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基于实时动态模板更新的Transformer目标跟踪方法

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计算机工程 2024年

作者：孙子文钱立志袁广林杨传栋凌冲陆军炮兵防空兵学院高过载弹药制导控制与信息感知实验室陆军炮兵防空兵学院信息工程系计算机教研室

当前，基于Transformer的目标跟踪方法广泛应用在计算机视觉领域，并取得了优异的效果。但是，由于在实际跟踪任务中存在目标变换、目标遮挡、光照变化以及目标快速运动等导致目标信息发生变化的情况，现有方法对目标模板变化信息利用... 详细信息

当前，基于Transformer的目标跟踪方法广泛应用在计算机视觉领域，并取得了优异的效果。但是，由于在实际跟踪任务中存在目标变换、目标遮挡、光照变化以及目标快速运动等导致目标信息发生变化的情况，现有方法对目标模板变化信息利用不足限制了跟踪性能的提高。为了解决这个问题，通过附加一条动态模板更新分支反映目标最新的外观和运动状态，提出一种基于实时动态模板更新的Transformer目标跟踪方法TransTRDT（Transformer Object Tracking Method based on Real-time Dynamic Template）。该分支通过模板质量评分头对模板是否更新进行判断，当判定可以进行更新时，随后将初始模板、前一帧动态模板以及裁剪后的最新预测结果传入动态模板更新网络更新动态模板，通过获取更可靠的模板从而实现目标更准确的跟踪。TransTRDT在公共数据集上进行实验，分别在GOT-10k、LaSOT以及TrackingNet上超越SwinTrack和StarK等一众优秀算法表现SOTA（State of the Art），在OTB100中的跟踪成功率超越MixViT-L(ConvMAE)达到71.9%，跟踪速度达到36.82FPS，达到目前行业的领先水平。

关键词：目标跟踪注意力机制动态模板更新质量评分头 Transformer

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对分课堂在电子技术课程中的探索与实践

电气电子教学学报 2024年第4期 114-117页

作者：赵瑞娟周晓兰薛志强焦传海陆军炮兵防空兵学院电子工程教研室

以提升学生综合素质为目标，探索基于智慧教室的对分课堂教学模式，研究“电子技术基础”课程的“两线三段六环”，即以教师为主导和以学生为主体的两条主线，课前、课中、课后三个阶段，课前准备、课堂讲授、内化吸收、讨论答疑、考核... 详细信息

以提升学生综合素质为目标，探索基于智慧教室的对分课堂教学模式，研究“电子技术基础”课程的“两线三段六环”，即以教师为主导和以学生为主体的两条主线，课前、课中、课后三个阶段，课前准备、课堂讲授、内化吸收、讨论答疑、考核评价、体验感受六个环节，并以知识点“常用运算电路”为例，实现高效课堂的构建，在教学实践中收到了良好效果。

关键词：对分课堂电子技术体验感受

基于Transformer的视觉目标跟踪方法综述

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计算机应用 2024年第5期44卷 1644-1654页

作者：孙子文钱立志杨传栋高一博陆庆阳袁广林陆军炮兵防空兵学院高过载弹药制导控制与信息感知实验室合肥230031 陆军炮兵防空兵学院信息工程系合肥230031

视觉目标跟踪是计算机视觉中的重要任务之一,为实现高性能的目标跟踪,近年来提出了大量的目标跟踪方法,其中基于Transformer的目标跟踪方法由于具有全局建模和联系上下文的能力,是目前视觉目标跟踪领域研究的热点。首先,根据网络结构的... 详细信息

视觉目标跟踪是计算机视觉中的重要任务之一,为实现高性能的目标跟踪,近年来提出了大量的目标跟踪方法,其中基于Transformer的目标跟踪方法由于具有全局建模和联系上下文的能力,是目前视觉目标跟踪领域研究的热点。首先,根据网络结构的不同对基于Transformer的视觉目标跟踪方法进行分类,概述相关原理和模型改进的关键技术,总结不同网络结构的优缺点;其次,对这类方法在公开数据集上的实验结果进行对比,分析网络结构对性能的影响,其中MixViT-L(ConvMAE)在LaSOT和TrackingNet上跟踪成功率分别达到了73.3%和86.1%,说明基于纯Transformer两段式架构的目标跟踪方法具有更优的性能和更广的发展前景;最后,对方法当前存在的网络结构复杂、参数量大、训练要求高和边缘设备使用难度大等不足进行总结,并对今后的研究重点进行展望,通过与模型压缩、自监督学习以及Transformer可解释性分析相结合,可为基于Transformer的视觉目标跟踪提出更多可行的解决方案。

关键词：计算机视觉目标跟踪混合网络结构深度学习孪生网络 Transformer

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旋转捷联式图像制导技术及应用

系统工程与电子技术 2024年

作者：蒋滨安郭佳晖凌冲钱立志陆军炮兵防空兵学院高过载弹药制导控制与信息感知实验室

捷联式图像导引头结构紧凑、可抗高过载、成本相对低廉，契合精确制导炮弹“小型化、抗过载、低成本”需求。然而，炮弹飞行时自旋引起的弹体章动和进动，加大了弹目视线角与弹体姿态角解耦难度，长期制约捷联式导引头在制导炮弹上应用... 详细信息

捷联式图像导引头结构紧凑、可抗高过载、成本相对低廉，契合精确制导炮弹“小型化、抗过载、低成本”需求。然而，炮弹飞行时自旋引起的弹体章动和进动，加大了弹目视线角与弹体姿态角解耦难度，长期制约捷联式导引头在制导炮弹上应用。本文提出了一种针对旋转捷联图像制导炮弹的弹目视线角提取方法，设计了带有视场角约束的旋转捷联式图像末制导方案：通过解算全攻角方程，在导引头视场内提取了虚拟速度矢量，闭环了制导回路；构造了含视场角约束的非线性滑模面和正切型障碍李雅普诺夫函数，采用间歇控制，实现了目标视场内稳定锁定；引入了自适应扩张状态观测器，对目标运动进行估计和补偿，减小弹体抖震现象。该方案通过数值仿真和实弹飞行验证，命中精度达到预期指标要求。这是国内外首次采用“算法隔离”的方式实现旋转捷联图像制导炮弹的精确制导控制。

关键词：图像制导旋转捷联姿态隔离视场角约束障碍李雅普诺夫函数

基于弹载图像的Transformer目标跟踪算法

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弹箭与制导学报 2024年第1期44卷 49-56页

作者：孙子文钱立志袁广林凌冲陆军炮兵防空兵学院高过载弹药制导控制与信息感知实验室安徽合肥230031 陆军炮兵防空兵学院信息工程系安徽合肥230031

基于弹载图像自寻的经典目标跟踪方法依靠传统特征提取方法通常只能提取到有限的特征,表征能力不足,算法易受弹载图像中目标尺度变化、相似目标以及复杂背景等因素干扰而导致跟踪失效。由于Transformer凭借强大的全局建模能力被广泛应... 详细信息

基于弹载图像自寻的经典目标跟踪方法依靠传统特征提取方法通常只能提取到有限的特征,表征能力不足,算法易受弹载图像中目标尺度变化、相似目标以及复杂背景等因素干扰而导致跟踪失效。由于Transformer凭借强大的全局建模能力被广泛应用于目标跟踪领域。结合弹载图像仿真实验平台提出基于弹载图像的Transformer目标跟踪算法,算法由特征提取、特征融合以及预测头三部分组成。首先,在特征提取部分分别使用Swin-Transformer网络的前三层对输入的初始模板和搜索区域提取深度特征。其次,为了充分利用初始模板信息,借助交叉注意力模块对提取的特征进行特征增强处理。然后,将提取后的特征进行拼接并送入编码器、解码器模块进行特征的融合。最后,输出的特征经过回归和分类头进行目标定位。算法在弹载图像数据集上进行实验,跟踪成功率达到73.87%,跟踪速度达到56.79帧/s。相较于经典的KCF算法,文中算法充分利用Transformer注意力机制的特性在跟踪成功率以及精度上提高了18.01%和23.14%,大幅提升算法的鲁棒性。

关键词：弹载图像注意力机制 Transformer 目标跟踪

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火炮身管疲劳断裂试验和数值模拟研究

火炮发射与控制学报 2024年第2期45卷 1-7页

作者：吴斌郑靖司东亚罗天放邹志强白雪莲陆军炮兵防空兵学院机械工程系安徽合肥230031

烧蚀磨损和疲劳是影响火炮身管寿命的主要因素,前者使内膛表面产生了随机的烧蚀坑或微裂纹,形成了大量的应力集中区,在疲劳作用下,微裂纹沿身管径向由内向外扩展形成宏观裂纹,一旦其深度达到临界值,继续发射则可能导致身管断裂。针对身... 详细信息

烧蚀磨损和疲劳是影响火炮身管寿命的主要因素,前者使内膛表面产生了随机的烧蚀坑或微裂纹,形成了大量的应力集中区,在疲劳作用下,微裂纹沿身管径向由内向外扩展形成宏观裂纹,一旦其深度达到临界值,继续发射则可能导致身管断裂。针对身管疲劳断裂问题,根据火炮发射过程中载荷作用特点,自主设计了液压冲击疲劳试验装置,在实验室条件下再现了身管服役条件下的疲劳断裂现象。试验结果表明:冲击载荷作用下,身管疲劳断口包括裂纹源、扩展区和瞬断区3个部分,扩展区呈现典型的“海滩条纹”特征;身管外壁面周向应变的演化规律与裂纹的扩展速率变化规律之间存在内在的映射关系,从而可为身管健康监测、发射安全性评估提供新的技术手段。数值模拟采用J-C方程描述炮钢材料的动态本构关系,将材料的应变率效应纳入仿真计算过程中,模拟结果与试验结果之间具有较好的一致性。

关键词：身管疲劳断裂冲击疲劳应变监测数值模拟

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基于SIFT和INIR的地表未爆子弹药检测方法研究

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兵器装备工程学报 2024年第5期45卷 299-304页

作者：闫小伟石胜斌连细南陆军炮兵防空兵学院高过载弹药制导控制与信息感知实验室合肥230031

采用基于SIFT(尺度不变特征变换)算法的可见光同源图像配准检测方法解决地表未爆子弹药检测问题,并通过试验验证了该方法的可行性,但也发现存在虚警误判的问题。在同源图像配准检测的基础上,提出了基于SIFT和INIR(图像邻域信息重建)的... 详细信息

采用基于SIFT(尺度不变特征变换)算法的可见光同源图像配准检测方法解决地表未爆子弹药检测问题,并通过试验验证了该方法的可行性,但也发现存在虚警误判的问题。在同源图像配准检测的基础上,提出了基于SIFT和INIR(图像邻域信息重建)的可见光-红外异源图像差异性检测方法,该方法有效解决了误判漏判的问题。对比试验表明,异源图像差异性检测方法的检测精度相较于同源图像配准检测有了较大提升,但也导致无人机载荷平台单次工作时间大幅减少,为下一步地表未爆子弹药目标的准确识别定位提供了有力的技术支撑。

关键词： SIFT算法图像邻域信息重建异源图像未爆子弹药

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基于尺度注意知识迁移的自蒸馏目标分割方法

计算机应用 2024年第1期44卷 129-137页

作者：王晓兵张雄伟曹铁勇郑云飞王勇陆军工程大学指挥控制工程学院南京210001 陆军炮兵防空兵学院(南京校区) 南京211131 安徽省偏振成像与探测重点实验室(陆军炮兵防空兵学院) 合肥230031

当前的目标分割模型难以兼顾分割性能与推断效率,为此提出一种基于尺度注意知识迁移的自蒸馏目标分割方法。首先,构建了一个仅利用主干特征的目标分割网络作为推断网络,实现高效的前向推断过程。其次,提出了一种基于尺度注意知识的自蒸... 详细信息

当前的目标分割模型难以兼顾分割性能与推断效率,为此提出一种基于尺度注意知识迁移的自蒸馏目标分割方法。首先,构建了一个仅利用主干特征的目标分割网络作为推断网络,实现高效的前向推断过程。其次,提出了一种基于尺度注意知识的自蒸馏学习模型:一方面,设计了具有尺度注意机制的金字塔特征模块,利用尺度注意机制自适应地捕获不同语义水平的上下文信息,提取更具区分性的自蒸馏知识;另一方面,融合交叉熵、KL(Kullback-Leibler)散度和L2距离构造蒸馏损失,高效驱动蒸馏知识向分割网络迁移,提升泛化性能。该方法在COD(Camouflaged Object Detection)、DUT-O(Dalian University of Technology-OMRON)、SOC(Salient Objects in Clutter)等五个目标分割数据集上进行了验证:将所提推断网络作为基准网络,所提自蒸馏模型分割性能在Fβ指标上平均提升3.01%,比免教师(TF)自蒸馏模型增加了1.00%;所提网络与近期的残差分割网络(R2Net)相比,参数量减少了2.33×10^(6),推断帧率提升了2.53%,浮点运算量减少了40.50%,分割性能提升了0.51%。实验结果表明:所提方法能有效兼顾性能与效率,适用于计算和存储资源受限的应用场景。

关键词：自蒸馏目标分割知识迁移尺度注意机制金字塔知识表示

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模电教学中融入自然科学研究方法的探讨

电气电子教学学报 2024年第2期46卷 138-141页

作者：柴金华薛志强杨雪梅黄峣陆军炮兵防空兵学院信息工程系电子工程教研室合肥230031

对在“模拟电子技术基础”课程中融入自然科学研究方法的时机和内容等方面进行了探讨。一方面涉及模拟电子线路的主要内容,包括PN结、晶体三极管、基本放大电路、集成运算放大电路和负反馈放大电路等,另一方面涉及自然科学研究方法的部... 详细信息

对在“模拟电子技术基础”课程中融入自然科学研究方法的时机和内容等方面进行了探讨。一方面涉及模拟电子线路的主要内容,包括PN结、晶体三极管、基本放大电路、集成运算放大电路和负反馈放大电路等,另一方面涉及自然科学研究方法的部分内容,包括科学假说、数学方法、分析方法、理想化模型和灵感等。教学实践表明,这种融入式教学有利于科学思维的训练和创新能力的培养。

关键词：模拟电子技术自然科学研究方法课程思政