图卷积网络和谱域图卷积网络;并以图卷积网络为桥梁引出了图散射网络,比较和总结了图散射网络的前沿的理论和方法。传统的谱域图卷积网络虽然可以通过滤波器设计避免过平滑问题,但由于可训练参数较少、输出特征比较单一,往往存在表达能力不足的问题。图散射网络的提出很好地解决了图卷积网络中存在的问题。一方面,图散射变换将面向传统信号的散射变换操作拓展到图信号处理上,通过多尺度小波分解提取图信号的多分辨率特征,在保证网络稳定性的前提下解决了空域图卷积网络的特征过平滑问题;另一方面,相较于传统的谱域图卷积网络,图散射网络输出能够提取多尺度带通特征,增强模型的表达能力,提高了图分类等任务的结果。最后分析了现有图散射技术和理论的局限性,并提出了未来图散射网络可能的研究方向。

关键词：深度学习图卷积网络(GCN) 图散射网络(GSN) 表征学习稳定性信号扰动拓扑扰动

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基于非均匀时间调制的单通道比幅测向方法

中国舰船研究 2024年第4期19卷 282-289页

作者：卞大鹏赵晓楠刘振吉陈靖峰金荣洪海军装备部湖北武汉430064 中国舰船研究设计中心湖北武汉430064 武汉船舶通信研究所湖北武汉430205 上海交通大学电子工程系上海200240

[目的]为了解决传统时间调制测向中由载波频率变化引入的相位模糊而限制测向工作带宽的问题,提出一种基于非均匀时间调制的单通道比幅测向方法。[方法]通过对不同天线单元的接收信号进行非均匀周期调制,各天线接收信号的幅度信息无混叠... 详细信息

[目的]为了解决传统时间调制测向中由载波频率变化引入的相位模糊而限制测向工作带宽的问题,提出一种基于非均匀时间调制的单通道比幅测向方法。[方法]通过对不同天线单元的接收信号进行非均匀周期调制,各天线接收信号的幅度信息无混叠地映射到对应调制频率的谐波中,进而提取出谐波幅度比,并结合查表法以实现单通道测向。基于数值仿真,验证所提方法的可行性,同时搭建一套宽带非均匀时间调制系统。[结果]实验结果显示,其测向绝对误差均值仅为0.21°(2.4 GHz)和0.18°(5.8 GHz)。[结论]所提方法可有效提高测向系统的工作带宽,具备结构简单、成本低、信号处理复杂度低以及宽带测向等优点。

关键词：时间调制宽带测向幅度比较单通道非均匀调制

基于筛选学习网络的六自由度目标位姿估计算法

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计算机应用 2024年第6期44卷 1920-1926页

作者：邴雅星王阳萍雍玖白浩谋兰州交通大学电子与信息工程学院兰州730070 甘肃省人工智能与图形图像处理工程研究中心(兰州交通大学) 兰州730070 兰州理工大学计算机与通信学院兰州730050

针对在复杂场景下对弱纹理目标位姿估计的准确性和实时性问题,提出基于筛选学习网络的六自由度(6D)目标位姿估计算法。首先,将标准卷积替换为蓝图可分离卷积(BSConv)以减少模型参数,并使用GeLU(Gaussian error Linear Unit)激活函数,能... 详细信息

针对在复杂场景下对弱纹理目标位姿估计的准确性和实时性问题,提出基于筛选学习网络的六自由度(6D)目标位姿估计算法。首先,将标准卷积替换为蓝图可分离卷积(BSConv)以减少模型参数,并使用GeLU(Gaussian error Linear Unit)激活函数,能够更好地逼近正态分布,以提高网络模型的性能;其次,提出上采样筛选编码信息模块(UFAEM),弥补了上采样关键信息丢失的缺陷;最后,提出一种全局注意力机制(GAM),增加上下文信息,更有效地提取输入特征图的信息。在公开数据集LineMOD、YCB-Video和Occlusion LineMOD上测试,实验结果表明,所提算法在网络参数大幅度减少的同时提升了精度。所提算法网络参数量减少近3/4,采用ADD(-S) metric指标,在lineMOD数据集下较Dual-Stream算法精度提升约1.2个百分点,在YCB-Video数据集下较DenseFusion算法精度提升约5.2个百分点,在Occlusion LineMOD数据集下较像素投票网络(PVNet)算法精度提升约6.6个百分点。通过实验结果可知,所提算法对弱纹理目标位姿估计具有较好的效果,对遮挡物体位姿估计具有一定的鲁棒性。

关键词：目标姿态估计蓝图可分离卷积注意力机制关键点深度学习

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基于多传感融合的农田障碍物检测优化研究

农机化研究 2024年第6期46卷 25-32页

作者：解印山陈凯潘胜权莫锦秋上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为满足农机自主作业过程中障碍物检测的需求,解决视觉检测容易受作业环境条件影响的问题,提出了融合毫米波雷达和相机信息的农田障碍物检测的优化方案。首先,根据雷达散射截面值以及转换矩阵完成雷达点向图像像素坐标系中的映射;然后,... 详细信息

为满足农机自主作业过程中障碍物检测的需求,解决视觉检测容易受作业环境条件影响的问题,提出了融合毫米波雷达和相机信息的农田障碍物检测的优化方案。首先,根据雷达散射截面值以及转换矩阵完成雷达点向图像像素坐标系中的映射;然后,利用提出的改进暗通道先验去雾算法及基于显著性的增强算法对映射区域进行处理,以完成局部图像的增强;最后,通过yolov4-tiny网络进行检测,并利用决策级融合策略,完成毫米波雷达同相机检测结果的数据关联,综合输出农田障碍物信息。测试结果表明:相较于仅视觉的检测结果,融入毫米波雷达信息后,在不同的数据集上检测性能均有所提升。在恶劣环境数据集上尤为突出,在晴天有烟尘数据集上,召回率R上升了16.4%,平均精度均值mAP上升了7.95%;在雾天无烟尘数据集上,召回率R上升了17.7%,平均精度均值mAP上升了6.63%。同时,算法对单帧图像的处理时间约148ms,可以满足农机自主作业过程中实时性检测的要求。

关键词：农田障碍物检测多传感融合图像增强毫米波雷达

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基于多级语义对齐的图像-文本匹配算法

北京航空航天大学学报 2024年第2期50卷 551-558页

作者：李艺茹姚涛张林梁孙玉娟付海燕鲁东大学信息与电气工程学院烟台264000 西南交通大学烟台新一代信息技术研究院烟台264000 大连理工大学信息与通信工程学院大连116024

图像中的区域特征更关注于图像中的前景信息,背景信息往往被忽略,如何有效的联合局部特征和全局特征还没有得到充分地研究。为解决上述问题,加强全局概念和局部概念之间的关联得到更准确的视觉特征,提出一种基于多级语义对齐的图像-文... 详细信息

图像中的区域特征更关注于图像中的前景信息,背景信息往往被忽略,如何有效的联合局部特征和全局特征还没有得到充分地研究。为解决上述问题,加强全局概念和局部概念之间的关联得到更准确的视觉特征,提出一种基于多级语义对齐的图像-文本匹配算法。提取局部图像特征,得到图像中的细粒度信息;提取全局图像特征,将环境信息引入到网络的学习中,从而得到不同的视觉关系层次,为联合的视觉特征提供更多的信息;将全局-局部图像特征进行联合,将联合后的视觉特征和文本特征进行全局-局部对齐得到更加精准的相似度表示。通过大量的实验和分析表明:所提算法在2个公共数据集上具有有效性。

关键词：图像-文本匹配跨模态信息处理特征提取神经网络特征融合

面向片上信息处理的集成拓扑光子器件研究进展

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光学学报 2024年

作者：胡攀孙璐王洪炜张永苏翼凯上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室电子工程系

集成拓扑光子器件以光为信息载体，为光的传播过程提供拓扑保护，在下一代面向片上信息处理的光子芯片中具有巨大的应用潜力。通过引入拓扑的概念，集成光子系统得以拥有全新的特性，包括单向传播的边界态以及对结构缺陷免疫等拓扑属性... 详细信息

集成拓扑光子器件以光为信息载体，为光的传播过程提供拓扑保护，在下一代面向片上信息处理的光子芯片中具有巨大的应用潜力。通过引入拓扑的概念，集成光子系统得以拥有全新的特性，包括单向传播的边界态以及对结构缺陷免疫等拓扑属性。随着对拓扑光子学理论的深入研究，许多基于拓扑光子学原理的器件被提出和验证，展示了其在构建高性能光信息处理芯片方面的广阔前景。本文详细介绍了集成拓扑光子器件的研究进展。首先，从不同的拓扑相或拓扑机制出发，介绍了一维、二维的拓扑光子集成器件及其在片上光信息处理中的应用。而后，进一步对非厄米、合成维度、非线性以及连续谱束缚态中的拓扑现象及集成光子器件开展讨论。最后，对集成拓扑光子器件面临的问题和发展趋势进行了总结和展望。

关键词：拓扑光子学拓扑相拓扑边界态集成光子器件

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薄膜铌酸锂声光调制器的研究进展(特邀)

激光与光电子学进展 2024年第11期61卷 71-83页

作者：黄继莹万磊陈承渝陈玉萍李朝晖宁夏大学物理学院宁夏银川750021 暨南大学信息科学技术学院电子工程系广东广州510632 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海交通大学物理与天文学院上海200240 中山大学光电子信息处理芯片与系统广东省重点实验室广东广州510275 南方海洋科学与工程广东实验室广东珠海519000

声表面波驱动的片上集成声光调制器因其体积小、高效率、低能耗、易集成等优点,成为微波到光波高效转换的关键技术。总结了薄膜铌酸锂声光调制器的最新研究进展,重点关注其在微波光子信息处理领域的应用。首先,介绍了薄膜铌酸锂声光调... 详细信息

声表面波驱动的片上集成声光调制器因其体积小、高效率、低能耗、易集成等优点,成为微波到光波高效转换的关键技术。总结了薄膜铌酸锂声光调制器的最新研究进展,重点关注其在微波光子信息处理领域的应用。首先,介绍了薄膜铌酸锂声光调制器的基本原理。然后,回顾了近些年来薄膜铌酸锂声光调制器的关键研究成果,包括调制速度、调制效率、光机耦合系数等性能指标的提升和优化。最后,还探讨了薄膜铌酸锂声光调制器在滤波器、声光频移与激光雷达、隔离器、微波-光波转换方面的应用潜力,并对片上声光调制器的未来研究趋势进行了简单的展望。

关键词：薄膜铌酸锂声光调制光机耦合微波-光波转换