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中红外光谱双重校验异常样本检测方法研究

光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1546-1552页

作者：张朱珊莹张若静顾瀚文谢勤岚张献文撒继铭刘繄中南民族大学生物医学工程学院湖北武汉430074 认知科学国家民委重点实验室湖北武汉430074 医学信息分析及肿瘤诊疗湖北省重点实验室湖北武汉430074 临沂格莱普园林机械有限公司山东临沂276700 武汉理工大学信息工程学院湖北武汉430070 武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070

中红外吸收光谱法目前最有前途的无创血糖检测技术之一。中红外吸收光谱的血糖浓度检测结果准确性与光谱信号的可靠性密切相关。采集中红外光谱信号的过程易受环境或人为等因素的影响而产生包含大量干扰信息的异常光谱。异常样本存在会... 详细信息

中红外吸收光谱法目前最有前途的无创血糖检测技术之一。中红外吸收光谱的血糖浓度检测结果准确性与光谱信号的可靠性密切相关。采集中红外光谱信号的过程易受环境或人为等因素的影响而产生包含大量干扰信息的异常光谱。异常样本存在会降低预测模型的有效性和可靠性,故异常样本的检测和剔除至关重要。本研究提出双重校验异常样本检测法能够将异常样本准确筛选出来并剔除。本算法分为两个阶段,首先利用蒙特卡洛交叉验证异常样本检测,初步筛选异常样本,提高光谱样本集的稳定性;其次以马氏距离平方近似服从卡方分布为理论基础,自适应确定最优阈值,对剩余数据集进行异常样本再识别。以64份包含葡萄糖、白蛋白、尿素、乳酸、果糖、胆固醇在内的葡萄糖混合仿体溶液样本为研究对象。双重校验法首先利用预测误差平方和对异常样本敏感的特性对光谱数据集中的异常样本进行初步判定,共检测出3个异常样本,从光谱数据集中剔除检测出的异常样本后建立PLS校正模型,该模型的相关系数为0.91,RMSECV为60.17 mg·dL^(-1)。其次,双重校验法以马氏距离平方近似服从卡方分布为理论基础,实现异常样本自适应识别。共检测出了12个异常样本,剔除全部异常样本后构建的PLS模型性能得到了提升,相关系数达到0.99,RMSECV达到57.77 mg·dL^(-1)。通过与无异常样本剔除、PCA-MD法、蒙特卡洛法相比较双重校验法结果最优,证明了本算法在异常样本检测上的优越性。与未剔除异常样本时的PLS模型相比,相关系数从0.86上升到了0.99,RMSECV从67.51 mg·dL^(-1)降低至57.77 mg·dL^(-1),分别提升了15.12%、14.42%。本研究针对异常样本检测方法中易受阈值影响而出现正常样本误检或异常样本漏检的问题给出了很好的解决策略,该方法能够准确检测并剔除异常样本,进而提高预测模型的精度和预测性能。为中红外光谱数据集异常样本的准确剔除提供了一种思路。

关键词：红外光谱异常样本双重校验自适应阈值

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基于三维点云的大型铸件冒口切割轨迹规划

组合机床与自动化加工技术 2024年第5期 152-155,161页

作者：穆春阳胡冲马行周文亚张春涛北方民族大学电气信息工程学院银川750021 北方民族大学机电工程学院银川750021 北方民族大学宁夏智能信息与大数据处理重点实验室银川750021

为解决人工切割大型铸件冒口对人体损害大,生产效率低和切割平面粗糙的问题,对视觉检测技术和机器人切割轨迹规划进行研究。首先,利用3D工业相机采集铸件三维场景点云信息;然后,通过提出的三点模板点云配准(three-point template point ... 详细信息

为解决人工切割大型铸件冒口对人体损害大,生产效率低和切割平面粗糙的问题,对视觉检测技术和机器人切割轨迹规划进行研究。首先,利用3D工业相机采集铸件三维场景点云信息;然后,通过提出的三点模板点云配准(three-point template point cloud registration, TTPCR)方法获取铸件切割点位的位姿信息,利用手眼标定变换矩阵把切割点位的信息变换到机械臂的基坐标系下;最后,利用空间圆弧的姿态插补求出切割轨迹的位姿信息,并用RoboDK软件开展实验。实验结果表明切割的误差小于1.3 mm,相对于传统的人工切割方法,切割豁口缝隙减少了37.5%,切割表面粗糙度降低了70.8%,切割表面平均粗糙深度降低了65.6%,满足铸件切割工艺要求,具有一定的工业应用价值。

关键词：铸件冒口点云配准轨迹规划手眼标定姿态插补

基于PCA-SIFT特征融合的铸件冒口点云匹配研究

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组合机床与自动化加工技术 2024年第8期 75-79页

作者：穆春阳杨科马行北方民族大学机电工程学院银川750021 北方民族大学宁夏智能信息与大数据处理重点实验室银川750021 北方民族大学电气信息工程学院银川750021

当前自动化铸件冒口切割机器人系统研制在识别和定位冒口方面要求精确,且面临现场环境复杂、相机采集数据量大、处理效率低、算法不稳定性导致误差较大等问题。针对上述问题,提出PCA-SIFTS4的点云配准方法,首先,对采集的场景点云数据通... 详细信息

当前自动化铸件冒口切割机器人系统研制在识别和定位冒口方面要求精确,且面临现场环境复杂、相机采集数据量大、处理效率低、算法不稳定性导致误差较大等问题。针对上述问题,提出PCA-SIFTS4的点云配准方法,首先,对采集的场景点云数据通过多阶段滤波和聚类分割技术,从复杂的场景中提取出高质量的冒口点云;其次,基于PCA与3D-SIFT特征融合提取冒口点云的特征属性,降低Super4PCS粗配准的搜索复杂度,缩短配准时间;最后,采用点到面的ICP算法进行精配准,运用所提出的方法对典型形状冒口点云进行配准实验,与传统配准算法相比,配准时间和均方根误差分别平均降低78.53%和64.93%,结果表明PCA-SIFTS4算法对于环境复杂、数据量大、特征不明显的冒口点云具有较好的实时性和精确性。

关键词：铸件冒口点云配准 3D-SIFT Super4PCS

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基于分层穿插多视角点云配准算法研究

组合机床与自动化加工技术 2024年第8期 28-32页

作者：周文亚马行穆春阳胡冲北方民族大学电气信息工程学院银川750021 北方民族大学宁夏智能信息与大数据处理重点实验室银川750021 北方民族大学机电工程学院银川750021

为解决毛胚铸件三维重建因多视角配准过程中引起的累积误差大、配准精度差以及配准效率低的问题,提出了一种分层穿插多视角点云配准算法。首先,利用工业相机对铸件物体获取不同视角下的点云信息进行预处理;其次,通过邻域法向量夹角特性... 详细信息

为解决毛胚铸件三维重建因多视角配准过程中引起的累积误差大、配准精度差以及配准效率低的问题,提出了一种分层穿插多视角点云配准算法。首先,利用工业相机对铸件物体获取不同视角下的点云信息进行预处理;其次,通过邻域法向量夹角特性提取特征点,并对其进行FPFH特征点描述,对每层相邻点云用改进的4PCS算法进行粗配准,获得良好的初始位置,再利用KD-tree加速搜索的广义迭代最近点GICP算法进行精配准;最后,利用分层穿插多视角配准策略拼接成完整的点云。实验结果表明,提出的配准方法相对于SAC-IA+ICP算法、4PCS+ICP算法、Super-4PCS+ICP算法,配准时间分别降低了96.5%、96.1%、88.3%,配准精度分别提高了79.5%、71.5%、55.1%。此算法配准质量不仅优于顺序多视角配准的质量,而且在鲁棒性和精确配准方面有明显优势,对后续三维重建提供了一种高效的方法。

关键词：三维点云配准多视角拼接邻域特征点提取 4PCS

基于MFCC的碳纤维复合缠绕气瓶损伤声发射信号分析

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无损检测 2024年第4期46卷 53-58页

作者：魏莱龙飞飞杨可鑫李沛莹大连民族大学机电工程学院大连116000

针对碳纤维复合缠绕(CFPR)气瓶的损伤在线监测问题,对CFRP气瓶冲击损伤过程的声发射检测进行研究。以获取到的气瓶损伤声发射信号作为研究对象,通过梅尔倒谱系数(MFCC)特征提取方法,将原始信号转换为特征系数向量,将其参数值及变化趋势... 详细信息

针对碳纤维复合缠绕(CFPR)气瓶的损伤在线监测问题,对CFRP气瓶冲击损伤过程的声发射检测进行研究。以获取到的气瓶损伤声发射信号作为研究对象,通过梅尔倒谱系数(MFCC)特征提取方法,将原始信号转换为特征系数向量,将其参数值及变化趋势进行同步比较。试验结果表明,不同损伤类型梅尔倒谱系数的分布呈现出明显的规律性。该研究结果可为CFPR材料的声发射检测信号识别提供一些参考。

关键词：碳纤维复合缠绕气瓶声发射冲击梅尔频率倒谱系数

改进YOLOv7-tiny的轻量化大型铸件焊缝缺陷检测

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组合机床与自动化加工技术 2024年第7期 156-160页

作者：穆春阳李闯马行刘永鹿杨科刘宝成北方民族大学电气信息工程学院银川750021 北方民族大学宁夏智能信息与大数据处理重点实验室银川750021 北方民族大学机电工程学院银川750021

针对目前焊缝缺陷数据集少,检测环境恶劣,人为识别困难等问题,提出了一种改进的YOLOv7-tiny算法。由于检测物体缺陷形状不规则,采用可变形卷积能够学习到更加丰富的特征信息和感知到物体的细节信息,增强了模型的表达能力和泛化能力;为... 详细信息

针对目前焊缝缺陷数据集少,检测环境恶劣,人为识别困难等问题,提出了一种改进的YOLOv7-tiny算法。由于检测物体缺陷形状不规则,采用可变形卷积能够学习到更加丰富的特征信息和感知到物体的细节信息,增强了模型的表达能力和泛化能力;为了在提高焊缝缺陷检测速度的同时,不降低准确率,满足工厂实时性的要求,提出了一种融合轻量化卷积和注意力机制的ELAN-PCS网络结构;为了解决中小目标检测困难,很容易出现漏检的情况,引入了通道注意力机制。实验结果表明,与原YOLOv7-tiny相比,改进模型在大型铸件焊缝缺陷数据集上mAP(0.5)提升1.8%、mAP(0.5~0.95)提升6.8%,模型参数量下降1.9 M。

关键词：轻量化缺陷检测 YOLOv7-tiny 注意力机制可变形卷积

小样本下基于SMOTE-IGWO-RF的轮毂电机轴承故障诊断

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兵器装备工程学报 2024年第8期45卷 1-9页

作者：葛平淑王朝阳王阳张涛薛红涛夏晨迪大连民族大学机电工程学院辽宁大连116600 江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013 锡林郭勒热电有限责任公司内蒙古锡林郭勒026000

轮毂电机复杂多变的运行环境可能导致轴承故障而危及电动车辆行驶安全,为解决传统故障诊断方法在小样本条件下识别精度低的问题,提出一种基于SMOTE-IGWO-RF的轮毂电机轴承故障诊断方法。首先,通过合成少数过采样技术(SMOTE)扩展训练数据... 详细信息

轮毂电机复杂多变的运行环境可能导致轴承故障而危及电动车辆行驶安全,为解决传统故障诊断方法在小样本条件下识别精度低的问题,提出一种基于SMOTE-IGWO-RF的轮毂电机轴承故障诊断方法。首先,通过合成少数过采样技术(SMOTE)扩展训练数据集,生成与真实样本分布相似的故障样本,并使用主成分分析(PCA)优化其时域和频域的特征。然后,通过引入非线性收敛因子和Levy飞行策略改进传统的灰狼优化算法(GWO),使用改进的灰狼优化算法(IGWO)优化随机森林(RF)模型的参数。最后,基于SMOTE-IGWO-RF的轮毂电机轴承故障诊断模型实现故障状态的识别,并在轮毂电机试验台架上进行了实验验证。结果表明,所提出的轮毂电机轴承故障诊断方法在7种转速工况下平均准确率均超过96%,具有高精度和稳定性。与遗传算法(GA)、粒子群优化算法(PSO)、GWO优化RF相比,提出的IGWO-RF模型在3种小样本训练集下的诊断准确率均超过90%,且准确率均明显高于其他3个对比算法,能够有效实现小样本条件下的轮毂电机轴承故障诊断。

关键词：轮毂电机轴承合成少数类过采样技术(SMOTE) 改进灰狼优化算法(IGWO) 随机森林(RF) 故障诊断

基于参数辨识的永磁辅助同步磁阻电机电流无差拍控制

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电工技术学报 2024年第18期39卷 5626-5638页

作者：许爱德刘鑫李新宇胡士迈大连海事大学信息科学技术学院大连116026 大连海事大学船舶电气工程学院大连116026

针对永磁辅助同步磁阻电机电感参数失配引起传统无差拍预测电流控制器受扰动的问题,该文提出一种电感参数自适应的无差拍预测电流控制方案。所提算法利用模型参考自适应系统对电感参数进行在线辨识,并将辨识结果代替控制器中的原始电感... 详细信息

针对永磁辅助同步磁阻电机电感参数失配引起传统无差拍预测电流控制器受扰动的问题,该文提出一种电感参数自适应的无差拍预测电流控制方案。所提算法利用模型参考自适应系统对电感参数进行在线辨识,并将辨识结果代替控制器中的原始电感模型参数,以确保控制器的模型参数和电机实际参数相匹配,进而增强无差拍预测电流控制系统的鲁棒性。根据永磁辅助同步磁阻的数学模型,对电机本体进行了建模,以实现对所提算法的仿真验证。最后在以TMS320F28335控制器为核心的实验平台上进行了实验验证。仿真和实验结果均表明,当电机参数与模型参数不匹配时,所提算法相较于传统的无差拍预测电流控制算法在电流波动峰峰值、电流跟踪静差及系统鲁棒性方面都有明显的改善。

关键词：永磁辅助同步磁阻电机参数辨识无差拍预测电流控制模型参考自适应

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多层级深度特征融合的乳腺癌病理图像分类

光电子·激光 2024年

作者：杨芳邹迎丁雪妍张建新大连理工大学电子信息与电气工程学部大连民族大学计算机科学与工程学院

针对既有深度学习方法在乳腺癌病理图像全局与局部特征统一表达上的不足，将长距离建模的Transformer和强局部感知的卷积神经网络相结合，提出一种多层级深度特征融合的乳腺癌病理图像分类方法。该方法以双分支并行的Deit-B和ResNet-18... 详细信息

针对既有深度学习方法在乳腺癌病理图像全局与局部特征统一表达上的不足，将长距离建模的Transformer和强局部感知的卷积神经网络相结合，提出一种多层级深度特征融合的乳腺癌病理图像分类方法。该方法以双分支并行的Deit-B和ResNet-18模型作为骨干架构，在双分支网络中间层和末端位置分别引入特征融合操作，有效加强了乳腺癌病理图像全局与局部深度特征的联合学习；此外，在CNN支流的残差模块间引入密集连接操作来提升中间层融合特征的信息传递。通过全局-局部特征提取与支流间-支流内特征交互，可更有效捕获用于乳腺癌病理图像分类的判别特征。在乳腺癌病理图像公共数据集BreakHis上的消融实验与对比实验结果证明所提出方法的有效性，此外可获得99.83%的最优分类结果。

关键词：病理图像分类乳腺癌卷积神经网络 Transformer 特征融合