一种适用于古建筑建模的全波形高光谱激光雷达设计与实现 被引量：8

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作者 邵慧 撒贝宁 +5 位作者 李伟 陈育伟 刘璐 陈杰 孙龙 胡玉霞 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第8期187-196,共10页

为了获取古建筑完整的空间结构、历史演进及其健康状态等特征信息,研制了一种全波形的高光谱激光雷达系统(HSL)。该系统同时获得目标的空间三维信息和光谱信息,用于古建筑空间和状态特征的建模。利用超连续谱激光器和声光可调滤波器(AO... 为了获取古建筑完整的空间结构、历史演进及其健康状态等特征信息,研制了一种全波形的高光谱激光雷达系统(HSL)。该系统同时获得目标的空间三维信息和光谱信息,用于古建筑空间和状态特征的建模。利用超连续谱激光器和声光可调滤波器(AOTF)作为发射单元,实现550~1050 nm的连续光谱波长范围内101个光谱通道采样,并利用5 GHz/s高速采集卡完成主波和回波全波形数据采集。设计了静态单点测试和zigzag单点扫描相结合的双模式分步扫描方案,保证三维空间和光谱信息的准确获取。在实验室环境下,对HSL系统反射率稳定性、信噪比以及扫描精度进行了分析测试。利用三维空间和超连续的高光谱信息对古建筑构件样本建模进行验证,并采用随机森林(RF)多分类方法实现不同古建筑构件木种材料的分类。结果表明,HSL系统能够同时获得空间三维信息和连续光谱信息,满足古建筑空间和状态特征建模的信息采集的需求。 展开更多

关键词 古建筑 高光谱激光雷达 全波形 分类

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基于高光谱指数分割的草莓硬度预测与研究 被引量：1

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作者 邵慧 靳培龙 +3 位作者 王程 陈冲 胡玉霞 刘学 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期365-372,共8页

为了快速无损检测草莓硬度,连续5天采集了草莓高光谱数据和硬度信息,提出一种基于高光谱多指数阈值逐层分割的硬度预测方法。首先分析各组分(果肉、霉变果肉、草莓籽和萼片)的光谱反射率差异并确定特征波段,利用特征波段构建新的归一化... 为了快速无损检测草莓硬度,连续5天采集了草莓高光谱数据和硬度信息,提出一种基于高光谱多指数阈值逐层分割的硬度预测方法。首先分析各组分(果肉、霉变果肉、草莓籽和萼片)的光谱反射率差异并确定特征波段,利用特征波段构建新的归一化特征指数,完成分割阈值的确定,采用逐层分割的方法以排除无关部分的干扰;通过连续投影算法、主成分分析法及2次组合降维来降低光谱信息冗余度并提取特征,利用随机森林与偏最小二乘法分别对原始光谱及降维后特征建立回归模型,并确立最佳预测模型;最后利用最佳预测模型对草莓果肉部分进行硬度拟合,得到硬度分布图像,实现了草莓硬度预测结果的直观显示。结果表明,基于2次降维建立的偏最小二乘模型效果最好,测试集和预测集的相关系数分别为0.9101和0.9099,测试集均方根误差为0.1344。该研究为草莓硬度的无损检测和显示提供了参考。 展开更多

关键词 光谱学 指数分割 草莓硬度 降维 硬度重建

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基于高光谱激光雷达的多视角木叶三维重建研究 被引量：1

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作者 曹铮 邵慧 +4 位作者 孙龙 胡玉霞 陈杰 徐恒 陈冲 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期659-670,共12页

高光谱激光雷达(HSL)能实现空间-光谱信息的同步采集,为树木的木叶三维重建提供了可能。利用自研的HSL系统获取不同视角的树木点云数据,进行了多视角下的木叶分离,并根据分离结果完成了的木叶三维重建。针对传统最近邻迭代(ICP)算法严... 高光谱激光雷达(HSL)能实现空间-光谱信息的同步采集,为树木的木叶三维重建提供了可能。利用自研的HSL系统获取不同视角的树木点云数据,进行了多视角下的木叶分离,并根据分离结果完成了的木叶三维重建。针对传统最近邻迭代(ICP)算法严格的点云初始条件需求,提出了改进的点云配准方法。首先,采用快速点特征直方图(FPFH)描述点云的局部特征,然后基于随机抽样一致性(RANSAC)算法实现不同视角点云的粗配准,最后利用ICP算法实现精配准。在选出特征通道的基础上,利用随机森林(RF)和支持向量机(SVM)完成木叶分离,最终完成木叶三维重建。实验表明,在15°和30°的视角差下,提出的改进点云配准方法均达到较好的配准精度,同时基于特征通道选择的RF方法木叶分离准确度分别达到98.17%和98.87%。 展开更多

关键词 遥感 高光谱激光雷达 空间-光谱信息 三维重建

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一种快速的全波形高光谱激光雷达的反射率光谱曲线重建方法

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作者 邵慧 张胡龙 +4 位作者 戴慧 陈育伟 孙龙 徐恒 李幸运 《雷达学报(中英文)》 北大核心 2025年第3期602-615,共14页

全波形高光谱激光雷达(HSL)在获得高精度、高分辨率的空间数据的同时,还能获得目标的光谱信息,可为不同研究和应用领域提供有效和多维的数据。然而,HSL不同波段发射信号强度存在差异,会导致相应回波信号的差异,难以直接利用回波信号来... 全波形高光谱激光雷达(HSL)在获得高精度、高分辨率的空间数据的同时,还能获得目标的光谱信息,可为不同研究和应用领域提供有效和多维的数据。然而,HSL不同波段发射信号强度存在差异,会导致相应回波信号的差异,难以直接利用回波信号来重建目标在不同波段下准确的光学特性(目标的反射率光谱分布曲线)。以往研究通常利用标准漫反射白板法来获取目标的反射率光谱曲线(标准参照板法)。但在某些复杂的检测环境中白板易受污染,且激光器的发射能量会因环境和设备状态的变化出现波动,进而影响计算精度。因此,从全波形信号本身直接提取信息用于反射率光谱曲线重建是一种快捷的途径。基于此,该文提出一种基于HSL全波形数据的回波强度校正方法,用于快速生成目标的反射率光谱曲线。首先,通过理论分析,证明回波与发射波在形状上的相似性。然后,对HSL全波形的发射信号和回波信号进行偏正态高斯函数拟合,计算各波段在理想情况下标准漫反射白板的发射信号与回波信号峰值比值(归一化因子)。最后,通过结合标准漫反射白板的归一化因子与目标的归一化因子来构建目标的反射率光谱分布曲线。为验证方法的有效性,该文将其与基于标准漫反射板计算的反射率光谱曲线进行了对比实验,并进行木叶分离和目标分类实验以评估其适用性。实验结果表明:(1)利用发射信号校正回波强度,可以获得与标准参照板法相似的反射率光谱曲线。并且在不同温度及光照条件下均表现出良好的稳定性;与标准漫反射白板法相比,该方法有效克服了激光器发射能量波动的影响,尤其在HSL长时间工作条件下,显著提升了反射率光谱曲线的测量精度和一致性。(2)在实际应用中,基于该文方法获得的目标反射率光谱曲线能够快速实现木叶分离,且对果树目标分类准确率超过90%。该文方法简化了全波形高光谱激光雷达的回波强度校正流程,可在数据采集过程中实时快速重建目标高光谱信息。 展开更多

关键词 全波形 高光谱激光雷达 强度校正 反射率光谱曲线 归一化因子 发射信号 回波信号 偏正态高斯函数

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轻量型Swin Transformer与多尺度特征融合相结合的人脸表情识别方法

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作者 李艳秋 李胜赵 +1 位作者 孙光灵 颜普 《光电工程》 北大核心 2025年第1期24-37,共14页

针对Swin Transformer模型应用在表情识别上参数量过大、实时性较差和对表情中存在的复杂且微小的表情变化特征捕捉能力有限的问题,提出了一个轻量型Swin Transformer和多尺度特征融合(EMA)模块相结合的人脸表情识别方法。该方法首先利... 针对Swin Transformer模型应用在表情识别上参数量过大、实时性较差和对表情中存在的复杂且微小的表情变化特征捕捉能力有限的问题,提出了一个轻量型Swin Transformer和多尺度特征融合(EMA)模块相结合的人脸表情识别方法。该方法首先利用提出的SPST模块替换掉原Swin Transformer模型第四个stage中的Swin Transformer block模块,来降低模型的参数量,实现模型的轻量化。然后在轻量型模型的第二个stage后嵌入了多尺度特征融合(EMA)模块,通过多尺度特征提取和跨空间信息聚合,有效地增强了模型对人脸表情细节的捕捉能力,从而提高人脸表情识别的准确性和鲁棒性。实验结果表明,所提方法在JAFFE、FERPLUS、RAF-DB和FANE这4个公共数据集上分别达到了97.56%、86.46%、87.29%和70.11%的识别准确率,且相比于原Swin Transformer模型,改进后的模型参数量下降了15.8%,FPS提升了9.6%,在保持模型较低参数量的同时,显著增强了模型的实时性。 展开更多

关键词 表情识别 Swin Transformer SPST模块 EMA模块

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改进RT-DETR的双轮车头盔检测算法

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作者 孙光灵 王薪博 李艳秋 《电子测量与仪器学报》 北大核心 2025年第4期62-73,共12页

针对双轮车头盔检测算法中出现的密集目标,远景小目标等复杂场景下的漏检、误检和检测准确率低的现象,以RT-DETR-r18为基础,提出一种改进的RT-DETR双轮车头盔检测算法。设计了二重跨阶段的多尺度特征融合模块(DcspBlock),将多核初始化模... 针对双轮车头盔检测算法中出现的密集目标,远景小目标等复杂场景下的漏检、误检和检测准确率低的现象,以RT-DETR-r18为基础,提出一种改进的RT-DETR双轮车头盔检测算法。设计了二重跨阶段的多尺度特征融合模块(DcspBlock),将多核初始化模块(PKIBlock)融入到跨阶段模块中,在降低模型参数量的同时,有效增强了网络对远近场景中不同尺度目标的捕获能力;引入了小目标检测模块Decoderhead-p2,有效增强了模型对小型目标的检测准确性;为了缓解复杂检测场景出现的正负样本不平衡以及边界框定位不准确问题,使用改进的损失函数MPD_Focaler-IOU替换原模型的GIOU,通过设置阈值参数来改进IOU的计算方式,从而减少正负样本不平衡对模型性能的影响,引入最小垂直距离的计算方式,使得边界框在精细定位上有着更好的表现。实验表明,在TSHW数据集上,改进的RT-DETR相较于原模型,平均精度均值(mAP)mAP@0.5提升了3.6%,参数量降低了17.6%,同时保持较小的计算量,说明改进的模型可以有效提升复杂场景中对双轮车头盔检测的性能。 展开更多

关键词 RT-DETR 目标检测 双轮车头盔 损失函数

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基于多波长透射光谱的水体细菌微生物活性快速检测方法

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作者 胡玉霞 吴頠森 +6 位作者 张瑞祥 薛芙蓉 黄书龙 孙龙 李卫华 甘婷婷 赵南京 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第7期1857-1865,共9页

研究水体中细菌微生物活性,快速评估细菌在水体环境中的生长态势与繁殖能力,对于水资源科学管理以及公共卫生安全保障具有重要意义。传统细菌活性检测技术,如菌落计数法、染色观察法和分子生物学方法等,虽然有效,但操作流程繁琐,耗费时... 研究水体中细菌微生物活性,快速评估细菌在水体环境中的生长态势与繁殖能力,对于水资源科学管理以及公共卫生安全保障具有重要意义。传统细菌活性检测技术,如菌落计数法、染色观察法和分子生物学方法等,虽然有效,但操作流程繁琐,耗费时间与人力,难以满足实时在线检测的需要。针对传统细菌活性检测技术的弊端,提出了一种基于多波长透射光谱的细菌活性快速检测新方法。以水体常见大肠埃希氏菌(大肠杆菌)为研究对象,采用紫外-可见分光光度计测量其在190~800 nm波段范围内的透射光谱,并深入研究不同活菌比例下大肠杆菌透射光谱的特征及规律;通过系统分析不同波长下大肠杆菌透射光谱随活性变化的相关性和灵敏性,构建出双波长光密度比值与细菌活性之间关系模型,基于该模型计算出细菌活性,并对比分析了不同双波长比值法下细菌活性计算结果的准确性和稳定性。结果表明:(1)由于不同活性的细菌体内所含生物分子的含量存在差异,在230~300 nm波段范围内,活菌比例较高的细菌菌液具有更高的光密度;(2)通过分析230~300 nm波段范围内大肠杆菌透射光谱随活性变化的灵敏性和相关性,发现大肠杆菌活性和光密度值之间相关系数范围值为0.9592~0.9933,初步确定为细菌活性定量的最优波段;(3)选取230 nm作为测定波长,670 nm作为参比波长,构建了两波长光密度比值与细菌活性拟合曲线,其相关系数达到0.9462,活细菌比例检测范围为0%~100%;(4)基于该拟合曲线对3份具有不同活性的大肠杆菌菌液活性进行测定,与平板菌落计数法相比,最大相对误差为3.70%,平均相对误差为1.43%,准确性最优。本方法仅需测量230和670 nm处的光密度,检测时间在1秒钟以内,就能完成对细菌活性的快速准确检测。该研究成果为水体细菌微生物活性的快速检测与预警提供了新的技术思路,具有潜在的应用价值。 展开更多

关键词 光谱学 多波长透射光谱 细菌活性 双波长 MIE散射

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嵌入混合注意力机制的Swin Transformer人脸表情识别 被引量：8

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作者 王坤侠 余万成 胡玉霞 《西北大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期168-176,共9页

人脸表情识别是心理学领域的一个重要研究方向,可应用于交通、医疗、安全和刑事调查等领域。针对卷积神经网络(CNN)在提取人脸表情全局特征的局限性,提出了一种嵌入混合注意力机制的Swin Transformer人脸表情识别方法,以Swin Transforme... 人脸表情识别是心理学领域的一个重要研究方向,可应用于交通、医疗、安全和刑事调查等领域。针对卷积神经网络(CNN)在提取人脸表情全局特征的局限性,提出了一种嵌入混合注意力机制的Swin Transformer人脸表情识别方法,以Swin Transformer为主干网络,在模型Stage3的融合层(Patch Merging)中嵌入了混合注意力模块,该方法能够有效提取人脸面部表情的全局特征和局部特征。首先,层次化的Swin Transformer模型可有效获取深层全局特征信息。其次,嵌入的混合注意力模块结合了通道和空间注意力机制,在通道维度和空间维度上进行特征提取,从而让模型能够更好地提取局部位置的特征信息。同时,采用迁移学习方法对模型网络权重进行初始化,进而提高模型的精度和泛化能力。所提方法在FER2013、RAF-DB和JAFFE这3个公共数据集上分别达到了73.63%、87.01%和98.28%的识别准确率,取得了较好的识别效果。 展开更多

关键词 表情识别 TRANSFORMER 注意力机制 迁移学习

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基于UWB的加权同心圆聚类室内定位方法 被引量：2

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作者 徐恒 刘虎 +3 位作者 邵慧 孙龙 胡玉霞 孟凡宇 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期161-175,共15页

为了降低基于超宽带(UWB)测距中的非视距(NLoS)误差的影响,引入了一种基于遗传算法-反向传播神经网络(GA-BP)的UWB测距误差识别与优化方法,能够识别NLoS传播链路下的数据,对NLoS传播链路下测距误差和系统偏差进行校正,最后对测距结果使... 为了降低基于超宽带(UWB)测距中的非视距(NLoS)误差的影响,引入了一种基于遗传算法-反向传播神经网络(GA-BP)的UWB测距误差识别与优化方法,能够识别NLoS传播链路下的数据,对NLoS传播链路下测距误差和系统偏差进行校正,最后对测距结果使用卡尔曼滤波(KF)优化。在此基础上,针对测距误差导致的多边定位无交点或多交点问题,提出了一种加权同心圆聚类定位(WCCGT)方法,通过加权同心圆生成(WCCG)解决无交点问题,再采用均值漂移聚类定位方法实现定位解算,以提高定位精度。实验结果表明,改进的测距优化方法有效减小了NLoS传播链路下的测距误差,基于UWB的测距精度提升了60%以上;通过静态定位实验和动态实验分析,将WCCGT方法定位结果与最小二乘(LS)方法进行了比较,本文方法能够在NLoS环境下达到10.78 cm的定位精度,定位性能提升了17.32%。 展开更多

关键词 UWB测距 GA-BP神经网络 卡尔曼滤波 NLoS测距误差 WCCGT定位方法

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THI-YOLO:改进YOLOv8的非机动车驾驶员头盔检测

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作者 孙光灵 王薪博 《光电工程》 CSCD 北大核心 2024年第12期94-109,共16页

针对非机动车驾驶员头盔检测任务中常存在复杂背景以及检测场景中存在的检测目标尺寸大小不一的现象,进而导致检测效率低和误检漏检的问题,提出了一种面向非机动车驾驶员的头盔检测的YOLOv8算法。在C2f模块中结合GSConv和CBAM的优点,设... 针对非机动车驾驶员头盔检测任务中常存在复杂背景以及检测场景中存在的检测目标尺寸大小不一的现象,进而导致检测效率低和误检漏检的问题,提出了一种面向非机动车驾驶员的头盔检测的YOLOv8算法。在C2f模块中结合GSConv和CBAM的优点,设计C2f_BC模块,在降低模型参数量的同时,有效提升了模型的特征提取能力。设计了多核并行感知网络(MP-Parnet),提高了模型对不同尺度目标的感知和特征提取能力,使其能更好地应用到复杂场景中。为缓解复杂场景出现的正负样本不平衡等问题,在原模型损失函数CIoU基础上引入Focaler-IoU,引入阈值参数来改进IoU损失计算方式,从而缓解正负样本的不平衡的现象,有效提升了模型在复杂背景下目标框定位的准确性。实验结果表明,改进的YOLOv8n相较于原模型,在保持参数量下降的同时,mAP50和mAP50∶95在自建数据集Helmet上分别提升了2.2%和1.9%,在开源数据集TWHD上分别提升了1.8%和1.9%,说明改进的模型可以更好地应用到非机动车驾驶员的头盔检测场景。 展开更多

关键词 目标检测 YOLOv8 注意力机制 损失函数 特征提取

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利用高光谱激光雷达检测木材的霉变与含水量 被引量：6

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作者 刘璐 邵慧 +4 位作者 孙龙 陈杰 徐恒 胡玉霞 肖晓 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期620-626,共7页

为了快速无损地检测评估木材的霉变及含水量,利用高光谱激光雷达系统主动获取木材的高光谱数据,设计了一种分析霉变特征并建立含水量预测模型的方法。首先选取白松为样本,进行时长为4个月的间隔性测量,分析其霉变发生发展过程(正常、潮... 为了快速无损地检测评估木材的霉变及含水量,利用高光谱激光雷达系统主动获取木材的高光谱数据,设计了一种分析霉变特征并建立含水量预测模型的方法。首先选取白松为样本,进行时长为4个月的间隔性测量,分析其霉变发生发展过程(正常、潮湿和霉变状态)的光谱特征变化;然后在分析样本不同含水量光谱特性的基础上,采用竞争性自适应重加权采样算法、连续投影算法及竞争性自适应重加权采样-连续投影组合算法提取特征波长;最后分别建立偏最小二乘回归预测模型。结果表明,正常状态的光谱反射率最高而霉变状态最低;当霉变状态稳定时,光谱反射率随时间变化缓慢并趋于稳定;基于竞争性自适应重加权采样-连续投影组合算法建立的模型预测性能最佳,预测集的相关系数和均方根误差分别为0.9073和0.7564。利用高光谱激光雷达主动获取的高光谱信息可以评估木材的霉变并实现含水量预测,为木质建筑的快速无损检测提供了新思路。 展开更多

关键词 遥感 高光谱激光雷达 偏最小二乘回归 木材 霉变 含水量

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基于高光谱激光雷达的绿萝叶绿素3维重建 被引量：2

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作者 汪慧民 邵慧 +4 位作者 孙龙 李伟 王程 陈杰 朱家兵 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期708-715,共8页

为了准确重建正反面叶片叶绿素3维分布,利用高光谱激光雷达,采集了不同生长状态的绿萝叶片与植株的空间-光谱域点云数据,设计了一种基于分类预测的重建方法。通过偏最小二乘回归构建叶片正面与反面光谱的叶绿素含量预测模型,采用光谱自... 为了准确重建正反面叶片叶绿素3维分布,利用高光谱激光雷达,采集了不同生长状态的绿萝叶片与植株的空间-光谱域点云数据,设计了一种基于分类预测的重建方法。通过偏最小二乘回归构建叶片正面与反面光谱的叶绿素含量预测模型,采用光谱自适应阈值选择方法实现植株点云中叶片正反面的分类,并根据类别标签选择模型计算叶绿素含量,重建植株的叶绿素3维分布。结果表明,该方法得到的植株叶绿素3维分布更接近真实值,决定系数达到0.69,均方根误差为4.97。这一结果可为植物表型研究提供新的数据基础和理论方法。 展开更多

关键词 遥感 高光谱激光雷达 偏最小二乘回归 叶绿素含量 3维重建

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一种基于高光谱激光雷达技术的涂改车牌识别方法 被引量：2

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作者 邵慧 马万里 +4 位作者 曹铮 李伟 杨丽娟 肖晓 陈杰 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期770-779,共10页

利用高光谱激光雷达系统采集涂改车牌空间-光谱域信息,根据车牌逆反射特性,设计基于光谱特征的两次阈值法实现涂改车牌识别。首先计算光谱特征波长,利用一次阈值法分离车牌部分和涂改部分;其次,计算特征波段内车牌部分各点的光谱反射率... 利用高光谱激光雷达系统采集涂改车牌空间-光谱域信息,根据车牌逆反射特性,设计基于光谱特征的两次阈值法实现涂改车牌识别。首先计算光谱特征波长,利用一次阈值法分离车牌部分和涂改部分;其次,计算特征波段内车牌部分各点的光谱反射率曲线的梯度值,利用二次阈值法判别涂改类型(背景转字符涂改和字符转背景涂改);最后,根据涂改类型重建正确车牌字符,将重建信息与二维平面数据融合得到正确的二维车牌图像,送给车牌识别系统进行识别。实验结果表明该方法可实现多种涂改材料以及多种涂改类型的涂改车牌识别。 展开更多

关键词 遥感 高光谱激光雷达 反射率 涂改车牌

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