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数字图像多功能水印综述

计算机辅助设计与图形学学报 2024年第2期36卷 195-222页

作者：赵蕾桂小林邵屹杨戴慧珺西安交通大学电子与信息学部西安710049 陕西省计算机网络重点实验室西安710049

数字图像多功能水印技术通过将多种类型的水印嵌入到同一图像,以实现2种及以上的图像保护功能(版权保护、内容认证、篡改恢复等).当前,数字图像多功能水印算法仍面临着性能和应用场景等方面的挑战.为促进图像多功能水印的进一步发展,首... 详细信息

数字图像多功能水印技术通过将多种类型的水印嵌入到同一图像,以实现2种及以上的图像保护功能(版权保护、内容认证、篡改恢复等).当前,数字图像多功能水印算法仍面临着性能和应用场景等方面的挑战.为促进图像多功能水印的进一步发展,首先系统地梳理了数字图像水印技术,包括其系统特性、常见分类、关键技术与成果,以及其可实现的功能与应用场景;在此基础上,对近10年来不同类别的多功能水印嵌入模型(融合水印嵌入、零水印嵌入、水印串行嵌入、水印并行嵌入)的相关工作进行归纳与分析;最后,总结了当前数字图像多功能水印技术的不足,展望了后续研究与发展趋势.综合分析发现,多水印的嵌入难免对水印综合性能造成损失,且多功能水印在真实应用场景中的效果仍待改善.人工智能等新技术在数字图像多功能水印中的应用有望提升算法性能.

关键词：数字图像水印多功能水印版权保护内容认证篡改恢复

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基于时域BLT方程的带绝缘线缆束场-线耦合模型

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高电压技术 2024年第2期50卷 758-764页

作者：席志豪梁涛谢彦召郭洁西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049 西安交通大学电气工程学院西安710049

为研究外场辐照下复杂线缆系统(多导体、非线性负载、带绝缘层)终端电压/电流时域响应特性规律,提出了复杂线缆束在入射场激励下的终端响应建模方法。研究在时域内重塑多导体BLT方程,在兼顾计算效率、易于向线缆网络扩展的基础上,解决... 详细信息

为研究外场辐照下复杂线缆系统(多导体、非线性负载、带绝缘层)终端电压/电流时域响应特性规律,提出了复杂线缆束在入射场激励下的终端响应建模方法。研究在时域内重塑多导体BLT方程,在兼顾计算效率、易于向线缆网络扩展的基础上,解决了线缆束端接非线性负载的终端时域响应求解问题;并通过引入介质层系数,修正了BLT方程源矢量项,解决了常规BLT方程忽视绝缘层对入射场畸变效应而导致的误差问题。最后,将计算结果同时域有限差分法和有限积分法计算结果进行对比,验证了模型在处理复杂线缆场线耦合问题上的准确性。

关键词：时域BLT方程线缆束场线耦合非线性负载介质层系数

一种圆柱型车齿刀的安装模型及无干涉设计方法

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机械工程学报 2024年第5期60卷 352-361页

作者：贾康王浩任东旭洪军西安交通大学现代设计与转子轴承系统教育部重点实验室西安710054 西安交通大学机械工程学院西安710054

车齿加工由于其兼具滚齿的连续切削运动和插齿的端面切削模式,对于内齿结构和双联齿轮结构具有卓越的加工性能。相较于圆锥型车齿刀由于前刀面刃磨引发切削刃改变,圆柱形车齿刀可以确保刀具全生命周期内的无理论误差刃型,但是其零度后... 详细信息

车齿加工由于其兼具滚齿的连续切削运动和插齿的端面切削模式,对于内齿结构和双联齿轮结构具有卓越的加工性能。相较于圆锥型车齿刀由于前刀面刃磨引发切削刃改变,圆柱形车齿刀可以确保刀具全生命周期内的无理论误差刃型,但是其零度后角更易于造成加工过程中刀齿侧面与工件齿槽面的干涉。然而目前国际主流圆柱型车齿刀的安装模型都封装在计算机辅助制造(Computer aided manufacturing,CAM)系统中,限制了国内圆柱型车齿刀的设计开展与推广应用。因此,研究圆柱型车齿刀偏位安装模型形成无干涉设计对于打破国外技术垄断至关重要。针对通用的5轴车齿机配置,提出了一种圆柱型车齿刀的安装模型,并给出了从安装模型参数确定、切削刃求解和切削仿真、刀齿切削干涉判定的完整计算流程,进而形成圆柱型车齿刀的无干涉设计方法,最终通过针对内齿圈的设计和加工仿真验证了该方法的有效性。

关键词：车齿圆柱刀干涉检测偏位安装切削刃计算切削仿真

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复杂热流承载结构拓扑优化设计研究

机械工程学报 2024年第13期60卷 92-121页

作者：李宝童刘策洪军刘庆芳史萌李开泰西安交通大学现代设计与转子-轴承系统教育部重点实验室西安710049 西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学数学与统计学院西安710049

随着多领域高端装备的快速升级与发展,迫切需要面向复杂服役工况的高性能热流承载结构优化设计。然而,缺乏热流耦合物理场的高效求解手段以及考虑复杂边界条件的热流承载结构设计能力不足仍是制约装备更新换代速度和质量的两大关键问题... 详细信息

随着多领域高端装备的快速升级与发展,迫切需要面向复杂服役工况的高性能热流承载结构优化设计。然而,缺乏热流耦合物理场的高效求解手段以及考虑复杂边界条件的热流承载结构设计能力不足仍是制约装备更新换代速度和质量的两大关键问题。因此,提出了一种新的无网格粒子方法——等几何粒子流体动力学方法(NURBS-based particle hydrodynamics,NBPH)。通过配置真伪粒子,基于非均匀有理B样条(Non-uniform rational B-splines,NURBS)基函数的插值构建粒子通讯,缓解了偏微分方程数值求解质量与分析域离散化程度之间的强耦合关系,提升了算法的计算效率。其次,将所提出的NBPH方法与固体各向同性材料惩罚(Solid isotropic material with penalization,SIMP)方法结合,搭建了一种新的无网格法拓扑优化框架——NBPH-topology Optimization,用于复杂热流场景的优化设计。根据体素分布构造了粒子流动阻力场,实现了流场与结构场的关联,通过求解连续伴随灵敏度,指导结构拓扑的连续演化。为了验证NBPH-TO框架的有效性和鲁棒性,研究了液冷和风冷两大典型散热场景,完成了优化设计与实验验证,结果表明该研究为复杂热流承载结构拓扑优化设计提供了可行的解决方案和有效的数值工具。

关键词： NBPH SIMP 无网格法拓扑优化热流耦合

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事件触发机制的多弹分布式微分对策制导律

控制与决策 2024年

作者：席阿行蔡远利西安交通大学控制工程研究所

为了减少多弹协同控制系统的计算负担与通信资源,引入事件触发机制,研究了分布式微分对策制导律.首先,将分布式微分对策制导问题转化为分布式零和博弈问题,利用自适应动态规划求解其事件触发的耦合Hamilton-Jacobi-Bellman方程,同时设... 详细信息

为了减少多弹协同控制系统的计算负担与通信资源,引入事件触发机制,研究了分布式微分对策制导律.首先,将分布式微分对策制导问题转化为分布式零和博弈问题,利用自适应动态规划求解其事件触发的耦合Hamilton-Jacobi-Bellman方程,同时设计了事件触发机制的触发条件和自适应评价网络权重的更新律,提出了一种事件触发机制的分布式微分对策制导律.然后,依据Lyapunov定理证明了多弹协同系统的稳定性和评价网络估计权重误差的最终一致有界;另外,设计了最小采样时间间隔确保系统不出现Zeno行为.最后,通过仿真实例验证本文所提出制导律的有效性.结果表明,与传统的分布式微分对策制导律相比,所提出的制导律对控制器状态更新次数减少了65.36%,大大地减少了控制系统的计算负担与通信资源.

关键词：多弹协同制导事件触发机制分布式控制零和博弈自适应动态规划 Hamilton-Jacobi-Bellman方程

燃气透平榫头/榫槽装配间隙流动与换热特性研究

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西安交通大学学报 2024年第5期58卷 88-98页

作者：刘钊孙睿樊远航丰镇平西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为精确设计燃气轮机二次空气系统,针对燃气透平动叶榫头/榫槽间隙内的流动与换热问题开展研究。以燃气透平动叶榫头/榫槽配合面S形间隙结构为研究对象,试验研究了榫头/榫槽装配间隙内的流阻与换热特性,并数值分析了其详细流动结构。首先... 详细信息

为精确设计燃气轮机二次空气系统,针对燃气透平动叶榫头/榫槽间隙内的流动与换热问题开展研究。以燃气透平动叶榫头/榫槽配合面S形间隙结构为研究对象,试验研究了榫头/榫槽装配间隙内的流阻与换热特性,并数值分析了其详细流动结构。首先,采用压力扫描阀和热色液晶测温技术测量了榫头/榫槽内的流阻和努塞尔数分布。然后,利用试验结果对所采用的数值计算方法进行了考核,并进行了网格无关性验证。最后,详细分析了5种雷诺数、5种结构参数榫头/榫槽高度及5种间隙宽度下榫头/榫槽装配间隙结构内部流动与换热特性。结果表明:在试验测量范围内,左侧壁面的平均努塞尔数始终比右侧高10%左右;随着雷诺数的增大,榫头/榫槽装配间隙的阻力损失系数和换热强度均逐渐增大,当雷诺数从15000增大到35000时,平均阻力系数增大了2倍,两侧面整体平均努塞尔数均增大了1.1倍;随着榫头/榫槽装配间隙相对高度的增大,阻力损失系数及壁面努塞尔数均逐渐减小;随着榫头/榫槽装配间隙宽度的增大,试验范围内平均阻力系数增大了30.7%,左右两侧面平均努塞尔数分别增大了95.5%和94.9%。

关键词：榫头/榫槽装配间隙流动特性换热特性

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面向多功能张量加速器的细粒度结构化稀疏设计

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西安交通大学学报 2024年

作者：赵桦筝庞善民赵英海华高晖李晨阳段战胜梅魁志西安交通大学软件学院北京华航无线电测量研究所西安交通大学自动化科学与工程学院西安交通大学人工智能学院

为解决模型压缩算法与多功能张量加速器（VTA）的适配性问题，通过改进经典的YOLObile分块剪枝方法，完成面向该加速器的自适应细粒度结构化稀疏设计及性能评估。针对VTA的多重循环维度展开特性，对模型的权重张量进行32×32大小的分块... 详细信息

为解决模型压缩算法与多功能张量加速器（VTA）的适配性问题，通过改进经典的YOLObile分块剪枝方法，完成面向该加速器的自适应细粒度结构化稀疏设计及性能评估。针对VTA的多重循环维度展开特性，对模型的权重张量进行32×32大小的分块；结合时间维度的自蒸馏与空间维度的教师蒸馏，进行多维度特征对齐；通过一阶段式迭代训练方式，改进原有的ADMM算法计算流程，在提升模型部署精度的同时减少训练成本；提出自适应层剪枝率模块，进行总剪枝率的自适应分配，实现端到端的自动化剪枝。结果表明：改进方法有效减少了约3.4%的浮点计算量，并在图像分类、目标检测等多项任务中提升了压缩模型的精度，最大增益为1.9%。该方法为深度学习模型在VTA上的稀疏化部署提供了一种高效、轻量级的软件解决方案。

关键词：神经网络轻量化模型稀疏化深度学习 VTA 模型部署

基于Transformer结构增强的神经网络架构搜索性能预测器

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计算机学报 2024年第7期47卷 1469-1484页

作者：王继禾吴颖迟恒喆王党辉梅魁志西北工业大学计算机学院西安710129 嵌入式系统集成教育部工程中心西安710129 空天地海一体化大数据应用技术国家工程实验室西安710129 西安交通大学人工智能与机器人研究所西安710049

神经网络架构搜索(Neural Architecture Search,NAS)作为一种通过搜索算法设计神经网络架构的方法,在计算机视觉和自然语言处理等领域得到广泛应用,相较于人工设计网络,NAS方法可以减少设计成本并提高模型性能.但是NAS的性能评估需要对... 详细信息

神经网络架构搜索(Neural Architecture Search,NAS)作为一种通过搜索算法设计神经网络架构的方法,在计算机视觉和自然语言处理等领域得到广泛应用,相较于人工设计网络,NAS方法可以减少设计成本并提高模型性能.但是NAS的性能评估需要对候选架构进行大量训练,由此带来的计算量占整个NAS的80%以上.为降低计算开销和时间成本,近年来已提出许多基于Transformer的NAS预测器,由于Transformer出色的结构编码能力可以更好地表示拓扑信息,因而得到广泛应用.但是,现有基于Transformer的NAS预测器依然存在三个问题:其一是在预处理阶段,传统的One-hot编码方式描述节点特征的能力较弱,只能区分不同操作节点类型,而难以表达操作的细节特征,如卷积核尺寸等.其二是在编码阶段,Transformer的自注意力机制导致模型结构信息缺失;其三是在评估阶段,现有的Transformer预测器仅使用多层感知机(MultilayerPerceptron,MLP)对前向传播图进行精度预测,忽略了反向传播梯度流对预测精度的影响,因此难以真正拟合NAS评估中的正、反向交替信息流图,导致预测器精度与实际运行精度误差波动极大(10%~90%).为解决上述问题,本文提出了一种基于Transformer结构增强的NAS性能预测方法.首先,在预处理阶段,本文提出了一种超维嵌入方法增加输入数据维度以强化节点操作的参数描述能力,其次,在编码阶段将Transformer编码后的信息与图结构信息共同输人一个图卷积网络(GraphConvolutional Network,GCN),弥补由自注意力机制引起的结构缺失.最后,在性能评估阶段,本文构建了同时包含前向传播和反向传播的全训练图,并将数据集信息、图结构编码与梯度编码共同输入到GCN网络预测器中,使预测结果更贴近模型真实性能.实验结果表明,本方法与目前最先进方法相比,肯德尔相关系数提高了7.45%,训练时间减少了1.55倍。

关键词：预测器 NAS Transformer GCN Embedding

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复杂热流承载结构拓扑优化设计研究

机械工程学报 2024年

作者：李宝童刘策洪军刘庆芳史萌李开泰西安交通大学机械工程学院西安交通大学数学与统计学院西安交通大学现代设计与转子-轴承系统教育部重点实验室

随着多领域高端装备的快速升级与发展，迫切需要面向复杂服役工况的高性能热流承载结构优化设计。然而，缺乏热流耦合物理场的高效求解手段以及考虑复杂边界条件的热流承载结构设计能力不足仍是制约装备更新换代速度和质量的两大关键问... 详细信息

随着多领域高端装备的快速升级与发展，迫切需要面向复杂服役工况的高性能热流承载结构优化设计。然而，缺乏热流耦合物理场的高效求解手段以及考虑复杂边界条件的热流承载结构设计能力不足仍是制约装备更新换代速度和质量的两大关键问题。因此，提出了一种新的无网格粒子方法——等几何粒子流体动力学方法(NURBS-based particle hydrodynamics,NBPH)。通过配置真伪粒子，基于非均匀有理B样条(Non-uniform rational B-splines,NURBS)基函数的插值构建粒子通讯，缓解了偏微分方程数值求解质量与分析域离散化程度之间的强耦合关系，提升了算法的计算效率。其次，将所提出的NBPH方法与固体各向同性材料惩罚(Solid isotropic material with penalization,SIMP)方法结合，搭建了一种新的无网格法拓扑优化框架——NBPH-topology Optimization，用于复杂热流场景的优化设计。根据体素分布构造了粒子流动阻力场，实现了流场与结构场的关联，通过求解连续伴随灵敏度，指导结构拓扑的连续演化。为了验证NBPH-TO框架的有效性和鲁棒性，研究了液冷和风冷两大典型散热场景，完成了优化设计与实验验证，结果表明该研究为复杂热流承载结构拓扑优化设计提供了可行的解决方案和有效的数值工具。

关键词： NBPH SIMP 无网格法拓扑优化热流耦合