1 华北电力大学计算机系，河北 保定 071003
2 河北省能源电力知识计算重点实验室，河北 保定 071003
针对现有三维点云语义分割算法对点间密度信息以及空间位置特征利用不充分的问题，提出一种基于密度感知和自注意力机制的三维点云语义分割算法。首先，基于自适应K近邻（KNN）算法和局部密度位置编码构建密度感知卷积模块，从而有效地提取点间关键密度信息，加强初始输入特征的信息表达深度，提升算法捕获局部特征的能力。然后，构建空间特征自注意力模块，基于自注意力和空间注意力机制强化全局上下文信息和空间位置信息的关联性，对全局特征和局部特征进行有效聚合，从而提取更深层次的上下文特征，有效提升算法的分割性能。最后，在公开的S3DIS数据集和ScanNet数据集上进行了大量实验。实验结果表明，算法的平均交并比分别达到了69.11%和72.52%，与其他算法相比有明显提升，验证了所提算法有着良好的分割性能和泛化性能。
三维点云 语义分割 密度信息 注意力机制 密度位置编码 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0811004
1 南京理工大学自动化学院, 江苏南京 210094
2 南京信息工程大学电子与信息工程学院, 江苏南京 210044
3 南京熊猫信息产业有限公司, 江苏南京 210038
现有的人群计数方法不能够完全适用于轨道交通场景中, 为此, 提出一种基于卷积神经网络的人群计数模型。模型采用 VGG16作为前端网络提取浅层特征, 提出一种基于 Inception结构改进的 M-Inception结构, 结合空洞卷积构成后端网络, 增大感受野, 适应多监控角度下不同尺寸的行人目标; 并提出一种融合行人总数估计损失和密度图损失的加权损失函数。将本文模型与 4种现有模型进行对比实验, 结果表明, 提出的人群计数算法在地铁场景中的平均绝对误差和均方误差仅为 1.46和 2.13, 优于 4种对比模型。考虑到模型的实际应用, 将模型部署到海思嵌入式芯片上, 实测结果表明, 模型可在嵌入式芯片上取得较高的计算速度和准确率, 满足实际应用场景的需求。
人群计数 地铁场景 空洞卷积 嵌入式实现 crowd counting subway scene dilated convolution embedded implementation 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(7): 934
1 中国科学院微电子研究所，北京 100029
2 中国科学院大学，北京 100049
3 湖州市特种设备检测研究院，浙江 湖州 313000
由于鱼眼图像存在几何畸变，导致现有的基于鱼眼图像的行人检测算法存在着检测准确率低以及后处理计算复杂度高的问题。针对上述问题，提出了一种使用旋转边界框的行人检测算法。首先，算法采用无锚框网络结构，使用中心热图预测边界框的中心点，在后处理筛选边界框时无需进行非极大值抑制，避免了旋转框之间交并比计算的引入；其次，设计具有角度和尺度自适应的高斯核函数，用于拟合畸变行人的中心分布，大幅减少了背景特征的干扰，并且平衡了具有不同成像大小的行人在边界框回归过程中的差异；最后，设计角度交并比损失，同时结合交并比损失以及旋转框参数的Ln范数损失，并通过指示函数改善角度正则项与交并比损失回归不一致的问题。在公开数据集上对算法进行了验证，实验结果表明，算法的平均mAP为51.33%，取得了目前最佳的检测结果，检测帧率达到49 fps，与带锚框的检测算法相比，提升了139%，综合性能优于现有的基于鱼眼图像的行人检测算法。
鱼眼图像 行人检测 无锚框 旋转高斯核 角度交并比 Fisheye images Person detection Anchor-free Rotated Gaussian kernel AIoU 光子学报
2021, 50(10): 1010003
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院量子光学重点实验室，上海 201800
分布式光纤声波传感（DAS）技术以独特的动态在线监测、大范围密集测量、方便布设免维护等优势，获得了周界安防、结构健康、交通运输、油气勘探、海洋水声等多领域专家学者的广泛关注。同时，DAS技术可以方便地通过标准通信光缆或专用光缆形成大规模探测阵列，满足地球物理与自然灾害预测等领域的地震波检测需求，有望得到更广泛的应用。以新兴的地震波检测应用为切入点，结合调研情况，对DAS技术的基本传感原理、技术发展历程、地震波应用进展等进行论述，并分析DAS在地震波检测方向所面临的关键技术难题和未来发展趋势。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306006
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
多芯光纤中有多个独立并行的空间信道,利用其实现空间分集,以解决基于传统单模光纤的分布式光纤声波传感系统所面临的信号衰落和信噪比受限问题。通过扇入扇出模块,在多芯光纤的其中四个纤芯中进行信号的独立传输和分集探测,并采用相干合并技术对多路信号进行有效合并。实验结果表明,外部扰动信号得到了很好的重构,信号衰落被抑制,系统的底噪较优化后单模光纤系统降低了5.2 dB。传感器表现出高水平的性能,带宽可达10 kHz,最低底噪达-85 dB。
光纤光学 多芯光纤 分布式声波传感 底噪
上海大学微电子研究与开发中心, 上海 200444
为解决现有去雾算法中存在的透射率过估计、天空区域颜色失真、实时性差等问题,提出了一种基于金字塔模型的快速高效实时视频去雾算法。采用金字塔向下采样获取缩小后的图像,引入伪去雾图像与暗原色置信度作为修正因子,获取缩小图像的粗透射率;然后将缩小图像还原至初始尺寸,利用联合双边滤波对纹理进行细化;最后结合大气光散射模型及帧间视频去雾理论复原降质视频。实验结果表明,该算法的去雾效果彻底,可对多种场景进行有效去雾。相比其他算法,本算法的峰值信噪比和平均结构相似性分别提高了20.153%和14.056%,且处理快速、运行稳定,可用于实时视频去雾。
暗原色先验理论 金字塔向下采样 伪去雾图像 暗原色置信度 联合双边滤波 激光与光电子学进展
2020, 57(14): 141008
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
基于相干瑞利散射的分布式光纤声波传感(DAS)技术可以实时获取光纤沿线各位置的振动和声场信息,具有传感范围大、时空精度高等独特优势,近年来得到了多个领域研究学者的广泛关注。论述了DAS的基本传感机理,概述了相干衰落抑制、响应带宽与空间分辨率提升等关键科学技术问题的研究进展,介绍了DAS在安防、铁路等领域的应用进展,并针对DAS技术未来可能的发展方向进行了评述与展望。
散射 相干瑞利散射 相敏光时域反射计 光纤传感 分布式光纤声波传感 激光与光电子学进展
2020, 57(5): 050001
1 杭州电子科技大学电子信息学院, 浙江 杭州 310018
2 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
3 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
针对相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)信号处理复杂、计算量大、实时性要求高的特点,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)异构加速计算技术的Φ-OTDR实时信号处理系统。对外差探测式Φ-OTDR信号处理流程进行分析与分解,提出基于FPGA的滑动窗数据帧分割、多通道并行快速傅里叶变换(FFT)计算、频域滤波、短时能量求和等一系列加速计算方法。该系统最终实现在40 km光纤传感距离、2 kHz重复频率与1 m采样间隔下的长时间、实时扰动信号解调与显示,并且具有80%的帧重叠率。该FPGA系统作为异构加速器,能够减轻计算机数据处理压力,保证传感系统高重复频率下的运算实时性,为系统可靠性和稳定性提供了有效保障。
光计算 并行处理 异构加速计算 相位敏感光时域反射计 现场可编程门阵列 短时能量
1 上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室培育基地, 上海 200444
2 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
3 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
提出一种新型的基于内调制啁啾脉冲的高信噪比(SNR)直接探测型相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)。通过理论分析可得,利用啁啾脉冲的方法并通过提高受激布里渊阈值可提高注入光能量,提高探测信号中的直流分量可使信号与噪声分离,进而提升SNR。提出一种φ-OTDR系统信噪比的综合评判方法,对SNR的统计特性进行分析。同时,开展了基于分布式反馈激光器的内调制直接探测型φ-OTDR系统实验研究,利用可调谐滤波器对内调制产生的频率啁啾范围进行控制,经对比实验验证,可得所提系统与传统φ-OTDR系统的信噪比期望相当,分布方差更小,测量可靠度更高的结论。此外,该系统还具有成本低、结构简单等优点,实际应用时可以利用光纤布拉格光栅代替可调谐滤波器,提升其应用的灵活性,为工程应用提供新的解决方案。
光通信 相位敏感光时域反射计 内调制 啁啾脉冲 信噪比 低成本
中国工程物理研究院电子工程研究所，四川 绵阳 621999
介绍了一种太赫兹站开式大视角三维成像雷达系统。系统可用于人体隐藏危险品的成像检测，采用二维非均匀逐点扫描的工作方式，视场范围达到0.6 m×1 m，成像速度达到2 s。系统工作于0.34 THz，采用直径450 mm椭球镜聚焦，在5.8 m的成像距离实现了2 cm的方位分辨力。为了改善回波动态范围，采用相位噪声相消的系统结构。系统采用调频连续波(FMCW)雷达线性调频信号作为工作波形，工作带宽达到12 GHz。成像结果显示，系统校正后的距离分辨力可达到2 cm，能够实现隐藏危险品的有效检测。
站开式成像 太赫兹成像 视场 线性度校正 standoff imaging terahertz imaging field of view nonlinearity calibration 太赫兹科学与电子信息学报
2018, 16(5): 757
