一种基于四平面的图像插值算法

针对现有图像插值算法存在的不足,提出了四平面插值算法,根据待插入点周围的4个像素点结合周边的像素点,从4个平面中选择一个作为插值平面,对于不符合平面插值的情况,则利用双线性插值,规避了用同一个插值公式对所有像素进行插值存在的不足,实验结果和数据分析表明了本方法的有效性。

局部组合降雨空间插值方法适应性研究

【目的】对于同一流域内部不同子区域高程、坡度等地形要素差别较大的情景,采用同一降雨空间插值方法,将显著影响降雨插值结果的精度。为降低流域下垫面差异对降雨插值精度的影响,【方法】以岸堤水库流域为例,采用克里金法(Kriging)、反距离权重法(IDW)法和自然邻域法(NN)法及其两两组合,共9种方案进行分析,通过对比不同降雨插值方法及其组合和不同雨量站点数量情景下的降雨插值效果,对组合降雨空间插值方法进行适应性研究。【结果】结果显示:(1)局部组合和整体单一插值方法插值后所得降雨量在梯度变化、空间分布和子区域分界线两侧有较大差异,局部组合插值的结果优于整体单一插值;(2)岸堤水库流域东北区域采用IDW法、西南区域采用NN法方案插值后不同场次降雨和不同站点的平均MRE值为1.11%,极大值和极小值下分别为1.51%和5.30%,精度最高,效果最优;(3)同一插值方案下,均匀减少插值站点,插值方法精度降低明显。【结论】研究结论如下:在雨量站数量一定的情况下,流域空间地形差异明显、多种插值方法效果相当时,局部组合插值能够综合多种插值方法的特点,使插值方法更适应于流域的局部特性并提升插值精度。本研究对于解决流域地形地貌空间分布差异显著的降雨空间插值问题,具有一定的理论意义和参考价值。

应用时空复合趋势面Kriging方法插值地表沉降

通过布设监测点可反映地表沉降变化趋势,确保施工和运营期间安全,但沉降监测点数量有限,且易受施工作业、天气等因素干扰导致数据缺失或污染,因此需对监测区域数据进行插值处理。针对采用传统地统计插值方法估计地铁地表沉降趋势精度较低的问题,提出了一种基于时空复合趋势面的Kriging插值方法。以乌鲁木齐地铁3号线2017年6月24日—9月3日共15期地铁地表沉降观测值为实验数据,分别采用两种方法对沉降监测点缺失数据进行插补。结果表明,相较于传统方法,基于时空复合趋势面的Kriging插值方法的拟合精度更高,RMSE可降低约35%。

基于余数系统的小间隔插值拟合自举方法

针对近似同态加密方案自举耗时过大的问题提出了一种基于余数系统的小区间插值拟合自举方法。通过在多个小区间内对模函数进行插值拟合避免因拟合多项式次数过高产生自举时间过长或计算精度降低的问题,并通过结合余数系统提高计算过程中模乘运算的模逆运算效率。选用拉格朗日插值多项式对小区间内的正弦函数进行插值拟合。通过多个低次多项式复合计算实现比较函数,并提出了一种区间判断算法来识别密文所在区间。最终在24比特精度下,同态计算过程中模运算耗时下降到HEAAN库的8%,在计算槽的数量为65536时,平均每槽的模运算时间为0.028 ms。

基于插值修正ACER的脐带缆响应短期极值预测方法研究

针对脐带缆在随机载荷作用下其响应难以准确预测的问题,本文提出了一种基于插值技术与平均条件超越率(average conditional exceedance rate,ACER)的海洋脐带缆响应极值预测方法。构造随机波浪荷载作用下脐带缆结构响应的数值模型,获取脐带缆关键位置处的张力与曲率响应时程数据。分别求解张力和曲率时间序列对应的1~4阶ACER函数值,选取合适阶数的ACER函数,采用三次样条插值与B样条插值技术对平均条件超越点的尾部区域进行插值。对插值曲线外推,实现在不同超越概率下脐带缆的结构响应极值预测。本方法适用于非独立同分布下的海洋脐带缆张力与曲率响应数据的极值预测,并利用Gumbel极值分布模型进行对比,讨论并验证本文所提方法在海洋脐带缆响应极值预测中的适用性。

任意大小图像的量子描述及双线性插值方法

为解决任意大小图像的量子描述及缩放问题,提出一种改进的量子图像描述方法。采用量子基态描述像素值,采用量子叠加态描述像素位置,该叠加态可包含任意数量的基态,描述任意大小的图像。提出一种基于量子傅里叶变换的图像双线性插值方法。基于量子傅里叶变换基本原理,设计实现加法和乘法的量子线路,利于这两个模块及其它辅助模块,研究实现图像双线性插值的量子线路设计方法,设计双线性插值放大和缩小两种具体的量子线路。基于线路中采用的量子基本门的数量,分析线路的复杂度,其结果表明,该方法可以实现对经典方法的指数加速。经典计算机上的仿真结果验证了提出方法的有效性。

空间代数曲线上的三元Birkhoff插值问题研究

文章以二元Birkhoff插值研究结果为基础,对三元Birkhoff插值泛函组的适定性问题进行了研究。并提出了空间代数曲线上和代数曲面上的Birkhoff插值适定泛函组的基本概念,研究了空间代数曲线上和代数曲面上的Birkhoff插值适定泛函组的某些基本理论和拓扑结构,得到了构造空间代数曲线上Birkhoff插值适定泛函组的添加曲线交点法。方法是以迭加方式完成的,因此便于在计算机上实现其构造过程。最后给出了具体实验算例。Based on the results of the two-dimensional Birkhoff interpolation, the study investigates the well-posedness of the three-dimensional Birkhoff interpolation functional systems. The fundamental concepts of well-posed Birkhoff interpolation functional systems on space algebraic curves and algebraic surfaces are proposed. The research delves into some basic theories and topological structures of well-posed Birkhoff interpolation functional systems on space algebraic curves and surfaces. The study presents the method of constructing well-posed Birkhoff interpolation functional systems on space algebraic curves through the addition of intersection points of curves. This method is performed in an iterative manner, making it feasible to implement the construction process on a computer. Finally, specific experimental examples are provided.

从根号7引发的插值法教学探索

插值法是《数值计算方法》的基本内容与方法。拉格朗日(Lagrange)插值方法是常用的插值方法之一,在工程领域有着广泛的应用。本文提出了一个具有通用性的插值法课堂教学设计方案——从根号7引发的拉格朗日插值法教学设计。该方式不仅可以面向所有工科专业进行教学实践,而且不会增加理科专业毕业授课教师的工作负担。通过寓教于乐的方式,形象地把拉格朗日插值方法的目的、条件及构造方式讲授给学生。并根据面临的“突发状况”,递进地把拉格朗日插值方法、牛顿插值方法以及拟合方法进行知识串联,增加课程内容的连贯性,助力学生计算思维的建立,从而达到学以致用能力培养的高阶目标。

无人机DEM测点插值算法的矿区沉陷测绘技术

为实现对矿区沉陷深度的精准测量,完善测绘技术的具体实施方案,针对无人机DEM测点插值算法的矿区沉陷测绘技术展开研究;根据DEM测点获取结果,实施分维值测定处理,再以此为基础,确定插值拐点所处区域,实现对无人机DEM测点插值算法应用流程的完善;联合像控点布设原则,定义空中三角区域,并通过推导径向插值基函数的方式,建立矿区沉陷区域的地理模型;在空间坐标系转换条件的基础上,确定矢量数据叠加的处理结果,再结合像片倾角与旋偏角的实际取值,求解测量精度评价指标,完成无人机DEM测点插值算法的矿区沉陷测绘技术实施方法的设计;实验结果表明,上述测绘技术方法作用下,沉陷深度测量结果与矿区真实沉陷深度之间的差值不超过1 m,符合精准测量的应用需求,对于测绘实施方案的完善可以起到一定的促进性影响作用。

基于高倍过采样与加窗插值FFT的电力谐波分析

为提高谐波分析精度,分析了信号加窗引起的信噪比损失以及AD转换产生的量化误差,阐述了过采样技术提高信噪比的原理。在此基础上,提出了基于高倍过采样和加窗插值快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)的谐波分析方法。该方法充分利用AD转换器的潜力,以尽量高的采样速率进行AD采样,同时通过均值滤波避免高倍过采样引起的采样数据量激增问题。详细研究了所提谐波分析方法对信号中谐波分量幅值和相位的影响,并给出了简洁实用的谐波幅值和相位校正方法。仿真表明,所提方法可在不增加系统成本的前提下改善加窗插值FFT的抗噪声能力,提高谐波分析精度。

基于时间序列神经分层插值模型的光伏功率超短期多步预测

针对光伏功率预测准确性受数据质量和外部变量影响的问题,提出一种结合外生变量分析、数据质量控制以及时间序列神经分层插值(N-HiTS)模型的光伏功率超短期多步预测方法。首先,提出用于筛选外生变量的综合相关性度量(ICM)指标,并采用K近邻(KNN)算法与线性插值策略处理数据缺失问题。然后,引入N-HiTS长时间序列预测模型,通过多尺度信号采样和分层插值提高模型对长时间序列数据的处理能力。最后,通过算例对所提方法与传统光伏功率预测方法进行对比分析,验证了所提方法的预测准确性。

基于非对称幅度插值的二维来波方位估计

幅度插值方位估计法通过对少数几个波束采样插值得到来波方位,避免了密集的方位搜索,在工程中有广泛的应用。目前该方法大多基于一维,且使用对称函数进行插值,估计误差较高。本文通过解耦的方式将该方法由一维推广至二维任意阵,并考虑真实方位谱在偏离0°后左右波束不对称的情况,利用左右波束斜率比作为求解条件,使用非对称函数进行幅度插值。进一步,针对二维非对称插值中出现的角度失配问题,提出了迭代插值的解决方法。最后仿真分析了插值方法、迭代插值以及信噪比对插值精度的影响,所提出方法的插值精度优于传统对称插值方法;且通过千岛湖实验数据验证,所提方法以10°间隔插值得到的估计精度可以比拟常规波束形成以0.01°进行密集扫描的估计精度。所提方法能够在满足一些工程应用中对实时性要求的同时达到较高的方位估计精度。

基于局部区域对应点匹配的MRI图像层间插值方法

目的医学影像层间插值对提高图像分辨率十分重要。基于灰度插值的传统算法在处理结构复杂,层间灰度变化大的区域时常会造成组织细节丢失或边缘模糊。本研究旨在建立一种局部区域对应点匹配插值算法,从而有效改善插值图像质量。方法构建一种局部区域对应点匹配算法。通过将线性插值图像与同位置原始扫描图像之间的对比构建误差图像并确定出高误差区域。对非高误差区域使用线性插值。对于各高误差区分别采用对应点匹配方法处理:首先根据每个区域的局部信息确定其对应于点对匹配度误差函数最小误差的最优参数组,然后为区域内每个插值点找到两侧图像上的最佳匹配点对用于该插值点灰度计算。将此方法应用于轴、矢、冠状位方向系列扫描图像的层间插值,将插值图像与同位置原始扫描图像的均方差作为评价插值质量的标准。结果与其他算法插值结果相比,局部区域对应点匹配算法可显著降低插值误差,矢状位图像插值结果的改善尤为突出。与整体对应点匹配算法插值结果相比,其误差平均值降低达19%,有效改善了原高误差区域的插值质量。结论本研究建立的局部区域对应点匹配插值算法可以有效地解决以往算法在处理复杂组织边界区域插值时的不足,显著提高图像层间插值的精度和质量。

基于双线性插值的单目标检测算法

针对已有算法对于空中小目标检测效果差、精度低、漏检等问题,提出一种基于双线性插值的单目标检测算法。对主干网络进行设计,再根据特征图的特点,使用不同的方法进行特征融合。在特征融合的过程中使用双线性插值算法进行上采样。对算法的先验框进行设计,使算法的先验框尺寸与数据集目标框尺寸更加契合。实验结果表明,提出算法的平均检测精度对比SSD提升了10.29%,算法计算量对比Faster-RCNN减少了82.18%。

考虑地震动空间相关性及大震震源效应的烈度场插值方法

地震发生后,利用强震动观测数据快速生成合理的等震线图是地震烈度速报中的一项关键技术。基于震源参数及烈度衰减规律生成的烈度等震线过于规则,无法反映局部烈度分布特征;而直接采用观测数据通过插值生成的等震线无法合理反映大震的震源效应。为此,提出一种考虑地震动空间相关性及大震震源效应的烈度场融合克里金插值方法,利用点到点之间的距离来考虑烈度的空间相关性,利用点到源之间的距离来考虑大震的震源效应。首先,在克里金插值方法的框架下,使用粒子群优化算法实现半变异函数的快速自动拟合;其次,通过两种自变量不同的半变异函数拟合实现了对空间相关性和震源效应的考虑;最后,使用日本和中国地震数据的插值结果验证方法的合理性。结果表明,融合克里金插值方法获得的烈度等震线图形状规则,能反映出一次地震的震源效应,且对台站稀疏的情况有较好的适应性,满足地震烈度速报的要求。该方法可为地震烈度速报及地震烈度等震线的绘制提供技术支持。

基于Kriging插值代理模型的轴流式止回阀多目标优化

基于Kriging插值代理模型,对轴流式止回阀的各项性能进行综合优化,具体的优化目标为:降低正向流阻;减小阀芯振动;提升止回性能。通过试验设计方案找到影响轴流式止回阀正向流阻的主要结构参数因素,并以其作为优化对象,通过Kriging插值法拟合主要结构参数对应的性能样本点,在保证拟合精度的情况下,使用NSGA-II遗传算法同时对3个主要结构参数进行多目标优化,得到了三目标Pareto前沿,经过权衡不同因素对性能指标的影响大小,最终得到了综合性能最优的结构参数为:阀瓣丰满度系数α_(1)=2.199,阀芯长度L=386.322 mm,阀芯半径R=113.997 mm。其对应的止回阀性能为:正向出口流量Q=161.839 kg/s,正向出口流速v=3.30235 m/s,止回阀进口压力p=97632.2287 Pa。相比优化之前,阀门正向流阻减小了1.2%,阀芯振动降低了0.24%,止回性能提升了2.3%。

考虑地层空间各向异性的地质建模插值算法

针对传统地质建模插值算法精度不足、区域特征表达程度不够,且没有顾及地质空间各向异性等问题,提出了一种顾及地质空间各向异性的三维地质插值方法。在传统IDW插值的基础上,通过构造虚拟钻孔、模拟构建原始地层点集和调整IDW插值椭圆搜索范围参数,最终获得最优搜索参数的自适应性转变;还提出了方向标志点概念,通过膨胀与塌缩实现了搜索区域的二次优化。利用《郑州市城市活动断层探测项目》地质钻孔数据,逐层分析了各算法的区域适应性,实现了三维地质模型的隐式曲面表达,并与常用插值算法进行交叉验证,结果表明:所提方法具有良好的区域自适应性,能够有效表达城市地下空间结构的各向异性特征,在保证插值精度的同时,有效表达了区域内地层的实际延展情况。

基于共形几何的面部模型插值构建算法

针对传统三维模型构建方法难以获取连续维度的高质量面部模型问题,提出一种以不同表情的多面部模型为数据源基于共形几何的面部模型插值构建技术。利用准共形映射算法将面部模型降维到二维平面;提出一种插值算法对多模型形状特征进行线性插值,为构建过渡模型定义几何约束,同时提出一种自适应模型选择算法在数据源中自适应选择基础模型;通过几何约束引导准共形迭代改变基础模型形状;将变化后的二维模型转化到三维空间,构建具有过渡表情的三维面部模型。实验结果表明,该算法的有效性和运行效率都得到大幅提高。

基于Lagrange插值的数字图像相关亚像素位移测量算法

本文旨在通过改进经典Newton-Raphson算法中的插值方法来优化数字图像相关(DIC)亚像素位移测量的计算效率。针对经典Newton-Raphson算法在数字图像相关亚像素位移测量中应用的双三次样条插值算法,特别是在需要计算边界点灰度梯度(即灰度值的一阶导数)时,存在计算量大的问题,本文提出一种基于Lagrange插值的改进算法作为解决方案。Lagrange插值算法在未增加计算节点数的情况下,成功避免了边界点灰度梯度的计算,使插值效率可提高近1/3。应用数值模拟实验和真实刚体平移实验对本文算法的性能进行验证。结果表明,本文算法在保持求解精度的同时,计算测量效率较传统Newton-Raphson算法有了明显提升。单点插值效率平均提升近30%;单点测量效率平均提升近20%。本文首次将Lagrange插值算法应用于数字图像相关的亚像素位移测量中,解决了双三次样条插值算法计算量大的问题,为相关领域提供了一种更为优化的变形测量方法。该研究为DIC亚像素位移测量技术的进一步发展和应用提供了新的思路和参考,有望在实际工程中得到广泛应用,促进相关领域的进步与发展。

基于样条插值的非线性自干扰对消技术

针对雷达干扰机收发天线之间存在的非线性自干扰耦合问题,研究一种基于样条插值的非线性自干扰对消方法。该方法将样条插值和自适应滤波相结合,分别建立样条哈默斯坦模型和样条维纳模型,通过引入鲁棒性较强的反正切(arctangent,ARC)函数作为代价函数,得到两种模型下样条控制点和滤波器系数的自适应学习规则,并分析样条控制点数量对自干扰对消性能的影响。仿真实验表明,对于带宽为60 MHz的信号,所提基于ARC参数学习方法与传统最小均方参数学习方法相比,对消比获得4 dB左右的提升,收敛速度提高1倍。另外,针对信道突变的场景,所提方法跟踪性能好且稳态误差低。当背景噪声中存在非高斯脉冲干扰时,所提方法能够有效应对脉冲噪声环境下的干扰。