当期目录

    2014年 第34卷 第10期 刊出日期:2014-10-01
    网络与通信
    基于源区域路径选择的层次化片上网络路由算法
    韩国栋 孔峰 沈剑良
    2014, 34(10):  2761-2765.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2761
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    针对较大规模片上网络(NoC)远端节点和邻近节点之间的通信问题,提出一种基于区域划分的层次化簇状分层网(CHM)结构。在此基础上,针对中间节点拥塞严重导致网络性能降低的问题,提出一种基于源区域路径选择的自适应算法。该算法利用CHM结构区域特性将路由决策由源节点移至源区域,同时在原有底层和上层节点对的基础上增加自适应节点对,并增加该部分节点对路由选择性,从而缓解网络拥塞状况。仿真实验表明,与最短路径算法相比,在合成流量和局部化流量模式下,该算法下的CHM结构饱和注入率最多可分别提升约51%和31%,因此该算法可有效提升网络整体吞吐性能。

    基于时间序列预测模型的簇型数据收集机制
    王正路 王军 程勇
    2014, 34(10):  2766-2770.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2766
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    由于温度、光照等物理属性的时空连续性,密集部署的传感器网络中节点感知的数据往往具有很高的时空相关性。这种数据相关性产生的数据冗余会带来通信负担,也会缩短网络的生命周期。提出一种基于预测模型的簇型数据收集机制 (CDCF),探索数据相关性,减少无线传感器网络的通信量。该机制包括一种基于曲线拟合最小二乘法的时间序列预测模型和简单有效的误差控制方法。在数据收集过程中,簇型结构考虑到了数据间的空间相关性,时间序列预测模型探讨数据的时间相关性。实验仿真表明,在较为稳定的网络环境中,相对于收集原始数据,该机制只需10%~20%的通信量就可完成整个网络的数据收集任务;数据误差控制方法可以确保基站恢复数据的误差控制在用户定义的误差范围之内。

    基于权重的差值化多轮投票车载自组织网络位置验证机制
    王学莹 冯建国 陈佳威 张芳 薛小平
    2014, 34(10):  2771-2776.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2771
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    针对车载自组织网络(VANET)位置验证的共谋攻击问题,提出了一种基于权重的差值化多轮投票位置验证机制。该机制通过引入静态帧以及重新设计信标帧(Beacon)消息格式缓解位置验证延时,并设置恶意车辆过滤环节,使得具有不同信任度的邻居对特定区域中的位置进行基于权重的多轮投票,以获得可信的位置验证。实验结果表明,在位置验证算法的正确率方面,多个恶意车辆发起合谋攻击时该机制算法的正确率仍能达到93.4%,与基于最小均方误差(MMSE)的位置验证方案相比,能获得更高的检测率。

    基于虚拟力的无线传感器与执行器网络测距定位算法
    王浩云 王珂 李多 张茂林 徐焕良
    2014, 34(10):  2777-2781.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2777
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    针对无线传感器与执行器网络(WSAN)的传感器节点定位问题,提出了一种基于虚拟力的无线传感器与执行器网络测距定位算法,使用移动的执行器节点替代传统无线传感器网络(WSN)定位算法中的锚节点,并将虚拟力模型引入基于信号到达时间(TOA)的定位算法。该算法在利用虚拟力驱动执行器节点逼近提出定位请求的传感器节点的同时,根据信号传输时间计算节点间的距离完成节点定位。仿真结果表明,提出的定位算法使得节点定位成功率提高20%左右,平均定位时间以及定位开销均小于传统TOA算法,适用于实时性要求高、执行器节点数量较少的场合。

    认知无线网络中基于无休止多臂赌博机模型的多用户频谱接入机制
    朱江 韩超 杨浩磊 彭著勋
    2014, 34(10):  2782-2786.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2782
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    针对如何协调多个认知用户择机接入多段空闲频域信道的问题,提出了一种基于无休止多臂赌博机(RMAB)模型的动态频谱接入机制。首先,考虑到实际环境下认知用户的信道感知误差,推导出能有效处理感知误差的Whittle索引值算法,该算法通过历史经验积累给予每个信道一定的信任值,并综合考虑在当前信任值下选择每个信道的立即收益与未来收益的多少,选择出需要感知接入的信道;其次,对于多个认知用户接入相同信道时产生冲突的问题,提出了基于多标拍卖的协调机制,通过多标拍卖的方式处理认知用户之间的冲突。仿真结果表明,在相同的环境中,所提出的频谱接入机制与未处理误差的或者未采用多标拍卖的接入机制相比,认知用户获得的吞吐量更大。

    新的基于粒子群优化的正交频分复用系统盲频偏估计算法
    杨朝阳 杨霄鹏 李腾 姚昆 倪娟
    2014, 34(10):  2787-2790.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2787
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    针对正交频分复用(OFDM)系统频偏估计问题,提出了一种基于粒子群优化(PSO)的盲频偏估计算法。首先,根据频偏估值重建的接收信号和实际接收到的信号误差最小原则构造了盲频偏估计的数学模型,并推导出了代价函数;然后,利用粒子群优化算法强大的随机并行全局搜索能力,通过最小化代价函数估计频偏。仿真比较了常系数、微分递减两种惯性权重策略PSO算法的频偏估计性能,并与最小输出方差、黄金分割盲频偏估计算法进行了比较分析。仿真结果表明,所提算法精度高,同一信噪比下较同类算法大约有一个数量级的提升,且不受调制类型和频偏估计范围(-0.5,0.5)的限制。

    基于干扰温度限制的认知正交频分复用系统功率分配算法
    来啸俊 宋广华 杨波威
    2014, 34(10):  2791-2795.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2791
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    在认知正交频分复用(OFDM)系统中,为避免对主用户(PU)的干扰,需要对认知用户(CU)基站的发射功率进行控制和分配。针对认知用户基站无法合理分配其发射功率及无法有效提高数据传输速率等问题,在传统注水功率分配算法的基础上,提出了一种双因子二分搜索最优化功率分配算法。该算法充分考虑认知用户信道上干扰温度的限制,首先,在满足总功率限制的条件下引入剩余函数;然后,利用剩余函数的单调性,通过双层二分搜索迭代方法求得拉格朗日因子的准确值;最后,通过拉格朗日因子的值求出各子信道上所分配的功率值。仿真结果表明,所提算法能有效利用主用户频带间的频谱空穴,在总功率限制和干扰温度(IT)限制下,最大化认知用户的数据传输率,其值逼近传统注水算法。同时该算法所得到的数据传输速率比总功率平均控制算法和干扰温度平均控制算法有明显的提高,在相同仿真环境下其传输总速率超出约4×105b/s。在迭代过程中所提算法处理时间较少,并体现出良好的鲁棒性。

    简单高效的低密度奇偶校验码比特翻转译码算法
    张高远 文红 李腾飞 宋欢欢
    2014, 34(10):  2796-2799.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2796
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    为了提高比特翻转(BF)效率,提出一种基于平均幅度的低密度奇偶校验(LDPC)码加权梯度下降比特翻转译码算法。该方法首先以信息节点的平均幅度作为校验方程的可靠度,再用其对双极性校验子进行加权,从而构造出更加高效的比特翻转函数。在加性高斯白噪声(AWGN)信道下,误比特率(BER)为10-5时进行仿真实验,相比传统的梯度下降和基于可靠度比率的加权梯度下降比特翻转算法,所提出的算法可分别获得0.08dB和0.29dB的增益;同时,平均迭代次数可分别降低72.6%和9.3%。实验结果表明,所提算法在获得一定编码增益的同时,平均迭代次数也有所降低,可见该算法在纠错性能、实现复杂度和时延之间达到了更好的平衡匹配,能适用于实时性要求较高的高速通信系统。

    先进计算
    基于混合策略的低成本云存储方案
    李松涛 金欣
    2014, 34(10):  2800-2805.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2800
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    为了保证云存储系统数据的高可用性、降低数据存储成本和带宽成本、缩短数据对象的访问时间,提出一种称为缓存大小自适应确定(CAROM)的新方案。CAROM结合传统的基于缓存策略的方法和纠错码方法来提高云文件系统的弹性和效率。另外,为了在缓存大小及其效益间实现平衡,提出一种基于总体成本凸函数特性的自适应方法来实现缓存大小的自适应选择。在基于现实世界文件系统数据的性能评估中,CAROM方案的存储成本和带宽成本分别比复制策略和纠错码策略下降60%和43%,同时访问延时与复制策略相当。结果表明,CAROM方案在支持当前云文件系统语义一致性的同时,兼具带宽成本低、存储成本低和访问成本低等特性。

    基于Hadoop的电力地理信息系统数据管理
    林碧英 王艳萍
    2014, 34(10):  2806-2811.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2806
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    针对传统电力地理信息系统(GIS)在存储能力、分析能力和扩展能力上的不足,将云计算技术应用到电力GIS领域,提出利用Hadoop云平台对电力GIS数据进行高效存储和管理的方案。首先对电力GIS各类数据的特点进行了分析,提出了关系型数据库与非关系型数据库相结合的数据存储策略,并在此基础上设计了基于Hadoop的电力GIS数据管理整体架构、相应的数据模型以及基于MapReduce的数据并行查询分析方法。最后,在单机和集群的环境下,对空间分析与运行数据查询的性能进行了对比与验证。实验结果表明,在数据量达到一定规模时,该方案优势明显,数据分析与查询的平均时间缩短30%以上,具有较高的效率和良好的扩展性。

    基于聚类粒化的社团发现算法
    赵姝 柯望 陈洁 张燕平
    2014, 34(10):  2812-2815.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2812
    摘要 ( )   PDF (792KB) ( )  
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    为了实现复杂网络社团发现算法的复杂度和精确度间的均衡,提出一种基于聚类粒化的社团发现算法(CGCDA),将网络粒化获得的粒子视为一个社团,粒化结果即为对网络的社团划分。首先,将网络中的每个节点视为基本粒,通过初始粒化操作实现对网络的粒化;然后,针对获得的粒化集合中满足粒化系数的粒子进行聚类粒化操作,分层粒化直到不存在满足要求的粒子对;最后,将粒子对中的重叠节点视为孤立点,用邻居节点投票法把孤立节点归并到相应的粒子中,实现对复杂网络的社团划分。实验实现了Newman快速算法(NFA)、标号传播算法(LPA)和CGCDA。实验结果表明,CGCDA在四个基准数据集上可获得平均高于LPA 7.6%的模块度和低于NFA 96%的时间。CGCDA时间复杂度较低,获取的社团模块度较高,实现了社团发现时间和精确度的均衡,相比NFA、LPA总体性能更优。

    基于状态空间模型进化算法的全局收敛性分析
    王鼎湘 李茂军 李雪 成立
    2014, 34(10):  2816-2819.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2816
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    基于状态空间模型进化算法(SEA)是一种新颖的实数编码进化算法,在工程优化问题中具有广阔的应用前景。为了完善SEA的理论体系,促进SEA在工程优化问题中的应用研究,利用齐次有限Markov链对SEA的全局收敛性进行分析, 证明了SEA不是全局收敛的。通过限定SEA状态进化矩阵内元素的取值范围,同时引入弹力搜索得到改进型弹力状态空间模型进化算法(MESEA)。分析结果表明,弹力搜索能提高SEA的搜索效率。最后得到了MESEA全局收敛的结论,为算法在工程优化问题中的应用提供了理论依据。

    有效的矩阵加权正负关联规则挖掘算法——MWARM-SRCCCI
    周秀梅 黄名选
    2014, 34(10):  2820-2826.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2820
    摘要 ( )   PDF (1115KB) ( )  
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    针对现有加权关联规则挖掘算法不能适用于矩阵加权数据的缺陷,给出一种新的矩阵加权项集剪枝策略,构建矩阵加权正负关联模式评价框架SRCCCI,提出一种新的基于SRCCCI评价框架的矩阵加权正负关联规则挖掘算法MWARM-SRCCCI。该算法克服了现有挖掘技术的缺陷,采用新的剪枝技术和模式评价方法,挖掘有效的矩阵加权正负关联规则,避免一些无效和无趣的模式产生。以中文Web测试集CWT200g为实验数据,与现有无加权正负关联规则挖掘算法比较,MWARM-SRCCCI算法的挖掘时间减幅最大可达74.74%。理论分析和实验结果表明,MWARM-SRCCCI算法具有较好的剪枝效果,候选项集数量和挖掘时间明显减少,挖掘效率得到极大提高,其关联模式可为信息检索提供可靠的查询扩展词来源。

    基于粒子群优化算法的Richards模型参数估计和算法有效性
    燕振刚 胡贺年 李广
    2014, 34(10):  2827-2830.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2827
    摘要 ( )   PDF (593KB) ( )  
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    针对Richards模型参数估计较为困难的实际问题,提出将Richards模型的参数估计问题转化为一个多维无约束函数优化问题。结合谷氨酸菌体的实际生长浓度数据,在Matlab 2012b环境中,利用粒子群优化(PSO)算法建立适应度函数,在最小线性二乘意义下估计Richards模型中的4个参数,并建立了拟合的生长曲线和最优值变化曲线。为进一步验证算法有效性,将PSO算法与该模型传统参数估计法中的四点法和遗传算法(GA)进行了比较,以相关指数和剩余标准差作为评价指标。结果表明,PSO算法对Richards模型的拟合效果良好,对模型的参数估计有着很好的适用性。

    计算机安全
    SNAKE(2)分组密码的积分攻击
    官翔 杨晓元 魏悦川 刘龙飞
    2014, 34(10):  2831-2833. 
    摘要 ( )   PDF (570KB) ( )  
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    针对目前对SNAKE算法的安全性分析主要是插值攻击及不可能差分攻击,评估了SNAKE(2)算法对积分攻击的抵抗能力。利用高阶积分的思想,构造了一个8轮区分器,利用该区分器,对SNAKE(2)算法进行了9轮、10轮积分攻击。攻击结果表明,SNAKE(2)算法对10轮积分攻击是不免疫的。

    标准模型下安全基于身份代理签密方案
    明洋 冯杰 胡齐俊
    2014, 34(10):  2834-2839. 
    摘要 ( )   PDF (850KB) ( )  
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    针对现实中代理签密的安全问题,提出一种基于Gu等(GU K, JIA W J, JIANG C L. Efficient identity-based proxy signature in the standard model. The Computer Journal, 2013:bxt132)代理签名的标准模型下可证安全的基于身份代理签密方案。代理签密允许原始签密者授权签密能力给代理签密者,后者能够代表前者生成密文。该方案通过结合基于身份签密和代理签名,既保持了基于身份签密的优点,又具有代理签名的功能。分析表明,基于Diffie-Hellman问题假设下,所提方案满足机密性性和不可伪造性。与已知方案相比,代理密钥生成算法和代理签密算法中各需要2个对运算和1个对运算,方案效率更高。

    基于运动矢量直方图不变的数字视频隐写算法
    郭朝江 张敏情 钮可
    2014, 34(10):  2840-2843.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2840
    摘要 ( )   PDF (559KB) ( )  
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    针对现有基于运动矢量(MV)的数字视频隐写算法对载体直方图统计特性带来较大改变这一问题,提出一种基于运动矢量直方图不变的数字视频隐写算法。利用保持直方图数据映射方法,把秘密信息隐藏在视频运动矢量中;同时,利用数据匹配编码对嵌入之前的秘密信息进行编码处理,得到了与视频运动矢量统计特征基本匹配的数据流,使算法接近于信息论下的完美安全。实验结果表明:算法有效控制了运动矢量直方图的改变,同时码率的增加也被有效地控制在1%以内,隐写分析检出率平均下降了30%~50%。

    人工智能
    移动机器人全局覆盖路径规划算法研究进展与展望
    简毅 张月
    2014, 34(10):  2844-2849.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2844
    摘要 ( )   PDF (1196KB) ( )  
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    首先通过势场栅格法、单元分解法、全局与局部转换法等三大方法介绍了单移动机器人各种不同的全覆盖算法,分析了各种不同算法的性能,指出了它们的优缺点,并对每种方法的改进方法进行了探讨分析;另外,针对多机器人协作全覆盖路径规划的研究,探讨了基于单机器人全覆盖路径规划算法和任务分配算法等结合得到的多机器人协作路径规划算法;最后探讨移动机器人全覆盖路径规划算法的研究方向。分析结果表明,对于移动机器人全覆盖算法的研究,可充分利用现有算法的优势互补,或借助多学科交叉的优势,寻找更有效的算法。

    基于改进混合蛙跳算法的移动机器人路径规划
    潘桂彬 潘丰 刘国栋
    2014, 34(10):  2850-2853.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2850
    摘要 ( )   PDF (711KB) ( )  
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    针对混合蛙跳算法(SFLA)进行路径规划时易陷入局部最优且寻优效果较差的问题,提出一种改进的SFLA。改进算法在原算法的更新策略中引入欧氏距离和种群最优蛙,并提出一种带可调控制参数的产生新个体的方法代替原本的随机更新操作。把路径规划问题转换为最小化问题,基于环境中目标和障碍物的位置定义青蛙的适应度,机器人依次到达每次迭代中最好蛙的位置,从而实现最优路径规划。移动机器人仿真实验中,与其他算法相比,改进后的算法成功次数由82提高到98,规划时间由9.7s减少到5.3s。实验结果表明,改进算法具有较强的安全性和寻优性能。

    基于景点标签的协同过滤推荐
    史一帆 文益民 蔡国永 缪裕青
    2014, 34(10):  2854-2858.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2854
    摘要 ( )   PDF (755KB) ( )  
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    针对基于用户社会关系的协同过滤推荐算法有时无法给出目标用户对目标物品的评分的情况,以及基于物品的协同过滤推荐算法中存在的用户对不同类型物品的评分可能不具有可比性的问题,提出了两个基于物品标签的协同过滤推荐算法。这两个算法在计算物品相似度时引入了物品的类型标签信息。在景点评分数据上的实验结果表明:相比基于用户社会关系的协同过滤推荐算法,基于用户社会关系和物品标签的协同过滤推荐算法的准确率和覆盖率提升最高达10%和4%;相比基于物品的协同过滤推荐算法,基于物品和物品标签的协同过滤推荐算法的准确率提升达15%。这说明景点类型标签信息的引入能使得景点的相似度计算更准确。

    基于带权文本矩阵分解信息熵模型的新闻评论摘要
    国玉静 姬东鸿
    2014, 34(10):  2859-2864.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2859
    摘要 ( )   PDF (889KB) ( )  
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    针对新闻的评论摘要的抽取问题,提出了一种将带权文本矩阵分解(WTMF)与信息熵结合的社交媒体评论自动抽取方法。该方法对微博(tweets)和news信息构建基于异质图的WTMF模型,解决短文本特征稀疏问题,保障信息的相似性;根据tweet的特征分布,构建基于特征的二元信息熵和连续信息熵,保证信息的多样性。最后依据子模属性,设计基于贪心的抽样算法,获取优化问题近似最优解。实验结果表明,WTMF与信息熵结合的方法能有效提高社交媒体摘要性评论抽取的性能,在ROUGE2上召回率和F1值分别达到0.40074和0.27330。与潜在狄利克雷分配(LDA)扩展模型——基于位的主体模型(BTM)相比,分别提高了0.05和0.03,有效地提高了新闻评论摘要质量。

    突发事件新闻标题与正文提取方法
    罗永莲 赵昌垣
    2014, 34(10):  2865-2868.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2865
    摘要 ( )   PDF (757KB) ( )  
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    针对突发事件新闻网页语料处理问题,提出了一种基于此类新闻特点与网页标记信息的抽取和定位新闻内容的方法。该方法将网页标记与文本相似度作为机器学习的特征项,利用贝叶斯分类方法提取新闻标题。利用事件新闻的用词稳定性与网页标记的嵌套特点,减少了文本处理数量,降低了文本向量维数,在此基础上计算向量相似度以定位新闻篇首与篇尾。实验结果表明,该方法抽取标题的准确率达到86.5%,抽取正文的平均准确率在78%以上,能有效抽取新闻内容,且易于实现,对其他网页文本处理中挖掘标记信息与文本自身信息具有一定的借鉴意义。

    基于词性标注序列特征提取的微博情感分类
    卢伟胜 郭躬德 陈黎飞
    2014, 34(10):  2869-2873.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2869
    摘要 ( )   PDF (801KB) ( )  
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    传统的n-gram文本特征提取方法会产生高维度的特征向量,高维数据不但增大了分类的难度,同时也会增加分类的时间。针对这一问题,提出了一种基于词性(POS)标注序列的特征提取方法,根据词性序列能够代表一类文本的这一个特点,利用词性序列组作为文本的特征以达到降低特征维度的效果。在实验中,词性序列特征提取方法比n-gram特征提取方法至少提高了9%的分类精度,降低4816个维度。实验结果表明,该方法能够适用于微博情感分类。

    混合分散搜索的进化多目标优化算法
    吴坤安 严宣辉 陈振兴 白猛
    2014, 34(10):  2874-2879.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2874
    摘要 ( )   PDF (978KB) ( )  
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    在进化多目标优化算法中,种群的多样性、对目标空间的搜索能力及算法的鲁棒性直接影响算法的收敛能力和解集的分散性。针对这些问题,提出了一种混合分散搜索的进化多目标优化算法(SSMOEA)。SSMOEA在混合分散搜索算法架构的同时,重新设计其多样性的选取策略,并引入协同进化机制。此外,为了提高算法的自适应性和鲁棒性,采用了一种新颖的自适应多交叉算子选择方法。SSMOEA与经典的多目标进化算法SPEA2、NSGA-Ⅱ和MOEA/D在12个基准测试函数上的对比结果表明,SSMOEA不仅在求得的Pareto最优解集的宽广性、均匀性和逼近性上有明显优势,而且算法的鲁棒性也有明显的提高。

    混合分解和强度帕累托多目标进化算法
    邱兴兴 张珍珍 魏启明
    2014, 34(10):  2880-2885.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2880
    摘要 ( )   PDF (866KB) ( )  
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    在多目标进化优化中,使用分解策略的基于分解的多目标进化算法(MOEA/D)时间复杂度低,使用〖BP(〗强度帕累托策略的〖BP)〗强度帕累托进化算法-2(SPEA2)能得到分布均匀的解集。结合这两种策略,提出一种新的多目标进化算法用于求解具有复杂、不连续的帕累托前沿的多目标优化问题(MOP)。首先,利用分解策略快速逼近帕累托前沿;然后,利用强度帕累托策略使解集均匀分布在帕累托前沿,利用解集重置分解策略中的权重向量集,使其适配于特定的帕累托前沿;最后,利用分解策略进一步逼近帕累托前沿。使用的反向世代距离(IGD)作为度量标准,将新算法与MOEA/D、SPEA2和paλ-MOEA/D在12个基准问题上进行性能对比。实验结果表明该算法性能在7个基准问题上最优,在5个基准问题上接近于最优,且无论MOP的帕累托前沿是简单或复杂、连续或不连续的,该算法均能生成分布均匀的解集。

    应用精英反向学习的混合烟花爆炸优化算法
    王培崇 高文超 钱旭 苟海燕 汪慎文
    2014, 34(10):  2886-2890.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2886
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    针对烟花爆炸优化(FEO)算法容易早熟、解精度低的弱点,提出了一种精英反向学习(OBL)的解空间搜索策略。在每次迭代过程中均对当前最佳个体执行反向学习,生成其动态搜索边界内的反向搜索种群,引导算法向包含全局最优的解空间逼近,以提高算法的平衡和探索能力。为了保持种群的多样性,计算种群内个体对当前最佳个体的突跳概率,并依据此概率值采用轮盘赌机制选择进入子种群的个体。通过在5组标准测试函数的实验仿真并与相关的算法对比,结果表明所提出的改进算法对数值优化具有更高的收敛速度和收敛精度,适合求解高维的数值优化问题。

    多尺度特征融合的图嵌入方法
    李智杰 李昌华 姚鹏 刘欣
    2014, 34(10):  2891-2894.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2891
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    针对结构模式识别领域中通用图嵌入方法缺乏且计算复杂度较高的问题,基于空间句法理论提出一种融合多尺度特征的图嵌入方法。通过提取图的节点数、边数和智能度等全局特征、节点拓扑特征、边领域特征差异度和边拓扑特征差异度等局部特征和节点与边上的数值属性和符号属性等细节特征,利用多尺度直方图统计的方法构造描述图特征的特征向量,以此将桥梁将结构模式识别问题转化为统计模式识别问题,进而借助支持向量机(SVM)实现图的分类识别。实验结果表明,所提出的图嵌入方法在不同的图数据集上均具有较高的分类识别率。与其他图嵌入方法相比,该方法对图的拓扑表达能力强,并且可融合图的领域方面的非拓扑特征,通用性较好,计算复杂度较低。

    核参数判别选择方法在核主元分析中的应用
    张成 李娜 李元 逄玉俊
    2014, 34(10):  2895-2898.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2895
    摘要 ( )   PDF (549KB) ( )  
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    针对核主元分析(KPCA)中高斯核参数β的经验选取问题,提出了核主元分析的核参数判别选择方法。依据训练样本的类标签计算类内、类间核窗宽,在以上核窗宽中经判别选择方法确定核参数。根据判别选择核参数所确定的核矩阵,能够准确描述训练空间的结构特征。用主成分分析(PCA)对特征空间进行分解,提取主成分以实现降维和特征提取。判别核窗宽方法在分类密集区域选择较小窗宽,在分类稀疏区域选择较大窗宽。将判别核主成分分析(Dis-KPCA)应用到数据模拟实例和田纳西过程(TEP),通过与KPCA、PCA方法比较,实验结果表明,Dis-KPCA方法有效地对样本数据降维且将三个类别数据100%分开,因此,所提方法的降维精度更高。

    基于遗传算法获取模糊规则
    郭亦文 李军 耿林霄
    2014, 34(10):  2899-2903.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2899
    摘要 ( )   PDF (765KB) ( )  
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    针对传统利用遗传算法(GA)直接获得的模糊规则所具有的局限性问题,提出了一种带有加权因子的模糊控制规则计算方法,并利用遗传算法对加权因子进行全局寻优,最终由最优加权因子计算生成模糊规则。该计算方法针对不同的模糊输入等级施加不同的加权因子,并能够利用加权因子的相关性与对称性完整地评估所有的模糊规则,减少无效规则对系统响应所造成的影响。性能对比实验表明,该模糊规则所构成的模糊控制系统在控制过程中超调量小,调节时间短,在模糊控制的应用中具有可行性;不同激励的仿真实验表明,该模糊规则所构成的模糊控制系统的控制效果不依赖于系统的激励信号,跟踪效果好,具有很强的鲁棒性。

    基于改进型径向基函数网络的功放非线性建模
    李玲 刘太君 叶焱 林文韬
    2014, 34(10):  2904-2907.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2904
    摘要 ( )   PDF (535KB) ( )  
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    针对功率放大器(PA)的非线性建模,提出了改进型径向基函数神经网络(RBFNN)模型。首先,在该模型的输入端加入延迟交叉项和输出反馈项,利用正交最小二乘法提取模型的权值以及隐含层的中心;然后,采用15MHz带宽的宽带码分多址(WCDMA)三载波信号对Doherty功放进行测试,其归一化均方误差(NMSE)可以达到-45dB;最后,通过逆F类功放对模型的普遍适用性进行验证。仿真结果表明,该模型能够更加真实地拟合功率放大器的特性。

    基于结合自适应步长布谷鸟搜查算法的模糊神经网络的软件可靠性增长模型
    刘逻 郭立红
    2014, 34(10):  2908-2912.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2908
    摘要 ( )   PDF (736KB) ( )  
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    针对现有的软件可靠性增长模型(SRGM)适用性较差、预测精度波动大的问题,使用自适应步长布谷鸟搜查(ASCS)算法对模糊神经网络(FNN)的权重和阈值进行寻优,利用得到了最优权重和阈值的FNN建立SRGM。在使用缺陷数据对FNN训练的过程中,利用ASCS来调整FNN的权重和阈值,以此提高在预测过程中的精度,同时采用多次预测结果取均值的方式来减小FNN预测的波动性,以此建立基于结合自适应步长布谷鸟搜查算法的模糊神经网络(ASCS-FNN)的软件可靠性增长模型。利用3组软件缺陷数据,以误差比均值和误差平方和作为衡量标准,对基于ASCS-FNN、结合模拟退火算法的动态模糊神经网络(SA-DFNN)、FNN、BP网络(BPN)建立的SRGM的一步向前预测能力进行比较。预测结果表明,在四组模型中,基于ASCS-FNN建立的SRGM相对于SA-DFNN、FNN、BPN建立的SRGM的平均预测精度相对提高率RI(AE)和RI(SSE)分别为-1.48%、54.8%、33.8%和14.4%、76%、35.9%,并且该模型比FNN、BPN建立的SRGM在相同缺陷数据下的预测波动性小,而且网络结构比SA-DFNN的网络结构简单。因此该模型具有预测精度较高、预测稳定和具有一定的适用性等优点。

    虚拟现实与数字媒体
    基于概率图模型的图像整体场景理解综述
    李林 练金 吴跃 叶茂
    2014, 34(10):  2913-2921.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2913
    摘要 ( )   PDF (1472KB) ( )  
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    近年来,计算机图像理解技术在智能交通、卫星遥感、机器视觉、医疗图像分析、网络图像搜索等多个领域得到广泛应用。图像整体场景理解作为其延伸,其复杂性和综合性远高于基本图像理解任务。针对这一特点,从图像理解基本框架、图像整体场景理解研究价值和意义、典型模型等多方面进行了归纳与分析,重点介绍了四种代表性的整体场景理解模型,并详细比较了模型架构。最后指出了目前图像整体场景理解研究不足以及未来发展方向,为该领域的进一步研究提供参考。

    基于Delaunay三角化的噪声点云非均匀采样
    李国俊 李宗春 侯东兴
    2014, 34(10):  2922-2924.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2922
    摘要 ( )   PDF (581KB) ( )  
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    针对基于Delaunay三角化曲面重建方法要求点云密度满足ε-sample条件,提出了一种基于Delaunay三角化的噪声点云非均匀采样算法。首先,利用k-邻近点的Voronoi顶点计算出各点的负极点来逼近曲面中轴(MA);然后,根据近似中轴估计出曲面局部特征尺度(LFS);最后,结合Bound Cocone算法,删除多余的非边界点。实例表明,该算法可以准确、稳健地简化噪声点云,同时可以很好地保留曲面边界特征,经简化后的点云适用于基于Delaunay三角化的曲面重建方法。

    基于小波高频结构相似的无参考高斯图像质量评价
    黄晓生 严浩 曹义亲
    2014, 34(10):  2925-2929.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2925
    摘要 ( )   PDF (811KB) ( )  
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    针对传统无参考图像质量评价方法计算复杂、难以应用的问题,提出一种简单、直接的小波高频结构相似性的无参考高斯图像质量评价方法。该方法根据自然图像同尺度高频子带间结构相似度(SSIM)随着失真程度的增加而降低的性质,利用小波变换获取图像的同尺度不同方向的三个高频分量,通过分别计算图像高频子带间的峰值信噪比(PSNR)与结构相似度得出图像高频结构差异作为最终的图像客观评价指数。通过与三个公开图像数据库实验验证可知,提出的方法与主观评价具有较好的一致性,并且算法结合了物理意义明确的峰值信噪比与结构相似度,比传统方法算法运行更为简单快捷,评价一幅图像只需0.2s左右,具有良好的实用性。

    基于三视图约束的基础矩阵估计
    李聪 赵红蕊 傅罡
    2014, 34(10):  2930-2933.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2930
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    考虑到只依赖对极几何关系的匹配点余差并不能完全区分匹配点的正确与否,从而影响内点集选取的情况,提出基于三视图约束的基础矩阵估计算法。首先,使用传统随机抽样一致性(RANSAC)算法计算三视图的任意两对相邻图像间的基础矩阵,确定三视图中共有的匹配点对,并计算估计基础矩阵时非共用图像上的匹配点在共用图像上的极线;然后,计算两条极线的交点与共用图像上对应匹配点间的距离,以距离值的大小作为内点判断的依据,得到新的内点集。在新内点集的基础上,采用M估计算法重新计算基础矩阵。实验结果表明:该方法可以同时降低噪声和错误匹配对基础矩阵精确计算的影响,精度优于传统鲁棒性算法,使点到极线的距离限制在0.3个像素左右,而且计算结果具有稳定性,可以被广泛地应用到基于图像序列的三维重建和摄影测量等领域中。

    基于深度自编码网络的运动目标检测
    徐培 蔡小路 何文伟 谢易道
    2014, 34(10):  2934-2937.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2934
    摘要 ( )   PDF (747KB) ( )  
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    针对从动态背景中提取前景效果较差的问题,提出了一种基于深度自编码网络的运动目标检测方法。首先,用一个三层的深度自编码网络从视频图像中提取不包含运动目标的背景图像,将背景图像作为变量构造了深度自编码网络的代价函数;然后,构造了一个分离函数得到了输入图像的背景图像,再用另一个三层的深度自编码网络学习提取出的背景图像;为了使深度自编码网络的学习能够在线地提取运动目标,还提出了一种在线学习算法,通过寻找对代价函数敏感度较低的权重进行合并,从而能够对更多的视频图像进行处理。实验结果表明,所提方法在从动态背景中提取出前景运动目标上相比Lu等的前景检测的工作(LU C, SHI J, JIA J. Online robust dictionary learning. Proceeding of the 2013 IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, Piscataway: IEEE Press, 2013:415-422)检测的准确率提高了6%,并且误报率降低了4.5%。在实际的应用中,能够获得更好的前景背景分离效果,为视频分析等方面的研究奠定更好的基础。

    基于增强微结构和上下文相似度的图像检索
    胡扬波 袁杰 王李冬
    2014, 34(10):  2938-2943.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2938
    摘要 ( )   PDF (994KB) ( )  
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    针对图像检索中多特征综合描述子维度过高且综合权值难以确定的缺点,提出一种新的基于增强微结构和上下文相似度的图像检索方法。首先,使用一种新的局部模式映射来创建过滤图;然后,基于该图上的颜色共生关系提取增强微结构描述子,该描述子综合了多种特征而维度与单特征相同,检索时使用此描述子计算图像对间的规范距离得出初始的有序相似图像序列;最后,结合迭代上下文相似度对检索序列进行重新排序。当迭代次数为50且考虑前24幅结果图像时,在Corel-5000和Corel-10000图像集上的实验结果显示,所提方法与同类型的多重基元直方图(MTH)和微结构描述子(MSD)方法相比,检索查准率分别提高了13.14%、7.09%和11.03%、6.8%。结果表明新方法能在维度不变的情况下综合多种特征并充分利用上下文信息,从而有效提高图像检索的准确率。

    基于改进快速鲁棒特征的图像快速拼接算法
    朱琳 王莹 刘淑云 赵博
    2014, 34(10):  2944-2947.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2944
    摘要 ( )   PDF (639KB) ( )  
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    针对快速鲁棒特性(SURF)算法实时性、鲁棒性等无法满足实际应用需求的问题,提出了一种对SURF的改进算法,实现图像快速拼接。改进的算法采用机器学习的方法,建立一个二进制分类器,识别出SURF提取的特征点中的关键特征点,并剔除非关键特征点。此外,采用Relief-F算法将改进的SURF描述子降维简化来完成图像配准。图像融合阶段采用带阈值的加权融合算法,实现了图像无缝拼接。实验结果表明,改进的算法具有较强的实时性和鲁棒性,并且提高了图像配准的效率,加快了图像拼接的速度。

    适用于分布式视频编码框架的整数离散余弦变换算法
    王彦明 陈波 高小明 杨程
    2014, 34(10):  2948-2952.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2948
    摘要 ( )   PDF (915KB) ( )  
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    鉴于H.264的整数离散余弦变换(DCT)算法及其量化方法复杂度高,难以直接应用于分布式视频编码(DVC)框架的现状,提出了一种基于大跨度定长(步长为2的正整数次方)量化的整数DCT算法及变换基生成方法。该算法充分地利用整数DCT基的可伸缩特性寻找最迎合硬件工作原理的变换基,在保证“小”变换基的同时将编码器的伸缩量化阶段“转移”到解码器一端以降低编码器复杂度。在“转移”过程中,该算法利用DCT系数饱和放大保证图像质量,利用DCT系数的溢出上限保证算法的可靠性,通过减小基偏差提高压缩性能。实验结果表明,与H.264对应模块相比,该算法的量化方式便于位平面提取,在图像质量达到准无损压缩的前提下将编码器的伸缩量化阶段的运算量缩减至16次整型常量加法运算,图像质量与压缩率的性价比提升了23.9%,适用于分布式编码框架。

    基于二阶总广义变差的欠采样图像重构方法
    卫津津 金志刚 王颖
    2014, 34(10):  2953-2956.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2953
    摘要 ( )   PDF (657KB) ( )  
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    针对欠采样图像重构的凸优化问题,提出一种基于二阶总广义变差(TGV)范数最小化的算法。利用图像的二阶TGV半范作为正则约束项,自动地平衡一、二阶导数项,使得该算法可以更好地恢复图像边缘,有利于平滑噪声,避免阶梯效应。为了有效地计算该模型,通过正交投影和调整权重阈值对每一步迭代结果进行修正,最终获得更准确的重构结果。实验结果表明,与正交匹配追踪(OMP)模型和全变差(TV)模型比对,该算法重构的图像其峰值信噪比(PSNR)及结构相似度(SSIM)都有明显的提高,重构效果较好。

    带边缘补偿的分数阶积分图像去噪算法
    黄果 陈庆利 许黎 门涛 蒲亦非
    2014, 34(10):  2957-2962.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2957
    摘要 ( )   PDF (1008KB) ( )  
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    针对分数阶积分的图像去噪算法容易丢失图像细节特征的问题,提出了一种带边缘补偿的分数阶积分图像去噪算法。介绍了分数阶积分算子具有尖锐的低通性能,将分数阶Cauchy公式引入到数字图像去噪中,并利用斜坡法来近似计算分数阶积分的数值解。在迭代去噪的过程中,该算法在图像信噪比(SNR)上升阶段,设定较高微小积分阶次来构建去噪掩模;在图像信噪比开始下降阶段,设定较低微小积分阶次来构建去噪掩模,并采用边缘补偿机制来部分恢复图像的细节信息。由仿真实验可知,提出的图像去噪算法由于在迭代去噪的过程中采用了不同的分数阶积分阶次和边缘补偿机制,与已有的降噪算法相比,可以在去除噪声的同时适当恢复原始图像的细节信息,由此获得更高的信噪比和更佳的视觉效果。

    基于变指数的片相似性扩散图像降噪算法
    董婵婵 张权 郝慧艳 张芳 刘祎 孙未雅 桂志国
    2014, 34(10):  2963-2966.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2963
    摘要 ( )   PDF (815KB) ( )  
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    针对图像去噪过程中存在边缘保持与噪声抑制之间的矛盾,提出了一种基于变指数的片相似性扩散图像降噪算法。算法基于变指数的自适应降噪模型,引入片相似性的思想,构造出新的边缘检测算子和扩散系数函数。传统的各项异性扩散图像降噪算法利用单个像素点的灰度相似性(或梯度信息)检测边缘,不能很好地保持图像的弱边缘和纹理信息。而所提算法利用邻域像素的灰度相似性,可以在滤除图像噪声的同时,保持更多的细节信息。仿真结果表明,与其他传统的基于偏微分方程(PDE)的图像降噪算法相比,该算法将信噪比(SNR)和峰值信噪比(PSNR)提高至16.602480dB和31.284672dB,具有良好的抗噪性;同时视觉效果较好,保持了更多的弱边缘和纹理等细节特征,在噪声抑制与边缘保持之间取得了较好的权衡。

    去除磁共振成像图像莱斯噪声的加权扩散
    贺建峰 陈勇 易三莉
    2014, 34(10):  2967-2970.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2967
    摘要 ( )   PDF (648KB) ( )  
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    针对各向同性扩散易于造成图像边缘等特征区域的模糊以及相干增强扩散易于在图像背景区域内产生伪条纹的问题,提出了一种根据磁共振成像(MRI)图像莱斯噪声分布特点来对其进行降噪的加权扩散算法。该算法以MRI图像背景区域的莱斯噪声方差作为区分MRI图像背景区域和感兴趣的边缘特征区域二者特征差异的阈值。基于该阈值,该算法构造了一个加权函数,并用该函数对各向同性扩散和相干增强扩散进行加权。加权函数根据图像在不同结构区域的变化,自适应地调整两种扩散的权值,从而充分发挥两种扩散的优势并克服各自的不足。实验结果表明,该算法在峰值信噪比(PSNR)及平均结构相似度(MSSIM)的评价上优于一些经典算法。因此,该算法的降噪及保护、增强边缘的能力更为优越。

    用噪声检测算法改进理想低通滤波器
    杨柱中 周激流 郎方年
    2014, 34(10):  2971-2975.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2971
    摘要 ( )   PDF (799KB) ( )  
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    针对图像去噪算法存在滤除噪声与保留图像边缘细节之间的矛盾,提出了一种使用基于分数阶微分梯度的随机噪声检测算法来提高理想低通滤波器的去噪性能的方法。首先,使用不同方向的分数阶微分梯度模板与含噪声图像进行卷积,计算出图像在不同方向上的分数阶微分梯度;然后,依据预先设定的阈值获得不同方向的分数阶微分梯度检测图,将在所有选定方向上梯度都发生跳变的像素点判定为噪声点;最后,只对图像中被检测出的噪声点用理想低通滤波器进行滤波,可使图像在去除噪声和保留图像细节两方面同时获得较优的效果。实验结果表明,所提算法不仅可以获得更好的视觉效果,而且去噪后图像的峰值性噪比(PSNR)表明去噪后的图像更接近原始图像,使用理想低通滤波器获得的最大PSNR为29.0893dB,所提算法获得的最PSNR为34.7027dB。将分数阶微积分用于图像去噪,为提高图像去噪性能提供了一个新的研究方向。

    基于边界搜索的运动对象快速凸壳分割算法
    钱增磊 梁久祯
    2014, 34(10):  2976-2981.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2976
    摘要 ( )   PDF (863KB) ( )  
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    目前在H.264/AVC压缩域分割领域中常用方法造成局部运动矢量(MV)缺失,而通过全局运动补偿来还原运动矢量导致其时间复杂度提高。为解决此问题,提出一种基于边界聚类的快速凸壳分割(BS-CHSTF)算法。该方法主要利用码流中的运动矢量场信息进行分割,首先,对MV利用时空域滤波(STF)对运动矢量进行预处理,采用八方向自适应搜索算法进行边界搜索确定运动连通域;然后根据每个连通域边界求解凸壳并对其进行连通域填充,之后利用运动矢量与距离信息设定聚类规则,对多个连通域进行聚类;最后,对其进行优化掩膜达到分割运动对象的效果。实验结果表明,与混合高斯模型(GMM)分割算法和压缩域蚁群算法(ACA)比较,在分割准确率上平均提高了近3%,甚至在运动矢量场严重缺失的情况下,提高了近20%;而在分割速度上平均提高了近25%。该方法着重于求得运动对象的完整性与快速性,在运动对象不完整的情况下,能够获得较好分割精准度。

    面向纹理合成的块尺寸自动选择算法
    江巨浪 李飞 朱柱 詹文法
    2014, 34(10):  2982-2984.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2982
    摘要 ( )   PDF (653KB) ( )  
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    在现有的基于块的纹理合成算法中,针对块尺寸需要人工选择从而导致纹理合成质量不确定的问题,提出一种纹理合成中的块尺寸自动选择算法。在纹理样本上按扫描线顺序滑动子块直到遍历所有位置,对子块与纹理样本的直方图进行归一化与均值滤波预处理,然后计算二者直方图的交;在不同子块位置的上述计算结果中,取其最大值作为子块与样本的颜色相似度。针对颜色相似度与块尺寸的近似单调递增关系,采用二分法计算相似度阈值点所对应的横坐标,将其作为纹理合成的块尺寸。多种类型纹理的实验结果表明,该方法自动选择的块尺寸与最佳经验取值范围相吻合。所提方法不仅适用于结构性纹理的合成,而且适用于随机性纹理的合成,能够获得理想的合成结果。

    基于直方图对的MPEG-4格式视频无损数据隐藏
    韩一罡 童学锋 宣国荣 曲欣 施云庆
    2014, 34(10):  2985-2989.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2985
    摘要 ( )   PDF (879KB) ( )  
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    针对视频中的无损数据隐藏问题,提出了基于直方图对数据嵌入的方法,在I帧的离散余弦变换(DCT)域中,通过选择合理的起伏值、频段和区域来进行数据嵌入,达到了MPEG-4视频高质量的嵌入效果。通过选择在图像空域的最优局部区域的宏块(8×8),在DCT宏块内部最优频率范围内,在最优DCT幅度上嵌入数据,来达到视频的最优直方图对无损嵌入。在6个常用的测试视频序列的实验中,得到比过去方法更高的峰值信噪比(PSNR)。如akiyo视频,I帧嵌入PSNR,分别达到了45.33dB(1000b/帧)、43.58dB(2000b/帧)和40.28dB(4000b/帧)。在大嵌入量的情况下,依旧保持了较低的比特率的增加,平均约6%。在DCT系数上嵌入数据,所提算法比“基于DCT量化表”上嵌入数据得到的PSNR更高。嵌入I帧比嵌入B帧好,形成了比较完备的视频无损数据隐藏方法。

    基于HSI颜色空间的单幅图像去雾算法
    王建新 张有会 王志巍 张静 李娟
    2014, 34(10):  2990-2995.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2990
    摘要 ( )   PDF (910KB) ( )  
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    针对有雾图像对比度差、能见度低的情况,结合HSI颜色空间特点,提出一种单幅图像去雾算法。首先,将有雾图像从RGB颜色空间转换到HSI颜色空间;然后,依据HSI颜色空间中色度、饱和度和亮度各分量受雾影响程度的差异,建立相应的去雾模型;最后,通过分析图像饱和度,得到饱和度模型中权重的取值范围,再对亮度模型中权重进行估计,从而实现去雾效果。与其他几种算法的实验结果比较表明,所提算法运算效率提高1倍左右。同时该算法能有效增强图像清晰度,能很好地运用于单幅图像去雾。

    改进的带色彩恢复的多尺度Retinex雾天图像增强算法
    李垚峰 何小海 吴小强
    2014, 34(10):  2996-2999.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.2996
    摘要 ( )   PDF (828KB) ( )  
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    针对带色彩恢复的多尺度Retinex(MSRCR)算法不能有效地去除远景处的雾及灰度假设所带来的灰化问题提出了一种新的方法。新的方法对原雾天图像及其取反图像分别进行MSRCR算法处理;然后对处理后的取反图像再进行取反操作并和直接进行MSRCR算法处理的图像进行线性加权叠加;同时在MSRCR处理过程中把提取出来的反射分量与像素的原始亮度进行线性叠加,并计算均值和方差来自适应决定对比度的拉伸程度;最后统一拉伸到显示设备。实验结果表明,所提算法能取得较好的去雾效果,处理后的图像的标准差、平均亮度、信息熵、平方梯度等评价值均比原算法有所提高。所提算法方法简单、易于实现,对于实时视频去雾具有一定的意义。

    基于头皮层特征点的三维头发重用方法
    刘海舟 侯进
    2014, 34(10):  3000-3003.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.3000
    摘要 ( )   PDF (750KB) ( )  
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    针对在三维头发模型重用过程中,三维头发贴合到不同的人头模型时可能会出现的错位或大小不匹配的问题,提出一种基于头皮层特征点的三维头发重用方法。首先,根据模型文件的数据存储结构,分离出头发模型的头皮层,并提取特征点;其次,结合二维平面图像人脸检测方法,对目标三维人头模型的发根范围进行了特征点提取;然后,根据两个模型的特征点计算出的平移量与缩放系数,对头发模型整体进行了平移与缩放操作;最后,单独对头皮层和人头模型的贴合进行处理。最终能够使三维头发适应目标人头模型,保证头发造型信息无丢失,而且头皮层与人头模型达到了紧密贴合的效果。实验结果表明,该方法能够有效地提高三维头发模型的重用性,并且不受头发模型个性部分和分布区域等限制。

    时变曲面一致性骨骼提取
    逄志强 朱碧颖
    2014, 34(10):  3004-3008.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.3004
    摘要 ( )   PDF (806KB) ( )  
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    针对提取时变曲面骨骼效率低下且骨骼序列不一致的问题,提出一种基于传播的策略使用配准算法修复初始不完整骨骼,从而提取时变曲面骨骼的方法。首先,提取时变曲面一些关键帧的完整骨骼,另外直接提取关键帧之间曲面的骨骼序列;然后,利用设计出的全局骨骼配准方法,将关键帧骨骼形变到其邻居骨骼;最后,将形变后的关键帧骨骼信息转移到邻居骨骼,从而产生一个新的完整骨骼。对整个骨骼序列执行该操作,以提取完整骨骼。实验结果表明,该方法高效、准确,且该系统可以应用到未经处理的扫描产生的动态几何数据上,这些数据往往包含着大量的噪声点、奇异点和大块的缺失数据,但仍能较快获得一致性骨骼序列。

    基于稀疏编码的双尺度布匹瑕疵检测
    张龙剑 张卓 范赐恩 邓德祥
    2014, 34(10):  3009-3013.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.3009
    摘要 ( )   PDF (778KB) ( )  
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    瑕疵检测是布匹质量控制的重要环节。为了使检测算法具有较高的通用性和检测精度,提出了一种基于稀疏编码的双尺度布匹瑕疵检测算法,综合了大尺度下检测稳定性高和小尺度下检测敏感性高的优点。首先,采用一种小规模过完备字典的训练方法得到大小尺度下的字典;其次,利用检测图像块在字典上的投影提取检测特征;最后,利用距离融合方法综合大小尺度下的检测结果。小规模完备字典的采用以及对大尺度下的检测进行下采样,克服了因引入双尺度而造成计算量太大的缺点。实验采用德国TILDA布匹样本库,实验结果表明,该算法能有效地检测平纹布、格子布、条纹布上的瑕疵,综合检测率达到95.9%,并且计算量适中,能够满足工业实时检测的要求,具有实际应用的价值。

    基于图像检测的双绞线绕距测量方法
    王刚 石守东 林宜丙
    2014, 34(10):  3014-3019.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.3014
    摘要 ( )   PDF (896KB) ( )  
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    针对双绞线绕距测量,提出了一种图像检测框架。此框架通过图像分割、修复、细化、拟合以及比例尺的设置,可实时计算出双绞线绕距值。在此框架下,针对传统二维最大类间方差法——Otsu运行时间较长的问题,提出了一种新的基于区域斜分的快速算法。快速算法通过对二维直方图区域重新划分,结合快速查找表以及递推算法,大大减少了分割时间。针对图像缺失的问题,采用了基于边缘检测的算法对其特定区域进行填充修复,并对修复后的图像进行细化。通过最小二乘法,拟合细化图像中的单像素点,得到拟合曲线。通过计算拟合曲线交点间的距离可得双绞线绕距的图像距离。最后将图像距离按比例尺转换为绕距的测量值。实验结果表明,基于区域斜分的快速算法其分割时间约为传统算法的0.22%,且两种算法的分割效果基本一致。将图像检测方法测得的绕距值与其真实值进行比较,结果表明测量值与真实值的绝对误差为0.48%。通过使用图像检测方法测量双绞线绕距,可以准确测得绕距值,提高绕距测量的效率。

    高速的血管内超声数据传输及成像
    吴米龙 邱维宝 刘宝强 池利阳 牟培田 李小龙 郑海荣
    2014, 34(10):  3020-3023.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.3020
    摘要 ( )   PDF (598KB) ( )  
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    血管内超声(IVUS)成像技术能提供动脉粥样斑块的组织信息,便于医生对血管病变作出全面、准确的评价,已广泛应用于心血管疾病的诊断。针对现有的超声数据采集装置在传输速度、成本、灵活性等方面的不足,提出并实现了一种高速的血管内超声成像数据传输及成像方法。采集到的血管内超声信号经过处理后通过高速USB3.0接口传输到PC端,再进行对数压缩以及坐标变换等操作,最后实时显示图像。实际传输速率统计显示,传输速度稳定在2040Mb/s上下。血管仿体成像实验中管壁组织清晰、内腔轮廓平滑。

    基于电子海图的真实感航海雷达图像仿真方法
    王胜正 黄玉贵
    2014, 34(10):  3024-3028.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.3024
    摘要 ( )   PDF (806KB) ( )  
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    为了满足军事与商船航海雷达的仿真要求,提高雷达回波图像仿真的真实感,提出了一种基于扇形带状纹理融合模型的实时扫描仿真方法模拟高真实感的雷达回波图像。该方法以电子航海图(ENC)数据为雷达回波源数据,根据雷达回波形成机理,以扇形带状纹理融合算法替代传统基于像素单元的雷达图像仿真方法,实时生成雷达回波纹理数据,在此基础上,提出雷达回波信号处理仿真模型实现雷达基本功能,包括增益调节、海浪抑制与雨雪抑制等。经实验证明,该方法在雷达回波显示效率和效果上有了明显改善,为解决雷达与电子海图显示与信息系统(ECDIS)模拟提供有效的手段。

    行业与领域应用
    基于使用IPv6的低功耗无线个人局域网的无线传感网在智慧路灯中的应用
    黄祖成 袁峰 李引
    2014, 34(10):  3029-3033.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.3029
    摘要 ( )   PDF (761KB) ( )  
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    针对现有的采用电力载波通信(PLC)技术的智慧路灯系统中存在系统结构复杂、兼容性与扩展性差、开发部署周期长和安全性与抗干扰性低的问题,提出了一种基于IPv6的低功耗无线个人局域网(6LoWPAN)的智慧路灯系统。将6LoWPAN应用在对基于PLC的智慧路灯系统的改造中,把原有的PLC节点改成6LoWPAN无线节点,把集中控制器改造为边界路由器,并在应用层上采用了受限应用协议(CoAP)和智能物体网际协议(IPSO)应用框架。通过与基于PLC的智慧路灯进行对比,结果表明采用6LoWPAN无线网络的智慧路灯系统结构简化、兼容性与扩展性高、系统开发部署周期缩短一半以上并且网络安全性和抗干扰性较高。

    枢纽成本约束下的零担物流轴辐式网络设计
    高超锋 肖玲 胡志华
    2014, 34(10):  3034-3038.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.3034
    摘要 ( )   PDF (803KB) ( )  
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    针对考虑枢纽建造成本和货物流的不确定的枢纽新建方案问题,引入全寿命周期理论,建立以轴辐式运营网络总成本最小化为目标的混合整数线性规划模型,并提出改进的最大最小后悔值的不确定性决策方法。通过算例来分析投资年限、枢纽干线折扣系数和不确定枢纽建造成本对零担物流(LTL)轴辐式网络的设计的影响。实验结果表明, 采用改进的不确定性决策方法得到的最优方案的运营成本比5个场景的运营成本平均降低了2.17%,表明基于改进的最大最小后悔值的不确定性决策方法,能够降低整个零担物流轴辐式运营网络总成本。

    基于修正快速傅里叶变换算法的仪表着陆系统信号干扰抑制与定量分析
    孙丹 白杰 史志波
    2014, 34(10):  3039-3043.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.3039
    摘要 ( )   PDF (722KB) ( )  
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    针对日益繁忙的机场空域和周边建筑对仪表着陆系统信号干扰的增加,以及传统模拟处理技术缺陷,提出一种基于修正快速傅里叶变换(FFT)频谱校正和最小均方差(LMS)算法自适应滤波器结合实现仪表着陆系统(ILS)信号鉴频分离的技术方案。该方案应用LMS自适应滤波器对ILS信号干扰进行抑制,完成滤波器的权值系数设定,并通过修正FFT技术在时域与频域内对ILS信号进行频谱分离与提取,修正其频谱幅值,以消除由于采样引起的频谱泄露和栅栏效应对信号的影响,使得提取信号逼近理想情况,提高调制度差(DDM)识别精度。针对ILS信号的干扰抑制与频域分离进行了仿真验证,结果表明所提出的信号处理系统技术方案能够有效地对干扰进行抑制,完成信号频域识别,为飞机着陆进近阶段提供准确可靠的导航信息。

    基于高频结构仿真器和神经网络的双面双频宽带偶极子天线设计
    南敬昌 桑百行 高明明
    2014, 34(10):  3044-3047.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.3044
    摘要 ( )   PDF (589KB) ( )  
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    为了快速地设计一款应用于无线局域网络(WLAN)的双面结构的具有双频段、宽频带、小型化特性的偶极子天线,将偶极子贴片分别放置于介质基板的两侧,并采用微带巴伦线馈电的方式,以实现更好的宽带匹配。在偶极子的两臂分别开槽,实现小型双频特性,以满足WLAN的2.45GHz和5.49GHz的双频要求。整个天线的尺寸为28mm×44mm×1.6mm。并且利用电磁仿真软件高频结构仿真器(HFSS)和神经网络(NN)联合优化天线的尺寸,加快设计过程。仿真结果表明,当S11小于-10dB时,天线在低频和高频的带宽分别可以达到470MHz(2.29~2.76GHz)和3650MHz(4.96~8.61GHz);当S11小于-14dB时,天线在低频和高频的带宽分别可以达到210MHz(2.36~2.57GHz)和770MHz(5.13~5.9GHz)。而且该天线的方向图具有良好的全向性,实物测量与仿真结果的一致性良好,可以满足WLAN的需要。

    基于分布估计算法的弹性飞翼飞行器多操纵面控制分配
    赵均伟 赵建军 杨利斌
    2014, 34(10):  3048-3053.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.3048
    摘要 ( )   PDF (1013KB) ( )  
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    针对弹性飞翼飞行器多操纵面控制分配问题,提出了衡量弹性震动的机振力指标,建立了完整的控制分配模型,提出了采用分布估计算法(EDA)对模型进行求解。首先进行舵面结构设计,分析各气动舵面的工作方式及控制能力,并依据气动数据中升降副翼、余度舵、副翼的舵面控制效率,进行舵面功能配置。在进行控制分配时,分析控制分配的主要性能指标,确立总体多目标优化评价函数,并结合等式和不等式约束条件。采用性能优越的EDA进行求解。通过建立概率模型来估计真实分布,在EDA的进化过程中,各个舵面会根据偏转效率进行分配,结合优化函数最终收敛到最优解。最后分析机翼气动弹性对系统静态操纵效能的影响。从不考虑气动弹性系统响应曲线和考虑气动弹性之后的系统响应曲线比较结果可以看出,有弹性情况下系统响应曲线超调量和过渡时间都减小,飞翼式飞行器飞行品质得到显著提高,优化之后系统效能提高了10%。仿真结果表明,EDA能够较好地解决控制分配问题,并能提高系统动态品质,验证了多操纵面控制分配模型和算法的有效性。

    基于串级无模型自适应的外传子永磁同步电机跟踪控制
    胡伟 汤洁
    2014, 34(10):  3054-3058.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.3054
    摘要 ( )   PDF (726KB) ( )  
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    为解决现有煤矿皮带机传动系统占地空间大、传动效率低、维护频度高等问题,提出一种外转子永磁同步电机(outer-rotor PMSM)直接驱动结构,并将一种串级结构的无模型自适应控制算法应用到皮带机驱动电机的速度控制中。根据矿井皮带机的运行要求,给出该电机详细的设计参数和数学模型,设定了启动和稳态时的理想速度曲线。利用无模型自适应控制算法设计出串级无模型自适应控制律,并给出串级控制系统结构图。通过Matlab软件对外转子PMSM在煤矿皮带机的直驱伺服系统按照理想的启动“S”型曲线进行仿真,其结果表明:串级无模型自适应控制算法降低了速度跟踪误差,提高了调速控制精度,有效地抑制了系统噪声和负载变化带来的干扰,实现了皮带机良好的启动和稳态特性。

    基于C/S结构的空间机械臂控制系统软件架构设计
    张光辉 王耀南
    2014, 34(10):  3059-3064.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.10.3059
    摘要 ( )   PDF (960KB) ( )  
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    为了获得性能优越、实用性强的空间机械臂控制软件,提出了一种C/S结构下基于多线程和循环队列的空间机械臂控制系统软件架构,并详细介绍了各线程及队列的实现过程。在分析空间机械臂控制软件的特点和功能需求的基础上,按照横向分块、纵向分层的原则,将机械臂控制软件的各项功能合理分配到四个并行线程中,借助两个循环队列构建缓存机制,以提高控制系统的数据处理能力并减少不必要的等待时间。四个线程及两个循环队列之间相互通信,协同工作。实验结果表明,该架构能够以较小的控制延迟实现机械臂的运动控制,架构性能满足实际控制需求,证明了方案的有效性和可行性。

2022年 42卷 8期
刊出日期: 2022-08-10
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