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视频问答技术研究进展

计算机研究与发展 2024年第3期61卷 639-673页

作者：包翠竹丁凯董建峰杨勋谢满德王勋浙江工商大学计算机科学与技术学院杭州310018 浙江工商大学信息与电子工程学院杭州310018 浙江省电子商务与物流信息技术研究重点实验室(浙江工商大学) 杭州310018 中国科学技术大学信息科学技术学院合肥230026

视频问答(video question answering,VideoQA)根据视频内容自动回答自然语言问题,是视觉语言领域较为新兴的一个研究方向,近年来引起了广泛关注.VideoQA问题的解决对于人机交互、智慧教育、智能交通、场景分析以及视频检索等各个领域都... 详细信息

视频问答(video question answering,VideoQA)根据视频内容自动回答自然语言问题,是视觉语言领域较为新兴的一个研究方向,近年来引起了广泛关注.VideoQA问题的解决对于人机交互、智慧教育、智能交通、场景分析以及视频检索等各个领域都有着重大意义.VideoQA是一项具有挑战性的任务,因为它需要模型同时理解视频与文本内容来生成问题的答案.首先,分析了VideoQA与图像问答(image question answering,ImageQA)的区别,总结了当下VideoQA相对于ImageQA所面临的4个挑战;然后,围绕着这些挑战对目前现有VideoQA模型进行了细致的分类,并重点介绍了模型的实现及不同模型之间的关联;接着详细介绍了在VideoQA中常用的基准数据集及目前主流算法在部分数据集上的性能,并进行了对比与分析;最后,讨论了该领域未来面临的挑战和研究趋势,为未来进一步研究提供一些思路.

关键词：视频问答注意力记忆网络循环神经网络图网络模型预训练模型

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面向图数转化的曲线提取与细化神经网络

中国图象图形学报 2024年第4期29卷 1030-1040页

作者：周其当刘春晓吕金龙冯才博浙江工商大学信息与电子工程学院杭州310018 浙江工商大学计算机科学与技术学院杭州310018

目的曲线图是数据呈现的重要形式,但在没有原始数据的情况下难以查询其中的具体数值。现有的图数转化算法需要大量的人工辅助操作去除图表中网格线等干扰,具有机械重复性且需大量人力的缺点。另外,图像压缩与缩放等攻击会降低图像质量... 详细信息

目的曲线图是数据呈现的重要形式,但在没有原始数据的情况下难以查询其中的具体数值。现有的图数转化算法需要大量的人工辅助操作去除图表中网格线等干扰,具有机械重复性且需大量人力的缺点。另外,图像压缩与缩放等攻击会降低图像质量,导致图数转化的准确度进一步降低。为了解决上述问题,本文提出了一个基于曲线提取与细化神经网络的图数转化算法。方法首先,提出了基于侧结构引导与拉普拉斯卷积的曲线提取神经网络(side structure guidance and Laplace convolution based curve extraction neural network,SLCENet),以轻量化的模型解决了现有曲线提取方法中的池化操作导致的边界模糊问题,提高了曲线提取的准确度。其次,为了减小曲线线宽对图数转化造成的误差,并平衡计算复杂度和准确度,设计了10个能够反映曲线走势的特征,提出了基于曲线走势特征和多层感知机的曲线细化方法(curve trend features and MLP based curve thinning method,CMCT),实现了曲线细化的高精度。最后,利用PaddleOCR(paddle optical character recognition)定位并识别坐标轴上的坐标标签,建立起坐标轴坐标与像素坐标的变换关系,通过坐标变换完成图数转化任务。结果在曲线提取方面,本文方法 SLCENet的全局最优阈值指标(optimal dataset scale,ODS)达到了0.985,在分辨率为640×480像素的图像上的运行速度达到了0.043 s/幅,在兼顾曲线提取准确度和运行速度的情况下达到了最好的性能。在图数转化方面,本文方法的归一化均值误差(normalized mean error,NME)达到了0.79,运行速度达到了0.83 s/幅。结论提出的方法实现了全自动高精度的图数转化目标。与现有方法相比,在保持较小计算量的情况下兼具准确度高和运行速度快的特点,摆脱了图数转化需要大量人工交互辅助的限制。

关键词：曲线图数据转化曲线提取曲线细化拉普拉斯卷积卷积神经网络(CNN)

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结合图像块比较与残差图估计的人脸伪造检测

中国图象图形学报 2024年第2期29卷 457-467页

作者：冯才博刘春晓王昱烨周其当浙江工商大学计算机科学与技术学院杭州310018 浙江工商大学信息与电子工程学院杭州310018

目的由于不同伪造类型样本的数据分布差距较大,现有人脸伪造检测方法的准确度不够高,而且泛化性能差。为此,本文引入“图像块归属纯净性”和“残差图估计可靠性”的概念,提出了基于图像块比较和残差图估计的人脸伪造检测方法。方法除... 详细信息

目的由于不同伪造类型样本的数据分布差距较大,现有人脸伪造检测方法的准确度不够高,而且泛化性能差。为此,本文引入“图像块归属纯净性”和“残差图估计可靠性”的概念,提出了基于图像块比较和残差图估计的人脸伪造检测方法。方法除了骨干网络,本文的人脸伪造检测神经网络主要由纯净图像块比较模块和可靠残差图估计模块两部分组成。为了避免在同时包含人脸和背景像素的图像块上提取的混杂特征对于图像块比较的干扰,纯净图像块比较模块中选择只包含人脸像素的纯净人脸图像块和只包含背景像素的纯净背景图像块,通过比较两种图像块纯净特征之间的差异来检测伪造图像,图像块的纯净性保障了特征提取的纯净性,从而提高了特征比较的鲁棒性。考虑到靠近伪造边缘的像素比远离伪造边缘的像素具有较高的残差估计准确度,本文在可靠残差图估计模块中根据像素到伪造边缘的距离设计了一个距离场加权的残差损失来引导网络的训练过程,使网络重点关注输入图像与对应真实图像在伪造边缘附近的差异,对于可靠信息的关注进一步增强了伪造检测的鲁棒性。结果在FF++(FaceForensics++)数据集上的测试结果显示:与对比算法中性能最好的F2Trans-B相比,本文方法的准确率和AUC(area under the ROC curve)指标分别提高了2.49%和3.31%,在FS(FaceSwap)与F2F(Face2Face)两种伪造数据上的准确率指标分别提高了6.01%和3.99%。在泛化性能方面,与11种已有方法在交叉数据集上的测试结果显示:本文方法与其中性能最好的方法相比,在CDF(Celeb-DF)数据集上的视频AUC指标和图像AUC指标分别提高了1.85%和1.03%。结论与对比方法相比,由于提高了特征信息的纯净性和可靠性,本文提出的人脸图像伪造检测模型的泛化能力和准确率优于对比方法。

关键词：人脸图像伪造检测深度伪造多任务学习泛化性能像素级监督卷积神经网络

1 mm圆柱形压电微驱动器的有限元分析与设计

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传感器与微系统 2024年第6期43卷 73-76页

作者：刘周龙周铄朱强国郑友成王光庆浙江工商大学信息与电子工程学院(萨塞克斯人工智能学院) 浙江杭州310018

研究设计了一种直径为1 mm、长度为5 mm的压电微驱动器,拟用于光学相干层析成像(OCT)内窥镜样机驱动与控制。利用有限元分析(FEA)软件对定子进行有限元建模和仿真,研究了材料参数和结构尺寸对定子振动特性和模态频率的影响。研究结果表... 详细信息

研究设计了一种直径为1 mm、长度为5 mm的压电微驱动器,拟用于光学相干层析成像(OCT)内窥镜样机驱动与控制。利用有限元分析(FEA)软件对定子进行有限元建模和仿真,研究了材料参数和结构尺寸对定子振动特性和模态频率的影响。研究结果表明:微型驱动器定子的一阶弯曲振动频率为21 kHz。定子谐振频率随定子长度的增加急剧降低,随陶瓷厚度的增大而增大;粘接剂的材料特性与厚度对定子的模态频率影响不大,但对定子的振动特性有较大影响。当激励电压为100 V时,频率为21 kHz,驱动器空载转速达到400 r/min,堵转力矩为2.5 mN·m,基本满足OCT内窥镜应用要求。

关键词：振动特性有限元模型一体化定子粘接层

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FE-SELDnet:特征表达能力增强的声音事件定位与检测网络

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：章东平符珍涛王杼涛林丽莉魏明杭州爱华智能科技有限公司中国计量大学信息与工程学院浙江工商大学信息与电子工程学院

近年来，对于声音事件的检测与定位应用于越来越多的工业场景与生活场景。最近的研究发现传统深度学习模型存在难以捕捉输入特征图长上下文特征关联以及通道和空间重要特征信息等问题，使得声音事件定位和检测错误率高，效果不理想。本... 详细信息

近年来，对于声音事件的检测与定位应用于越来越多的工业场景与生活场景。最近的研究发现传统深度学习模型存在难以捕捉输入特征图长上下文特征关联以及通道和空间重要特征信息等问题，使得声音事件定位和检测错误率高，效果不理想。本文基于声学场景分类和声音事件检测挑战赛中的基线模型SELDnet，提出了一种基于增强特征表达能力的声音事件定位与检测网络（Feature Enhanced SELDnet，FE-SELDnet）。提出采用组归一化和SiLU激活函数来解决函数无法反向传播，导致神经元死亡的问题；提出引入卷积块注意力模块(Convolutional Block Attention Module， CBAM)来捕捉声学特征中通道与空间两个维度的重要特征，抑制不必要的特征，加强网络对特征信息的敏感性和准确性，提高信息流动；提出引入Transformer模块来捕获更长的语音上下文特征关联，并结合局部特征，提升模型在声音事件检测与定位任务中的精确性和鲁棒性。在TUT Sound Events数据集上的实验结果表明，所提出的FE-SELDnet与原基线网络性能相比有较大的提升，错误率（error rate，ER）从0.45降低到0.326，SED score与DOA score分别从0.45和0.32降至0.26和0.25，F1得分提高到79.4%，本文的算法具有更高的优越性。

关键词：声音事件定位与检测特征表达增强注意力机制深度学习组归一化

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光动力技术对副溶血性弧菌的灭活作用

食品与发酵工业 2024年第3期50卷 119-125页

作者：王晓迪郑双芝庞一朱军莉陆海霞浙江工商大学食品与生物工程学院浙江杭州310018

该文探究了姜黄素介导的光动力技术(photodynamic technology,PDT)协同柠檬酸处理对副溶血性弧菌的灭活效果和机理。通过平板菌落计数法测定光动力技术对副溶血性弧菌的灭活效果、扫描电镜观察细菌形态变化,酶标仪检测PDT处理后菌体活性... 详细信息

该文探究了姜黄素介导的光动力技术(photodynamic technology,PDT)协同柠檬酸处理对副溶血性弧菌的灭活效果和机理。通过平板菌落计数法测定光动力技术对副溶血性弧菌的灭活效果、扫描电镜观察细菌形态变化,酶标仪检测PDT处理后菌体活性氧(reactive oxygen species,ROS)水平以及过氧化氢酶(catalase,CAT)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、腺苷三磷酸酶(adenosine triphosphatase,ATPase)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,AKP)的活性变化,琼脂糖凝胶电泳分析基因损伤程度。结果表明,PDT杀菌效果随姜黄素浓度增加、光照时间延长和柠檬酸(0.5 mg/mL)的添加而显著增强(在最高浓度姜黄素条件下P电子转移和能量转移产生具有强氧化性的ROS,菌体内ROS水平不断升高,胞内抗氧化酶(CAT、SOD)活性下降,ATPase活性下降,上清液中AKP活性上升,细菌发生严重形变甚至趋向于扁平,DNA条带变暗甚至消失,最终导致细胞死亡。综上,姜黄素介导的PDT对副溶血性弧菌有较强的杀灭作用,添加柠檬酸显著加强杀菌效果,为PDT在水产食品安全防控领域的推广应用提供了参考。

关键词：光动力杀菌技术姜黄素柠檬酸副溶血性弧菌灭活作用

腐殖酸对亚硝酸盐依赖型甲烷厌氧氧化过程的生物作用机理研究

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环境科学学报 2024年第5期44卷 1-16页

作者：高冉金昊吕娇徐帆王如意楼菊青浙江工商大学环境科学与工程学院杭州310018 浙江工商大学分析测试中心杭州310018

腐殖酸(Humic acid,HA)是土壤和沉积物中天然有机物的氧化还原产物,其独特的醌官能团可作为电子受体或电子穿梭器,与自然界中的甲烷厌氧氧化(Anaerobic Oxidation of Methane,AOM)过程耦合.反硝化型甲烷厌氧氧化(Denitrifying Anaerobic... 详细信息

腐殖酸(Humic acid,HA)是土壤和沉积物中天然有机物的氧化还原产物,其独特的醌官能团可作为电子受体或电子穿梭器,与自然界中的甲烷厌氧氧化(Anaerobic Oxidation of Methane,AOM)过程耦合.反硝化型甲烷厌氧氧化(Denitrifying Anaerobic Methane Oxidation,DAMO)是以硝酸盐/亚硝酸盐作为电子受体的甲烷厌氧氧化与反硝化耦合过程.研究发现,许多自然生境中HA与N-DAMO系统共存.本研究以亚硝酸盐依赖型甲烷厌氧氧化(N-DAMO)系统为研究对象,考察750 mg·L^(-1)(促进)和2000 mg·L^(-1)(抑制)的HA对该系统的生物作用机理.研究结果表明,当外源腐殖酸存在时,系统中挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acid,VFA)含量明显降低,并促进了胞外聚合物(Extracellular polymers,EPS)的分泌.在高浓度HA影响下,细胞形态会发生变化.腐殖酸的加入导致N-DAMO系统菌群结构也发生了变化,OTU指数和Shannon指数分析结果显示促进组的生物多样性较空白组显著增加,而抑制组的生物多样性则较空白组显著降低,但优势菌种始终是Proteobacteria和Chloroflexi,并且Chloroflexi和Firmicutes丰度有所增加.宏基组测序结果发现促进组的氮代谢基因(NirK、NirS和NOD)丰度高于对照组,腐殖酸的加入会导致NO歧化作用的增强,与N_(2)O还原相关的基因(NosZ)受到了外源腐殖酸的抑制,且浓度越高越显著,导致了N_(2)O的累积.促进组和抑制组的甲烷代谢基因(pmoABC、mdhA和FDH)丰度均有提高,基因丰度的改变影响了N-DAMO系统反应代谢途径.

关键词： N-DAMO 腐殖酸细胞形态群落结构基因丰度

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多模态交叉解耦的少样本学习方法

国防科技大学学报 2024年第1期46卷 12-21页

作者：冀中王思迪于云龙天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072 浙江大学信息与电子工程学院浙江杭州310027

当前的多模态少样本学习方法忽视了属性间差异对正确识别样本类别的影响。针对这一问题,提出一种利用多模态交叉解耦的方法,通过解耦不同属性语义特征,并经过特征重建学习样本的本质类别特征,缓解类别属性差异对类别判别的影响。在两个... 详细信息

当前的多模态少样本学习方法忽视了属性间差异对正确识别样本类别的影响。针对这一问题,提出一种利用多模态交叉解耦的方法,通过解耦不同属性语义特征,并经过特征重建学习样本的本质类别特征,缓解类别属性差异对类别判别的影响。在两个属性差异较大的基准少样本数据集MIT-States和C-GQA上进行的大量实验表明,所提方法较现有方法有较大的性能提升,充分验证了方法的有效性,表明多模态交叉解耦的少样本学习方法能够提升识别少量测试样本的分类性能。

关键词：少样本学习多模态学习特征解耦属性

甜菜碱对Fe^(3+)胁迫下DAMO-Anammox系统的改善及影响机制

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环境科学学报 2024年第2期44卷 168-180页

作者：高冉金昊楼菊青浙江工商大学环境科学与工程学院杭州310012 浙江工商大学分析测试中心杭州310012

DAMO-Anammox系统是由反硝化型厌氧甲烷氧化(Denitrifying anaerobic methane oxidation,DAMO)古菌和Anammox(厌氧氨氧化)细菌组成的协同脱氮甲烷减排系统,DAMO古菌以甲烷为电子供体,将硝酸盐还原成亚硝酸盐供厌氧氨氧化细菌使用.有研... 详细信息

DAMO-Anammox系统是由反硝化型厌氧甲烷氧化(Denitrifying anaerobic methane oxidation,DAMO)古菌和Anammox(厌氧氨氧化)细菌组成的协同脱氮甲烷减排系统,DAMO古菌以甲烷为电子供体,将硝酸盐还原成亚硝酸盐供厌氧氨氧化细菌使用.有研究表明Fe^(3+)可以显著提高Anammox活性,但浓度过高会产生抑制.本文以DAMO-Anammox系统为研究对象,考察了Fe^(3+)和甜菜碱对系统的影响,探索了高浓度Fe^(3+)抑制后添加甜菜碱恢复系统性能的可能性,通过批次实验和动力学模型拟合确定了最佳Fe^(3+)和甜菜碱浓度.通过长期实验分析了Fe^(3+)胁迫下DAMO-Anammox系统加入甜菜碱后的菌群演变与基因丰度变化,结合胞外聚合物和电子传递活性变化进一步分析其生物学机制.实验结果表明甜菜碱加入系统后先作为相容溶质可缓解Fe^(3+)的胁迫,短期内有利于DAMO-Anammox系统性能的提高.但长期运行过程中,甜菜碱将作为甲基供体提供电子促进非甲烷氧化型反硝化过程,DAMO古菌在电子争夺中处于劣势,导致以甲烷为电子供体的DAMO过程被以甜菜碱为电子供体的反硝化过程取代,而依赖于DAMO古菌提供亚硝酸盐的Anammox菌也因缺少底物逐渐消失,从而导致DAMO-Anammox系统解体.

关键词： DAMO-Anammox系统 Fe^(3+) 甜菜碱性能改善影响