基于免疫模板聚类的模糊中波红外图像目标提取

借鉴生物先天性免疫与适应性免疫的协调作用机制,综合考虑中波红外图像的光谱成像机理和频域模板统计特征,提出一种免疫模板聚类目标提取算法。借鉴先天性免疫对抗原表面分子模式的识别作用,以最大类间方差,将模糊中波红外图像初分割为目标像素集、背景像素集和模糊像素集;借鉴先天性免疫的特征提呈作用,提取中波红外图像模糊像素的频域模板特征,将图像的像素灰度特征空间映射为频域模板特征空间;基于提呈得到的模板特征,对模糊像素集进行适应性免疫聚类,将模糊像素划分为目标像素或背景像素。用手部痕迹的模糊中波红外图像进行实验,并与经典边缘检测模板法和传统区域模板法进行了效果比较和定量评价,结果表明免疫模板聚类算法的目标提取率、与参考标准的重合度、绝对误差率均优于现有模板方法,能够有效实现模糊中波红外图像的目标提取。     

齿轮磁流体润滑与动力学耦合研究

为探究齿轮磁流体润滑与动力学的耦合效应,考虑外磁场及时变啮合刚度的激励作用,建立齿轮磁流体润滑模型与动力学模型,分析磁感应强度对磁流体黏度、油膜刚度、动载荷分布以及润滑特性的影响. 研究结果表明:适当增大磁感应强度并使磁流体中的磁性颗粒达到其饱和磁化强度,可以减小动态传递误差、齿轮副振动速度以及动载荷,改善啮入冲击和换齿冲击;较大的磁感应强度可以降低油膜温升,增大油膜厚度并使油膜压力和油膜厚度的振幅减小且加快其趋于稳定的速度,在改善润滑效果的同时并在一定程度上抑制齿轮系统振动和噪声的产生.      

不确定离散时间输入饱和系统的鲁棒预见控制

本文研究一类具有输入饱和的不确定离散时间系统的鲁棒预见控制问题.与以往对误差信号和系统方程取差分不同,本文引入状态辅助变量,利用系统状态向量与辅助变量之差代替通常的状态差分,使得输入饱和不确定离散系统的扩大误差系统的构造成为可能.另外,本文推导的扩大误差系统不再包含误差向量,这不仅降低系统的阶数而且允许输出矩阵带有不确...     

基于改进谱聚类的重叠绿苹果识别方法

水果的可见光谱目标识别是实现农业自动化采摘至关重要的一步。在水果识别的过程中，由于重叠和遮挡的影响使得目标识别困难，识别率不高。本文针对自然环境中果实重叠的识别问题，利用谱聚类算法对图像进行分割，然后使用随机霍夫变换实现果实的识别和定位。针对传统算法运算复杂度高，运算速度慢的问题，本文提出了基于均值漂移和稀疏矩阵原理的改进谱聚类算法。首先使用均值漂移算法对图像进行预分割，均值漂移是一种用于密度梯度的无参估计法。该算法实质是一种迭代，先计算出偏移量，根据偏移量移动点，如此反复，直到偏移量为零即收敛到一点为止。利用均值漂移算法除去大多数的背景像素，为减少谱聚类算法的计算量做准备。然后提取预分割图像的有用信息即图像中像素对之间相似度的描述，将提取的图像特征信息映射到稀疏矩阵中，并使用K-means算法将其分类。得到最终的分类结果，实现对预处理图像的再次分割。然后恢复图像分割区域的颜色，使用彩色向量梯度提取边缘轮廓，对得到的轮廓图像使用随机霍夫变换，并在检测过程中设置半径参数的范围从而进一步加快算法的运行速度。经过检测可以得到目标的圆心坐标和半径，从而实现重叠绿苹果的识别。降低了谱聚类的数据处理量，提高了算法的运行速度。经过试验分析和算法对比，该算法得到较高的重合度95.41%，较低的误差率4.59%和误检率3.05%。     

Topological horseshoe analysis and field-programmable gate array implementation of a fractional-order four-wing chaotic attractor

We present a fractional-order three-dimensional chaotic system, which can generate four-wing chaotic attractor. Dynamics of the fractional-order system is investigated by numerical simulations. To rigorously verify the chaos properties of this system, the existence of horseshoe in the four-wing attractor is presented. Firstly, a Poincare′ section is selected properly, and a first-return Poincare′ map is established. Then, a one-dimensional tensile horseshoe is discovered, which verifies the chaos existence of the system in mathematical view. Finally, the fractional-order chaotic attractor is implemented physically with a field-programmable gate array(FPGA) chip, which is useful in further engineering applications of information encryption and secure communications.     

基于改进的两维Otsu管道红外图像高温区域分割研究

石化管道通常可分为常温区域和高温区域两部分。高温区域的存在影响着整个系统的安全运行，热量的散失将会引起资源的浪费及环境的污染等一系列问题。红外光谱图像能够较好地描述石化管道的高温区域，但是如何从中提取高温区域是红外光谱图像处理的一类难题。为实现从红外图像中，将高温区域准确快速分割出来的目的，基于经典的一维Otsu算法提出一种改进的二维多阈值自动获取方法。该算法首先对管道红外图像进行经典单阈值分割，将图像划分为背景和管道两部分。然后基于管道图像区域，以管道灰度图像与平均值图像作为图像二维,对目标图像进行二维双阈值分割，最终将较大的阈值作为划分管道常温区域与高温区域的分割点。将本算法对不同的管线进行多次试验分析，结果表明，采用改进的二维Otsu多阈值算法能够更加清晰的将管道从复杂背景中提取出来，并在此基础上把高温区域更精确的分割。     

基于神经免疫生长可免域网络的红外光谱图像分割算法

管道运输对远距离输送石油天然气有着较大优势,而与之伴随的管道安全问题使得管道安全检测至关重要。为确保任何时间下管道状况的有效检测,红外成像技术由于其根据对象的热辐射信息反映目标特征的特殊性,能够忽视可见光的影响检测管道状态,因而在管道检测领域有重要意义。但由于户外环境的多样性,交错的管道和复杂环境使得采集的红外管道图像具有目标特征分布不均匀,目标遮挡和背景类目标干扰等问题。这些问题增加了提取管道目标的难度,不利于管道的分割和检测。生物免疫系统在抗原检测、提取和消除上表现出识别、学习、记忆、耐受和协调配合等目前复杂系统优化策略所缺乏的优异特性,借鉴生物神经系统调控免疫系统的机理,设计一种基于神经免疫网络的复杂背景下红外管道目标的检测与提取算法。根据生物神经网络在免疫系统中的调控机制,利用基础管道形状特征模型构建用于红外管道目标定位的神经网络,并将最优神经免疫可免域和区域种子生长结合,解决管道遮挡影响提取目标完整性的问题。选择三种典型的红外管道图像,将传统目标检测算法与基于神经免疫网络的算法进行了效果对比分析。结果表明,传统算法的平均真阳性率为40.56%,Jaccard相似性指数为27.18%,绝对误差率为11.75%,而基于神经免疫网络算法的真阳性率为98.05%,Jaccard相似性指数为94.44%,绝对误差率为1.18%。对比可知,神经免疫网络算法的真阳性率比传统方法高57.49%,绝对误差率则低10.57%,验证了复杂背景下,本文算法相比传统方法能够更加准确地提取完整的红外管道目标,这对管道安全检测效率的提高有着重要意义。     

基于改进的两维Otsu管道红外图像高温区域分割研究（英文）

石化管道通常可分为常温区域和高温区域两部分。高温区域的存在影响着整个系统的安全运行,热量的散失将会引起资源的浪费及环境的污染等一系列问题。红外光谱图像能够较好地描述石化管道的高温区域,但是如何从中提取高温区域是红外光谱图像处理的一类难题。为实现从红外图像中,将高温区域准确快速分割出来的目的,基于经典的一维Otsu算法提出一种改进的二维多阈值自动获取方法。该算法首先对管道红外图像进行经典单阈值分割,将图像划分为背景和管道两部分。然后基于管道图像区域,以管道灰度图像与平均值图像作为图像二维,对目标图像进行二维双阈值分割,最终将较大的阈值作为划分管道常温区域与高温区域的分割点。将本算法对不同的管线进行多次试验分析,结果表明,采用改进的二维Otsu多阈值算法能够更加清晰的将管道从复杂背景中提取出来,并在此基础上把高温区域更精确的分割。     

Enhancement of water self-diffusion at super-hydrophilic surface with ordered water

It has been well acknowledged that molecular water structures at the interface play an important role in the surface properties, such as wetting behavior or surface frictions. Using molecular dynamics simulation, we show that the water self-diffusion on the top of the first ordered water layer can be enhanced near a super-hydrophilic solid surface. This is attributed to the fewer number of hydrogen bonds between the first ordered water layer and water molecules above this layer, where the ordered water structures induce much slower relaxation behavior of water dipole and longer lifetime of hydrogen bonds formed within the first layer.