2010年 第36卷 第10期
2010, 36(10): 1361-1370.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.01361
摘要:
在线性判别分析(Linear discriminant analysis, LDA)中, 比迹函数、比值函数和迹比函数是三种常用的Fisher判别函数, 每一个判别函数都可得到一个正交判别(Orthogonal discriminant, OD)矩阵和一个不相关判别(Uncorrelated discriminant, UD)矩阵. 本文的主要目的是对这6种判别矩阵的获取方法及其性质进行系统分析, 拟期更清楚地认识它们的联系与区别. 当类内协方差阵非奇异时, 比迹、比值函数的判别矩阵和迹比函数的OD矩阵的获取方法及性质已有研究, 本文对迹比函数的UD矩阵的获取方法及性质进行了补充研究, 得到了迹比函数的UD矩阵与比迹、比值函数的UD矩阵是同一矩阵以及迹比函数的UD矩阵的判别函数值不超过它的OD矩阵的结论. 当类内协方差阵奇异时, 6种判别矩阵的获取方法遇到了困难, 为克服这一困难, 本文首先用极限的思想重新定义了这三种判别函数, 然后采用求极限的方法得到了6种判别矩阵的获取方法. 从所得的获取方法可以看出, 当所需的判别向量均在类内协方差阵的零空间中时, 6个判别矩阵是同一矩阵.
在线性判别分析(Linear discriminant analysis, LDA)中, 比迹函数、比值函数和迹比函数是三种常用的Fisher判别函数, 每一个判别函数都可得到一个正交判别(Orthogonal discriminant, OD)矩阵和一个不相关判别(Uncorrelated discriminant, UD)矩阵. 本文的主要目的是对这6种判别矩阵的获取方法及其性质进行系统分析, 拟期更清楚地认识它们的联系与区别. 当类内协方差阵非奇异时, 比迹、比值函数的判别矩阵和迹比函数的OD矩阵的获取方法及性质已有研究, 本文对迹比函数的UD矩阵的获取方法及性质进行了补充研究, 得到了迹比函数的UD矩阵与比迹、比值函数的UD矩阵是同一矩阵以及迹比函数的UD矩阵的判别函数值不超过它的OD矩阵的结论. 当类内协方差阵奇异时, 6种判别矩阵的获取方法遇到了困难, 为克服这一困难, 本文首先用极限的思想重新定义了这三种判别函数, 然后采用求极限的方法得到了6种判别矩阵的获取方法. 从所得的获取方法可以看出, 当所需的判别向量均在类内协方差阵的零空间中时, 6个判别矩阵是同一矩阵.
2010, 36(10): 1371-1378.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.01371
摘要:
提出一种用于处理户外视觉系统中受雨滴影响的视频场景的方法. 该方法包括两个部分, 分别是检测受雨滴影响的运动目标和复原被雨滴污染的固定背景区域. 通过分析雨滴的物理成像模型, 并结合人类视觉系统对雨滴的分辨原理, 指出受雨滴影响的像素值与背景像素值具有相同的色相值. 针对成像质量退化导致色相分量不能直接用于雨滴检测这一问题, 以HSV空间的定量分析为基础提出了可区分雨滴区域与运动物体区域的度量函数. 实验结果表明此度量函数可以有效抑制雨滴产生的干扰, 克服现有模型只能通过统计方法对某些特定类型雨滴进行有效辨识的局限性, 能够快速处理视频数据, 并且对成像质量造成的退化具有很好的鲁棒性.
提出一种用于处理户外视觉系统中受雨滴影响的视频场景的方法. 该方法包括两个部分, 分别是检测受雨滴影响的运动目标和复原被雨滴污染的固定背景区域. 通过分析雨滴的物理成像模型, 并结合人类视觉系统对雨滴的分辨原理, 指出受雨滴影响的像素值与背景像素值具有相同的色相值. 针对成像质量退化导致色相分量不能直接用于雨滴检测这一问题, 以HSV空间的定量分析为基础提出了可区分雨滴区域与运动物体区域的度量函数. 实验结果表明此度量函数可以有效抑制雨滴产生的干扰, 克服现有模型只能通过统计方法对某些特定类型雨滴进行有效辨识的局限性, 能够快速处理视频数据, 并且对成像质量造成的退化具有很好的鲁棒性.
2010, 36(10): 1379-1389.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.01379
摘要:
最近, 非局部滤波方法已成为滤波领域的研究热点. 本文深入研究了基于预选择的非局部滤波方法, 指出了已有方法在提取图像片特征方面存在的不足, 利用二维主成分分析(Two-dimensional principal component analysis, 2DPCA)提出了一种有效的非局部滤波方法. 该方法对基于预选择的非局部滤波方法的主要贡献有: 1)用于提取图像片特征的面向图像片的2DPCA; 2)基于相似距离直方图的相似集自动选取方法; 3)相似距离权重参数局部自适应选取方法. 实验结果表明, 本文方法对弱梯度、人脸、纹理以及分段光滑图像均能取得较好的滤波效果.
最近, 非局部滤波方法已成为滤波领域的研究热点. 本文深入研究了基于预选择的非局部滤波方法, 指出了已有方法在提取图像片特征方面存在的不足, 利用二维主成分分析(Two-dimensional principal component analysis, 2DPCA)提出了一种有效的非局部滤波方法. 该方法对基于预选择的非局部滤波方法的主要贡献有: 1)用于提取图像片特征的面向图像片的2DPCA; 2)基于相似距离直方图的相似集自动选取方法; 3)相似距离权重参数局部自适应选取方法. 实验结果表明, 本文方法对弱梯度、人脸、纹理以及分段光滑图像均能取得较好的滤波效果.
2010, 36(10): 1390-1400.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.01390
摘要:
在射频识别技术(Radio frequency identification, RFID)系统中, 标签碰撞的解决对于标签的快速识别极为重要. 本文提出一种基于分组机制的跳跃式动态二进制防碰撞算法(Anti-collision algorithm based on grouping mechanism and jumping dynamic binary, GJDB), 该算法通过在确定性算法中引入随机分组机制, 很好地解决了基于二进制搜索算法中, 由于标签数目不断增大所导致的识别效率降低的问题. 理论分析和仿真结果表明, GJDB算法的性能优于其他常用的标签防碰撞算法, 并且该算法对标签随机分组数目的选取具有较强的鲁棒性.
在射频识别技术(Radio frequency identification, RFID)系统中, 标签碰撞的解决对于标签的快速识别极为重要. 本文提出一种基于分组机制的跳跃式动态二进制防碰撞算法(Anti-collision algorithm based on grouping mechanism and jumping dynamic binary, GJDB), 该算法通过在确定性算法中引入随机分组机制, 很好地解决了基于二进制搜索算法中, 由于标签数目不断增大所导致的识别效率降低的问题. 理论分析和仿真结果表明, GJDB算法的性能优于其他常用的标签防碰撞算法, 并且该算法对标签随机分组数目的选取具有较强的鲁棒性.
2010, 36(10): 1401-1408.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.01401
摘要:
为解决基于协作多输入多输出(Multi-input multi-output, MIMO)的同构无线传感器网络(Wireless sensor networks, WSN)能量节省与能耗均衡问题, 建立了多跳分布式WSN系统模型. 对协作MIMO通信中的簇间长传输距离与簇内短传输距离进行了分析, 找到与传统单输入单输出(Single-input single-output, SISO)传输相比更节省能量的距离门限. 根据分析提出了一种新的基于剩余能量与距离门限的动态分簇(Dynamic clustering based on remaining energy and distance thresholds, DCREDT)选择算法, 在节省能量的前提下, 使剩余能量较大的节点优先成为簇首, 实现了簇首与其他节点之间的能耗均衡. 最后分析了采用DCREDT选择算法进行多跳传输的总能耗, 并仿真验证了该算法的合理性与有效性.
为解决基于协作多输入多输出(Multi-input multi-output, MIMO)的同构无线传感器网络(Wireless sensor networks, WSN)能量节省与能耗均衡问题, 建立了多跳分布式WSN系统模型. 对协作MIMO通信中的簇间长传输距离与簇内短传输距离进行了分析, 找到与传统单输入单输出(Single-input single-output, SISO)传输相比更节省能量的距离门限. 根据分析提出了一种新的基于剩余能量与距离门限的动态分簇(Dynamic clustering based on remaining energy and distance thresholds, DCREDT)选择算法, 在节省能量的前提下, 使剩余能量较大的节点优先成为簇首, 实现了簇首与其他节点之间的能耗均衡. 最后分析了采用DCREDT选择算法进行多跳传输的总能耗, 并仿真验证了该算法的合理性与有效性.
2010, 36(10): 1409-1416.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.01409
摘要:
主动传感器网络的自组织通常要求移动节点群(机器人群)通过障碍物环境移动到指定地点后, 重新调整并按预定布局组网. 在网络的自组织过程中要保证每个移动节点(机器人)与整个网络之间的连通性. 在对移动机器人的保持连通性进行优化的基础上, 提出了单步位置预测与群体势场相结合的分布式运动规划方法进行主动传感器网络的部署和重置, 证明了机器人运动控制的稳定性和网络的连通性保持, 进行了有和无障碍物环境下超过40个机器人的仿真, 结果表明该方法适用于大规模的主动传感器网络重置, 并对不同规模的网络具有可扩展性.
主动传感器网络的自组织通常要求移动节点群(机器人群)通过障碍物环境移动到指定地点后, 重新调整并按预定布局组网. 在网络的自组织过程中要保证每个移动节点(机器人)与整个网络之间的连通性. 在对移动机器人的保持连通性进行优化的基础上, 提出了单步位置预测与群体势场相结合的分布式运动规划方法进行主动传感器网络的部署和重置, 证明了机器人运动控制的稳定性和网络的连通性保持, 进行了有和无障碍物环境下超过40个机器人的仿真, 结果表明该方法适用于大规模的主动传感器网络重置, 并对不同规模的网络具有可扩展性.
2010, 36(10): 1417-1425.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.01417
摘要:
评价句的极性识别是情感分析领域一个重要的研究任务. 它旨在将评价句的极性分为褒义、贬义或是中性三种类别. 一般而言, 评价句的极性识别可以看作一个文本分类任务. 然而, 判断一个评价句的极性不仅需要关注句子内部的特征, 而且还需要一些句子外部特征相配合, 尤其对于一些内部特征极性模糊的评价句而言. 因此, 在本文中, 我们提出了两种句子外部特征: 篇章内部特征和篇章外部特征, 并使用了基于图的算法来融合这两种特征. 在数码相机领域语料上的实验结果表明, 本文提出的方法不仅优于仅使用评价句内部特征的方法, 而且还优于前人有代表性的工作.
评价句的极性识别是情感分析领域一个重要的研究任务. 它旨在将评价句的极性分为褒义、贬义或是中性三种类别. 一般而言, 评价句的极性识别可以看作一个文本分类任务. 然而, 判断一个评价句的极性不仅需要关注句子内部的特征, 而且还需要一些句子外部特征相配合, 尤其对于一些内部特征极性模糊的评价句而言. 因此, 在本文中, 我们提出了两种句子外部特征: 篇章内部特征和篇章外部特征, 并使用了基于图的算法来融合这两种特征. 在数码相机领域语料上的实验结果表明, 本文提出的方法不仅优于仅使用评价句内部特征的方法, 而且还优于前人有代表性的工作.
2010, 36(10): 1426-1431.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.01426
摘要:
含多项式插值的Runge-Kutta方法应用于对带输入延时的连续时间系统的离散化中. 与传统的离散化方法相比, 本文提出的方法是有效且精度高阶的. 此方法的精度与Runge-Kutta法及插值多项式的精度紧密相关. 本文讨论了离散化方法的近似精度阶及最大可达的精度阶. 除此之外, 也分析了方法的输入状态稳定性. 为保证相应离散系统的稳定性, 可通过考察RK法的绝对稳定域来选择采样时间. 特别当RK法是A-稳定时, 可以不受稳定性的约束选择采样时间. 最后提供了一个数值例子来证明方法的优越性.
含多项式插值的Runge-Kutta方法应用于对带输入延时的连续时间系统的离散化中. 与传统的离散化方法相比, 本文提出的方法是有效且精度高阶的. 此方法的精度与Runge-Kutta法及插值多项式的精度紧密相关. 本文讨论了离散化方法的近似精度阶及最大可达的精度阶. 除此之外, 也分析了方法的输入状态稳定性. 为保证相应离散系统的稳定性, 可通过考察RK法的绝对稳定域来选择采样时间. 特别当RK法是A-稳定时, 可以不受稳定性的约束选择采样时间. 最后提供了一个数值例子来证明方法的优越性.
2010, 36(10): 1432-1442.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.01432
摘要:
非线性和不确定性是制约控制系统性能的主要因素, 为此出现了许多方法都试图克服这些因素的影响. 本文提出一种基于偏差分离的双线性控制策略, 在线获取模型偏差信息, 并采用简单的双线性控制结构, 具有很好的工程意义. 论文证明了双线性控制系统指数渐近稳定的充分条件. 仿真结果表明所提出的双线性控制策略的有效性.
非线性和不确定性是制约控制系统性能的主要因素, 为此出现了许多方法都试图克服这些因素的影响. 本文提出一种基于偏差分离的双线性控制策略, 在线获取模型偏差信息, 并采用简单的双线性控制结构, 具有很好的工程意义. 论文证明了双线性控制系统指数渐近稳定的充分条件. 仿真结果表明所提出的双线性控制策略的有效性.
2010, 36(10): 1443-1453.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.01443
摘要:
动态目标的多移动机器人主动协作观测方法是指以获取较优的观测结果为目的, 对携带同构/异构观测传感器的多个机器人系统的观测数据进行有效融合并同时对其行为进行协调优化的方法. 本文主要研究了三维环境中的多机器人动态目标主动协作观测的问题. 首先, 以扩展集员估计方法(Extended set-membership filter, ESMF)为基础, 将信息融合过程与算法本身存在的集合运算环节相结合, 提出了一种高精度的多机器人观测信息融合方法. 该方法在保证较高观测精度的同时, 并没有显著增加单机器人扩展集员估计算法的计算量, 因此具有较高的实时性. 此外, 利用最优观测角度的概念, 通过引入相对速度空间(Relative velocity coordinates, RVCs), 设计了多移动机器人协调行为优化方法, 该方法可以将多机器人协调行为优化问题转化为线性规划问题, 以实现具有较高实时性的多机器人三维动态目标主动协作观测. 最后, 为了验证所研究方法的可行性与有效性, 进行了三维空间动态目标协作观测仿真实验.
动态目标的多移动机器人主动协作观测方法是指以获取较优的观测结果为目的, 对携带同构/异构观测传感器的多个机器人系统的观测数据进行有效融合并同时对其行为进行协调优化的方法. 本文主要研究了三维环境中的多机器人动态目标主动协作观测的问题. 首先, 以扩展集员估计方法(Extended set-membership filter, ESMF)为基础, 将信息融合过程与算法本身存在的集合运算环节相结合, 提出了一种高精度的多机器人观测信息融合方法. 该方法在保证较高观测精度的同时, 并没有显著增加单机器人扩展集员估计算法的计算量, 因此具有较高的实时性. 此外, 利用最优观测角度的概念, 通过引入相对速度空间(Relative velocity coordinates, RVCs), 设计了多移动机器人协调行为优化方法, 该方法可以将多机器人协调行为优化问题转化为线性规划问题, 以实现具有较高实时性的多机器人三维动态目标主动协作观测. 最后, 为了验证所研究方法的可行性与有效性, 进行了三维空间动态目标协作观测仿真实验.
2010, 36(10): 1454-1459.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.01454
摘要:
基于Takagi-Sugeno模糊模型, 研究了时变时滞非线性模糊系统的滤波器设计方法. 通过构造改进的Lyapunov泛函, 结合自由权矩阵与矩阵解耦方法, 提出模糊H∞滤波器存在充分条件. 此充分条件较已有文献中类似条件具有更低的保守性. 并给出示例说明了所给出方法的有效性.
基于Takagi-Sugeno模糊模型, 研究了时变时滞非线性模糊系统的滤波器设计方法. 通过构造改进的Lyapunov泛函, 结合自由权矩阵与矩阵解耦方法, 提出模糊H∞滤波器存在充分条件. 此充分条件较已有文献中类似条件具有更低的保守性. 并给出示例说明了所给出方法的有效性.
2010, 36(10): 1460-1467.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.01460
摘要:
一般来说, 单输入单输出情形下的Hammerstein系统可以由转移函数来表示, 而对于多输入多输出情形下的系统其输入与输出间的关系难以表示. 本文基于Hammerstein系统的状态空间模型, 研究了其子空间辨识方法. 在开环情形, 对Hammerstein系统给出了在其非线性函数可以由有限基函数线性表示的情形的子空间辨识方法, 及其递推实现. 并且初步分析了这些方法的渐近性质. 针对这一方法, 我们给出了一个数据模拟实例分析方法的优劣.
一般来说, 单输入单输出情形下的Hammerstein系统可以由转移函数来表示, 而对于多输入多输出情形下的系统其输入与输出间的关系难以表示. 本文基于Hammerstein系统的状态空间模型, 研究了其子空间辨识方法. 在开环情形, 对Hammerstein系统给出了在其非线性函数可以由有限基函数线性表示的情形的子空间辨识方法, 及其递推实现. 并且初步分析了这些方法的渐近性质. 针对这一方法, 我们给出了一个数据模拟实例分析方法的优劣.
2010, 36(10): 1468-1476.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.01468
摘要:
视频文本行图像识别的技术难点主要来源于两个方面: 1)粘连字符的切分与识别问题; 2)复杂背景中字符的切分与识别问题. 为了能够同时切分和识别这两种情况中的字符, 提出了一种集成型的字符切分与识别算法. 该集成型算法首先对文本行图像二值化, 基于二值化的文本行图像的水平投影估计文本行高度. 其次根据字符笔划粘连的程度, 基于图像分析或字符识别对二值图像中的宽连通域进行切分. 然后基于字符识别组合连通域得到候选识别结果, 最后根据候选识别结果构造词图, 基于语言模型从词图中选出字符识别结果. 实验表明该集成型算法大大降低了粘连字符及复杂背景中字符的识别错误率.
视频文本行图像识别的技术难点主要来源于两个方面: 1)粘连字符的切分与识别问题; 2)复杂背景中字符的切分与识别问题. 为了能够同时切分和识别这两种情况中的字符, 提出了一种集成型的字符切分与识别算法. 该集成型算法首先对文本行图像二值化, 基于二值化的文本行图像的水平投影估计文本行高度. 其次根据字符笔划粘连的程度, 基于图像分析或字符识别对二值图像中的宽连通域进行切分. 然后基于字符识别组合连通域得到候选识别结果, 最后根据候选识别结果构造词图, 基于语言模型从词图中选出字符识别结果. 实验表明该集成型算法大大降低了粘连字符及复杂背景中字符的识别错误率.
2010, 36(10): 1477-1483.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.01477
摘要:
分别研究了离散奇异时滞系统时滞依赖稳定性分析与镇定问题. 首先给出了一个新的离散奇异时滞系统时滞依赖容许性充分条件. 经过证明, 所提出的方法与现有结论相比, 具有一定的优势. 然后, 运用矩阵理论技巧，设计出状态反馈控制器保证闭环离散奇异时滞系统是容许的. 最后，两个数值例子说明了所用方法的有效性.
分别研究了离散奇异时滞系统时滞依赖稳定性分析与镇定问题. 首先给出了一个新的离散奇异时滞系统时滞依赖容许性充分条件. 经过证明, 所提出的方法与现有结论相比, 具有一定的优势. 然后, 运用矩阵理论技巧，设计出状态反馈控制器保证闭环离散奇异时滞系统是容许的. 最后，两个数值例子说明了所用方法的有效性.
2010, 36(10): 1484-1489.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.01484
摘要:
二分图最大匹配算法是常用的无重叠视域多摄像机目标关联算法, 本文提出了一种基于最小费用流模型的关联算法, 并与前者进行对比. 实验发现前者很大程度上依赖于效用函数的定义, 效用函数存在的偏差导致该算法求解结果不理想. 后者理论上能够估算并修正效用函数的偏差, 得到更优的解. 本文进行了大量仿真实验, 实验表明了本文算法更为鲁棒有效.
二分图最大匹配算法是常用的无重叠视域多摄像机目标关联算法, 本文提出了一种基于最小费用流模型的关联算法, 并与前者进行对比. 实验发现前者很大程度上依赖于效用函数的定义, 效用函数存在的偏差导致该算法求解结果不理想. 后者理论上能够估算并修正效用函数的偏差, 得到更优的解. 本文进行了大量仿真实验, 实验表明了本文算法更为鲁棒有效.
2010, 36(10): 1489-1492.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.01489
摘要:
为了进一步提高基于颜色直方图的图像检索系统工作效率, 本文以人眼视觉感知特性为基础, 结合局部图像相关性, 提出了一种基于视觉权值的分块颜色直方图图像检索新方法. 该方法首先对图像进行分块处理, 并计算出图像子块的颜色直方图; 然后结合反映局部区域变化的像素点颜色复杂度, 计算出图像子块的视觉权值; 最后利用视觉权值对子块颜色直方图进行加权处理, 并根据加权颜色直方图进行图像检索. 仿真实验结果表明, 本文算法能够准确和高效地查找出用户所需内容的彩色图像, 并且具有较好的查准率和查全率.
为了进一步提高基于颜色直方图的图像检索系统工作效率, 本文以人眼视觉感知特性为基础, 结合局部图像相关性, 提出了一种基于视觉权值的分块颜色直方图图像检索新方法. 该方法首先对图像进行分块处理, 并计算出图像子块的颜色直方图; 然后结合反映局部区域变化的像素点颜色复杂度, 计算出图像子块的视觉权值; 最后利用视觉权值对子块颜色直方图进行加权处理, 并根据加权颜色直方图进行图像检索. 仿真实验结果表明, 本文算法能够准确和高效地查找出用户所需内容的彩色图像, 并且具有较好的查准率和查全率.
