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基于特征解耦的SAR图像舰船检测蒸馏

计算机工程与应用 2024年第2期60卷 171-179页

作者：罗杨卞春江陈红珍中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统综合电子与信息技术重点实验室北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049

目前,基于深度学习的合成孔径雷达(SAR)舰船目标检测方法受到广泛关注。但因为模型参数量大、运算内存高等问题限制了其实际应用。通过学生网络模仿教师网络,知识蒸馏被视作一种高效的模型压缩方法。然而,大部分的知识蒸馏算法只针对常... 详细信息

目前,基于深度学习的合成孔径雷达(SAR)舰船目标检测方法受到广泛关注。但因为模型参数量大、运算内存高等问题限制了其实际应用。通过学生网络模仿教师网络,知识蒸馏被视作一种高效的模型压缩方法。然而,大部分的知识蒸馏算法只针对常见的可见光图像任务,将其直接应用到复杂的SAR图像舰船目标检测上性能表现不佳。通过分析,出现上述性能不佳现象有以下两个原因:(1)前景背景面积严重失衡;(2)缺乏对前景和背景像素的关系建模。针对上述问题,提出基于解耦特征的拓扑距离知识蒸馏算法。前景和背景解耦蒸馏可以缓解前景背景失衡问题。通过解耦特征拓扑距离蒸馏,学生网络可以从教师网络学习到前景背景之间的关系,增强对背景噪声鲁棒性。实验结果表明,相比许多蒸馏算法,所提出的算法可以十分有效地提升学生网络在SAR图像舰船目标检测精度。比如,基于ResNet18-C4骨干网络的Faster R-CNN模型在HRSID数据集上AP提升6.85个百分点,从31.81%提升到38.66%。

关键词：合成孔径雷达(SAR)图像舰船检测知识蒸馏特征解耦

结合视觉显著性和EfficientNetV2的舰船目标检测方法

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计算机工程与应用 2024年第5期60卷 259-270页

作者：梁秀雅冯水春陈红珍中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统综合电子与信息技术重点实验室北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049

随着光学遥感图像分辨率逐渐提高,对海面舰船目标快速精准检测成为海事研究的基本挑战之一。为了解决检测过程中面临的待检测图像尺寸大而目标稀疏、复杂环境干扰、目标提取时效性差、模型体积计算量大等问题,提出一种实用的舰船检测方... 详细信息

随着光学遥感图像分辨率逐渐提高,对海面舰船目标快速精准检测成为海事研究的基本挑战之一。为了解决检测过程中面临的待检测图像尺寸大而目标稀疏、复杂环境干扰、目标提取时效性差、模型体积计算量大等问题,提出一种实用的舰船检测方案。引入视觉显著性有效加速预筛选过程,利用小波分解系数表达舰船目标区域与背景的差异,抑制噪声的同时增强目标方向特征,通过改进的四元数傅里叶变换相位谱模型(phase spectrum of quaternion Fourier transform,PQFT)生成显著图,并采用Gini指数引导多尺度显著图融合以增强图像尺度适应性及小目标显著性。与其他显著性方法相比,提出的模型能够有效抑制云、雾、海杂波、舰船尾迹等复杂环境的干扰,与经典的滑动窗口或其他区域建议方法相比产生更小的候选区域集合。得到显著图映射后,采用自适应阈值OTSU法对显著图进行二值分割。在目标判别阶段,利用轻量化网络EfficientNetV2有效剔除虚警。实验结果表明,所提出的船舶检测方法鲁棒性高,准确率高达96%,满足实时性需求。

关键词：光学遥感舰船检测 PQFT算法视觉显著性 EfficientNetV2

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基于可变尺度先验框的声呐图像目标检测

系统工程与电子技术 2024年第3期46卷 771-778页

作者：黄思佳宋纯锋李璇中国科学院声学研究所水下航行器信息技术重点实验室北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国科学院自动化研究所智能感知与计算研究中心北京100190

利用深度学习对声呐图像进行目标检测是近年来的研究热点,然而声呐图像存在目标尺度分布集中、数据获取难等问题,导致检测效果难以满足需求。针对该问题,提出了一种基于可变尺度先验框的目标检测方法。首先,考虑到声呐图像中目标的尺度... 详细信息

利用深度学习对声呐图像进行目标检测是近年来的研究热点,然而声呐图像存在目标尺度分布集中、数据获取难等问题,导致检测效果难以满足需求。针对该问题,提出了一种基于可变尺度先验框的目标检测方法。首先,考虑到声呐图像中目标的尺度分布具有其特殊性,基于先验统计生成可变尺度先验框。其次,为了解决声呐图像稀缺的难题,采用数据增强的方法对训练集进行扩充。最后,探索了模型的轻量化,通过删减模型的大目标检测层,在不降低模型精度的同时简化模型结构。为了评估算法的有效性,以前视声呐图像为例进行了综合试验,平均精度(mean average precision,mAP)@0.75和mAP@0.5:0.95分别达0.585和0.559,较原Yolov5网络分别提升了5.8%和3.1%,同时每秒10亿次浮点运算次数下降到14.9。结果表明,所提算法具有更高的精度和更轻量化的模型结构。

关键词：声呐图像目标检测数据增强尺度聚类轻量化模型

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煤矸石改性方法及其资源环境利用研究进展

化学学报 2024年第5期82卷 527-540页

作者：张华林赵梦飞江晓亮田少静滕泽栋李庭刚中国科学院过程工程研究所、中国科学院绿色过程与工程重点实验室、中国科学院绿色过程制造创新研究院、战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心、北京市过程污染控制工程技术研究中心北京100190 中国科学院赣江创新研究院、中国科学院稀土重点实验室、江西省稀土清洁生产重点实验室江西赣州341003 江西理工大学冶金工程学院江西赣州341099 生物药制备与递送重点实验室(中国科学院)生化工程国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

煤矸石是一种煤炭开采和洗选过程中产生的典型工业废弃物,其大量的堆积造成了较大的环境问题.通过不同的改性方法对煤矸石进行改性,可以显著提升其在环境保护、资源回收方面的应用潜力.改性煤矸石在环境应用方面的研究涉及多个领域,这... 详细信息

煤矸石是一种煤炭开采和洗选过程中产生的典型工业废弃物,其大量的堆积造成了较大的环境问题.通过不同的改性方法对煤矸石进行改性,可以显著提升其在环境保护、资源回收方面的应用潜力.改性煤矸石在环境应用方面的研究涉及多个领域,这些应用不仅有助于减轻煤矸石对环境的压力,而且可以通过回收和再利用,为环境保护和经济发展提供新的动力,实现煤矸石综合利用的可持续发展.本综述从煤矸石的环境问题出发,强调了通过改性技术提升其环保潜力的重要性并详细分析了改性煤矸石在废水处理、土壤修复、建筑材料制备等方面的应用,并探讨了面临的挑战和未来发展方向,为煤矸石资源化利用奠定了基础.

关键词：煤矸石改性方法环境应用资源化

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面向舰船目标识别的遥感图像超分辨率重建

计算机工程与应用 2024年第13期60卷 190-199页

作者：张天霖逄征陈红珍陈实卞春江中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统综合电子与信息技术重点实验室北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049

天基遥感图像分辨率的退化为舰船目标的识别带来了巨大挑战。图像超分辨率重建技术可以为识别任务提供丰富的信息,然而将图像超分辨率重建与舰船目标识别任务分别独立进行,将会忽略两个任务间的内在相关性。针对这些问题,为了探索图像... 详细信息

天基遥感图像分辨率的退化为舰船目标的识别带来了巨大挑战。图像超分辨率重建技术可以为识别任务提供丰富的信息,然而将图像超分辨率重建与舰船目标识别任务分别独立进行,将会忽略两个任务间的内在相关性。针对这些问题,为了探索图像超分辨率重建与目标识别任务间的有效结合方式,提出了面向舰船目标识别的遥感图像超分辨率重建方法。设计了一种通道全连接网络,以自适应加权的通道全连接代替残差连接,提升各层特征的流动性与表达性能,实现遥感图像的高效超分辨率重建。为了进一步挖掘超分辨率重建对舰船目标识别性能提升的潜力,引入多任务学习技术,提出了一种超分辨率重建与目标识别联合网络,通过多阶段训练优化策略实现联合端到端网络的稳定训练,从而引导任务间进行有效的互相监督学习。在公开数据集FGSCR-42上的实验结果表明,当遥感图像在8倍和16倍的分辨率退化情况下,提出的超分辨率重建网络帮助舰船目标识别准确率分别提升了33.27和17.48个百分点,所提联合网络则将识别准确率进一步提升了1.75和1.91个百分点。

关键词：天基遥感图像图像超分辨重建舰船目标识别

基于调制码元多普勒测量的相干光通信测速方法研究

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激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 222-228页

作者：张权徐轻尘胡雄吴小成杨钧烽中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100190 空间天气学国家重点实验室北京100190 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室北京100190

高精度的星间测速技术是实现卫星激光通信测量一体化和自主导航的关键技术之一。提出了一种基于调制码元多普勒测量的星间相干光通信链路的测速方法,采用单程单向的方式,在接收端利用码元符号同步和判决相位及符号信息,去除基带采样数... 详细信息

高精度的星间测速技术是实现卫星激光通信测量一体化和自主导航的关键技术之一。提出了一种基于调制码元多普勒测量的星间相干光通信链路的测速方法,采用单程单向的方式,在接收端利用码元符号同步和判决相位及符号信息,去除基带采样数据中的相位调制信息,获取相位连续的码元多普勒信号,可在完成星间通信的同时,实现对卫星相对运动速度的实时高精度测量。仿真结果验证了该方法可在通信速率为1 Gbit/s、误码率(BER)为10^(-9)情况下,实现0~11.625 km/s的相对速度测量,速度测量不确定度优于10.00 mm/s。

关键词：光通信卫星测速调制码元多普勒频移

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基于特征解耦的少样本遥感飞机图像增广算法

计算机工程与应用 2024年第9期60卷 244-253页

作者：刘牧云卞春江陈红珍中国科学院国家、空间科学中心、复杂航天系统综合电子与信息技术重点实验室北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049

基于深度学习的遥感飞机图像分类模型依赖多元化、均衡化的数据集进行训练,但由于飞机目标的高动态特性导致其大规模数据采集困难,现有的飞机细粒度数据集往往存在高质量数据有限、样本不均衡、难以覆盖全部场景的问题。图像生成技术作... 详细信息

基于深度学习的遥感飞机图像分类模型依赖多元化、均衡化的数据集进行训练,但由于飞机目标的高动态特性导致其大规模数据采集困难,现有的飞机细粒度数据集往往存在高质量数据有限、样本不均衡、难以覆盖全部场景的问题。图像生成技术作为数据增广的一种方式在提高数据规模方面发挥了重要作用,但传统的图像生成算法依赖大量样本训练,在少样本条件下的遥感细粒度图像生成问题亟待解决。因此,针对飞机目标图像类间相似度高、类内差异性大的特性提出了一种基于特征解耦的小样本图像生成方法FD-VAE,并在FAIR1M-Aircraft和MAR20两个细粒度遥感飞机数据集上进行测试,与多种先进的图像生成方法相比,FD-VAE的生成图像质量评价指标FID和LPIPS有明显改善。一系列定性和定量实验证明了FD-VAE在生成多样性、高质量的飞机细粒度图像方面具有强竞争力。并且,使用FD-VAE增广后数据集训练的ResNet-18分类网络,相比于传统训练方法精度提升2.3个百分点。FD-VAE有效缓解了细粒度飞机图像高质量数据采集困难的问题,并且有助于提升下游深度学习模型的性能上限。

关键词：变分自编码器数据增广特征解耦小样本学习图像生成遥感图像

用于刑侦检测的日盲紫外折衍混合变焦光学系统设计

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光学学报 2024年第4期44卷 273-282页

作者：宋逸辰唐玉凤赖涛袁沛琦丁骁炜毛珊赵建林西北工业大学物理科学与技术学院光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室陕西省光信息技术重点实验室陕西西安710129

基于ARTCAM-407UV-WOM型紫外探测器,结合光学系统成像性能要求和光学元件成像特性,提出一种基于Qcon非球面和衍射表面的日盲紫外折衍混合变焦光学系统设计方法。所设计的系统仅由5块透镜组成,采用氟化钙和熔融石英两种材料,工作波段为0.... 详细信息

基于ARTCAM-407UV-WOM型紫外探测器,结合光学系统成像性能要求和光学元件成像特性,提出一种基于Qcon非球面和衍射表面的日盲紫外折衍混合变焦光学系统设计方法。所设计的系统仅由5块透镜组成,采用氟化钙和熔融石英两种材料,工作波段为0.24~0.27μm,连续变焦范围为40~100 mm。分析结果显示,该系统在整个变焦范围内,奈奎斯特空间频率在11 lp/mm处的调制传递函数值均高于0.7,全视场畸变小于0.06%,表明该设计方法能够满足日盲紫外连续变焦系统结构简单、体积小、像质优良、像面稳定等设计和刑侦检测使用要求,对此类光学系统的设计具有一定借鉴意义。

关键词：光学设计混合光学系统 Q型非球面日盲紫外光变焦光学系统

无衍射贝塞尔光束的传输调控研究进展(特邀)

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光学学报 2024年第10期44卷 3-22页

作者：李岩珂刘圣李鹏魏冰妍温丹丹赵建林西北工业大学物理科学与技术学院光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室陕西省光信息技术重点实验室陕西西安710129

贝塞尔光束以其独特的无衍射传输特性得到了广泛的关注,在光学操控、光学加工、信息传输、光学成像等领域具有巨大的应用前景。为了丰富光束的传输特性,通过不同手段对贝塞尔光束传输的调控成为了热点问题。研究者提出不同的理论和方法... 详细信息

贝塞尔光束以其独特的无衍射传输特性得到了广泛的关注,在光学操控、光学加工、信息传输、光学成像等领域具有巨大的应用前景。为了丰富光束的传输特性,通过不同手段对贝塞尔光束传输的调控成为了热点问题。研究者提出不同的理论和方法,通过对贝塞尔光束进行不同维度的调控,构造了沿任意轨迹传输、轴上强度和偏振可调的新型类贝塞尔光束。从贝塞尔光束的基本特性出发,总结了近年来贝塞尔光束传输调控相关的研究进展,包括贝塞尔光束的传输轨迹控制、轴向强度和偏振态控制、束宽控制等基本调控手段,并分析了其传输和调控机理。

关键词：光场调控无衍射光束贝塞尔光束光传输