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面向L5/S1微创椎间盘射频消融术的多约束最优穿刺路径规划算法

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南方医科大学学报 2024年第9期44卷 1783-1795页

作者：刘虎苏志海黄成颉赵磊陈扬帆周宇佳吕海冯前进南方医科大学生物医学工程学院广东广州510515 广东省医学图像处理重点实验室广东广州510515 中山大学附属第五医院脊柱外科广东珠海519000

目的为有效减少L5/S1微创椎间盘射频消融术中因医师操作熟练度差异导致的治疗效果波动,实现对消融针穿刺路径风险的精确量化评估。方法基于自主研发的深度神经网络DWT-UNet,将L5/S1节段的MR图像精准分割为7个关键结构:L5椎骨,S1椎骨,髂... 详细信息

目的为有效减少L5/S1微创椎间盘射频消融术中因医师操作熟练度差异导致的治疗效果波动,实现对消融针穿刺路径风险的精确量化评估。方法基于自主研发的深度神经网络DWT-UNet,将L5/S1节段的MR图像精准分割为7个关键结构:L5椎骨,S1椎骨,髂骨,L5/S1节段的椎间盘、神经根、硬脊膜和皮肤。基于上述分割结果,3D建模穿刺路径的规划环境。针对穿刺的临床准则提出了6个硬性约束和6个软性约束,将医师经验通过层次分析算法量化为权重添加到穿刺路径风险函数中以提升对个例的适应性。通过提出的皮肤进针点采样子算法、Kambin三角投影面积子算法,结合层次分析算法,并运用光线追踪、CPU多线程处理和GPU并行计算等多种技术,计算出一条既符合临床硬性约束条件,又能使软性约束条件综合达到最优的穿刺路径。结果医师团队对算法规划的21例消融针穿刺路径进行主观评估,结果显示所有路径均满足临床基本要求(及格率100%),且95.24%的路径被评为优秀或良好。在与医师规划结果的对比中,算法在D_(Ilium)、D_(S1)和Depth等3个指标上有不同程度的下降(P实验验证,该算法显示出独特的优势和广阔的临床应用潜力。

关键词：微创椎间盘射频消融术 L5/S1 Kambin三角路径规划

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基于全局感知的人脸属性编辑

华中科技大学学报(自然科学版) 2024年

作者：顾广华刘畅孙文星窦轶阳燕山大学信息科学与工程学院河北省信息传输与信号处理重点实验室

针对正确编辑人脸属性的同时，保留其他属性的细节的问题，本研究提出了一种新的端到端的基于全局感知人脸属性编辑模型——GP-GAN。本研究编码器设计全局感知模块来代替传统的卷积编码器，使其同时具有全局感知能力和局部感知能力，进... 详细信息

针对正确编辑人脸属性的同时，保留其他属性的细节的问题，本研究提出了一种新的端到端的基于全局感知人脸属性编辑模型——GP-GAN。本研究编码器设计全局感知模块来代替传统的卷积编码器，使其同时具有全局感知能力和局部感知能力，进而更好地编辑全局属性和局部属性。同时针对属性解耦问题，本研究提出了一种属性转换器，它具有多尺度属性特征融合模块和多层感知机转换器。多尺度属性特征融合模块可以在潜在空间中生成丰富的特征向量，为属性解耦提供条件；多层感知机转换器将人脸属性特征编码分为属性相关和属性不相关两部分，并施加正交约束保证属性解纠缠。通过大量的实验证明，本研究的模型可以在保留其他属性细节的条件下能够更好地编辑人脸属性，使生成的图像更加自然真实、质量更高。

关键词：人脸属性编辑多层感知机全局感知局部感知多尺度特征提取

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同面阵列电容传感器输出信号质量评估研究

计量学报 2024年第6期45卷 915-921页

作者：李瑞航张玉燕温银堂潘钊李泓漾燕山大学测量技术与仪器重点实验室河北秦皇岛066004

通过有限元仿真和实验系统评估了3×4阵列电极同面电容传感器电极对输出信号质量。结果表明,减少电极间距和增加接触边缘长度有利于提高电极对输出信号质量。提出了一种评估同面电容传感器输出信号质量的指标——电极利用率。对不同独... 详细信息

通过有限元仿真和实验系统评估了3×4阵列电极同面电容传感器电极对输出信号质量。结果表明,减少电极间距和增加接触边缘长度有利于提高电极对输出信号质量。提出了一种评估同面电容传感器输出信号质量的指标——电极利用率。对不同独立电极数量电极利用率的输出信号质量进行了评估。结果表明,增加独立电极数量只能在一定程度上增加有效输出信息,且引入大量噪声。随着独立电极数量增加,电极利用率下降,解释了独立电极数量增加输出信号质量反而下降的原因。图像重建结果与电极利用率分析结论一致。实验和仿真结果验证了电极利用率评估多电极同面电容传感器输出信号质量的有效性。该方法和结论可为同面电容传感器阵列电极设计和输出信号处理提供参考。

关键词：电容层析成像同面阵列电容检测同面电容传感器信号质量评估电极利用率

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采用独立可逆认证的图像篡改检测方法

西安交通大学学报 2024年

作者：王雨珂黄方军中山大学网络空间安全学院广东省信息安全技术重点实验室(中山大学)

针对现有的图像篡改检测方法存在篡改定位不精确以及未受篡改区域不能有效进行无损恢复的问题，提出采用独立可逆认证的图像篡改检测方法。首先，采用图像分块的独立可逆认证方法，结合可逆信息隐藏算法的嵌入原理，将现有认证方法中的... 详细信息

针对现有的图像篡改检测方法存在篡改定位不精确以及未受篡改区域不能有效进行无损恢复的问题，提出采用独立可逆认证的图像篡改检测方法。首先，采用图像分块的独立可逆认证方法，结合可逆信息隐藏算法的嵌入原理，将现有认证方法中的认证单元由常规的4×4图像子块缩小为4×3图像子块，解决了认证单元偏大的问题，提高了篡改检测的定位精度；然后，根据子块特点，自适应地选取改进的像素值排序、局部直方图平移、差值扩展这3种可逆信息隐藏算法，保证每个子块至少可嵌入1 bit认证码的同时，将平均可嵌入认证码的数量提高到3.6 bit，实现了图像子块独立认证与提升了篡改检测正确率；最后，考虑了3种可逆信息隐藏算法之间的连贯性与可逆性，以确保嵌入端的无效移位尽可能少，以及认证端认证信息的可靠提取。实验结果表明：对于未受篡改的图像区域，所提方法可以实现原始图像的无损恢复；对于剪贴攻击、常数攻击、拼贴攻击和随机篡改等常见的篡改攻击，所提方法的初始正确检测率较现有最优方法平均可提升5.82%～22.3%，细化处理后的正确检测率可接近100%。

关键词：图像篡改检测可逆信息隐藏像素值排序独立可逆认证

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基于卡通-纹理模型的激光吸收光谱层析成像

中国激光 2024年第6期51卷 220-230页

作者：司菁菁吕东灿张瑞程银波刘畅燕山大学信息科学与工程学院河北秦皇岛066004 河北农业大学海洋学院河北秦皇岛066003 爱丁堡大学工程学院英国爱丁堡EH93JL 河北省信息传输与信号处理重点实验室河北秦皇岛066004

可调谐二极管激光吸收光谱层析成像(TDLAT)是一种重要的光学非侵入式燃烧检测技术。然而,TDLAT逆问题的欠定性本质使得现有迭代层析成像算法重建的燃烧场温度分布图像存在较大误差。针对该问题,笔者将图像处理领域的卡通-纹理模型引入TD... 详细信息

可调谐二极管激光吸收光谱层析成像(TDLAT)是一种重要的光学非侵入式燃烧检测技术。然而,TDLAT逆问题的欠定性本质使得现有迭代层析成像算法重建的燃烧场温度分布图像存在较大误差。针对该问题,笔者将图像处理领域的卡通-纹理模型引入TDLAT,提出了基于卡通-纹理模型的温度重建算法(TRACT)。该算法利用全变差约束下的Landweber算法重建气体吸收密度图像中的卡通成分,较好地恢复其中的平滑特征与边缘结构;构建改进的迭代收缩阈值算法深度展开网络,并用其重建气体吸收密度图像中的细节纹理成分;通过卡通成分重建与纹理成分重建的相互补充,提高气体吸收密度图像的整体重建质量,进而提高燃烧场温度分布图像的重建质量。利用火焰动力学模拟器生成的仿真数据与利用TDLAT实验系统实际测量数据进行的重建实验均表明,与现有的迭代层析成像算法相比,TRACT重建的燃烧场温度分布图像在客观评价指标与主观视觉质量方面均有较大提升。

关键词：光谱学可调谐二极管激光吸收光谱层析成像温度重建双线测温法卡通-纹理模型

局部-全局特征引导的图文多级关系分析与挖掘方法

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燕山大学学报 2024年第5期48卷 446-455页

作者：王海荣郭瑞萍徐玺周北京北方民族大学计算机科学与工程学院宁夏银川750021 北方民族大学图像图形智能处理国家民委重点实验室宁夏银川750021

具有语义相关性的文本、图像数据往往具有互补性,可以从不同角度增强语义理解,因此,图文语义关系挖掘是图文数据得以充分利用的关键。为解决图文数据深层语义关系挖掘不充分、检索阶段预测不精准的问题,本文提出了一种局部-全局特征引... 详细信息

具有语义相关性的文本、图像数据往往具有互补性,可以从不同角度增强语义理解,因此,图文语义关系挖掘是图文数据得以充分利用的关键。为解决图文数据深层语义关系挖掘不充分、检索阶段预测不精准的问题,本文提出了一种局部-全局特征引导的多级关系分析与挖掘方法。采用多头自注意力机制的Transformer建模图像关系,构建图像引导的文本注意力模块,挖掘图像区域和全局文本间的细粒度关系,融合局部-全局特征有效增强图文数据的语义关系。为验证本文方法,在Flickr30K、MSCOCO-1K和MSCOCO-3K数据集上进行实验,并与VSM、SGRAF等13种方法进行对比分析,本文方法中以文索图的召回率平均提升了0.62%,以图索文的召回率平均提高了0.5%,实验结果验证了本文方法的有效性。

关键词：图文关系挖掘多头自注意力机制局部-全局特征

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基于双域多尺度特征融合的激光吸收光谱多分辨率温度层析成像

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中国激光 2024年

作者：司菁菁王静波程银波刘畅燕山大学信息科学与工程学院河北省信息传输与信号处理重点实验室河北农业大学海洋学院爱丁堡大学工程学院

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)层析成像是一种重要的光学非侵入式燃烧检测技术，能够实现燃烧场重要流场参数的成像测量。为了解决现有TDLAS温度分布层析成像算法在重建图像的空间分辨率与成像速度之间的矛盾，本文将多分辨率空间离... 详细信息

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)层析成像是一种重要的光学非侵入式燃烧检测技术，能够实现燃烧场重要流场参数的成像测量。为了解决现有TDLAS温度分布层析成像算法在重建图像的空间分辨率与成像速度之间的矛盾，本文将多分辨率空间离散模型与多分辨率温度分布重建思想引入TDLAS层析成像，并以两级空间分辨率为例，具体构建了基于双域多尺度特征融合的多分辨率温度层析成像网络(DMFMMnet)。该网络基于测量值域多尺度融合卷积，以较低的空间分辨率实现燃烧场温度分布主要特征与总体轮廓的快速重建；结合图像域自适应多尺度特征融合与测量值校正，以较高的空间分辨率实现燃烧场温度分布细节特征的精细重建。采用火焰动力学模拟器生成的仿真数据与TDLAS传感器获得的真实测量数据进行的重建实验均表明，DMFMMnet能够以一个网络重建出两种具有不同空间分辨率的温度分布图像。在信噪比30dB～45dB的范围内，与需要在每个空间分辨率下调整结构并重新训练的现有温度重建网络相比，DMFMMnet重建的低分辨率、高分辨率温度分布图像的峰值信噪比分别提升了1.98%～32.79%和0.29%～38.67%。

关键词：可调谐二极管激光吸收光谱多分辨率层析成像温度成像多尺度特征融合

基于可显式证明梯度网络的压缩感知磁共振成像算法研究

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燕山大学学报 2024年第3期48卷 244-254页

作者：李凌雁徐文媛刘政石保顺王芳燕山大学经济管理学院河北秦皇岛066004 燕山大学信息科学与工程学院河北秦皇岛066004 燕山大学河北省信息传输与信号处理重点实验室河北秦皇岛066004 秦皇岛市第三医院河北秦皇岛066004

压缩感知磁共振成像旨在利用观测的欠采样k空间数据重建原始的磁共振图像。近些年,在该图像重建任务中,展开算法引起了学者们的广泛关注。然而,现有展开算法仍然存在重建质量较低的问题。此外,由于先验网络的复杂结构,设计的先验网络通... 详细信息

压缩感知磁共振成像旨在利用观测的欠采样k空间数据重建原始的磁共振图像。近些年,在该图像重建任务中,展开算法引起了学者们的广泛关注。然而,现有展开算法仍然存在重建质量较低的问题。此外,由于先验网络的复杂结构,设计的先验网络通常缺乏模型架构可解释性,因此证明先验网络满足展开算法的收敛条件,例如Lipschitz条件,是具有挑战性的。为解决这些问题,本文提出一种可显式证明的梯度网络,证明了其满足Lipschitz条件,并分析了基于该梯度网络的展开算法的收敛性。此外,本文提出一种基于梯度网络的正则化模型,同时基于该模型构建了相应的重建优化模型,并利用交替优化方法进行了求解,最终将展开算法构建为深度展开网络。仿真实验结果表明,该深度展开网络在多种采样率下的平均峰值信噪比相较于DLMRI、NLR、BM3D-MRI、BM3D-AMP、ADMM-CSNet和IDPCNN算法分别高出2.62 dB、1.59 dB、1.61 dB、2.05 dB、0.51 dB和0.53 dB。此外,该深度展开网络重建的膝关节图像保留了图像细节,取得了良好的视觉效果,证明所构建的深度展开网络的有效性。

关键词：压缩感知磁共振成像梯度网络深度展开网络收敛性分析

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基于无人机航拍视频车辆多目标跟踪算法研究

计量学报 2024年

作者：朱奇光商健刘博岑强陈卫东燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室

为了提高无人机视觉平台下的车辆多目标跟踪精度，本文提出了一种改进YOLOv7网络与优化ByteTrack算法相结合的无人机视觉车辆多目标跟踪算法。首先，针对小目标特征不明显的情况，增强了YOLOv7网络浅层语义信息的特征提取能力，同时采用... 详细信息

为了提高无人机视觉平台下的车辆多目标跟踪精度，本文提出了一种改进YOLOv7网络与优化ByteTrack算法相结合的无人机视觉车辆多目标跟踪算法。首先，针对小目标特征不明显的情况，增强了YOLOv7网络浅层语义信息的特征提取能力，同时采用SIoU-Loss对坐标损失函数进行优化，加快锚框收敛速度；其次，根据车辆运动特点，在ByteTrack算法的基础上，将卡尔曼滤波算法的状态向量融入加速度信息；最后，在VisDrone2021数据集上验证了算法的有效性，改进YOLOv7网络的平均检测精度比原网络提高3.2%，跟踪算法准确度比基准算法提高1.2%，高阶跟踪精度提高2.9%。

关键词：计算机视觉图像处理无人机多目标跟踪车辆检测