2009年 第35卷 第1期
2009, 35(1): 1-8.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.00001
摘要:
为了提高感应电动机控制的鲁棒性, 提出了一种新颖的感应电动机解耦模型. 基于感应电动机的解耦模型, 利用滑模控制和反推控制设计电动机的虚拟转矩和磁链电压控制器. 滑模开关增益的大小是造成系统抖振的关键, 采用自回归小波神经网络(Self-recurrent wavelet neural networks, SRWNN)在线估计滑模开关增益的大小可以有效降低滑模控制造成的抖振. 仿真结果表明基于SRWNN在线估计滑模开关增益的滑模反推控制方案可以有效提高感应电动机控制的鲁棒性, 同时降低了滑模控制造成的抖振.
为了提高感应电动机控制的鲁棒性, 提出了一种新颖的感应电动机解耦模型. 基于感应电动机的解耦模型, 利用滑模控制和反推控制设计电动机的虚拟转矩和磁链电压控制器. 滑模开关增益的大小是造成系统抖振的关键, 采用自回归小波神经网络(Self-recurrent wavelet neural networks, SRWNN)在线估计滑模开关增益的大小可以有效降低滑模控制造成的抖振. 仿真结果表明基于SRWNN在线估计滑模开关增益的滑模反推控制方案可以有效提高感应电动机控制的鲁棒性, 同时降低了滑模控制造成的抖振.
2009, 35(1): 9-16.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.00009
摘要:
人脸特征点定位的目标是能够对人脸进行全自动精确定位. 主动形状模型(Active shape modal, ASM)和主动表象模型(Active appearance modal, AAM)的发表为全自动人脸特征点定位工作提供了很好的思路和解决框架. 之后很多研究工作也都在ASM和AAM的框架下进行了改进. 但是目前的研究工作尚未很好地解决人脸表情、光照以及姿态变化情况下的人脸特征点定位问题, 本文基于ASM框架提出了全自动人脸特征点定位算法. 和传统ASM方法以及ASM的改进方法的不同在于: 1)引进有效的机器学习方法来建立局部纹理模型. 这部分工作改进了传统ASM方法中用灰度图像的梯度分布进行局部纹理建模的方法, 引入了基于随机森林分类器和点对比较特征的局部纹理建模方法. 这种方法基于大量样本的统计学习, 能够有效解决人脸特征点定位中光照和表情变化这些难点; 2)在人脸模型参数优化部分, 本文成功地将分类器输出的结果结合到人脸模型参数优化的目标函数当中, 并且加入形状限制项使得优化的目标函数更为合理. 本文在包含表情、光照以及姿态变化的人脸数据上进行实验, 实验结果证明本文提出的全自动人脸特征点定位方法能够有效地适应人脸的光照和表情变化. 在姿态数据库上的测试结果说明了本算法的有效性.
人脸特征点定位的目标是能够对人脸进行全自动精确定位. 主动形状模型(Active shape modal, ASM)和主动表象模型(Active appearance modal, AAM)的发表为全自动人脸特征点定位工作提供了很好的思路和解决框架. 之后很多研究工作也都在ASM和AAM的框架下进行了改进. 但是目前的研究工作尚未很好地解决人脸表情、光照以及姿态变化情况下的人脸特征点定位问题, 本文基于ASM框架提出了全自动人脸特征点定位算法. 和传统ASM方法以及ASM的改进方法的不同在于: 1)引进有效的机器学习方法来建立局部纹理模型. 这部分工作改进了传统ASM方法中用灰度图像的梯度分布进行局部纹理建模的方法, 引入了基于随机森林分类器和点对比较特征的局部纹理建模方法. 这种方法基于大量样本的统计学习, 能够有效解决人脸特征点定位中光照和表情变化这些难点; 2)在人脸模型参数优化部分, 本文成功地将分类器输出的结果结合到人脸模型参数优化的目标函数当中, 并且加入形状限制项使得优化的目标函数更为合理. 本文在包含表情、光照以及姿态变化的人脸数据上进行实验, 实验结果证明本文提出的全自动人脸特征点定位方法能够有效地适应人脸的光照和表情变化. 在姿态数据库上的测试结果说明了本算法的有效性.
2009, 35(1): 17-22.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.00017
摘要:
可靠对应点的建立是计算机视觉中的一个基本问题, 它是许多已有算法的前题假设. 本文提出了对应流形的概念, 并给出了通过学习对应流形的视图剔除错误匹配点的学习方法. 该方法不依赖于被估计的参数模型, 克服了传统方法计算效率随着错误匹配比例的增大或被估参数个数的增长而急剧下降的缺点; 同时弥补了错误匹配的剔除与被估模型的选择及其参数估计相耦合的不足. 实验结果表明该方法能有效地剔除错误匹配点, 验证了所给模型的适用性与合理性. 为可靠对应关系的建立提供一种新的高效的方法．
可靠对应点的建立是计算机视觉中的一个基本问题, 它是许多已有算法的前题假设. 本文提出了对应流形的概念, 并给出了通过学习对应流形的视图剔除错误匹配点的学习方法. 该方法不依赖于被估计的参数模型, 克服了传统方法计算效率随着错误匹配比例的增大或被估参数个数的增长而急剧下降的缺点; 同时弥补了错误匹配的剔除与被估模型的选择及其参数估计相耦合的不足. 实验结果表明该方法能有效地剔除错误匹配点, 验证了所给模型的适用性与合理性. 为可靠对应关系的建立提供一种新的高效的方法．
2009, 35(1): 23-27.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.00023
摘要:
以回归型支持向量机理论为基础, 结合性能稳定的伪Zernike矩和Krawtchouk矩, 提出了一种可有效抵抗一般性几何攻击的强鲁棒数字图像水印检测算法. 该算法首先选取图像的低阶Krawtchouk矩作为特征向量, 然后利用SVR对几何变换参数进行训练学习并对待检测图像进行数据预测, 最后对其进行几何校正并提取水印信息. 仿真实验结果表明, 该数字图像水印检测算法不仅具有较好的不可感知性, 而且对常规信号处理和一般性几何攻击均具有较好的鲁棒性.
以回归型支持向量机理论为基础, 结合性能稳定的伪Zernike矩和Krawtchouk矩, 提出了一种可有效抵抗一般性几何攻击的强鲁棒数字图像水印检测算法. 该算法首先选取图像的低阶Krawtchouk矩作为特征向量, 然后利用SVR对几何变换参数进行训练学习并对待检测图像进行数据预测, 最后对其进行几何校正并提取水印信息. 仿真实验结果表明, 该数字图像水印检测算法不仅具有较好的不可感知性, 而且对常规信号处理和一般性几何攻击均具有较好的鲁棒性.
2009, 35(1): 28-33.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.00028
摘要:
在无源毫米波成像中, 因为天线孔径大小的限制而导致获取的图像分辨率低, 所以必须采取有效的后处理措施增强分辨率. 本文提出了一种针对无源毫米波成像应用的最大似然频域校正超分辨算法. 该算法首先使用Wiener滤波复原算法恢复图像通带内的频谱分量, 然后运用Richardson-Lucy算法实现频谱外推, 最后通过一种频域校正算法, 用Wiener滤波器恢复的频谱代替通带内的频谱, 保证图像的低频分量不被破坏. 实验结果表明, 该算法改善了收敛速度, 增强了图像的分辨率, 同时能够有效地减轻恢复图像中的振铃波纹, 有利于无源毫米波成像超分辨的实现.
在无源毫米波成像中, 因为天线孔径大小的限制而导致获取的图像分辨率低, 所以必须采取有效的后处理措施增强分辨率. 本文提出了一种针对无源毫米波成像应用的最大似然频域校正超分辨算法. 该算法首先使用Wiener滤波复原算法恢复图像通带内的频谱分量, 然后运用Richardson-Lucy算法实现频谱外推, 最后通过一种频域校正算法, 用Wiener滤波器恢复的频谱代替通带内的频谱, 保证图像的低频分量不被破坏. 实验结果表明, 该算法改善了收敛速度, 增强了图像的分辨率, 同时能够有效地减轻恢复图像中的振铃波纹, 有利于无源毫米波成像超分辨的实现.
2009, 35(1): 34-38.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.00034
摘要:
H.264视频编码标准中, 运动估计占用了编码器极大的计算量. 针对快速块匹配运动估计, 提出了一种基于可变分块尺寸的多模板六边形搜索算法. 该算法根据H.264中七种不同的宏块划分, 自适应地采用大六边形和水平扁六边形、竖直扁六边形等模板来进行运动估计. 相对于传统六边形算法, 在增加匹配灵活性的同时, 还可以更好地覆盖整个分块. 仿真结果表明, 在重建图像质量接近全搜索(Full search, FS)的同时, 比六边形算法减少了约10%的搜索点数.
H.264视频编码标准中, 运动估计占用了编码器极大的计算量. 针对快速块匹配运动估计, 提出了一种基于可变分块尺寸的多模板六边形搜索算法. 该算法根据H.264中七种不同的宏块划分, 自适应地采用大六边形和水平扁六边形、竖直扁六边形等模板来进行运动估计. 相对于传统六边形算法, 在增加匹配灵活性的同时, 还可以更好地覆盖整个分块. 仿真结果表明, 在重建图像质量接近全搜索(Full search, FS)的同时, 比六边形算法减少了约10%的搜索点数.
2009, 35(1): 39-45.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.00039
摘要:
采用一种基于互补声学模型的多系统融合方法来获得高性能的语音关键词检测系统: 1)在基线系统的基础上, 使用不同的音素集进行声学建模, 并引入基于神经网络的声学建模方法, 获得另外两套具有建模差异性的声学系统; 2)在多套关键词检测系统的基础上, 通过选择有效的系统融合准则, 将多个系统的输出进行整合, 获得更好的语音关键词检测结果. 该方法充分利用了差异性声学建模系统之间的互补性, 在不增加训练数据的情况下, 显著地提升了最终系统的性能. 和基线系统相比, 该方法在2005年国家863电话语音关键词检测技术评测集上, 在等错误率(Equal error rate, EER)指标下, 获得相对21.6%的显著性能提升.
采用一种基于互补声学模型的多系统融合方法来获得高性能的语音关键词检测系统: 1)在基线系统的基础上, 使用不同的音素集进行声学建模, 并引入基于神经网络的声学建模方法, 获得另外两套具有建模差异性的声学系统; 2)在多套关键词检测系统的基础上, 通过选择有效的系统融合准则, 将多个系统的输出进行整合, 获得更好的语音关键词检测结果. 该方法充分利用了差异性声学建模系统之间的互补性, 在不增加训练数据的情况下, 显著地提升了最终系统的性能. 和基线系统相比, 该方法在2005年国家863电话语音关键词检测技术评测集上, 在等错误率(Equal error rate, EER)指标下, 获得相对21.6%的显著性能提升.
2009, 35(1): 46-53.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.00046
摘要:
基于新息分析方法, 对带有色观测噪声的多重时滞系统, 提出了一种带白噪声估值器的非增广的最优滤波器. 它等价于一个带相关白噪声多重时滞系统的一步预报器. 当系统带有多个传感器时, 推导了多重时滞系统的任意两个传感器子系统之间的估计误差互协方差阵. 基于线性最小方差最优加权融合估计算法, 给出了分布式加权融合最优滤波器. 分布式融合估计比基于每个传感器的局部估计具有更高的精度. 比增广的集中式最优滤波器具有更好的可靠性, 且避免了高维计算和大存储空间. 仿真例子验证了其有效性.
基于新息分析方法, 对带有色观测噪声的多重时滞系统, 提出了一种带白噪声估值器的非增广的最优滤波器. 它等价于一个带相关白噪声多重时滞系统的一步预报器. 当系统带有多个传感器时, 推导了多重时滞系统的任意两个传感器子系统之间的估计误差互协方差阵. 基于线性最小方差最优加权融合估计算法, 给出了分布式加权融合最优滤波器. 分布式融合估计比基于每个传感器的局部估计具有更高的精度. 比增广的集中式最优滤波器具有更好的可靠性, 且避免了高维计算和大存储空间. 仿真例子验证了其有效性.
2009, 35(1): 54-64.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.00054
摘要:
针对一类具有参数不确定性的线性系统, 基于连续/离散二维混合模型进行改进型重复控制系统的保性能设计. 首先给出一种具有反馈作用的改进型重复控制系统结构, 通过独立地考虑重复控制系统的连续控制行为与离散学习行为, 建立重复控制系统的连续/离散二维混合模型, 并将重复控制的设计问题转化为一类连续/离散二维系统的状态反馈控制问题. 然后, 应用二维Lyapunov泛函导出保性能改进型重复控制器存在的充分条件, 进而证明该条件等价于一个线性矩阵不等式可解性问题. 最后通过求解对应的凸优化问题, 给出了最优保性能控制器的具体形式. 数值仿真验证了所提出方法的有效性.
针对一类具有参数不确定性的线性系统, 基于连续/离散二维混合模型进行改进型重复控制系统的保性能设计. 首先给出一种具有反馈作用的改进型重复控制系统结构, 通过独立地考虑重复控制系统的连续控制行为与离散学习行为, 建立重复控制系统的连续/离散二维混合模型, 并将重复控制的设计问题转化为一类连续/离散二维系统的状态反馈控制问题. 然后, 应用二维Lyapunov泛函导出保性能改进型重复控制器存在的充分条件, 进而证明该条件等价于一个线性矩阵不等式可解性问题. 最后通过求解对应的凸优化问题, 给出了最优保性能控制器的具体形式. 数值仿真验证了所提出方法的有效性.
2009, 35(1): 65-70.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.00065
摘要:
讨论不确定广义时滞系统的时滞依赖鲁棒H∞控制问题. 基于线性矩阵不等式(LMI)方法, 设计状态反馈控制器使得对所有允许的不确定性, 所得的闭环系统均是正则、无脉冲、稳定且满足H∞范数有界约束. 所有的结论都是时滞依赖的且由不涉及系统矩阵分解的严格LMI表示. 数值例子表明所给的方法与已有的结论相比具有较小的保守性.
讨论不确定广义时滞系统的时滞依赖鲁棒H∞控制问题. 基于线性矩阵不等式(LMI)方法, 设计状态反馈控制器使得对所有允许的不确定性, 所得的闭环系统均是正则、无脉冲、稳定且满足H∞范数有界约束. 所有的结论都是时滞依赖的且由不涉及系统矩阵分解的严格LMI表示. 数值例子表明所给的方法与已有的结论相比具有较小的保守性.
2009, 35(1): 71-76.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.00071
摘要:
研究了求解约束满足问题(Constraint satisfaction problem, CSP)中的预处理技术. 首先提出了子论域上的完全独立相容性(Entirety singleton consistency, ESC)概念和相应算法, 分析并证明了算法的复杂性和正确性, 而后对其两条重要性质进行了详细证明. 基于此概念和性质, 提出了一种基于完全独立相容性的预处理算法: SAC-ESC算法, 并给出了正确性证明. 最后, 本文采用分治思想, 根据不同问题的论域自适应地合理划分其子论域. 实验结果表明, 对于随机问题、鸽巢问题、N皇后问题和基准用例, 算法SAC-ESC的执行效率大约是目前流行算法SAC-SDS和SAC-3的3~20倍.
研究了求解约束满足问题(Constraint satisfaction problem, CSP)中的预处理技术. 首先提出了子论域上的完全独立相容性(Entirety singleton consistency, ESC)概念和相应算法, 分析并证明了算法的复杂性和正确性, 而后对其两条重要性质进行了详细证明. 基于此概念和性质, 提出了一种基于完全独立相容性的预处理算法: SAC-ESC算法, 并给出了正确性证明. 最后, 本文采用分治思想, 根据不同问题的论域自适应地合理划分其子论域. 实验结果表明, 对于随机问题、鸽巢问题、N皇后问题和基准用例, 算法SAC-ESC的执行效率大约是目前流行算法SAC-SDS和SAC-3的3~20倍.
2009, 35(1): 77-84.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.00077
摘要:
通过构造适当的Lyapunov泛函、利用M矩阵性质和不等式技巧, 在不要求神经网络激励函数的有界性、单调性和可微性弱保守条件下, 探讨了一类具有分布参数和分布时滞的Cohen-Grossberg动态神经网络周期解的存在性和指数稳定性问题, 提出了一系列充分性判据来确保这类同时具有分布参数和分布时滞神经网络周期解的存在性和指数稳定性, 并通过几个注解以及与其他文献结果进行比较说明了该方法的优越性. 最后, 给出了数值例子和计算机仿真来验证这一理论的有效性.
通过构造适当的Lyapunov泛函、利用M矩阵性质和不等式技巧, 在不要求神经网络激励函数的有界性、单调性和可微性弱保守条件下, 探讨了一类具有分布参数和分布时滞的Cohen-Grossberg动态神经网络周期解的存在性和指数稳定性问题, 提出了一系列充分性判据来确保这类同时具有分布参数和分布时滞神经网络周期解的存在性和指数稳定性, 并通过几个注解以及与其他文献结果进行比较说明了该方法的优越性. 最后, 给出了数值例子和计算机仿真来验证这一理论的有效性.
2009, 35(1): 85-91.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.00085
摘要:
研究了基于自适应观测器中立时滞系统的故障估计问题. 首先, 本文提出了一种新的快速自适应故障估计算法提升了故障估计的快速性和准确性. 同时, 一个时滞相关的判据用于减少设计过程中的保守性, 特别对于小时滞系统. 然后, 应用线性矩阵不等式技巧, 给出了详细的设计步骤. 最后, 仿真结果验证了所提方法的有效性.
研究了基于自适应观测器中立时滞系统的故障估计问题. 首先, 本文提出了一种新的快速自适应故障估计算法提升了故障估计的快速性和准确性. 同时, 一个时滞相关的判据用于减少设计过程中的保守性, 特别对于小时滞系统. 然后, 应用线性矩阵不等式技巧, 给出了详细的设计步骤. 最后, 仿真结果验证了所提方法的有效性.
2009, 35(1): 92-97.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.00092
摘要:
研究一类带随机跳跃的完全耦合的线性二次随机控制问题. 得到了最优控制的显式解, 并可以证明最优控制是唯一的. 引入了一类推广的黎卡提方程并讨论了其可解性. 利用这一类推广的黎卡提方程的解, 得到了上述带随机跳跃的最优控制问题的线性状态反馈调节器.
研究一类带随机跳跃的完全耦合的线性二次随机控制问题. 得到了最优控制的显式解, 并可以证明最优控制是唯一的. 引入了一类推广的黎卡提方程并讨论了其可解性. 利用这一类推广的黎卡提方程的解, 得到了上述带随机跳跃的最优控制问题的线性状态反馈调节器.
2009, 35(1): 97-102.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.00097
摘要:
以描述明渠非定常流的一维模型——Saint-Venant方程为基础, 对由两段渠道串联构成的梯级河道网络, 以加权熵函数构成其Lyaponov函数, 基于该Lyapunov函数证明了在一定的边界反馈控制作用下, 闭环系统在平衡点的一个邻域内是渐近稳定的.
以描述明渠非定常流的一维模型——Saint-Venant方程为基础, 对由两段渠道串联构成的梯级河道网络, 以加权熵函数构成其Lyaponov函数, 基于该Lyapunov函数证明了在一定的边界反馈控制作用下, 闭环系统在平衡点的一个邻域内是渐近稳定的.
2009, 35(1): 103-106.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.00103
摘要:
视神经(Optic nerve)形状、面积和深度等参数是衡量眼底健康状况的重要指标, 其边缘提取是量化这些参数的前提. 为精确识别视神经边缘, 本文提出了一种基于L*a*b*色彩空间眼底图像视神经边缘自动提取算法. 该方法通过L*a*b*色彩空间自适应形态学方法与区域辅助几何活动轮廓模型边缘提取方法, 结合基于交叉网络的视神经自动定位, 实现视神经边缘的自动提取. 采用国际上通用的DRIVE眼底图像库和临床图像进行实验, 验证了该算法的有效性.
视神经(Optic nerve)形状、面积和深度等参数是衡量眼底健康状况的重要指标, 其边缘提取是量化这些参数的前提. 为精确识别视神经边缘, 本文提出了一种基于L*a*b*色彩空间眼底图像视神经边缘自动提取算法. 该方法通过L*a*b*色彩空间自适应形态学方法与区域辅助几何活动轮廓模型边缘提取方法, 结合基于交叉网络的视神经自动定位, 实现视神经边缘的自动提取. 采用国际上通用的DRIVE眼底图像库和临床图像进行实验, 验证了该算法的有效性.
2009, 35(1): 107-112.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.00107
摘要:
提出了基于NGPP-SVDD (Non-Gaussian projection pursuit, NGPP; Support vector data description, SVDD)的统计过程监控和故障检测方法, 避免了传统统计过程监控方法假设数据服从正态分布的不足. 针对传统的FastICA (Fast independent component analysis)算法容易陷入局部极小值的不足, 结合微粒群算法提出非高斯投影算法(NGPP), 保证提取的独立成分非高斯性最大化, 并给出了非高斯成分数目的选择准则. 获得过程非高斯独立成分之后, 利用SVDD来描述其分布情况, 构造新的统计量确定其统计控制限. 通过对数值仿真及工业应用研究表明, 该方法能够及时地发现过程中出现的异常情况.
提出了基于NGPP-SVDD (Non-Gaussian projection pursuit, NGPP; Support vector data description, SVDD)的统计过程监控和故障检测方法, 避免了传统统计过程监控方法假设数据服从正态分布的不足. 针对传统的FastICA (Fast independent component analysis)算法容易陷入局部极小值的不足, 结合微粒群算法提出非高斯投影算法(NGPP), 保证提取的独立成分非高斯性最大化, 并给出了非高斯成分数目的选择准则. 获得过程非高斯独立成分之后, 利用SVDD来描述其分布情况, 构造新的统计量确定其统计控制限. 通过对数值仿真及工业应用研究表明, 该方法能够及时地发现过程中出现的异常情况.
