基于IETM的图像类装备保障数据语义标注研究

为了有效的组织、查询和浏览海量的图像类装备保障数据,分析了现有图模型图像语义标注方法的弊端,选取了装备IETM内的图像类装备保障数据信息作为图像语义标注的样本数据,并结合TF*IDF权值理论,改进了图模型语义标注方法的语义标注词选定方法,构建了基于装备IETM的图像类装备保障数据语义标注模型。实验结果表明,所提出的图像类装备保障数据语义标注模型及算法能够有效地提升图像数据信息查询的查准率与查全率,能够在一定程度上满足用户对图像类装备保障数据语义标注的需求。     

X射线脉冲星累积轮廓建模及信号辨识

为减少X射线脉冲星信号辨识所需的观测时间, 提出一种基于轮廓光子分布统计量的辨识算法. 用该方法分析了观测数据按不同周期累积所获轮廓的光子分布差异, 按累积周期正确与否, 对轮廓进行分类建模. 基于两类轮廓模型, 研究了光子分布统计量的性质差异, 以此进行信号辨识. 利用罗西X射线时变探测器数据进行了辨识实验, 结果表明该算法有效地减少了辨识所需的观测时间, 且不存在误检问题.     

基于心音窗函数的心音图形化处理方法的研究

心音分析与识别目前主要局限在一维信号处理方面, 为了获得心音信号更直观特征表现形式, 提高分类识别效果, 拓展心音识别研究领域, 提出了一种将心音与图像处理技术相结合、基于心音窗函数的心音纹理图特征提取与识别算法. 本文首先给出心音的模型, 定义心音时频图和心音纹理图, 然后讨论如何利用心音窗函数和短时傅里叶变换获取二维心音时频图, 并且针对心音的特点, 重点研究了心音窗函数的构造原则和实现方法, 最后通过改进的脉冲耦合神经网络模型实现了对心音纹理图的特征提取与身份识别. 仿真实验表明, 心音窗函数与传统窗函数相比较, 所获得的心音时频图具有第一、第二心音纹理更加清晰, 噪声纹理得到较好抑制的优点, 并且改进的脉冲耦合神经网络模型具有更低的计算成本, 与3种典型识别方法相比较, 呈现更高的识别率, 因而基于图像处理技术对心音进行特征提取与身份识别是一种行之有效的方法.     

融合分布对齐和对抗学习的无监督跨域声纹识别

针对声纹识别领域不匹配,且目标领域缺少标注数据的难题,提出在对抗学习基础上融合分布对齐的无监督领域自适应方法,通过训练过程中统计分布的对齐,以减小领域差异,从而提取声音中更有声纹鉴别性的特征,取得了稳定的性能提升。在文本相关的声纹识别任务中,对抗学习和分布对齐的方法能协同发挥作用,等错率相对降低11%;在文本无关的任务中,对抗学习效果不稳定,而分布对齐的方法依然有相对8%的性能提升。实验结果证明该方法在领域不匹配且目标领域缺少标注数据时,能有效提取语音中声纹鉴别信息,稳定提升识别性能。      

基于字典学习和稀疏表示的单通道语音增强算法综述*

如何从带噪语音信号中恢复出干净的语音信号一直都是信号处理领域的热点问题。近年来研究者相继提出了一些基于字典学习和稀疏表示的单通道语音增强算法,这些算法利用语音信号在时频域上的稀疏特性,通过学习训练数据样本的结构特征和规律来构造相应的字典,再对带噪语音信号进行投影以估计出干净语音信号。针对训练样本与测试数据不匹配的情况,有监督类的非负矩阵分解方法与基于统计模型的传统语音增强方法相结合,在增强阶段对语音字典和噪声字典进行更新,从而估计出干净语音信号。本文首先介绍了单通道情况下语音增强的信号模型,然后对4种典型的增强方法进行了阐述,最后对未来可能的研究热点进行了展望。     

室内两步法监督式学习双耳声源距离估计

提出一种室内环境下两步法监督式学习双耳声源距离估计算法,该算法通过预先估计声源方位角信息以克服声源方位角的变化对声源距离估计性能的不利影响.该算法第1步利用深度神经网络模型估计声源的方位角,并将不同方位角的双耳信号分类;第2步中对每个方位角的双耳信号采用独立的深度神经网络模型进行声源距离估计,其中距离特征选用双耳信号的一些双耳特征和统计特性。在仿真和实际环境下,本文提出的两步法声源距离估计算法的距离估计准确率比现有算法提高了3%~5%左右,并且在各种不匹配环境下的距离估计准确率比现有算法高出5%~10%左右。实验结果表明利用声源方位角信息可以有效提高双耳声源距离估计算法的性能。      

一种混合入侵检测模型

为了提高入侵检测模型的准确率,提出一种基于K-均值算法、朴素贝叶斯分类算法和反向传播神经网络的混合入侵检测模型。首先,采用基于分区、无监督式聚类分析的K-均值算法进行数据的聚类处理,得到易于被机器处理和学习的数据集。为了进一步获取必要的数据属性,将聚类处理的结果输入到贝叶斯分类器进行分类。然后,具有较短学习周期的反向传播神经网络负责训练数据分类样本。最后,基于KDD CUP99数据集,对混合入侵检测模型进行了仿真实验,实验结果表明,通过混合入侵检测模型,DoS、U2R、R2L和Probe等入侵数据被精准地检测出。相比其它入侵检测模型,混合入侵检测模型取得了较高的准确率和召回率,以及较低的误报率,具有一定的实用价值。     

多特征融合的鸟类物种识别方法

针对短时窗平均/长时窗平均算法从次声台站监测数据中提取的信号仍然包含噪声的问题,对支持向量机和人工神经网络的机器学习方法进行了研究。采用小波包分解的方法对信号进行重构,提取出各频带内的重构信号能量特征,对事件信号和噪声进行了识别实验,并分析了提高识别能力的方法,为工程应用提供理论参考。实验结果表明,在训练数据集不大的情况下,通过优化模型结构可以将两种方法的识别能力提高到可以接受的水平。     

基于SIFT特征和ISM的X射线图像危险品检测方法

针对行李安检时X射线图像中的危险品检测问题,提出一种基于尺度不变特征变换(SIFT)和隐式形状模型(ISM)的检测方法。首先,采集不同姿态的危险品X射线图像,并标注目标位置,构建训练数据集。然后,通过SIFT算法提取目标关键点,并以此构建目标的ISM模型。在检测过程中,将提取的目标SIFT描述符与ISM模型中的视觉描述符进行匹配,通过投票机制来判断目标是否为危险品。通过手枪和酒瓶的检测实验表明,该方法能够从X射线图像中准确检测出危险品,且对目标姿态变化具有鲁棒性。     

基于半监督生成对抗网络X光图像分类算法

利用半监督学习体系结构中的生成对抗性网络,围绕标注数据稀缺性的问题进行研究,在传统无监督生成对抗网络的基础上用softmax替代最后的输出层,使其扩展为半监督生成对抗网络。对生成样本定义额外的类别标签,用于引导训练,采用半监督训练方式对网络参数进行优化,并将训练得到的判别网络运用于X光图像分类中。对于胸部X光图像,结合自动化分类诊断选取了6种肺部疾病的X光前视图进行实验,结果表明:所提算法提高了利用标注数据的监督学习性能,与其他半监督分类方法相比具有优越的性能。     

Detection of Coronary Artery Disease Using Multi-Domain Feature Fusion of Multi-Channel Heart Sound Signals

Heart sound signals reflect valuable information about heart condition. Previous studies have suggested that the information contained in single-channel heart sound signals can be used to detect coronary artery disease (CAD). But accuracy based on single-channel heart sound signal is not satisfactory. This paper proposed a method based on multi-domain feature fusion of multi-channel heart sound signals, in which entropy features and cross entropy features are also included. A total of 36 subjects enrolled in the data collection, including 21 CAD patients and 15 non-CAD subjects. For each subject, five-channel heart sound signals were recorded synchronously for 5 min. After data segmentation and quality evaluation, 553 samples were left in the CAD group and 438 samples in the non-CAD group. The time-domain, frequency-domain, entropy, and cross entropy features were extracted. After feature selection, the optimal feature set was fed into the support vector machine for classification. The results showed that from single-channel to multi-channel, the classification accuracy has increased from 78.75% to 86.70%. After adding entropy features and cross entropy features, the classification accuracy continued to increase to 90.92%. The study indicated that the method based on multi-domain feature fusion of multi-channel heart sound signals could provide more information for CAD detection, and entropy features and cross entropy features played an important role in it.     

基于变分推断的磁共振图像群组配准

为解决基于深度学习的成对配准方法精度低和传统配准算法耗时长的问题,本文提出一种基于变分推断的无监督端到端的群组配准以及基于局部归一化互相关（NCC）和先验的配准框架,该框架能够将多个图像配准到公共空间并有效地控制变形场的正则化,且不需要真实的变形场和参考图像．该方法得到的预估变形场可建模为概率生成模型,使用变分推断的方法求解;然后借助空间转换网络和损失函数来实现无监督方式训练．对于公开数据集LPBA40的3D脑磁共振图像配准任务,测试结果表明：本文所提出的方法与基线方法相比,具有较好的Dice得分、运行时间少且产生更好的微分同胚域,同时对噪声具有鲁棒性．     

一种基于无监督主动学习的苹果品质光谱无损检测模型构建方法

利用光谱技术实现农产品、食品品质无损检测的实质是建立样本光谱信息与样本品质参数之间的机器学习模型。为了获得具有良好泛化性能的机器学习模型,通常需要大量的标记样本,然而,获取样本的光谱信息相对容易,但标注样本品质参数的过程往往涉及到大量的时间和经济成本,并且具有破坏性。主动学习是一种减少训练集有标记样本数量的方法,通过选择最有价值的样本进行标记,而不是随机选择。因此,主动学习能够控制向训练集添加哪些样本,模型不再是被动地接受用于建模的样本。在分类任务中已经提出较多关于主动学习的算法,但回归任务中的研究却相对较少,且现有的用于回归任务的主动学习算法大多是有监督的,即需要少量有标记样本训练初始模型。本文提出了一种基于无监督主动学习方法的训练样本选择策略。该方法首先通过层次凝聚聚类对无标记（标准值）光谱数据集进行多样性划分,获得不同的聚类簇;然后通过局部线性重建算法在每个聚类簇中选择最具代表性的样本构成训练样本集,最后基于训练集构建模型。利用两个年份三个品种苹果的近红外光谱数据,构建了其可溶性固形物含量和硬度的偏最小二乘预测模型,用于验证所提出方法的有效性。实验结果表明：所提出的方法要优于已有的样本选择策略,可以有效地提高模型精度,减少在模型训练中的破坏性理化实验。同时,与随机采样（RS）、Kennard-Stone算法（KS）、光谱-理化值共生距离算法（SPXY）这三种光谱领域常用的样本选择算法相比,该研究所提出的方法表现出了最佳的性能, 基于所提出的无监督主动学习算法选取200个样本作为训练集所建立的可溶性固形物含量预测模型的预测均方根误差相对于其他三种算法降低了2.0%~13.2%,硬度预测模型的预测均方根误差相对降低了1.2%~15.7%。     

A joint shape evolution approach to medical image segmentation using expectation-maximization algorithm

This study proposes an expectation–maximization (EM)-based curve evolution algorithm for segmentation of magnetic resonance brain images. In the proposed algorithm, the evolution curve is constrained not only by a shape-based statistical model but also by a hidden variable model from image observation. The hidden variable model herein is defined by the local voxel labeling, which is unknown and estimated by the expected likelihood function derived from the image data and prior anatomical knowledge. In the M-step, the shapes of the structures are estimated jointly by encoding the hidden variable model and the statistical prior model obtained from the training stage. In the E-step, the expected observation likelihood and the prior distribution of the hidden variables are estimated. In experiments, the proposed automatic segmentation algorithm is applied to multiple gray nuclei structures such as caudate, putamens and thalamus of three-dimensional magnetic resonance imaging in volunteers and patients. As for the robustness and accuracy of the segmentation algorithm, the results of the proposed EM-joint shape-based algorithm outperformed those obtained using the statistical shape model-based techniques in the same framework and a current state-of-the-art region competition level set method.     

A Unified Formulation of k-Means,Fuzzy c-Means and Gaussian Mixture Model by the Kolmogorov–Nagumo Average

Clustering is a major unsupervised learning algorithm and is widely applied in data mining and statistical data analyses. Typical examples include k-means, fuzzy c-means, and Gaussian mixture models, which are categorized into hard, soft, and model-based clusterings, respectively. We propose a new clustering, called Pareto clustering, based on the Kolmogorov–Nagumo average, which is defined by a survival function of the Pareto distribution. The proposed algorithm incorporates all the aforementioned clusterings plus maximum-entropy clustering. We introduce a probabilistic framework for the proposed method, in which the underlying distribution to give consistency is discussed. We build the minorize-maximization algorithm to estimate the parameters in Pareto clustering. We compare the performance with existing methods in simulation studies and in benchmark dataset analyses to demonstrate its highly practical utilities.     

基于块稀疏贝叶斯学习的多任务压缩感知重构算法

本文提出一种基于块稀疏贝叶斯学习的多任务压缩感知重构算法, 利用块稀疏的单测量矢量模型求解多任务重构问题. 通过对信号统的计特性和稀疏块内的结构特性进行联合数学建模, 将稀疏重构问题转贝叶斯框架下的特征参数的迭代更新问题. 本文算法不需要信号稀疏度和噪声强度的先验信息, 是一种高效的盲重构算法. 仿真实验表明, 本文算法能有效利用信号的统计特性和结构信息, 在重构精度和收敛速率方面能够很好地折衷.     

Adaptive environment classification system for hearing aids

An adaptive sound classification framework is proposed for hearing aid applications. The long-term goal is to develop fully trainable instruments in which both the acoustical environments encountered in daily life and the hearing aid settings preferred by the user in each environmental class could be learned. Two adaptive classifiers are described, one based on minimum distance clustering and one on Bayesian classification. Through unsupervised learning, the adaptive systems allow classes to split or merge based on changes in the ongoing acoustical environments. Performance was evaluated using real-world sounds from a wide range of acoustical environments. The systems were first initialized using two classes, speech and noise, followed by a testing period when a third class, music, was introduced. Both systems were successful in detecting the presence of an additional class and estimating its underlying parameters, reaching a testing accuracy close to the target rates obtained from best-case scenarios derived from non-adaptive supervised versions of the classifiers (about 3% lower performance). The adaptive Bayesian classifier resulted in a 4% higher overall accuracy upon splitting adaptation than the minimum distance classifier. Merging accuracy was found to be the same in the two systems and within 1%-2% of the best-case supervised versions.     

独立函数元:模型、方法和应用

针对常规线性变换获得的多分量成分可能不相干,但通常不满足统计独立的特点,提出了一种基于独立函数元的信号分解和重构的方法.该方法不仅继承了线性变换的诸多优点,而且还有统计域表征的优点.讨论了独立函数元的模型、定义和获取方法,详细分析了心音独立函数元在心音信号处理方面的应用.实验验证了所述方法的有效性和实用性.     

基于U-net和可见光谱图像的黄瓜褐斑病分割

褐斑病是黄瓜主要真菌性病害之一,适宜条件下,特别是在昼夜温差大及饱和湿度条件下发病迅速,病情加重,导致黄瓜减产,造成经济损失。对黄瓜褐斑病进行病斑分割与提取,可以为后续的病害识别与诊断提供有效依据,具有重要意义。结合黄瓜褐斑病可见光谱图像,利用U-net深度学习网络构建黄瓜褐斑病语义分割模型,实现了病斑分割。首先在采集到的黄瓜褐斑病可见光谱图像中截取病斑较为突出的区域作为样本,共在40幅图像中截取到135个像素区域,区域的像素分辨率为200×200,利用Matlab的Image Labeler工具对样本进行像素标记,分别标记出感病区域和健康区域。然后构建U-net网络,该网络包含46层和48个连接,通过卷积层和线性整流层以及最大池化法来完成病斑特征提取,通过深度连接层以及上卷积层和上线性整流层完成上采样,通过跳层连接来完成复制和剪裁操作,并进行病斑特征融合。利用所构建的U-net网络进行学习训练得到语义分割模型,在135个样本中,随机选取其中96个作为训练样本,剩余的39个作为测试样本,设置迭代次数为240次,L2正则化系数为0.000 1,初始学习率为0.05,动量参数为0.9,梯度阈值为0.05,进行样本训练和测试。经过10次重复训练和测试,结果表明,基于U-net和可见光谱图像的黄瓜褐斑病语义分割模型执行时间平均为46.4 s,内存占用平均为6 665.8 MB,执行效率较高;模型准确率PA为96.23%~97.98%,MPA为97.28%~97.87%,MIoU为86.10%~91.59%,FWIoU为93.33%~96.19%,模型的稳定性较好、泛化能力较强。该研究方法利用较少的训练样本,获得了准确率较高的分割模型,为小样本机器学习提供了参考,同时为其他蔬菜的病斑分割、病害识别与诊断提供了方法依据。