1 武汉大学 电子信息学院，湖北 武汉 430072
2 中国空间技术研究院，北京 100098
3 武汉量子技术研究院，湖北 武汉 430010
硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）具有极高的探测灵敏度和响应速度，且在多光子条件下具有较高的动态范围以及线性响应的特性，在光子计数激光雷达应用中有独特的优势。然而，由于SiPM多像元、单时间通道的工作模式，其输出电压信号相较于其他单光子探测器更大概率出现脉冲堆叠现象，不同鉴别阈值条件下的SiPM探测过程更为复杂。针对该问题，本文建立了SiPM光子事件响应模型，以此为基础分析了由脉冲堆叠引发的屏蔽效应和触发效应两种特殊情况的时域分布，最终建立了SiPM半解析的探测概率与虚警概率模型。同时，搭建了基于SiPM探测器的光子计数雷达系统，通过观察实测输出电压波形以及光子点云分布与理论模型相符（R2>0.95）。通过查全率与查准率对不同鉴别阈值的SiPM光子点云分布进行定量评价，并给出最优鉴别阈值区间，这对基于SiPM的光子计数激光雷达系统硬件参数的优化设计以及探测性能的定量分析具有重要的指导意义。
硅光电倍增管 脉冲堆叠 鉴别阈值 探测概率模型 photomultiplier tubes pulse pile up discrimination threshold detection probability model
南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
针对现有散射光线追迹概率模型方案受限于解析解难以获取的问题，提出利用拒绝采样法设计基于双向反射分布函数（BRDF）的散射光线追迹概率模型，通过设置检验条件规避了积分求解过程，进而筛选出有效角度坐标，实现散射光线追迹，该方案具有适用范围广的优势。对于具有平移不变性的BRDF模型，进一步提出对称采样方案，通过将采样区域减半后再镜像提升速率。设置表面属性、入射角与追迹光线数量等仿真条件相同，编制了本文方案的仿真程序，对不同光机结构材料进行建模仿真后从重复性和精确度方面与LightTools软件运算结果作对比验证，基于拒绝采样法编制程序的仿真结果可以与软件模型结果相媲美。最后对软件中未包含的BRDF模型进行建模仿真以进一步验证上述方案的普适性。
测量 双向反射分布函数 光线追迹 拒绝采样法 蒙特卡罗法 概率模型
1 武汉大学 电子信息学院，湖北 武汉 430072
2 中国空间技术研究院，北京 100098
3 武汉量子技术研究院，湖北 武汉 430010
光电倍增管（Photomultiplier Tubes，PMT）具有光子级别的灵敏度，而且没有物理意义上的死区时间，在光子计数雷达应用中有独有的优势，但PMT响应单光子输出脉冲高度呈高斯随机分布，且不同脉冲之间还有可能产生堆叠，传统的单光子模型不能准确描述PMT的光子探测过程。针对PMT输出脉冲高度随机分布，脉冲堆叠现象和光子事件鉴别阈值的设置对光子事件探测概率的影响提出了一个新的PMT光子探测模型，并根据实际应用场景进行了简化，通过蒙特卡洛仿真验证了简化模型的适用性。搭建了光子计数雷达系统，通过和盖革模式APD进行实验对比，发现PMT光子探测模型虽然有略微的探测概率损失，但在测距应用中具有更小行走误差和更高测距精确度。实验也证明了新模型相比于传统单光子探测模型更符合PMT的光子事件探测概率分布，新模型对基于PMT光子计数雷达的系统设计和理论分析具有重要的指导意义。
光电倍增管 脉冲堆叠 脉冲高度分布 探测概率模型 photomultiplier tubes pulse pile up pulse height distribution detection probability model
1 中国科学院福建物质结构研究所, 福建 福州 350002
2 中北大学大数据学院, 山西 太原 030051
3 山东理工大学电气与电子工程学院, 山东 淄博 255049
在互补学习实时跟踪算法(Staple)中,方向梯度直方图(HOG)特征与颜色直方图采用的融合系数均为固定值0.3,在不同特征下相融时易造成目标丢失的问题。基于此,提出一种基于目标概率模型的自适应融合互补学习实时跟踪算法(amStaple),该算法使用分段函数得出自适应融合系数。分别在OTB-2013与OTB-100基准视频集上对所提算法进行实验测试,最终的实验结果显示,本文算法极大地提升了跟踪器性能,与Staple相比,在两个基准数据集上其精度分别高出6.52%与3.32%,成功率分别高出4.89%与3.11%。本文算法较为简单,且在与同时期优秀算法的定性与定量比较中表现较优。为解决本文提出的算法在基准视频部分属性上表现欠佳的问题,在本文算法的基础上增加判定条件,提出了amStaple1算法。
机器视觉 视觉跟踪 概率模型 融合系数 分段函数 激光与光电子学进展
2019, 56(16): 161505
针对尺度变化、目标形变、背景混乱及相似等导致的相关滤波跟踪算法模型漂移的问题，本文提出了一种基于背景抑制和前景抗干扰策略的多尺度相关滤波跟踪算法。前者应用自适应高斯窗和颜色概率模型，以解决背景混乱及相似问题；后者采用自适应密集采样和颜色概率模型，以抑制尺度变化和目标形变等干扰。最后，构建一维尺度滤波器实现对目标尺度的精确估计。在 OTB-50数据集下的对比实验表明，本文算法取得了 79.2%的精确度和 65.5%的成功率，优于现有的主流相关滤波跟踪算法，在 11种常见的干扰下性能亦为最优，展示出较高的跟踪精度和较强的鲁棒性。
目标跟踪 相关滤波 自适应密集采样 颜色概率模型 target tracking correlation filter self-adaption dense sampling color probability model
天津大学电气自动化与信息工程学院, 天津 300072
组织病理图像的自动分类是医学图像处理领域的重要问题,有效特征提取方法是实现准确诊断的关键。为了实现组织病理图像的特征表示,提出一种基于专家乘积系统(PoE)的特征提取算法,利用最大似然和蒙特卡罗随机采样方法训练对应不同图像类别的PoE模型,将图像样本在所有模型下的响应相连作为其特征向量。根据训练图像样本的特征向量建立支持向量机分类模型。实验测试了宾夕法尼亚州立大学诊断实验室公开的组织病理图像数据库中的肾、肺和脾的健康及患病器官的组织病理图像,结果显示,所提算法在3种器官图像分类中均具有较高的准确性。
图像处理 特征提取 专家乘积系统 概率模型 激光与光电子学进展
2018, 55(2): 021008
1 中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室,天津 300300
2 中国民航大学适航学院,天津 300300
民机平视显示系统(HUD)作为安全关键系统,由于其高度复杂且与其他机载系统结合使用,使得传统系统安全性评估方法难以满足定量安全性分析需求。因此,需要开发基于形式化模型的安全性评估(MBSA)方法,在明确概率模型检验原理及系统高层建模规范基础上,研究平显系统概率模型分层建模方法,建立平显系统概率模型,并描述系统定量安全性属性,展开自动概率模型检验,得出定量安全性分析结论,提高安全性分析效率与运算结果精确度。
平视显示器 民机 概率模型检验 形式化模型 定量分析 安全性 head-up display civil aircraft probability model check formalized model quantitative analysis safety
1 广东省计划生育科学技术研究所生殖科, 广东 广州 510600
2 中南大学湘雅医学院生殖与干细胞工程研究所, 湖南 长沙 410081
根据精子库供精生育子代婚配过程的系统性分析, 采用大样本理论建立了供精导致近亲婚育概率模型与统计分析方法, 利用蒙特卡洛模拟验证了该模型与方法的有效性, 即: 通过估计供精者子代数量及其生活区域人口规模, 可计算供精导致近亲婚育的最大风险概率, 并分析出主要影响因素, 为分区域设置精子库和评估单个捐精者最大供精数的伦理风险提供新方法。
辅助生殖技术 近亲婚配 风险性评估 概率模型 assisted reproductive technology consanguineous marriage risk assessment probability model
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对视频监控的特点与跟踪目标的强机动性,提出了一种新的基于概率模型的目标跟踪框架,从目标表观模型、系统动态模型以及系统观测模型3个方面对当前标准的粒子滤波目标跟踪方法进行了改进.首先,考虑人眼细胞的分布特点,基于人眼分布结构建立目标表观模型来提高跟踪系统抵抗局部遮挡的能力;然后,建立基于自适应目标运动的系统动态模型,提高跟踪算法对快速机动目标的鲁棒性;最后,采用实时更新的系统观测模型,有效避免目标在遇到遮挡、光照变化、剧烈变形等情况下发生的跟踪漂移现象.实验结果表明,本文算法的正确跟踪率可达98%;平均跟踪误差小于6个像元.实验证明本文算法在保证系统跟踪精度要求的同时,具有计算量小、抗干扰能力强等特点.
视频监控 概率模型 目标跟踪 表观模型 实时更新 video surveillance probabilistic model target tracking appearance model online update
1 洛阳理工学院 计算机与信息工程学院， 河南 洛阳471023
2 广州大学 计算机与软件教育学院，广州510006
为了更好地解决无线传感器网络在覆盖过程中出现大量冗余信息及节点能量消耗不均衡等现象，提出了一种节点能量均衡的最优覆盖算法。该算法利用监测区域内传感器节点与目标节点的从属关系建立网络模型，给出传感器节点与目标节点之间的从属关系；通过从属关系和概率理论，求解传感器节点对目标节点的覆盖期望值，然后计算出覆盖监测区域所需最少传感器节点数量。实验结果表明，该算法不仅可以使用最少传感器节点完成对监测区域的有效覆盖，而且抵制了冗余信息数据的产生，提高了网络生存周期。
无线传感器网络 概率模型 覆盖率 网络生存周期 WSN probability model coverage rate network lifecycle
