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一种基于嵌入式平台的非接触式心率监测系统研究

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光电子．激光 2024年第3期35卷 320-326页

作者：齐浩明唐春晓李伟闫晓通谢正麟彭振凯天津工业大学电子与信息工程学院天津市光电检测技术与系统重点实验室天津300387

心率的长期监测对心血管疾病的预防和治疗具有重要意义。当前心率检测常用的监护仪、心电图机、智能手表和运动手环等均属于接触式测量装置,长期佩戴易产生压痕,甚至给使用者带来不适。在非接触测量方面,远程光电容积脉搏波描记法(remot... 详细信息

心率的长期监测对心血管疾病的预防和治疗具有重要意义。当前心率检测常用的监护仪、心电图机、智能手表和运动手环等均属于接触式测量装置,长期佩戴易产生压痕,甚至给使用者带来不适。在非接触测量方面,远程光电容积脉搏波描记法(remote photoplethysmography, rPPG)可以通过分析面部视频获取心率,是一种很有潜力的心率长期监测方法。目前,绝大多数对于rPPG的研究都在使用电脑做数据分析,体积过大不易摆放,难以满足医学临床和家庭日常使用的需求。针对这一问题,本文尝试在嵌入式平台上依据rPPG原理实现心率监测。监测系统主要由树莓派4B开发板、相机和触摸屏组成。采用AdaBoost算法实现人脸识别与追踪,选取额头和脸颊作为感兴趣区域(range of interest, ROI),利用巴特沃斯带通滤波去噪,根据POS模型提取BVP波形,对来自不同ROI的BVP波形做盲源分离得到最终的脉搏波,最后利用能谱分析计算心率。实验结果表明本文所研究的系统具有与PC端相同的心率检测准确性和鲁棒性。本文的研究成果可以为心率长期监测设备的小型化和普及做出自己的贡献,也可以为智慧医疗中的远程监测治疗提供有力的保障。

关键词：心率监测非接触测量远程光电容积脉搏波描记法(rPPG) 嵌入式平台树莓派

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太赫兹技术在复合材料缺陷检测中的研究进展

光谱学与光谱分析 2024年第10期44卷 2717-2726页

作者：蒋玉英温茜茜葛宏义陈浩江梦蝶赵洋王佳慧河南工业大学粮食信息处理与控制教育部重点实验室河南郑州450001 河南工业大学河南省粮食光电探测与控制重点实验室河南郑州450001 河南工业大学信息科学与工程学院河南郑州450001 河南工业大学人工智能与大数据学院河南郑州450001

复合材料制品因具有高强度、低重量、耐腐蚀性等优点,在航空航天、建筑、海洋等多个行业中广泛应用。然而在复合材料的生产或使用过程中,不可避免地会损伤和破坏材料,降低材料性能,带来无法预料的安全隐患。因此,如何对材料内部的损伤... 详细信息

复合材料制品因具有高强度、低重量、耐腐蚀性等优点,在航空航天、建筑、海洋等多个行业中广泛应用。然而在复合材料的生产或使用过程中,不可避免地会损伤和破坏材料,降低材料性能,带来无法预料的安全隐患。因此,如何对材料内部的损伤类型和程度进行无损检测成为近年来的热点研究课题。常用无损检测技术在复合材料缺陷检测方面有一定的局限性,而太赫兹(Terahertz,THz)技术以其光子能量低、穿透性强的特点,能够实现高分辨率的无损探伤,不会对被测材料造成电离破坏,被广泛应用于复合材料的缺陷检测。THz技术的优势在于其对材料的化学成分和晶体结构的敏感性,通过分析THz波的频谱和相位信息,可获取有关材料内部的细节信息,如缺陷类型、大小和分布等,这对于复合材料的质量控制和性能评估非常重要。文章首先概述了复合材料、常用无损检测技术和THz技术的基本原理;其次对复合材料制造或使用中产生的分层、夹杂、孔隙、冲击损伤、热损伤等缺陷进行分类,并重点阐述了THz技术在不同类型缺陷检测中的应用;然后总结了THz技术在复合材料缺陷检测中面临的挑战,包括THz成像分辨率受限,难以提供足够的细节信息、复合材料结构的非均匀性,导致THz波在复合材料内部的传播复杂多样、现有缺陷识别技术和设备,限制了THz在复合材料缺陷检测中的应用;最后对未来发展方向进行了展望,其中包括改进成像系统,提高THz成像分辨率的同时减少检测时间、结合人工智能和深度学习技术,完善不同类型缺陷的快速精准识别、提高数据处理的实时性,实现复合材料的在线检测,并优化复合材料缺陷检测平台。这些发展方向将进一步推动THz技术在复合材料领域的应用,提高检测效率和准确性,促进复合材料制造和应用的发展。

关键词：太赫兹复合材料缺陷识别无损检测太赫兹成像

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深度学习驱动的大深度二值聚焦投影三维测量

激光与光电子学进展 2024年第10期61卷 111-118页

作者：刘嘉谈季王旭苏文青何昭水广东工业大学自动化学院广东广州510006 物联网智能信息处理与系统集成教育部重点实验室广东广州510006

二值离焦技术在高速动态三维测量中展现出巨大优势。然而,离焦投影模式决定了其仅能在合适离焦程度才可得到高质量测量结果,导致测量深度十分受限。为扩大测量深度,提出一种深度学习驱动的二值聚焦投影三维测量方法。利用聚焦投影策略,... 详细信息

二值离焦技术在高速动态三维测量中展现出巨大优势。然而,离焦投影模式决定了其仅能在合适离焦程度才可得到高质量测量结果,导致测量深度十分受限。为扩大测量深度,提出一种深度学习驱动的二值聚焦投影三维测量方法。利用聚焦投影策略,无须考虑图像离焦带来的条纹成像影响,从根本上克服二值离焦技术的局限性。其次,设计了两阶段深度学习框架对二值条纹进行处理:其中对抗式学习实现全测量深度内的高质量正弦条纹生成;分支残差学习输出条纹级数辅助相位展开,减小传统离焦投影引起的级数边缘误差。实验结果表明,所提方法可显著扩大测量深度范围,且保证全范围高质量三维重建结果。

关键词：三维测量二值投影结构光深度学习

采用低秩编码优化大语言模型的高校基础知识问答研究

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计算机科学与探索 2024年第8期18卷 2156-2168页

作者：骆仕杰金日泽韩抒真天津工业大学网络安全和信息化办公室天津300387 天津工业大学软件学院天津300387

在高等教育领域,基础知识问答系统对学生学术成就提升及教育资源公平分配具有重要作用。近年来已有基于预训练语言模型上使用机器阅读理解和文本相似度匹配的问答技术,在处理复杂的自然语言问题时仍然面临因训练数据不足、模型泛化能力... 详细信息

在高等教育领域,基础知识问答系统对学生学术成就提升及教育资源公平分配具有重要作用。近年来已有基于预训练语言模型上使用机器阅读理解和文本相似度匹配的问答技术,在处理复杂的自然语言问题时仍然面临因训练数据不足、模型泛化能力限制等瓶颈导致的回答质量和准确性不足的情况。本研究旨在解决如何在降低资源消耗的同时,提升基础知识问答系统在高校环境中的性能优势和准确率。为实现该目标,提出了一种高校基础知识领域的低秩编码大语言模型微调方法。该方法通过低秩编码的方法降低大语言模型的内存、显存在训练和预测的消耗量,并且运用大语言模型的生成式方法优化我校基础知识数据问答领域的研究与分析,从而提高日常基础知识问答的质量、准确性和响应速度。通过冻结大型预训练模型权重,将高校基础知识语言信息融入原Transformer架构的预训练层,并且加入了问答优化模块来规范生成式模型的准确性。此方法在显著减少下游任务可训练参数数量的同时,可以较好地保留原模型的生成式语言能力,并且针对高校基础知识领域展现出更优的性能优势和准确率。

关键词：生成式语言模型基础知识问答大语言模型 Transformer 冻结模型权重

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信息技术在粮食多式联运系统中的应用与展望

中国粮油学报 2024年

作者：祝玉华郭少华李智慧甄彤河南工业大学信息科学与工程学院河南工业大学粮食信息处理与控制教育部重点实验室

粮食作为国计民生的重要物资，其稳定、高效的运输对于保障国家粮食安全具有至关重要的意义。本文从多式联运高效衔接技术、路径优化、信息共享、一体化监控平台等方面阐述了多式联运信息化发展现状，并针对信息技术在粮食多式联运方面... 详细信息

粮食作为国计民生的重要物资，其稳定、高效的运输对于保障国家粮食安全具有至关重要的意义。本文从多式联运高效衔接技术、路径优化、信息共享、一体化监控平台等方面阐述了多式联运信息化发展现状，并针对信息技术在粮食多式联运方面的应用以及现存问题，提出了一种基于北斗/5G和SPC的粮食多式联运粮情动态监测的方法。利用北斗+5G融合定位以及北斗短报文通信方式，弥补了运输车辆在室内、城市密集区等复杂环境下的精准定位和通信的不足。通过设置粮情状态判定规则结合下位机传感器采集数据进行分析，绘制SPC动态控制图，在实现对粮情状态实时监控的同时，可通过观测数据波动情况预测潜在风险，提前干预，减少粮食在途损耗。最终，为未来打造粮食多式联运高效衔接一体化智能监管平台提供支撑。

关键词：粮食物流多式联运北斗+5G 动态监测 SPC

基于IDRSN-BiLSTM的铣削加工表面粗糙度预测方法

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仪器仪表学报 2024年第4期45卷 27-36页

作者：陈佳琳尚志武张雷天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387 天津商业大学机械工程学院天津300134 天津市天森智能设备有限公司天津300300

针对传统的表面粗糙度预测方法过度依赖人工提取特征以及预测精度较低的问题,提出一种基于Inception模块改进的深度残差收缩网络(IDRSN)和双向长短时记忆网络(BiLSTM)的表面粗糙度预测方法。首先,利用深度残差收缩网络(DRSN)中软阈值化... 详细信息

针对传统的表面粗糙度预测方法过度依赖人工提取特征以及预测精度较低的问题,提出一种基于Inception模块改进的深度残差收缩网络(IDRSN)和双向长短时记忆网络(BiLSTM)的表面粗糙度预测方法。首先,利用深度残差收缩网络(DRSN)中软阈值化结构和注意力机制对输入信号进行降噪处理。其次,引入Inception模块构建IDRSN以提升网络的多尺度信息获取能力,实现自适应多尺度特征提取。然后,引入反向长短期记忆(LSTM)构建BiLSTM预测网络,利用正反两个LSTM提高网络捕捉历史和未来完整信息的能力。最后,进行实验验证,分别对比IDRSN、DRSN、BiLSTM和人工提取特征4种方法的提取特征效果,以及BiLSTM、卷积神经网络(CNN)、DRSN和CNN-LSTM 4种表面粗糙度预测模型的预测精度。结果表明所提方法具有较高的预测精度,为铣削加工表面粗糙度预测奠定了方法基础。

关键词：粗糙度预测深度残差收缩网络 Inception模块自适应特征提取双向长短时记忆网络

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基于光学传感技术的呼吸监测智能服装研究

针织工业 2024年第5期 64-69页

作者：许君于佩弘周宇聪师云龙天津工业大学纺织科学与工程学院天津300387 天津工业大学电子与信息工程学院天津300387 天津工业大学天津市光电检测技术与系统重点实验室天津300387 苏州大学纺织行业智能纺织服装柔性器件重点实验室江苏苏州215123

呼吸监测智能服装是生理体征监测类智能服装中的一类,可以通过对呼吸信号的监测来反映穿着者的健康状况。文章针对消费者对日常呼吸监测的需求,利用缺口光纤开发压力传感器,并进行不同结构传感器的性能对比,制作出具有呼吸监测功能的智... 详细信息

呼吸监测智能服装是生理体征监测类智能服装中的一类,可以通过对呼吸信号的监测来反映穿着者的健康状况。文章针对消费者对日常呼吸监测的需求,利用缺口光纤开发压力传感器,并进行不同结构传感器的性能对比,制作出具有呼吸监测功能的智能服装。试验表明:所设计制作的基于光学传感技术的呼吸监测智能服装与商业呼吸监测传感器监测结果一致,呼吸监测准确率达到了95%,能够为消费者在不同姿势下的呼吸监测提供保障。

关键词：光学传感技术光纤压力传感器智能服装呼吸监测缺口光纤

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涉水视觉

电子学报 2024年第4期52卷 1041-1082页

作者：李学龙西北工业大学光电与智能研究院陕西西安710072 智能交互与应用工业和信息化部重点实验室(西北工业大学) 陕西西安710072

地球表面有约71%的面积被江河湖海等水体覆盖,陆地上的成像也会受到云雪雨雾等水体影响,但是,当前常见的机器视觉科研工作和应用系统基本只围绕空气和真空介质中的视觉任务展开,涉及不同形态水体的视觉工作没有得到系统的研究.涉水视觉(... 详细信息

地球表面有约71%的面积被江河湖海等水体覆盖,陆地上的成像也会受到云雪雨雾等水体影响,但是,当前常见的机器视觉科研工作和应用系统基本只围绕空气和真空介质中的视觉任务展开,涉及不同形态水体的视觉工作没有得到系统的研究.涉水视觉(water-related vision)作为涉水光学技术在视觉领域的具象化体现,重点研究光与水的物质相互作用及跨介质传播过程中,涉水视觉影像信号智能处理与分析方面的科学问题,以及先进智能涉水视觉装备研制方面的工程技术问题.本文从“为什么大海是蓝色的?”这一具有普适意义的问题出发,系统介绍了水对光的吸收、散射、衰减作用机理,对涉水视觉任务造成的影响,以及现有的涉水图像处理与解析方法.本文基于水体光学特性及成像退化机理,介绍了团队在探索涉水成像和图像解析等涉水视觉关键技术及装备方面的成果,先后研制了全海深超高清相机“海瞳”、全海深3D相机、全海深高清摄像机等,形成了从色彩、强度、偏振、光谱等全方位、体系化的水下观测解析装备研制能力,填补了我国全海深光学视觉技术的空白,推动了我国涉水视觉领域技术的升级,应用价值和社会效益显著.

关键词：涉水视觉涉水光学多模态认知计算机器视觉图像视频信号处理地外海洋

非视距环境下核密度估计的全球卫星导航系统鲁棒定位方法

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电子与信息学报 2024年第8期46卷 3246-3255页

作者：贾琼琼周月颖中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室天津300300

非视距(NLOS)传输会引起全球卫星导航系统(GNSS)接收机的伪距测量误差,最终导致定位解出现较大误差,这一问题在城市峡谷等复杂环境下尤为突出。针对该问题,该文提出核密度估计的鲁棒定位方法,其核心思想是在定位解算中引入鲁棒估计来缓... 详细信息

非视距(NLOS)传输会引起全球卫星导航系统(GNSS)接收机的伪距测量误差,最终导致定位解出现较大误差,这一问题在城市峡谷等复杂环境下尤为突出。针对该问题,该文提出核密度估计的鲁棒定位方法,其核心思想是在定位解算中引入鲁棒估计来缓解NLOS的影响。考虑到NLOS引起的伪距观测误差偏离高斯分布,所提方法首先利用核密度估计(KDE)方法估计伪距观测误差的概率密度函数,并利用该概率密度函数来构造鲁棒代价函数用于导航解算,从而缓解NLOS引起的定位误差。实验结果表明所提方法在卫星存在NLOS传输时能够较好地减小GNSS的定位误差。

关键词：全球卫星导航系统最小二乘定位非视距传输核密度估计鲁棒定位