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邱兴兴程霄

2013, 33(09): 1001-9081. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2482

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针对空间分布复杂的数据以及空间分布未知的现实数据聚类问题,设计了一种改进流形距离作为不相似测度。该不相似测度可有效利用所有数据点之间的全局一致性,挖掘无类属数据集的空间分布信息。通过使用该不相似测度,提出了基于改进流形距离K-medoids算法。将新算法与基于已有的流形距离和基于欧氏距离的K-medoids算法进行性能比较,对八个人工数据集以及USPS手写体数字识别问题的实验结果表明:新算法针对不同结构的测试数据集,在聚类性能上均优于或接近于另外两种K-medoids算法,并且对于各种分布的,无论简单或复杂,凸或者非凸的数据都可以进行聚类。

k元n立方网络的k圈排除问题的递归算法

杨玉星王世英

2013, 33(09): 2401-2403. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2419

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为了度量以k元n立方网络为底层网络拓扑的并行计算机系统的容错能力,通过构造k元n立方网络中使得所有的k元1立方子网都发生故障的最小节点集合的方法,提出求解其k元1立方子网排除点割集的一种递归算法;证明了要使k元n立方网络中所有k元1立方子网都发生故障至少需要破坏掉kn-1个节点。结果表明,在不超过kn-1-1个节点被破坏的情况下,以k元n立方网络为底层拓扑构建的并行计算机系统中依然存在无故障的k元1立方子网。

面向低功耗的多核处理器Cache设计方法

方娟郭媚杜文娟雷鼎

2013, 33(09): 2404-2409. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2423

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针对多核处理器下的共享二级缓存(L2 Cache)提出了一种面向低功耗的Cache设计方案(LPD)。在LPD方案中,分别通过低功耗的共享Cache混合划分算法(LPHP)、可重构Cache算法(CRA)和基于Cache划分的路预测算法(WPP-L2)来达到降低Cache功耗的目的,同时保证系统的性能良好。在LPHP和CRA中,程序运行时动态地关闭Cache中空闲的Cache列,节省了对空闲列的访问功耗。在WPP-L2中,利用路预测技术在Cache访问前给出预测路信息,预测命中时则可用最短的访问延时和最少的访问功耗完成Cache访问;预测失效时,则结合Cache划分策略,降低由路预测失效导致的额外功耗开销。通过SPEC2000测试程序验证,与传统使用最近最少使用(LRU)替换策略的共享L2 Cache相比,本方案提出的三种算法虽然对程序执行时间稍有影响,但分别节省了20.5%、17%和64.6%的平均L2 Cache访问功耗,甚至还提高了系统吞吐率。实验表明,所提方法在保持系统性能的同时可以显著降低多核处理器的功耗。

云计算环境下多有向无环图工作流的节能调度算法

刘丹琦于炯英昌甜

2013, 33(09): 2410-2415. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2428

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针对多有向无环图(DAG)工作流节能调度算法中存在的节能效果不佳、适用范围较窄和无法兼顾性能优化等问题,提出了一种新的多DAG工作流节能调度方法——MREO。MREO在对计算密集型和通信密集型任务特点进行分析的基础上,通过整合独立任务,减少了处理器的数量,并利用回溯和分支限界算法对任务整合路径进行动态的优化选择,有效降低了整合算法的复杂度。实验结果证明,MREO在保证多DAG工作流性能的前提下,能够有效降低系统的计算和通信能量开销,获得了良好的节能效果。

四阶高分辨率熵相容算法

郑素佩封建湖

2013, 33(09): 2416-2418. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2416

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针对一维Burgers方程和一维Euler方程组的数值求解问题,提出了一种四阶高分辨率熵相容算法。新算法时间方向采用半离散方式,空间方向应用四阶中心加权基本无振荡(CWENO)重构方法,数值通量引入Ismail通量函数,将新的四阶算法应用于静态激波问题、激波管问题以及强稀疏波问题的数值求解中,并将所得结果同准确解以及已有算法所得结果进行了分析与比较。数值结果表明:新算法计算结果正确、分辨率高,能够准确捕捉激波及稀疏波，并能有效避免膨胀激波的产生。新算法适用于准确解决一维Burgers方程和一维Euler方程组的数值求解问题。

基于可变网格划分的密度偏差抽样算法

盛开元钱雪忠吴秦

2013, 33(09): 2419-2422. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2419

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简单随机抽样是在分析处理大规模数据集时最常用的数据约简方法,但该方法在处理内部分布不均匀的数据集时容易造成类的丢失。基于固定网格划分的密度偏差抽样算法虽能有效解决该问题,但其速度及效果易受网格划分粒度影响。为此提出了基于可变网格划分的密度偏差抽样算法,根据原始数据集每一维的分布特征确定该维相应的划分粒度,进而构建与原始数据集分布特征一致的网格空间。实验结果表明,在可变网格划分的基础上进行密度偏差抽样,样本质量明显提升,而且相对于基于固定网格划分的密度偏差抽样算法,抽样效率亦有所提高。

基于HDF5的结构网格计算流体动力学程序并行I/O技术

杨丽鹏车永刚

2013, 33(09): 2423-2427. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2423

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大规模计算流体动力学(CFD)计算对数据I/O能力提出了很高需求。层次式文件格式(HDF5)可有效管理大规模科学数据,并对并行I/O具有良好的支持。针对结构网格CFD并行程序,设计了其数据文件的HDF5存储模式,并基于HDF5并行I/O编程接口实现了其数据文件的并行I/O,在并行计算机系统上进行了性能测试与分析。结果表明,在使用4~32个进程时,基于HDF5并行I/O方式的写文件性能比每进程独立写普通文件的方式高6.9~16.1倍;基于HDF5并行I/O方式的读文件性能不及后者,为后者的20%~70%,但是读文件的时间开销远小于写文件的时间开销,因此对总体性能的影响较小。

层流扩散燃烧在GPU上的并行计算和数值分析

魏浩洋曾国荪丁春玲

2013, 33(09): 2428-2431. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2428

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在实际工程应用中,使用传统的CPU串行计算来开展燃烧数值模拟往往难以满足对模拟速度的要求。利用GPU比CPU更强的计算能力,通过在交错网格上将燃烧物理方程离散化,使用预处理稳定双共轭梯度法(PBiCGSTAB)求解离散化方程,并且探索面向GPU编程的矩阵向量乘并行算法和逆矩阵向量乘并行算法,从而给出一种在GPU上数值求解层流扩散燃烧的可行方法。实验结果表明,GPU并行程序获得了相对串行CPU程序约10倍以上的加速效果,且计算结果与实际情况相符,因而所提方法是可行且高效的。

基于格子Boltzmann方法的一维Burgers方程的数值模拟

兰中周乐励华高云

2013, 33(09): 2432-2435. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2432

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基于格子Boltzmann方法(LBM)的一维Burgers方程的数值解法,已有2-bit和4-bit模型。文中通过选择合适的离散速度模型构造出恰当的平衡态分布函数; 然后, 利用单松弛的格子Bhatnagar-Gross-Krook模型、Chapman-Enskog展开和多尺度技术, 提出了用于求解一维Burgers方程的3-bit的格子Boltzmann模型，即D1Q3模型，并进行了数值实验。实验结果表明，该方法的数值解与解析解吻合的程度很好,且误差比现有文献中的误差更小,从而验证了格子Boltzamnn模型的有效性。

基于社区结构的影响力最大化算法

郭进时汤红波吴凯杨森

2013, 33(09): 2436-2439. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2436

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现有的社会网络影响力算法及模型的较高的时间复杂度已不适用于网络规模不断壮大的社会网络服务。针对上述问题,提出了一种基于网络社区结构的影响力最大化算法。首先评估各个社区中节点的影响力,挖掘其核心节点成员;继而在核心节点集和连接社区间的弱纽带节点中选取若干具有影响潜力的初始节点集,使其以最小的代价让信息在网络中得到最广泛的传播。实验结果表明:该算法不仅大大降低了时间复杂度,还获得了接近贪心算法的影响范围,影响覆盖率达到了90%以上。

Q学习和蚁群优化混合的无线传感器网络移动代理路由算法

党小超姚浩浩郝占军

2013, 33(09): 2440-2443. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2440

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针对无线传感器网络移动代理路由问题,提出了Q学习和蚁群优化混合的无线传感器网络移动代理路由算法。该算法综合了Q学习和蚁群优化算法思想,引入了新的路径选择概率模型,并对最优路径进行了有效的维护。仿真实验结果表明:该算法有效地提高移动代理选路效率,满足不同任务对时延的要求,增强了最优路径的可靠性,进一步降低了网络能耗。

网络社区发现的多目标分解粒子群优化算法

应加炜陈羽中

2013, 33(09): 2444-2449. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2444

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通过分析社会网络中社区发现问题的优化目标,构造了社区发现的多目标优化模型,提出一种网络社区发现的多目标分解粒子群优化算法。该算法采用切比雪夫法将多目标优化问题分解为多个单目标优化子问题,使用粒子群优化(PSO)算法对社区结构进行挖掘,并引入了一种新颖的基于局部搜索的变异策略以提高算法的搜索效率和收敛速度,该算法克服了单目标优化算法存在的解单一以及难以发现社区层次结构的缺陷。人工网络及真实网络上的实验结果表明,该算法能够快速准确地挖掘网络社区并揭示社区的层次结构。

基于规则集划分的多决策树报文分类算法

马腾陈庶樵张校辉田乐

2013, 33(09): 2450-2454. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2450

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为克服决策树算法处理高速网络、大容量规则集下的报文分类问题时内存使用量大的弊端,提出一种基于规则集划分的多决策树报文分类算法。在保证规则子集数量可控的前提下,采用启发式算法将规则集划分为有限个规则子集,最大限度分离交叠规则;提出两级级联决策树结构,降低决策树深度以减少规则查找时间。理论分析表明,该算法空间复杂度较传统单决策树算法大幅降低。仿真结果表明,该算法的内存使用量比目前空间性能最好的EffiCuts算法减少了30%,且维度可扩展性更好。

基于声望模型的联合呼叫接纳控制算法

李真朱磊陈栩杉蒋海霞

2013, 33(09): 2455-2459. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2455

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为了弥补异构无线网络中呼叫接纳控制研究场景的局限性,降低终端选择接入网时的盲目性,将研究场景从两个接入网延伸为多个接入网,提出一种基于声望模型的联合呼叫接纳控制算法。将声望模型应用于网络选择过程,增加了网络反馈机制。在用户侧,终端根据网络声望值大小选择接入网;在网络侧,采用动态带宽分配和缓冲队列策略来提高接入成功率。仿真结果表明,该算法有效降低了新呼叫阻塞率和切换呼叫掉线率。

信号分解法降低OFDM符号峰均功率比的算法

童英华耿生玲

2013, 33(09): 2460-2462. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2460

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在正交频分复用(OFDM)系统中,信号的峰均功率比(PAPR)较高,导致发射端信号发生失真,为此提出了一种降低PAPR的算法。详细的介绍了在基带部分通过信号分解的方法将OFDM符号分解为两路信号以降低PAPR值,并验证了在不同的比较门限和分解门限下该方法对PAPR的改善程度。实验仿真结果证明,信号分解法在合理的比较门限和分解门限下能够在基带部分降低3dB~4dB的PAPR值。

基于过采样的归一化累积量盲均衡算法

张晓琴胡永生张立毅

2013, 33(09): 2463-2466. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2463

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传统的波特间隔均衡器只能补偿接收信号混叠的频率响应特性,并不能补偿信道畸变。针对这一问题提出一种基于过采样的归一化累积量算法,先对接收信号进行过采样,再利用变步长自适应调整均衡器的抽头系数,不仅能避免算法陷入局部最优,而且还能有效补偿信道畸变。仿真表明:引入过采样和变步长的盲均衡算法,有效地提高了收敛速度,降低了稳态剩余误差。

Android系统下SAE J1939协议的移植

李佳亓妍妍朱维杰

2013, 33(09): 2467-2469. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2467

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针对Android系统下的控制器局域网(CAN)总线缺少应用层驱动的现状,提出了一种将Linux系统中的CAN总线应用层驱动移植到Android系统中的方法。选择SAE J1939协议作为Android系统下CAN总线应用层协议并移植由Kurt Van Dijck和Pieter Beyens维护的linux-can-j1939项目。首先分析项目结构,将对应文件合并到Android内核代码中;然后修改头文件、协议实现代码并增加内核缺失的结构体、函数等;最后修改Makefile和Kbuild文件并编译生成内核。实验结果表明:编译后的Android内核实现了SAE J1939协议所规定的地址声明、数据拆包重组、网络管理等功能。应用层驱动移植后,通过调用Android应用层接口就可开发丰富的基于CAN总线的Android应用程序。

基于投影栅格扫描的无线传感器网络三维定位算法

唐杰黄宏光

2013, 33(09): 2470-2473. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2470

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针对现有无线传感器网络(WSN)三维定位算法在精度和复杂度方面的不足,提出了一种改进的三维空间定位算法。利用栅格扫描分别求解邻居锚节点在两个坐标平面的投影交域,得出未知节点在两坐标平面的对应位置,最终实现三维位置估计。仿真结果表明：在100m×100m×100m的空间里,随机投放200个传感器节点,锚节点数为45时,其覆盖率达到了99.1%,相对定位误差仅为0.5533。且平面投影的引入,有效地降低了算法复杂度。

基于分簇的B+树数据库索引优化算法

胡廷波钟俊

2013, 33(09): 2474-2476. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2474

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在数据库中普遍采用的索引结构为适合随机查找的B+树结构,当关键字之间存在顺序关系时,该类索引方式效率较低。针对以上问题,提出了基于分簇的B+树——CB+树(CB+ Tree)结构。该树在B+树的基础上充分考虑了记录集关键字之间的顺序关系,通过降低索引树的高度来提高关键字的索引效率。仿真结果显示,在记录数为100万的情况下,CB+树和B+树效率相当。当记录数达到500万时,CB+树插入用时6.7s，比B+树插入用时7.6s减少了8%;CB+树查询用时9.9s，比B+树查询用时11.1s减少了10%;CB+树删除用时10.1s，比B+树删除用时11.2s减少了10%。由此说明,在记录集关键字有序且记录数大于100万时,提出的CB+树是更为高效的索引结构,且其效率随记录数的增大提升更为明显。

基于近邻传播的分布式数据流聚类算法

张建朋金鑫陈福才陈鸿昶候颖

2013, 33(09): 2477-2481. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2477

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针对分布式数据流聚类算法存在的聚类质量不高、通信代价大的问题,提出了密度和代表点聚类思想相结合的分布式数据流聚类算法。该算法的局部站点采用近邻传播聚类,引入了类簇代表点的概念来描述局部分布的概要信息,全局站点采用基于改进的密度聚类算法合并局部站点上传的概要数据结构进而获得全局模型。仿真实验结果表明,所提算法能明显提高分布式环境下数据流的聚类质量,同时算法使用类簇代表点能够发现不同形状的聚簇并显著降低数据传输量。

基于MapReduce的Hadoop大表导入编程模型

陈吉荣乐嘉锦

2013, 33(09): 2486-2489. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2486

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针对Sqoop在导入大表时表现出的不稳定和效率较低两个主要问题,设计并实现了一种新的基于MapReduce的大表导入编程模型。该模型对于大表的切分算法是:将大表总的记录数对mapper数求步长,获得对应每个split的SQL查询语句的起始行和区间长度(等于步长),从而保证每个mapper的导入工作量完全相同。该模型的map方式是:进入map函数的键值对中的键是一个split所对应的SQL语句,将查询放在map函数中完成,从而使得模型中的每个mapper只调用一次map函数。对比实验表明:两个记录数相同的大表,无论其记录区间如何分布,其导入时间基本相同,或者对同一表分别用不同的分割字段,导入时间也完全相同;而对于同一个大表,模型的导入效率比Sqoop有显著提高。

基于信息熵的不确定性数据清理方法

覃远翔段亮岳昆

2013, 33(09): 2490-2492. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2490

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针对不确定性数据中往往包含一些异常数据而导致相应的查询结果出现错误的问题,提出了一种基于信息熵的不确定性数据清理方法以减少异常数据并提高不确定性数据的质量。首先使用信息熵来度量数据的不确定度,然后结合统计学方法计算出不确定性数据的可信区间,最后去除那些不在可信区间内的数据。实验结果验证了该方法的高效性和有效性。

Web信息整合中的数据去重方法

刘雪琼武刚邓厚平

2013, 33(09): 2493-2496. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2493

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针对现有数据去重方法中存在的时间效率和检测精度低的问题,结合Web信息整合的特点,提出一种逐级聚类的数据去重方法(SCDE)。首先通过关键属性分割和Canopy聚类将数据划分成小记录集,然后精确检测相似重复记录,并提出基于动态权重的模糊实体匹配策略,采用动态权重赋值,降低属性缺失对记录相似度计算带来的影响,并对名称的特殊性进行处理,提高匹配准确率。实验结果显示:该方法在时间效率和检测精度上均优于传统算法,其中准确率提高12.6%。该方法已应用于林业黄页系统中,取得了较好的应用效果。

云模型图像置乱算法

范铁生张忠清孙静罗雪春陆贵强张璞

2013, 33(09): 2497-2500. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2497

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针对目前数字图像置乱算法在双重置乱方面的欠缺问题,提出一种新的云模型图像置乱算法。该算法利用三维云模型生成的函数值来改变图像像素位置和像素值,实现了双重置乱。经实验验证以及定量定性分析,置乱图像呈现白噪声,真正实现了图像置乱,并不存在周期性恢复的安全问题,该算法能较快达到理想的置乱效果,且能抵抗一定的剪切、加噪、滤波以及缩放攻击；证明了该算法的有效性和合理性,可以较好地应用于图像置乱。

基于位置交换的快速图像置乱

曹光辉贾丹张毅智

2013, 33(09): 2501-2504. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2501

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为了提高图像置乱算法的置乱效率,提出了一种基于帐篷映射的快速随机排列算法,并把这种方法应用到图像置乱领域,构建了基于混沌序列的快速图像置乱算法。该快速随机排列以位置交换为核心,通过应用概率的几何意义,把由帐篷映射产生的服从非均匀分布的混沌序列转化为服从均匀分布的随机序列,驱动图像元素位置交换完成随机排列。理论和实验结果表明:快速随机排列在效率上优于基于排序算法的随机排列,构建的快速图像置乱算法与传统基于混沌排序图像置乱算法相比,密钥空间更大,运行效率更高。

保护隐私性与完整性的低能耗数据融合算法

李玮杨庚

2013, 33(09): 2505-2510. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2505

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隐私性与完整性是无线传感器网络(WSN)数据融合中的两大难题。在低能耗隐私保护(ESPART)算法的基础上,提出了一种新的保护隐私性与完整性的数据融合(iESPART)算法。它通过加入同态消息验证码机制,在不改变隐私性的前提下,实现了完整性保护。同时,利用消息验证码在融合时密钥改变的特性, iESPART能够判断遭到攻击的具体节点位置。仿真实验结果表明,相比完整性保护(iPDA)算法,该算法具有相同的隐私保护性与更全面的完整性检测机制,花费的通信开销更少。

基于双层角色映射的跨域授权管理模型

任志宇陈性元单棣斌

2013, 33(09): 2511-2515. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2511

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针对传统跨域授权管理模型角色设置方法单一,以及有可能出现隐蔽提升、职责分离冲突等问题,提出一种基于双层角色结构的跨域授权管理模型。通过在管理域内设置双层角色,使得角色的设置与管理更加符合现实需求;采用单向角色映射的方式杜绝映射环路;引入属性、条件等动态因素,实现了权限的动态调整。采用动态描述逻辑刻画了模型中的概念、关系及管理动作。对模型的安全性分析表明,该模型满足自治性和安全性原则。

车载网络中隐私保护方法

崔丽群张明杰

2013, 33(09): 2516-2519. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2516

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针对车载网络通信中存在车辆隐私性保护问题,提出一个K-匿名链隐私保护机制。在查询节点处构建k匿名空间,并将包含此k个车辆的最小边界矩阵作为位置数据进行转发,转发过程中构造一条匿名链来混淆身份信息与位置信息的一一对应关系,从而大大降低被攻击成功的概率。通过对该机制安全性及仿真实验结果的分析,该机制能很好地保护车载网络中车辆的位置隐私,提高了车载网络通信的安全性及隐私性。

基于函数级控制流监控的软件防篡改

张贵民李清宝王炜朱毅

2013, 33(09): 2520-2524. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2520

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软件防篡改是软件保护的重要手段。针对由缓冲区溢出等攻击导致的控制流篡改,提出一种基于函数级控制流监控的软件防篡改方法。以函数级控制流描述软件正常行为,利用二进制重写技术在软件函数入口处植入哨兵,由监控模块实时获取哨兵发送的软件运行状态,通过对比运行状态和预期值判断程序是否被篡改。实现了原型系统并对其进行了性能分析,实验结果表明,基于函数级控制流监控的软件防篡改方法能有效检测对控制流的篡改攻击,无误报且开销较低,其实现不依赖程序源码,无需修改底层硬件和操作系统,监控机制与被保护软件隔离,提高了安全性。

基于分存策略的软件保护博弈模型

王蕊杨秋翔陈够喜马巧梅

2013, 33(09): 2525-2528. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2525

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软件保护技术普遍是通过完善代码和应用加密方案来达到保护软件的目的。针对软件代码的静态授权抗攻击能力以及软件加密的加密强度是否足够抵抗攻击的问题,提出一种基于分存策略的软件保护博弈模型。该模型采用分存策略对密钥进行分段,得到多个检验与抵抗软件破解者攻击的验证函数,把它们隐藏在程序中,使得软件运行时有多个不同的验证函数对程序进行保护。从博弈论的角度分析论证该模型,并将其应用于软件注册码验证的实例中,提高了软件代码的安全性。实验结果和分析表明了该模型的正确性和有效性。

基于El Gamal算法的数字水印协议

闫丽霞肖明波

2013, 33(09): 2529-2531. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2529

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针对目前数字水印协议中需要买方的频繁参与、要求买方了解签名或水印生成嵌入等技术以及没有很好地考虑到数字产品的使用控制等问题，提出一种安全实用、可扩展的数字水印协议。该协议利用具有同态性和可交换性的El Gamal加密算法及基于机器指纹的版权控制方案，在实现数字水印基本功能的同时，相当程度上兼顾了买卖双方的权益，以更接近传统交易的模式，改进用户的体验。

秘密共享和网络编码在窃听网络中的应用

曹张华吉晓东刘敏

2013, 33(09): 2532-2535. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2532

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受传统密码学中保密通信方法和秘密共享思想的启发,构造了一个适用于使用网络编码进行数据传输的窃听网络中的安全通信方案。该方案利用原始随机比特串生成新随机比特串来加密信源消息数据,再由得到的密文生成一秘密数据串来混合原始随机比特串,最后利用随机线性网络编码实现对网络容量的高效利用。而且,该方案没有使用秘密信道传输密钥,也没有为实现安全通信而构造依赖网络拓扑结构、满足特殊条件的网络编码。

非线性一次一密(t,n)门限秘密共享方案

范畅茹鹏

2013, 33(09): 2536-2539. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2536

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针对本身不安全的线性算法构造的门限秘密共享方案存在安全漏洞的问题,以及可信方的参与容易导致单点故障和不可靠情形,结合非线性算法和密码学理论,提出一种无可信方的非线性门限秘密共享方案。方案基于混沌算法和有限状态自动机两种非线性结构,子密钥的产生具有随机性和动态性,参与者可控制每一轮的子密钥来实现一次一密或N次一密安全级别。秘密恢复由拉格朗日插值公式来实现。安全多方计算使各参与者相互牵制,不需可信方参与,满足弹性均衡,可防欺骗与合谋攻击。

基于三维坐标的消费情绪本体库建立及应用

邱云飞林明明邵良杉

2013, 33(09): 2540-2545. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2540

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针对商家好评中存在非真正满意的评价问题,构建一种能够真正反映消费者情绪状态的方法,以减少好评率中非真正满意的评价。针对消费情绪进行了研究,首先从评价中提取出消费情绪词汇,根据消费情绪的特征,将消费情绪划分为7大类,25小类,建立了三维坐标模型;其次,用Protégé来构建消费情绪本体库,根据三维坐标词汇分类算法对消费情绪词汇进行自动划分;然后,根据构建的本体库,用消费情绪判断算法来自动判断消费者的评价。最后，与淘宝的好评率进行比较,F值达到了95%以上,减少了好评中非真正满意的评价,体现了消费者的真实情绪。

改进的增量词集频率主题词提取算法

刘兴林

2013, 33(09): 2546-2549. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2546

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为了解决基于增量词集频率的主题词提取算法不能提取合成词的问题,在原算法的基础上增加了文本预处理环节,即合成词识别。采用基于词性探测和词共现有向图算法识别文本中的合成词,并对分词结果进行修正。生成候选主题词集时,考察每个词的出现位置,根据不同的出现位置赋予不同的权重;然后累加获得同一个词的总权重,并按权重从高到低生成候选主题词集。提取主题词时逐个考察候选主题词集中的每一个候选主题词,计算其对主题词集权重的增量,若增量小于给定阈值,则主题词提取算法结束;否则将该候选主题词加入主题词集。实验结果表明,该算法取得了较好的效果,所获得的主题词能更贴切地反映文档的主题内容,主题词满意度比原算法提高了5个百分点。

基于云模型的实数编码量子进化算法

李国柱

2013, 33(09): 2550-2552. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2550

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针对量子进化算法易陷入局部最优和求解精度不高的缺点,利用云模型具有随机性和稳定倾向性的特点,提出了一种基于云模型的实数编码量子进化算法。该算法利用单维云变异进行全局快速搜索,利用多维云进化增强算法局部搜索能力,探索全局最优解。依据算法的进化过程动态调整搜索范围并复位染色体,可以加提高敛速度,并防止陷入局部最优。仿真结果表明,该算法搜索精度和效率得到提高,适合求解复杂函数优化问题。

基于Fisher类内散度的支持向量机分类面修正方法

杨婷孟相如温祥西伍文

2013, 33(09): 2553-2556. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2553

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针对支持向量机(SVM)训练不平衡样本数据产生最优分类面的偏移会降低分类模型泛化性的问题,提出一种基于Fisher类内散度平均分布比的分类面修正方法。对样本数据进行SVM训练后获得分类面的法向量;通过计算两类样本在该法向量方向上的Fisher类内散度来评价这两类样本的分布情况;依据类内散度综合考虑样本个数所得到的平均分布比重新修正最优分类面的位置。在benchmarks数据集上的实验结果说明该方法能够提高SVM分类模型在处理不均衡数据集时对于少数类的识别率,从而有助于提高模型的泛化性。

基于贪婪离散类电磁机制算法求解背包问题

王建龙孙合明

2013, 33(09): 2557-2561. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2557

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针对基本类电磁机制算法不能够有效解决离散型的背包问题,提出了一种贪婪离散类电磁机制算法。首先,提出一种交叉操作;然后,利用提出的交叉操作对基本类电磁机制算法中的合力计算公式和粒子移动方法进行修改,使其能够适用于离散型问题;最后,引入贪婪算法的机制来处理经过类电磁机制算法迭代得到的解,使这些解满足背包问题的约束条件。通过对3个经典的背包测试问题进行的测试结果表明:该算法可以解决离散型的背包问题,并且具有较优的求解性能。

基于双曲线模型的车道识别与偏离预警

陈本智

2013, 33(09): 2562-2565. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2562

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针对车道识别与偏离预警算法在准确性、可靠性和计算效率方面存在的问题,提出一种基于双曲线模型的车道识别与偏离预警算法。首先,在图像预处理基础上通过特征点搜索筛选道路边缘点,采用双曲线构建道路模型,利用最小二乘原理拟合道路参数,再根据拟合车道线及邻近点信息构建车道置信度函数,将置信度大于设定阈值的车道线作为最终检测结果;然后,根据相邻帧车道线连续变化的特点,在前帧拟合道路线附近使用粒子滤波算法进行道路边缘点筛选、拟合以及置信度计算,实现对车道线的跟踪;最后,在图像坐标系中建立时空联合预警模型,对车道偏离行为进行预警。在PC平台上进行的算法实现与道路实验结果表明:所提方法在一般路况下,具有92%的车道识别和偏离识别正确率和40ms/帧的平均处理速度,满足车道偏离预警应用要求。

基于模糊神经网络的铁路车辆热轴等级判别模型

崔转玲李国宁林森

2013, 33(09): 2566-2569. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2566

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判别模型。该模型选定了温升、列温升差、辆温升差3个特征作为输入量,4种热轴等级作为输出量,并利用125条模糊推理规则和学习算法对模糊神经网络进行训练,得到的模糊神经网络可作为专家系统对热轴进行判别。实例仿真结果表明:模糊神经网络热轴判别模型使得判别参数减少,判别科学化,且判别的一致率达到95%。

采用逐层迭代方法的基础矩阵估计

杨磊李桂菊

2013, 33(09): 2570-2572. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2570

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为解决未知环境下运动序列中的基础矩阵估计问题,提出了一种逐层迭代优化的方法。该方法基于最优鲁棒估计方法,加入运动连续性以及多尺度对应的约束条件以减少虚假对应;然后,逐层将高层模型的数据内点添加到下层数据集,以更新数据集并同时估计单应性模型;最终,在底层全局优化并修正模型。实验表明,该方法的几何变换误差的均值不大于2.891821pixel,误差波动范围的方差不大于0.295172pixel,相对于传统方法,当运动序列中场景表面的深度层次较多,深度变化连续时,误差均值及波动方差均有一定程度的降低。

基于改进人工蜂群的图像矢量量化码书设计算法

郭艳菊陈雷陈国鹰

2013, 33(09): 2573-2576. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2573

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为了进一步提高图像矢量量化的码书质量,提出了一种新的图像压缩矢量量化码书设计算法。该算法采用均方误差(MSE)作为码书设计的适应度函数,利用改进的人工蜂群算法进行适应度函数的优化求解,增强了算法的自组织性和收敛性,大大减少了陷入局部收敛的可能性。将一种基于和值特性的快速码字搜索思想引入到码书设计算法中,使算法计算量明显降低。仿真结果表明,该算法具有计算时间短、收敛速度快的优点,并且生成的码书质量好、稳定性强。

基于运动估计与回溯自适应正交匹配追踪的视频压缩传感

庄燕滨桂源肖贤建

2013, 33(09): 2577-2579. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2577

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为了解决传统视频压缩传感方法中对视频逐帧单独重构所产生的图像模糊,将压缩传感理论与MPEG标准视频编码的相关技术相结合,提出了一种基于运动估计与运动补偿的视频压缩传感方法,以消除视频信号在空域和时域上的冗余。该方法在充分考虑视频序列时域相关性的同时,首先对视频图像进行前、后向和双向预测和补偿,然后采用回溯自适应正交匹配追踪(BAOMP)算法,对运动预测残差进行重构,最后实现当前帧的重构。实验结果表明,该方法较逐帧重构的视频图像质量有较大改善,且可获得更高的峰值信噪比。

投影仪-屏幕系统光场亮度分布的数学模型

张军李辉

2013, 33(09): 2580-2583. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2580

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针对大型多投影仪显示墙系统中亮度分布差异的校正问题，提出一种描述投影仪-屏幕系统光场亮度分布的数学模型。该数学模型整合投影仪镜头渐晕、屏幕漫反射和屏幕曲面的数学模型，形成一个带有28个可调参数的精确描述影仪-屏幕系统光场亮度分布方程。基于该数学模型，工程人员可通过测量投影屏幕上稀疏位置的亮度值，采用非线性最小二乘方法确定一个特定投影仪-屏幕系统的模型参数，完成其亮度分布的测量。实际应用表明，所提出的数学模型可以广泛适用于各种类型的投影仪-屏幕系统光场亮度分布的描述，有效降低大型多投影仪显示墙系统构建工程的复杂度，改善投影显示效果。

基于多准则特征融合的自适应跟踪算法

赵谦周勇曾召华侯媛彬刘树林

2013, 33(09): 2584-2587. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2584

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针对现有基于多特征融合的跟踪算法在复杂环境下跟踪准确度不高,且大部分采用单一判定方式来实现多特征融合的问题,提出了一种综合判定的自适应多特征融合跟踪方法。首先引入局部背景信息加强对目标的描述,然后在多特征融合过程中利用多种判定准则计算特征权值,最后在均值漂移框架下完成对目标的跟踪。在各种场景下的实验结果比较表明:该融合算法比单种判定融合有更好的稳定性和鲁棒性,有效地提高了复杂环境下跟踪准确性。

基于高斯加权和流形的高保真彩色图像降噪

陈中秋石锐刘晶淼

2013, 33(09): 2588-2591. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2588

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针对用矢量法对彩色图像进行降噪处理,算法复杂度较高,无法达到实时处理的问题,提出了基于改进高斯加权和自适应流形的高保真彩色图像降噪方法。首先,将彩色图像用非局部均值算法得到高维数据,使用改进的高斯内核对彩色图像进行加权计算;然后,采用抛雪球方法处理这些高维数据,以高斯距离为权值,投影每个像素点的颜色到自适应流形;接着,对流形进行平滑降维,采用迭代法实现图像平滑;最后,收集流形中的平滑值,将平滑值对所有像素进行插值,得到降噪后的图像数据。实验证明,该方法对彩色图像进行降噪处理后,能够很好地保留原图像的细节,不会掺杂周围像素的颜色,算法处理速度较快,能够达到实时处理效果,降噪效果与原算法相比峰值信噪比(PSNR)提高近2.0dB,结构相似度提高了1百分点以上。

结合自适应核回归和全变差的乘性噪声去除

吴玉莲冯象初

2013, 33(09): 2592-259. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2592

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为了更好地去除图像中的乘性噪声,提出一个新的三阶段乘性噪声去除算法。第一阶段在图像的对数域用自适应的掌舵核回归(SKR)对图像进行去噪处理;第二阶段用全变差(TV)方法对第一阶段处理的结果进行补充处理;第三阶段通过指数变换和误差纠偏,把图像变回到真实的图像域。新方法具有掌舵核回归与全变差两种方法的优点,实验结果证明了其去除乘性噪声的有效性。

改进的小波双阈值双因子函数去噪

任重刘莹刘国栋黄振

2013, 33(09): 2595-2598. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2595

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针对传统的小波阈值函数在阈值处不连续、小波估计系数存在偏差等不足,导致去噪后的信号产生吉布斯振荡、失真和信噪比(SNR)无法提高等问题,提出了一种改进的小波阈值函数去噪方法。与传统的软、硬阈值和半软阈值等函数相比,该函数不仅在阈值处连续,便于运算处理,而且由于双阈值变量和双可变因子的引入,使得该函数既兼容了传统阈值函数的优点,还可以通过调节双阈值和双因子,来提高实际应用的灵活性。为了验证该阈值函数的优越性,通过仿真实验并对比几种小波去噪方法的信噪比和均方根误差,实验结果表明,经本阈值函数去噪后的信号在平滑度和失真度上有较大改善,相比软阈值函数,信噪比提高了22.2%,均方根误差减小了42.6%。

基于局部方差改进的超声图像各向异性扩散去噪算法

刘琬臻付忠良

2013, 33(09): 2599-2602. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2599

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针对各向异性扩散算法不能有效区分强噪声和弱边缘的缺点,提出了一种基于图像局部统计特征改进的算法。该算法在对图像进行各向异性扩散去噪的过程中,使用梯度阈值找到图像中灰度变化较大的点,再通过计算局部方差和局部去心方差的差值判断该点是否为噪声点,若是噪声点则使用均值滤波处理。对仿真图像和临床超声图像的实验结果表明:与传统的各向异性扩散算法相比,改进的算法在图像去噪和特征保留的能力上得到了良好的提升。

基于变换域的条带噪声去除方法

刘召海杨文柱张辰

2013, 33(09): 2603-2605. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2603

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为解决线扫描图像中的条带噪声干扰问题,提出了傅里叶变换与小波分解相结合的变换域条带噪声去除方法。首先对图像进行多尺度小波分解,将包含条带噪声的小波子带与包含图像信息的小波子带分离;然后对含有条带噪声的小波子带进行傅里叶变换,并对变换系数进行带阻滤波以消除条带噪声。利用实际采集的带有条带噪声的棉花异性纤维图像进行仿真实验,结果表明:傅里叶变换与小波分解相结合的方法,去噪效果明显优于单独使用傅里叶变换或小波分解的方法,既能有效地去除图像中的条带噪声,又能较好地保持图像的细节信息。

结合均值漂移的基于图的半监督图像分类

白艺娜汪西莉

2013, 33(09): 2606-2609. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2606

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针对基于图的半监督流形正则化图像分类算法需要大量无标记样本训练分类器,空间和时间复杂度高,甚至不能处理大规模图像,且对背景或目标复杂的图像分类错误率较高的问题,提出了结合均值漂移（mean shift）的基于图的半监督流形正则化图像分类算法。该方法对基于图的半监督流形正则化分类算法的改进主要体现在两方面,首先是通过mean shift算法对图像进行了平滑,以平滑后的图像作为分类对象;其次不是利用所有无标记样本,而是只采用少量无标记样本。实验结果表明:图像的平滑使得目标和背景区域的特征更为一致,从而利用较少的样本就可以提高分类器的正确率;同时大大降低了算法的复杂度,使得基于图的半监督分类算法用于分类大规模图像成为可能。

改进的自适应混合高斯前景检测方法

李鸿生薛月菊黄晓琳黄珂何金辉

2013, 33(09): 2610-2613. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2610

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针对混合高斯背景模型计算量大、存在阴影和鬼影的不足,提出一种基于混合高斯模型的改进前景检测算法。通过分析背景的稳定性来选择连续或隔帧更新方式对背景模型中的参数进行更新,提高算法的运算速度。在背景更新方面,让更新率与权值相关联从而使更新率随权值改变并且对目标移动后显露的背景像素给予更大的更新率,提高背景的稳定性并解决鬼影现象及前景与背景转化的问题。对检测出的目标,用适应性更高的RGB颜色空间畸变模型进行阴影检测和消除,并进行高斯金字塔滤波和形态学滤波处理,以得到更好的前景目标。实验结果表明,该方法能提高算法的计算效率且准确地分割前景目标。

虚拟手术中基于可变方向凸包的碰撞检测算法

史玲玲王伟东闫志远

2013, 33(09): 2614-2616. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2614

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为了实现机器人辅助虚拟手术中快速精确的碰撞检测,提出了基于可变方向凸包的层次包围盒碰撞检测算法。在虚拟场景中,手术器械末端运动复杂多变且软体组织持续形变,分析器械和软组织的作用形式,根据器械运动学参数,预测软组织的变形,将其与固定方向凸包检测方法相结合,通过改变方向向量集合,提高包围盒树的紧密性,进而减少相交测试的次数,加速碰撞检测。仿真实验证明了可变方向凸包的碰撞检测算法可以实现精确的碰撞检测；与固定方向凸包算法相比在快速碰撞检测方面具有优越性，当软组织包含的面片数目越多时,快速性优势越显著。

自适应的基于点云的CAD模型重建方法

刘进

2013, 33(09): 2617-2622. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2617

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基本的随机抽样一致性(RANSAC)算法无法根据点云模型的噪声自适应地设定分割参数,并有效判断点云数据是否被合理分割。针对该问题,提出了一种自适应的基于点云模型的计算机辅助设计(CAD)模型重建方法。该方法采用RANSAC算法从点云数据中提取基本形状体素,使用直方图法分析点到相应形状体素表面的投影距离。对分割不合理的区域,按照该点云面片的高斯噪声设置新的分割参数,再次进行形状提取。经过一定轮数的迭代,该方法可以合理提取点云模型中的细小形状体素。然后通过校准形状体素的位置和方向、根据相邻形状体素之间的交线裁剪形状体素,实现CAD模型的重建。最后,以误差分布图和直方图分析了原始点云数据中点到CAD模型表面投影距离,有70.71%的点的投影距离不超过点云模型包围盒高度的1%。实验结果表明,以点云包围盒高度的1%为尺度向实验数据中加入噪声时,该方法仍能够通过自适应设置分割参数提取出合理的细小体素。

航空大视场角镜头畸变校正技术

徐芳刘晶红

2013, 33(09): 2623-2626. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2623

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为校正航空相机大视场角镜头的畸变,基于Matlab的calib_toolbox工具箱,对拍摄的多幅不同角度和距离的模板进行摄像机标定,得出摄像机的内部参数和畸变系数,建立正确的畸变校正数学模型,通过后续编程处理,改进了Bouguet方法,可实现航空相机彩色图像的畸变校正,并提出一种新的有效的逆推重建图形比对法对图像的畸变率进行分析,量化畸变程度。仿真结果显示,该方法得到的彩色图像的畸变率校正后平均降低了大约10%。实验结果表明,该方法简单高效,且便于后续硬件移植,可实现实时畸变校正处理。

基于解剖非局部先验的模糊扩散PET重建算法

上官宏刘祎张权桂志国

2013, 33(09): 2627-2630. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2627

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针对传统最大后验(MAP)算法出现阶梯伪影以及不能有效保持重建图像低梯度值处细节信息的问题,提出了一种基于解剖非局部先验的模糊扩散正电子发射计算机断层扫描(PET)重建算法。首先,对中值先验分布的MAP重建进行改进,在每次中值滤波前引入结合模糊函数的各向异性扩散滤波器;然后,采用模糊隶属度函数作为各向异性扩散过程的扩散系数,并结合解剖非局部先验来考虑图像的细节信息。仿真结果表明,与传统算法相比,该算法提高了信噪比(SNR),具有良好的抗噪性;同时视觉效果较好,图像边缘清晰,在抑制噪声和边缘保持方面取得了良好的折中。

基于图像主色彩的视频关键帧提取方法

王松韩永国吴亚东张赛楠

2013, 33(09): 2631-2635. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2631

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针对现有关键帧提取算法存在的计算量大、阈值选择困难、视频类型受限等问题, 提出了一种基于图像主色彩的视频关键帧提取方法。该方法利用基于八叉树结构的色彩量化算法提取图像主色彩特征,通过计算颜色特征的相似度实现镜头边界检测,最后采用K-均值算法对提取出的代表帧序列进行聚类,准确提取出指定数目的关键帧。实验结果表明,所提算法计算简单、空间耗费少,具有良好的通用性和适应性。

基于小波多尺度分解的互补全景图像融合

娄静涛李永乐王炜张茂军

2013, 33(09): 2636-2639. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2636

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为了解决折反射成像内外环分辨率低且不均匀的问题,针对互补全景图像的特点,提出了一种基于小波多尺度分解的图像融合方法。首先对两幅互补的源图像分别进行小波多尺度分解,得到不同分辨率、不同方向的分量;其次,按照特定的融合策略,低频采用平均算子进行融合,高频采用逐层互换的融合策略进行融合;最后,通过小波逆变换得到融合图像。实验结果表明,该方法在互补全景图像的融合中简单有效,并且拥有较好的效果。

和声搜索算法优化多时间窗多式联运运输方案

赖志柱

2013, 33(09): 2640-2642. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2640

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针对多式联运运输路径上运输方式选择问题,考虑运输网络中多个节点存在服务时间窗的限制,建立了多个中间节点带软时间窗的多式联运运输方案优化模型,设计了一种基于字符编码方式的和声搜索算法,该算法采用新的和声生成方式及微调方式。仿真实例表明,所提算法与贪婪算法相比能获得具有更优运输总成本及不准点时间的运输方案。

基于递推最小二乘的自适应滤波振动主动控制算法分析

黄全振易金聪李恒宇王小华

2013, 33(09): 2643-2646. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2643

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针对自适应滤波X最小均方差(FXLMS)和滤波U最小均方差(FULMS)振动主动控制算法收敛性较为缓慢的问题,给出一种基于递归最小二乘(RLS)方法的自适应滤波控制算法。该算法大致有无限长脉冲响应(IIR)滤波器结构和RLS算法两部分组成,IIR滤波器作为整个算法的主体框架,采用RLS算法针对滤波器的权值进行实时调整,实现了自适应滤波控制算法的功能。仿真对比分析表明,所提算法收敛速度较快。经过实验平台验证,被控对象的整体振动响应下降了65%左右,证明了算法的有效性和可行性。

通报距离对应召磁异搜潜概率的影响

单志超曲晓慧周正

2013, 33(09): 2647-2649. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2647

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为了分析应召搜潜过程中通报距离对搜潜概率的影响,推导出了计算潜艇位置分布概率的模型。通过该模型建立了通报距离与应召磁异搜潜概率的关系,并给出了一些典型情况下的计算结果。结果显示：应召磁异搜潜概率随通报距离的增加迅速下降,仅当通报距离较近且潜艇初始分布半径较小、航速较低时,应召磁异搜潜拥有较高的探测概率；从而表明通报距离对应召磁异搜潜概率影响较大,磁异探测不适合对远的通报距离的区域实施搜索

气象卫星信道模拟器的设计及其仿真

郭业才袁涛章涛

2013, 33(09): 2650-2652. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2650

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为研究多径、阴影及天气变化对气象卫星信道的影响,分析信道传播特性并根据不同天气状况研究了贴近实际的卫星信道Suzuki模型和扩展Suzuki模型。引入两状态Markov过程,以反映天气变化或云的移动导致信道状态模型之间的转换。采用成形滤波器法设计了气象卫星信道模拟器并进行了仿真。仿真结果表明,所设计的气象卫星信道模拟器可以用来描述贴近实际的气象卫星信道传播特性。

井下火灾中逃生人员健康度评价模型

王斌邹雪梅盛津芳

2013, 33(09): 2653-2657. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2653

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在井下火灾逃生过程中,矿井人员在有害环境影响下的身体状况对其逃生的成功与否具有决定性作用。提出了井下火灾中逃生人员健康度的概念,综合分析了热辐射、有毒气体、烟尘颗粒及缺氧等危害因素对井下人员健康度的影响。基于模糊综合评价方法,建立了上述危害因素对逃生人员健康度的影响评价模型,并建立了人员在逃生过程中的健康度的动态评价方法。利用火灾模拟软件FDS对井下火灾实例进行了简单模拟,模拟结果验证了该评价方法的实用性和有效性。人员健康度能够对复杂灾害环境中的逃生人员状态进行综合评价,为井下灾害中的逃生路径决策提供量化的标准。

基于层级血管树的肝脏分段方法

文辉陈宇飞王志成赵晓东岳晓冬

2013, 33(09): 2658-2661. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2658

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针对经典肝脏功能性分段方法对门静脉血管数据的敏感性，结合Couinaud肝脏分段理论和门静脉分布特征，提出了基于层级血管树的肝脏分段方法：首先对腹腔CT数据进行肝脏分割、血管提取和骨架化；接着统计分析血管树分支半径，确定二级子树集合，按照供血区域对二级子树进行聚类完成对二级子树的归类划分；进而采用最短距离归类算法划分肝脏，得到各个肝段；最后运用三维可视化方法展现肝脏内部的解剖结构，并进行肝段诠析，提取临床感兴趣信息。实验结果表明该方法对分支较多、结构较复杂的血管树可以取得较好的分级效果，考虑了大部分二级分支的供血作用，分割得到的肝段分布和属性信息也符合Couinaud肝段分割理论。

基于GPU光线投射算法的心脏体数据三维可视化

刘金明王宽全

2013, 33(09): 2662-2666. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2662

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心脏成像和可视化技术在心脏疾病诊断、治疗规划中发挥着重要作用。针对分割后的心脏体数据集,提出了使用图形处理器(GPU)加速光线投射算法进行高质量三维可视化的新方法。该方法结合心脏体数据统计信息设计传递函数,增大细微组织的不透明度值;基于梯度模自适应地调整采样步长,提高组织边界的采样频率;应用改进的Blinn-Phong多光源光照模型,增强可视化效果。实验结果表明,该方法在实现实时绘制的同时,能够获得高质量的体绘制效果,渲染出清晰的瓣膜和冠状动脉血管等心脏细微组织。

完备正交邻域保持判别嵌入的人脸识别

陈达遥陈伟琦陈秀宏

2013, 33(09): 2667-2670. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2667

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为解决邻域保持判别嵌入算法所面临的小样本问题，并充分利用类内邻域散度矩阵零空间和非零空间中的判别信息进行人脸识别,提出一种完备正交邻域保持判别嵌入的人脸识别算法。首先间接地利用特征分解方法去除总体邻域散度矩阵的零空间;然后分别在类内邻域散度矩阵零空间和非零空间中提取最优判别矢量。此外,为进一步提高算法的识别性能,给出了基于瘦QR分解的正交投影矩阵的求解方法。在ORL和Yale人脸库上验证了以上算法的有效性。

单演滤波与局部量化模式相结合的人脸识别方法

闫海停王玲李昆明刘机福

2013, 33(09): 2671-2674. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2671

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针对传统人脸识别方法提取的特征维数较高和计算量较大的缺点,提出了一种基于单演滤波与局部量化模式(LQP)相结合的人脸特征提取方法。首先,通过对人脸图像进行多尺度的单演滤波获得图像的包括局部幅值、局部方向和局部相位的多模式单演特征;然后,用LQP算子对图像中的每个像素点的三种单演特征进行编码,得到每个尺度滤波器下的LQP模式图;最后,将这些LQP模式图分块、统计每一块的直方图并级联作为人脸识别特征。在ORL和CAS-PEAL人脸库上对所提算法进行的测试结果表明,该算法能够以较低维数的特征取得较高的识别率,可以有效降低算法的计算复杂度。

三维医学图像配准在图像引导放疗中的应用

吴茜贾婧曹瑞芬裴曦吴爱东吴宜灿 FDS团队

2013, 33(09): 2675-2678. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2675

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为了确定病人的摆位误差,实现精确放疗,提出一种改进的Demons弹性配准算法。采用FDK算法对锥形束CT(CBCT)图像进行三维重建,利用可视化工具包 (VTK)体绘制法可视化重建结果;在分割与配准工具包 (ITK)基础上实现Demons算法,并基于对称梯度的思想,将参考图像和浮动图像的梯度场信息加入到Demons算法中,给出新的Demons形变力公式。分别使用单模态和多模态医学图像进行配准实验,结果显示改进的Demons算法与原始Demons算法相比,配准速度更快、精度更高。基于对称梯度的Demons算法更适用于图像引导放射治疗中CBCT重建图像与CT计划图像间的配准。

自适应小波尺度谱阈值在膈肌信号降噪的应用

杨智罗国袁芳芳

2013, 33(09): 2679-2682. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2679

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膈肌肌电信号是人体微弱的生物电信号,此信号常受到心电信号的严重干扰。为了提高阈值在膈肌肌电信号降噪的准确度,提出了一种小波尺度谱阈值自适应的降噪算法。该算法先对膈肌肌电信号进行小波变换,再把小波系数转化为小波尺度谱,然后确定心电干扰位置,并且根据心电邻域小波能量自动调整阈值从而去除心电干扰。通过对膈肌肌电信号进行实验分析,并且与小波阈值方法进行对比,结果表明该方法降低了心电干扰并且保留了膈肌肌电信号的特征。

基于边缘竞争模糊水平集的脑部磁共振图像自动分割

赵雯典邓振生

2013, 33(09): 2683-2685. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2683

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针对脑部磁共振(MR)图像分割时容易出现的受噪声影响大和边缘定位模糊问题,提出一种以基于核函数的增强模糊C均值(RFCMK)算法结果为先验知识的边缘竞争水平集自动分割方法。首先采用RFCMK算法对图像进行预分割;然后对预分割后的各子类图像进行阈值化处理,并将其边缘作为水平集演化的初始轮廓;最后采用引入竞争机制的边缘指示器对各部分边缘进行演化。该方法对模拟图像不同层切面的分割实验表明,基于面积和基于边缘的评估统计值范围分别为[0.91,0.95]和[0.05,0.22]。对噪声图像的实验结果表明该方法能够有效地抑制噪声对分割结果的影响。

基于二维自动主动形状模型的椎间盘核磁共振图像分割算法

符晓娟黄东军

2013, 33(09): 2686-2689. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2686

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针对椎间盘手动建模主观耗时以及现有分割方法不够准确的问题,提出了一种二维自动主动形状模型(2D-AASM)方法,由基于最小描述长度的椎间盘自动统计形状建模、二维局部梯度建模和分割三部分组成。将25组脊柱核磁共振图像(MRI)的椎间盘专家分割结果作为训练集,采用基于最小描述长度的方法确定点对应关系,建立椎间盘T4-5的统计形状模型和二维局部梯度模型,生成形状模型的方差和目标函数值均小于手工和弧长参数方法。模型建立后,通过3组脊柱MRI数据测试提出的分割方法,与传统主动形状模型（ASM）和加入一维局部梯度模型的ASM方法相比,其分割结果具有更高的戴斯系数值,更低的过分割率和欠分割率。实验结果表明,所提方法建立的模型更准确,分割结果更精确。

嵌入式下松弛迭代细胞分割算法的改进与应用

甘岚林华清

2013, 33(09): 2690-2693. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2690

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概率松弛迭代分割算法应用在细胞分割上,能够有效克服由于细胞结构复杂、粘连现象严重而造成一般分割算法分割困难的问题。针对该算法计算复杂与嵌入式Linux环境下资源紧张的问题,改进了松弛迭代细胞分割算法,并将其应用到嵌入式环境下基于Qt与OpenCV构建的细胞分割系统中。实验结果表明,改进后的算法能有效解决细胞分割困难的问题,分割结果能够让肉眼清晰分辨出细胞核、细胞质与腺体的区别。改进后的松弛迭代分割算法相比原算法提高了处理速度,并能够移植到嵌入式设备中便于携带协助诊疗。

基于中心定位算法的细胞双光子显微图像分割

胡恒阳陈冠楠王平刘垚

2013, 33(09): 2694-2697. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2694

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细胞双光子显微图像中存在边界模糊不清、噪声严重以及背景复杂等问题,使用现有方法提取边缘的结果不够理想。为此,提出了一种有效定位细胞核、提取边缘的新方法。采取由粗到精的分割策略,逐步提取出细胞核的边缘:首先,用C-均值聚类算法对图像进行分类,大致分出细胞核、细胞质和细胞间质三部分;然后,对分类结果的Canny边缘图进行圆形度计算,准确定位细胞核;最后,采用改进的水平集方法提取出细胞核的边缘。实验结果表明:对于背景复杂、干扰较多的细胞双光子显微图像,该方法可以精确地定位细胞核,所提取的细胞核边缘也较为精确。

基于改进Canny算子的LED晶片边缘检测

温阳东顾倩芸陈雪峰

2013, 33(09): 2698-2700. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.09.2698

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为了提高全自动固晶机视觉系统中发光二极管(LED)晶片边缘特征的提取精度,提出了一种基于改进非极大值抑制(NMS)过程和双阈值求取方法的Canny边缘检测算子。传统的非极大值抑制过程,直接将中心像素点与梯度方向周围邻近的2个像素点进行比较,易导致边缘信息不准确。针对该问题,结合中心像素点本身及其梯度方向周围的3个像素点,沿着梯度方向进行双线性插值,从而实现改进的非极大值抑制过程;另外,通过对LED晶片图像灰度直方图的分析,根据其特有的三峰特性,改进了传统的最大类间方差法,采用Otsu双阈值法及新的评价函数求取高低阈值,从而避免传统Canny算法中阈值的人工调整。实验结果表明,这种方法适合LED晶片的边缘提取,并且能够获得良好的晶片边缘及两极轮廓。

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