融合多尺度特征与全局上下文信息的X光违禁物品检测

目的 X光图像违禁物品检测一直是安检领域的一个基础问题,安检违禁物品形式各异,尺度变化大,以及透视性导致大量物体堆放时出现重叠遮挡现象,传统图像处理模型很容易出现漏检误检,召回率低。针对以上问题,提出一种融合多尺度特征与全局上下文信息的特征增强融合网络（feature enhancement fusion network,FEFNet）用于X光违禁物品检测。方法 首先针对特征主干网络darknet53,加入空间坐标的注意力机制,将位置信息嵌入到通道注意力中,分别沿两个空间方向聚合特征,增强特征提取器对违禁目标的特征提取能力,抑制背景噪声干扰。然后,将特征提取主干网络输出的特征编码为1维向量,利用自监督二阶融合获取特征空间像素相关性矩阵,进而获取完整的全局上下文信息,为视觉遮挡区域提供全局信息指导。针对违禁物品尺度不一的问题,提出多尺度特征金字塔融合模块,增加一层小感受野预测特征用于提高对小尺度违禁目标的检测能力。最后,通过融合全局上下文特征信息和局部多尺度细节特征解决违禁物品之间的视觉遮挡问题。结果 在SIXRay-Lite （security inspection X-ray）数据集上进行训练和验证,并与SSD （single shot detection）、Faster R-CNN、RetinaNet、YOLOv5（you only look once）和ACMNet （asymmetrical convolution multi-view neural network）模型进行了对比实验。结果表明,本文模型在SIXray-Lite数据集上的mAP （mean average precision）达到85.64%,特征增强融合模块和多尺度特征金字塔融合模块较原有模型分别提升了6.73%和5.93%,总体检测精度较原有检测网络提升了11.24%。结论 提出的特征增强融合检测模型能够更好地提取显著差异特征,降低背景噪声干扰,提高对多尺度以及小型违禁物品的检测能力。同时利用全局上下文特征信息和多尺度局部特征相结合,有效地缓解了违禁物品之间的视觉遮挡现象,在保证实时性的同时有效地提高了模型的整体检测精度。     

多源特征自适应融合网络的高分遥感影像语义分割

目的 在高分辨率遥感影像语义分割任务中,仅利用可见光图像很难区分光谱特征相似的区域(如草坪和树、道路和建筑物),高程信息的引入可以显著改善分类结果。然而,可见光图像与高程数据的特征分布差异较大,简单的级联或相加的融合方式不能有效处理两种模态融合时的噪声,使得融合效果不佳。因此如何有效地融合多模态特征成为遥感语义分割的关键问题。针对这一问题,本文提出了一个多源特征自适应融合模型。方法 通过像素的目标类别以及上下文信息动态融合模态特征,减弱融合噪声影响,有效利用多模态数据的互补信息。该模型主要包含3个部分：双编码器负责提取光谱和高程模态的特征;模态自适应融合模块协同处理多模态特征,依据像素的目标类别以及上下文信息动态地利用高程信息强化光谱特征,使得网络可以针对特定的对象类别或者特定的空间位置来选择特定模态网络的特征信息;全局上下文聚合模块,从空间和通道角度进行全局上下文建模以获得更丰富的特征表示。结果 对实验结果进行定性、定量相结合的评价。定性结果中,本文算法获取的分割结果更加精细化。定量结果中,在ISPRS (International Society for Photogrammetry and Remote Sensing) Vaihingen和GID (Gaofen Image Dataset)数据集上对本文模型进行评估,分别达到了90.77%、82.1%的总体精度。与DeepLab V3+、PSPNet (pyramid scene parsing network)等算法相比,本文算法明显更优。结论 实验结果表明,本文提出的多源特征自适应融合网络可以有效地进行模态特征融合,更加高效地建模全局上下文关系,可以广泛应用于遥感领域。     

DeepLabv3plus-IRCNet：小目标特征提取的图像语义分割

目的 为了解决经典卷积神经网络无法满足图像中极小目标特征提取的准确性需求问题,本文基于DeepLabv3plus算法,在下采样过程中引入特征图切分模块,提出了DeepLabv3plus-IRCNet（IR为倒置残差（inverted residual,C为特征图切分（feature map cut））图像语义分割方法,支撑图像极小目标的特征提取。方法 采用由普通卷积层和多个使用深度可分离卷积的倒置残差模块串联组成的深度卷积神经网络提取特征,当特征图分辨率降低到输入图像的1/16时,引入特征图切分模块,将各个切分特征图分别放大,通过参数共享的方式提取特征。然后,将每个输出的特征图进行对应位置拼接,与解码阶段放大到相同尺寸的特征图进行融合,提高模型对小目标物体特征的提取能力。结果 本文方法引入特征图切分模块,提高了模型对小目标物体的关注,充分考虑了图像上下文信息,对多个尺度下的各个中间层特征进行融合,提高了图像分割精度。为验证方法的有效性,使用CamVid（Cambridge-driving labeled video database）数据集对提出的方法进行验证,平均交并比（mean intersection over union,mIoU）相对于DeepLabv3plus模型有所提升。验证结果表明了本文方法的有效性。结论 本文方法充分考虑了图像分割中小目标物体的关注度,提出的DeepLabv3plus-IRCNet模型提升了图像分割精度。     

RGB-D图像中的分步超像素聚合和多模态融合目标检测

目的 受光照变化、拍摄角度、物体数量和物体尺寸等因素的影响,室内场景下多目标检测容易出现准确性和实时性较低的问题。为解决此类问题,本文基于物体的彩色和深度图像组,提出了分步超像素聚合和多模态信息融合的目标识别检测方法。方法 在似物性采样（object proposal）阶段,依据人眼对显著性物体观察时先注意其色彩后判断其空间深度信息的理论,首先对图像进行超像素分割,然后结合颜色信息和深度信息对分割后的像素块分步进行多阈值尺度自适应超像素聚合,得到具有颜色和空间一致性的似物性区域;在物体识别阶段,为实现物体不同信息的充分表达,利用多核学习方法融合所提取的物体颜色、纹理、轮廓、深度多模态特征,将特征融合核输入支持向量机多分类机制中进行学习和分类检测。结果 实验在基于华盛顿大学标准RGB-D数据集和真实场景集上将本文方法与当前主流算法进行对比,得出本文方法整体的检测精度较当前主流算法提升4.7%,运行时间有了大幅度提升。其中分步超像素聚合方法在物体定位性能上优于当前主流似物性采样方法,并且在相同召回率下采样窗口数量约为其他算法的1/4;多信息融合在目标识别阶段优于单个特征和简单的颜色、深度特征融合方法。结论 结果表明在基于多特征的目标检测过程中本文方法能够有效利用物体彩色和深度信息进行目标定位和识别,对提高物体检测精度和检测效率具有重要作用。     

面向非对称特征注意力和特征融合的太赫兹图像检测

目的 太赫兹由于穿透性强、对人体无害等特性在安检领域中得到了广泛关注。太赫兹图像中目标尺寸较小、特征有限,且图像分辨率低,目标边缘信息模糊,目标信息容易和背景信息混淆,为太赫兹图像检测带来了一定困难。方法 本文在YOLO (you only look once)算法的基础上提出了一种融合非对称特征注意力和特征融合的目标检测网络AFA-YOLO (asymmetric feature attention-YOLO)。在特征提取网络CSPDarkNet53(cross stage paritial DarkNet53)中设计了非对称特征注意力模块。该模块在浅层网络中采用非对称卷积强化了网络的特征提取能力,帮助网络模型在目标特征有限的太赫兹图像中提取到更有效的目标信息;使用通道注意力和空间注意力机制使网络更加关注图像中目标的重要信息,抑制与目标无关的背景信息;AFA-YOLO通过增加网络中低层到高层的信息传输路径对高层特征进行特征融合,充分利用到低层高分辨率特征进行小目标的检测。结果 本文在太赫兹数据集上进行了相关实验,相比原YOLOv4算法,AFA-YOLO对phone的检测精度为81.15%,提升了4.12%,knife的检测精度为83.06%,提升了3.72%。模型平均精度均值(mean average precision,mAP)为82.36%,提升了3.92%,漏警率(missing alarm,MA)为12.78%,降低了2.65%,帧率为32.26帧/s,降低了4.06帧/s。同时,本文在太赫兹数据集上对比了不同的检测算法,综合检测速度、检测精度和漏警率,AFA-YOLO优于其他目标检测算法。结论 本文提出的AFA-YOLO算法在保证实时性检测的同时有效提升了太赫兹图像中目标的检测精度并降低了漏警率。     

采用卷积核金字塔和空洞卷积的单阶段目标检测

目的 在基于深度学习的目标检测模型中,浅层特征图包含更多细节但缺乏语义信息,深层特征图则相反,为了利用不同深度特征图的优势,并在此基础上解决检测目标的多尺度问题,本文提出基于卷积核金字塔和空洞卷积的单阶段目标检测模型。方法 所提模型采用多种方式融合特征信息,先使用逐像素相加方式融合多层不同大小的特征图信息,然后在通道维度拼接不同阶段的特征图,形成具有丰富语义信息和细节信息的信息融合特征层作为模型的预测层。模型在锚框机制中引入卷积核金字塔结构,以解决检测目标的多尺度问题,采用空洞卷积减少大尺寸卷积核增加的参数量,合理地降低锚框数量。结果 实验结果表明,在PASCAL VOC2007测试数据集上,所提检测框架在300×300像素的输入上检测精度达到79.3% mAP（mean average precision）,比SSD（single shot multibox detector）高1.8%,比DSSD（deconvolutional single shot detector）高0.9%。在UCAS-AOD遥感数据测试集上,所提模型的检测精度分别比SSD和DSSD高2.8%和1.9%。在检测速度上,所提模型在Titan X GPU上达到21帧/s,速度超过DSSD。结论 本文模型提出在两个阶段融合特征信息并改进锚框机制,不仅具有较快的检测速度和较高的精度,而且较好地解决了小目标以及重叠目标难以被检出的问题。     

多特征融合的复杂环境海洋涡旋识别

目的 海洋涡旋识别研究已成为物理海洋领域的研究热点之一。传统的海洋涡旋识别算法多是基于物理参数法、流场几何特征法以及两种方法的混合,通过设置统一的阈值对海洋涡旋进行识别。在特定环境的海域中,传统算法的识别效果较好。但引起海洋涡旋生成的环境复杂多变且具有快速运动的特性,导致其具有快速连续变化的特点,依赖专家经验进行单一阈值设置的方法存在显著的主观性和不确定性,通常会导致海洋涡旋的漏判和错判,缺乏通用性。针对以上问题,为构建具有泛化能力的海洋涡旋自动识别方法,兼顾考虑海洋涡旋的全局和局部特征,提出一种复杂环境下海洋涡旋多特征融合识别方法。方法 首先通过数据预处理对数据集进行扩充;其次提取海洋涡旋的纹理特征（GLCM）、傅里叶描述子（FD）和Harris角点特征;接着将提取的GLCM特征进行均值化,并通过主成分分析法（PCA）对FD描述子和Harris角点特征进行降维;然后将处理后的特征向量进行串行融合;最后通过分类器完成对海洋涡旋的识别。结果 实验结果表明,提出的多特征融合方法的识别率高于单一特征方法的识别率,采用DT分类算法的识别精度最高,达86.904 5%;本文方法中采用PCA降维能有效提高识别精度,FD特征经PCA降维后,识别精度从83.906 0%提高到86.904 5%,Harris特征经PCA降维后,识别精度从84.009 7%提高到85.354 7%;且对于形态多样的海洋涡旋具有良好的鲁棒性。结论 本文融合了基于SAR影像海洋涡旋的3种特征信息,包括GLCM、FD和Harris角点特征,有效克服了阈值选取以及单一特征的不足,提高了基于SAR影像海洋涡旋的识别率,本文方法适用于复杂环境下的海洋涡旋识别。     

注意力机制改进轻量SSD模型的海面小目标检测

目的 海面目标检测图像中的小目标数量居多,而基于深度学习的目标检测方法通常针对通用目标数据集设计检测模型,对图像中的小目标检测效果并不理想。使用一般目标检测模型检测海面目标图像的特征时,通常会出现小目标漏检情况,而一些特定的小目标检测模型对海面目标的检测效果还有待验证。为此,在标准的SSD(single shot multiBox detector)目标检测模型基础上,结合Xception深度可分卷积,提出一种轻量SSD模型用于海面目标检测。方法 在标准的SSD目标检测模型基础上,使用基于Xception网络的深度可分卷积特征提取网络替换VGG-16(Visual Geometry Group network-16)骨干网络,通过控制变量来对比不同网络的检测效果;在特征提取网络中的exit flow层和Conv1层引入轻量级注意力机制模块来提高检测精度,并与在其他层引入轻量级注意力机制模块的模型进行检测效果对比;使用注意力机制改进的轻量SSD目标检测模型和其他几种模型分别对海面目标检测数据集中的小目标和正常目标进行测试。结果 为证明本文模型的有效性,进行了多组对比实验。实验结果表明,模型轻量化导致特征表达能力降低,从而影响检测精度。相对于标准的SSD目标检测模型,本文模型在参数量降低16.26%、浮点运算量降低15.65%的情况下,浮标的平均检测精度提高了1.1%,漏检率减小了3%,平均精度均值(mean average precision,mAP)提高了0.51%,同时,保证了船的平均检测精度,并保证其漏检率不升高,在对数据集中的小目标进行测试时,本文模型也表现出较好的检测效果。结论 本文提出的海面小目标检测模型,能够在压缩模型的同时,保证模型的检测速度和检测精度,达到网络轻量化的效果,并且降低了小目标的漏检率,可以有效实现对海面小目标的检测。     

融合非临近跳连与多尺度残差结构的小目标车辆检测

目的 基于深度卷积神经网络的目标检测模型易受复杂环境（遮挡、光照、远距离、小目标等）影响导致漏检、误检和目标轮廓特征模糊的问题，现有模型难以直接泛化到航拍场景下的小目标检测任务。为有效解决上述问题，提出一种融合非临近跳连与多尺度残差结构的小目标车辆检测算法（non-adjacent hop network you only look once version 5s multi-scale residual edge contour feature extraction strategy，NHN-YOLOv5s-MREFE）。方法 首先，设计4种不同尺度的检测层，根据自身感受野大小，针对性地负责不同尺寸车辆的检测。其次，借鉴DenseNet密集跳连的思想，构建一种非临近跳连特征金字塔结构（non-adjacent hop network，NHN），通过跳连相加策略，在强化非临近层次信息交互的同时融合更多未被影响的原始信息，解决位置信息在传递过程中被逐渐稀释的问题，有效降低了模型的误检率。然后，以减少特征丢失为前提，引入反卷积和并行策略，通过参数学习实现像素填充和突破每1维度信息量的方式扩充小目标细节信息。接着，设计一种多尺度残差边缘轮廓特征提取策略（multi-scale residual edge contour feature extraction strategy，MREFE），遵循特征逐渐细化的原则，构建多尺度残差结构，采用双分支并行的方法捕获不同层级的多尺度信息，通过多尺度下的高语义信息与初始浅层信息的逐像素作差实现图像边缘特征提取，进而辅助网络模型完成目标分类。最后，采用K-Means++算法使聚类中心分散化，促使结果达到全局最优，加速模型收敛。结果 实验结果表明，非临近跳连的特征金字塔与多尺度残差结构的多模态融合策略，在提升模型运行效率，降低模型计算资源消耗的同时，有效提升了小目标检测的准确性和鲁棒性。通过多场景、多时段、多角度的样本数据增强，强化了模型在不同场景下的泛化能力。最后，在十字路口、沿途车道双场景下包含多种车辆类型的航拍图像数据集上，对比分析4种主流的目标检测方法，本文算法的综合性能最优。相较于基准模型（YOLOv5s），精确率、召回率和平均精度均值分别提升了13.7%、1.6%和8.1%。结论 本文算法可以较好地平衡检测速度与精度，以增加极小的参数量为代价，显著地提升了检测精度，并能够自适应复杂的交通环境，满足航拍场景下小目标车辆检测的实时性需求，在交通流量、密度等参数的测量和统计，车辆定位与跟踪等场景下有较高的应用价值。     

双向特征融合的数据自适应SAR图像舰船目标检测模型

目的 利用合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）图像进行舰船目标检测是实施海洋监视的重要手段。基于深度学习的目标检测模型在自然图像目标检测任务中取得了巨大成功,但由于自然图像与SAR图像的差异,不能将其直接迁移到SAR图像目标检测中。针对SAR图像目标检测实际应用中对速度和精度的需求,借鉴经典的单阶段目标检测模型（single shot detector,SSD）框架,提出一种基于特征优化的轻量化SAR图像舰船目标检测网络。方法 改进模型并精简网络结构,提出一种数据驱动的目标分布聚类算法,学习SAR数据集的目标尺度、长宽比分布特性,用于网络参数设定;对卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）提取的特征进行优化,提出一种双向高低层特征融合机制,将高层特征的语义信息通过语义聚合模块加成到低层特征中,在低层特征中提取特征平均图,处理后作为高层特征的注意力权重图对高层特征进行逐像素加权,将低层特征丰富的空间信息融入到高层特征中。结果 利用公开的SAR舰船目标检测数据集（SAR ship detection dataset,SSDD）进行实验,与原始的SSD模型相比,轻量化结构设计在不损失检测精度的前提下,样本测试时间仅为SSD的65%;双向特征融合机制将平均精确度（average precision,AP）值由77.93%提升至80.13%,训练和测试时间分别为SSD的64.1%和72.6%;与公开的基于深度学习的SAR舰船目标检测方法相比,本文方法在速度和精度上都取得了最佳性能,AP值较精度次优模型提升了1.23%,训练和测试时间较精度次优模型分别提升了559.34 ms和175.35 ms。结论 实验充分验证了本文所提模型的有效性,本文模型兼具检测速度与精度优势,具有很强的实用性。     

European Community policy and the market

Abstract This paper starts with some reflections on the policy considerations and priorities which are shaping European Commission (EC) research programmes. Then it attempts to position the current projects which seek to capitalise on information and communications technologies for learning in relation to these priorities and the apparent realities of the marketplace. It concludes that while there are grounds to be optimistic about the contribution EC programmes can make to the efficiency and standard of education and training, they are still too technology driven.     

一种自适应子融合集成多分类器方法

融合集成方法已经广泛应用在模式识别领域,然而一些基分类器实时性能稳定性较差,导致多分类器融合性能差,针对上述问题本文提出了一种新的基于多分类器的子融合集成分类器系统。该方法考虑在度量层融合层次之上通过对各类基多分类器进行动态选择,票数最多的类别作为融合系统中对特征向量识别的类别,构成一种新的自适应子融合集成分类器方法。实验表明,该方法比传统的分类器以及分类融合方法识别准确率明显更高,具有更好的鲁棒性。     

Explanation and prediction: an architecture for default and abductive reasoning

Although there are many arguments that logic is an appropriate tool for artificial intelligence, there has been a perceived problem with the monotonicity of classical logic. This paper elaborates on the idea that reasoning should be viewed as theory formation where logic tells us the consequences of our assumptions. The two activities of predicting what is expected to be true and explaining observations are considered in a simple theory formation framework. Properties of each activity are discussed, along with a number of proposals as to what should be predicted or accepted as reasonable explanations. An architecture is proposed to combine explanation and prediction into one coherent framework. Algorithms used to implement the system as well as examples from a running implementation are given.     

Three Process Perspectives: Organizations, Teams, and People

This paper provides the author's personal views and perspectives on software process improvement. Starting with his first work on technology assessment in IBM over 20 years ago, Watts Humphrey describes the process improvement work he has been directly involved in. This includes the development of the early process assessment methods, the original design of the CMM, and the introduction of the Personal Software Process (PSP)^SM and Team Software Process (TSP){^SM}. In addition to describing the original motivation for this work, the author also reviews many of the problems he and his associates encountered and why they solved them the way they did. He also comments on the outstanding issues and likely directions for future work. Finally, this work has built on the experiences and contributions of many people. Mr. Humphrey only describes work that he was personally involved in and he names many of the key contributors. However, so many people have been involved in this work that a full list of the important participants would be impractical.     

基于复小波噪声方差显著修正的SAR图像去噪

提出了一种基于复小波域统计建模与噪声方差估计显著性修正相结合的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)图像斑点噪声滤波方法。该方法首先通过对数变换将乘性噪声模型转化为加性噪声模型,然后对变换后的图像进行双树复小波变换(Dualtree Complex Wavelet Transform,DCWT),并对复数小波系数的统计分布进行建模。在此先验分布的基础上,通过运用贝叶斯估计方法从含噪系数中恢复原始系数,达到滤除噪声的目的。实验结果表明该方法在去除噪声的同时保留了图像的细节信息,取得了很好的降噪效果。     

How do children do mathematics with LOGO?

Abstract  This paper considers some results of a study designed to investigate the kinds of mathematical activity undertaken by children (aged between 8 and 11) as they learned to program in LOGO. A model of learning modes is proposed, which attempts to describe the ways in which children used and acquired understanding of the programming/mathematical concepts involved. The remainder of the paper is concerned with discussing the validity and limitations of the model, and its implications for further research and curriculum development.     

Editorial: Special issue on recent advances in hybrid control theory and applications

正The demands of a rapidly advancing technology for faster and more accurate controllers have always had a strong influence on the progress of automatic control theory.In recent years control problems have been arising with increasing frequency in widely different areas,which cannot be addressed using conventional control techniques.The principal reason for this is the fact that a highly competitive economy is forcing systems to operate in regimes where     

Information for Authors

正Aim The Journals of Zhejiang University-SCIENCE(A/B/C)areedited by the international board of distinguished Chinese andforeign scientists,and are aimed to present the latest devel-opments and achievements in scientific research in China andoverseas to the world’s scientific circles,especially to stimulateand promote academic exchange between Chinese and for-eign scientists everywhere.     

Enhancing a leaf radiative transfer model to estimate concentrations and in vivo specific absorption coefficients of total carotenoids and chlorophylls a and b from single-needle reflectance and transmittance

The relative concentrations of different pigments within a leaf have significant physiological and spectral consequences. Photosynthesis, light use efficiency, mass and energy exchange, and stress response are dependent on relationships among an ensemble of pigments. This ensemble also determines the visible characteristics of a leaf, which can be measured remotely and used to quantify leaf biochemistry and structure. But current remote sensing approaches are limited in their ability to resolve individual pigments. This paper focuses on the incorporation of three pigments—chlorophyll a, chlorophyll b, and total carotenoids—into the LIBERTY leaf radiative transfer model to better understand relationships between leaf biochemical, biophysical, and spectral properties.Pinus ponderosa and Pinus jeffreyi needles were collected from three sites in the California Sierra Nevada. Hemispheric single-leaf visible reflectance and transmittance and concentrations of chlorophylls a and b and total carotenoids of fresh needles were measured. These data were input to the enhanced LIBERTY model to estimate optical and biochemical properties of pine needles. The enhanced model successfully estimated reflectance (RMSE = 0.0255, BIAS = 0.00477, RMS%E = 16.7%), had variable success estimating transmittance (RMSE = 0.0442, BIAS = 0.0294, RMS%E = 181%), and generated very good estimates of carotenoid concentrations (RMSE = 2.48 µg/cm², BIAS = 0.143 µg/cm², RMS%E = 20.4%), good estimates of chlorophyll a concentrations (RMSE = 10.7 µg/cm², BIAS = − 0.992 µg/cm², RMS%E = 21.1%), and fair estimates of chlorophyll b concentrations (RMSE = 7.49 µg/cm², BIAS = − 2.12 µg/cm², RMS%E = 43.7%). Overall root mean squared errors of reflectance, transmittance, and pigment concentration estimates were lower for the three-pigment model than for the single-pigment model. The algorithm to estimate three in vivo specific absorption coefficients is robust, although estimated values are distorted by inconsistencies in model biophysics. The capacity to invert the model from single-leaf reflectance and transmittance was added to the model so it could be coupled with vegetation canopy models to estimate canopy biochemistry from remotely sensed data.     

Mr. Twinn’s bombes

This article discusses the history and design of the special versions of the bombe key-finding machines used by Britain’s Government Code & Cypher School (GC&CS) during World War II to attack the Enigma traffic of the Abwehr (the German military intelligence service). These special bombes were based on the design of their more numerous counterparts used against the traffic of the German armed services, but differed from them in important ways that highlight the adaptability of the British bombe design, and the power and flexibility of the diagonal board. Also discussed are the changes in the Abwehr indicating system that drove the development of these machines, the ingenious ways in which they were used, and some related developments involving the bombes used by the U.S. Navy’s cryptanalytic unit (OP-20-G).